Byggsektorn står i dag för betydande klimatutsläpp, där betongproduktion och särskilt cementtillverkning utgör en stor bidragande faktor. För att minska klimatpåverkan finns ett växande intresse för mer materialeffektiva och slanka betongkonstruktioner. Samtidigt är slanka konstruktioner mer känsliga för stabilitetsproblem, sprickbildning och tidsberoende deformationer, såsom krypning och krympning. Detta examensarbete studerar därför slanka platsgjutna betongväggar med avseende på stabilitet, sprickbildning och långtidsdeformationer, samt undersöker möjligheterna till optimering av väggarnas utformning. Studien omfattar även en jämförelse mellan analytiska beräkningar och linjära respektive icke-linjära numeriska analyser i RFEM 6.

Studien utgår från ett referensfall i projektet Fyra spår Uppsala, där en slank platsgjuten betongvägg analyserades. För att undersöka möjligheterna till optimering studerades två huvudparametrar: väggtjocklek och betongens hållfasthetsklass. Väggtjockleken varierades från den ursprungliga tjockleken 300 mm till 200 mm, och betongens hållfasthetsklass varierades från C25/30 till C50/60. Olika kombinationer av väggtjocklek, betonghållfasthetsklass och armeringsmängd jämfördes genom analytiska beräkningar enligt Eurokod 2 och numeriska analyser i RFEM 6. Samtliga alternativ verifierades mot krav i brott- och bruksgränstillstånd för att säkerställa tillräcklig bärförmåga och långsiktig funktion. Slutligen utvärderades materialåtgång, kostnad och klimatpåverkan för att identifiera den mest resurseffektiva lösningen. 

Resultaten visar att tidsberoende deformationer har en betydande inverkan på konstruktionens totala deformation, särskilt för tunnare väggar eftersom inverkan av både krypning och krympning blir större ju slankare väggen är. Även om minskad väggtjocklek reducerar betongvolymen och leder till lägre kostnad och klimatpåverkan ger det större deformationer och större känslighet för andra ordningens effekter. En högre betonghållfasthetsklass förbättrar generellt stabiliteten och minskar krypningens inverkan, men innebär inte nödvändigtvis den bästa helhetslösningen eftersom både kostnad och klimatpåverkan ökar. Dessutom visar resultaten att kraven i brottgräns inte är styrande i samma utsträckning som kraven i bruksgräns. Armeringsbehovet styrs främst av sprickbreddsbegränsning och övriga krav i bruksgränstillstånd.Jämförelsen mellan beräkningsmetoderna visar att de övergripande trenderna i huvudsak överensstämmer, men att resultaten skiljer sig åt i vissa lokala delar. De skillnader som finns beror främst på att RFEM 6 kan beskriva geometri, randvillkor och lastfördelning mer detaljerat. RFEM-modellen visar exempelvis lokala sprickor vid anslutningar, vilket inte fångas lika tydligt i de analytiska beräkningarna. En icke-linjär numerisk analys ger dessutom en mer realistisk bild av konstruktionens beteende än den linjära analysen, som kan överskatta konstruktionens stabilitet.

Resultaten visar att analytiska beräkningar och linjära analyser är lämpade för inledande dimensionering och optimering av konstruktionen medan icke-linjära analyser är avgörande för att erhålla en realistisk bedömning av konstruktionens stabilitet och deformationer. En kombination av dessa metoder ger därmed ett tillförlitligt underlag för dimensionering av konstruktioner.

Sammanfattningsvis bedöms alternativet med 200 mm väggtjocklek, betonghållfasthetsklass C25/30 och ϕ12-armering med centrumavstånd 100 mm vara det mest resurseffektiva valet, eftersom det ger en låg materialåtgång, materialkostnad och klimatpåverkan samtidigt som krav i brott-och bruksgränstillståndet uppfylls. Alternativet ger den bästa balansen mellan konstruktionsmässig prestanda, kostnad och miljöpåverkan. Valet förutsätter dock att de ökade deformationerna kan accepteras samt att lokala anslutningszoner kontrolleras och vid behov förses med kompletterande armering. Resultaten från studien gäller för det studerade referensfallet och de antaganden som gjorts i modelleringen.

The construction sector is a significant contributor to climate emissions, with concrete production, and particularly cement manufacturing, accounting for a large share of the environmental impact. As a result, there is increasing interest in developing more material-efficient and slender concrete structures. However, slender structures are generally more sensitive to stability issues, cracking and time-dependent deformations such as creep and shrinkage. This thesis therefore investigates slender cast-in-place concrete walls with regard to stability, cracking and long-term deformations, while also evaluating the potential for optimizing their design. The study also compares analytical calculations with linear and non-linear numerical analyses performed in RFEM 6.

The study is based on a reference case from the project Fyra spår Uppsala, in which a slender cast-in-place concrete wall was analysed. To evaluate the potential for optimization, two main parameters were varied: wall thickness and concrete strength class. The wall thickness was reduced from the original 300 mm to 200 mm, while the concrete strength class was varied between C25/30 and C50/60. Different combinations of wall thickness, concrete strength class and reinforcement amount were compared using analytical calculations based on Eurocode 2 and numerical analyses in RFEM 6. All alternatives were verified in both the ultimate and serviceability limit states to ensure sufficient load-bearing capacity and long-term performance. Material use, cost and climate impact were then evaluated to identify the most resource-efficient solution.

The results show that time-dependent deformations have a considerable influence on the total deformation of slender concrete walls, especially for thinner walls where the effects of both creep and shrinkage become more pronounced. Reducing the wall thickness decreases the concrete volume, which in turn lowers both cost and climate impact. However, it also leads to larger deformations and increased sensitivity to second-order effects. A higher concrete strength class generally improves stability and reduces the influence of creep, but it does not necessarily result in the best overall solution, as it also increases both cost and climate impact. The results also show that the design is mainly governed by serviceability requirements rather than ultimate limit state requirements. In particular, the required reinforcement is primarily controlled by crack width limitation and other serviceability criteria.

The comparison between the calculation methods shows that the overall trends are generally consistent, although differences occur in some local areas. These differences are mainly due to the more detailed representation of geometry, boundary conditions and load distribution in the numerical model. For example, the RFEM 6 model identifies local cracking near connections, which is not captured as clearly by the analytical calculations. The non-linear numerical analysis also provides a more realistic representation of the structural behaviour than the linear analysis, particularly with regard to cracking, stiffness reduction, stability and deformations.

Analytical calculations and linear numerical analyses are therefore considered suitable for preliminary design and optimization, as they allow different design alternatives to be compared efficiently. Non-linear analyses should be used as a final verification when a more realistic assessment of stability, cracking and deformation behaviour is required. A combination of these methods provides a reliable basis for the design and evaluation of slender concrete structures.

In conclusion, the alternative with a wall thickness of 200 mm, concrete strength class C25/30 and ϕ12 mm reinforcement at 100 mm spacing is considered the most resource-efficient solution for the studied reference case. This alternative results in low material use, cost and climate impact while still satisfying the requirements in both the ultimate and serviceability limit states. It therefore provides the best balance between structural performance, cost and environmental impact. However, this solution assumes that the increased deformations are acceptable and that local connection zones are checked and, if necessary, provided with additional reinforcement. The conclusions are limited to the studied reference case and the assumptions made in the modelling.