Dramsvegen Panorama – Modal dynamics in tall CLT buildings
Abstract
Som følge av miljøfordelene ved å bygge med trevirke har det de siste ti årene vært enbetydelig økning interessen for å bygge høyhus i tre. Et av materialene som har gjortdet mulig å bygge såpass høyt, er krysslaminert trevirke (CLT). Dette er et relativt nyttmassivtre-produkt, og antallet høye bygninger laget av CLT er derfor begrenset. På grunnav dette er kjennskapen til de dynamiske egenskapene fortsatt usikre, og hvordan manbest skal modellere slike bygg er heller ikke fullstendig utforsket.
Hovedmålet med denne masteroppgaven er derfor å undersøke de dynamiske egenskapenetil to CLT-bygg i Tromsø ved å bruke en operasjonell modal analyse (OMA) kalt frekvensdomene dekomposisjon (FDD). De to bygningene ble utstyrt med akselerometre, ogakselerasjonsdata ble samlet inn våren 2021. Disse målingene er analysert, og ut i fra detteer de naturlige frekvensene, svingeformene og dempningsforholdene funnet.
I tillegg er en parametrisk elementmodell utviklet i Abaqus ved å bruke diskrete festemidlerkalt connectors til å modellere sammenføyningene mellom CLT-elementer. Stivheten idisse connectorene kontrolleres av to globale parametre: aksialt stivhets-forholdstall (ASR)og glidnings-stivhetsforholdstall(SSR). Demping i forbindelser dekkes ved å definere toglobale dempingsparametre for viskøs demping i forbindelser. Én dekker demping i aksialdeformasjon i festemidler, den andre dekker demping for glidning i forbindelser.
En parameteroptimalisering av modellene er også gjennomført for å studere hvordanmodellen responderer på ulike parametersammensetninger, samt for å vurdere validiteten tilmodelleringsteknikken. Hver av modellene ble kjørt med ulike sammensetninger av ASR ogSSR, for å få resultatene så like de målte verdiene som mulig. Dette førte til konklusjonenat modelleringsteknikken klarer å reprodusere de ønskede modale verdiene for beggebygningene. Samtidig tyder det på at det å skulle bruke metoden for å predikere de modaleegenskapene til andre bygg er mer usikker, ettersom det å bytte om på de optimalisertestivhets-forholdstallene for de to bygningene ikke fører til gode resultater. Due to the environmental benefits of timber as a building material, there has in the lastdecade or so, been a significant rise in the popularity and interest in timber for constructionof tall buildings. One popular timber product in modern projects is Cross laminatedtimber, CLT. This is a relatively new engineered wood product, and the number of tall CLTbuildings are very limited. Consequently, the dynamic properties of CLT-structures andhow to model the buildings accurately and practically is not thoroughly understood.
The main goal of this thesis is therefore to investigate the modal properties of two CLTbuildings in Tromsø by using an operational modal analysis (OMA) -procedure calledfrequency domain decomposition (FDD). Acceleration data from the two buildings takenin the spring of 2021 was made available, and from this, the natural frequencies, modeshapes and damping ratios are found.
In addition to this, a parametric finite element model was developed in Abaqus, by usingdiscrete fasteners called connectors to model the joints between the CLT-plates. Thestiffness of the connections are controlled by two global parameters: axial stiffness ratio(ASR) and sliding stiffness ratio (SSR). Damping in the connections is implemented bydefining two global viscous damping values, similar to the stiffness parameters, where onecovers damping in the axial deflection of connections, and the other covers damping in thesliding of connections.
A parameter optimization of the models is performed to investigate the performance andvalidity of the modeling scheme. Each model is run with different combinations of ASR andSSR, in order to match the results from the data analysis as closely as possible. This ledto the conclusion that the modeling approach is able to reproduce the desired frequenciesfor both buildings. However, the use of the method to predict the dynamic properties of abuilding is more uncertain, because the interchange of the optimized stiffness ratios of thetwo buildings does not yield very good results.