Horisontal stabilitet av høyhus i tre ved bruk av momentstive rammer

Abstract

Denne masteroppgaven inngår som en del av forskningsprosjektet WoodSol. Hvor oppgaven fokuserer på horisontal stabilitet av høye trebygg med momentstive rammer som avstivning i en retning. Oppgaven tar for seg påvirkningen byggene får fra naturlastene vind og jordskjelv. Det fokuseres på en bred tilnærming med variasjon i høyde, bredde og dybde på byggene. Det gjennomføres også en parameterstudie for å avdekke hvordan endring bygningsdelene eller opplagerbetingelsene med tilhørende endring i masse og stivhet har på byggene. Oppgaven starter med en gjennomgang av brukt teori. Tre som konstruksjonsmateriale og noen innovative høye bygg i tre blir presentert. En gjennomgang av konstruksjonsdynamikken, jordskjelvslast og vindlast avslutter teorikapittelet. Vindlast blir kontrollert mot to krav i bruksgrense. Det første går på svingning av konstruksjonen som følge av en dynamisk påvirkning. Svingningen blir beregnet som akselerasjon i bygget med en redusert vindlast med 1 års returperiode. Det andre kravet går på horisontal forskyvning av bygget. Vindlasten blir her forenklet til en statisk last med konstruksjonsfaktoren C_s C_d som tar hensyn til resonansdelen av vinden. Største forskyvning beregnes ut fra en vindlast med 50 års returperiode. Jordskjelvets påvirkning blir kontrollert mot seismisk lastkombinasjon i bruddgrense. Alle modellene har en rektangulær grunnflate og blir modellert i FE-analyseprogrammet SAP 2000. Gjennom en modal analyse blir svingformer og frekvenser til bygningene funnet. Første svingform i hver hovedretning blir så benyttet til å beregne akselerasjonen i bygget etter NS-EN 1991-1-4 Annex B. Jordskjelvets påvirkning blir funnet ved hjelp av en modal responsspektrumsanalyse. Designspekteret er basert på grunnens maksimale akselerasjon med en returperiode på 475år og redusert med hensyn til en konstruksjonsfaktor q. Jordskjelvets påvirkning på bygningene vil lite trolig bli dimensjonerende i Norge. Fordelingen av horisontal stivhet i rammehjørnene viser seg å være fordelaktig for jordskjelv. Byggesystemet med høyhus i tre gir lette og myke konstruksjoner som minker jordskjelvets belastning. Vindpåvirket svingning av byget viser seg å være det vanskeligste kravet å oppfylle. Her er det imidlertid flere muligheter for tilpasninger av bygget som ikke trenger gå på bekostning av ønsket om en åpen og fleksibel arkitektur. Utnyttelse av heissjaktens stivhet viser seg som et meget godt alternativ. Det samme er påføring av ekstra masse i toppen av bygget. Dette er også fordelaktig å plassere massen høyt i bygget i forhold til jordskjelv. Det synes mulig å bygge høyhus i tre ved bruk av WoodSol sitt byggesystem på opp mot 30 meter, og under rette omstendigheter sannsynligvis enda høyere.