Utfordringer med dimensjonering av prefabrikkert betong i et fleretasjes kontorbygg

Abstract

Oppgaven omhandler dimensjonering av et prefabrikkert betongbygg ved bruk av håndberegninger og det digitale dimensjoneringsprogrammet Finite Element Analysis (FEM-Design). Målet med oppgaven er å tydeliggjøre noen viktige fordeler og ulemper ved bruk av FEM-Design sammenlignet med håndberegninger. Målet er også å avdekke eventuelle utfordringer ved bruk av FEM-Design som kan gi uheldige konsekvenser. Bruk av FEM-Design har i flere år vært vanlig for utførelse og global analyse av bæresystemer i et bygg. Byggebransjen opplever imidlertid utfordringer knyttet til utførelse av disse analysene. Dette er spesielt utfordrende for bygg med avstivende system av horisontale og vertikale skiver av prefabrikkert betong i et ubestemt statisk system. Hovedproblemstillingen er på denne bakgrunn: Hvilke utfordringer er det i utførelse av global analyse ved hjelp av FEM-Design sammenlignet med håndberegninger av et typisk kontorbygg med bæresystem av prefabrikkert betongelement? Vi har tatt utgangspunkt i et såkalt “typisk” kontorbygg i Tromsø, noe som presenteres som vår case og som vi jobber ut ifra. Hovedproblemstillingen gjenspeiler den tverrfaglige kompetansen studenter på ingeniørfag bygg, konstruksjonsteknikk ved NTNU tilegner seg. Problemstillingen har sin bakgrunn i observasjoner fra praksis, hvor vi forsøker å finne svar gjennom teori og beregninger. Gjennom arbeidet med oppgaven har vi lært mye og vi sitter igjen med mer forståelse og kunnskap om dimensjonering av betongkonstruksjoner og dets prinsipper, og spesielt da ved bruk av FEM-Design. Hovedproblemstillingen er konkretiseres av to del problemstillinger, der første del problemstilling tar for seg ulemper og fordeler ved tradisjonelle håndberegninger, og andre del problemstilling tar for seg ulemper og fordeler ved bruk av FEM-Design. Resultatene av del problemstillingene sammenlignes for å identifisere potensielle feilkilder. Fra resultatene utledes konklusjonen på hovedproblemstillingen. Vi konkluderer med at brukerfeil lett kan oppstå i programmet FEM-Design. Feilene kan påvirke resultatene fra FEM-Design i alvorlig grad. Denne konklusjonen er basert på de identifiserte uklarhetene og funnene fra sammenligningen av de to dimensjoneringsmetodene. Disse funnene indikerer behovet for økt oppmerksomhet og kritisk vurdering ved bruk av FEM-Design for å sikre nøyaktigheten og påliteligheten av resultatene.

Tesis concerns the dimensioning of a prefabricated concrete building using hand calculations and the digital dimensioning program Finite Element Analysis (FEM-Design). The aim of the thesis is to clarify some important advantages and disadvantages of using FEM Design compared to hand calculations. Also, the aim is to uncover any challenges that may have adverse consequences, when using FEM-Design. For several years it has been common to use FEM-Design for the execution and global analysis of a buildning´s system. However, the construction industry experiences challenges related to carrying out these analyses. This is particularly challenging for buildings with a bracing system of horizontal and vertical slabs of prefabricated concrete in an under terminated static system. Based on the above mentioned, the main research question is: What are the challenges of carrying out global analysis of a typical office building with a support system of prefabricated concrete elements, using FEM-Design compared to hand calculations? The thesis is based on a case study. The case is a so- called “typical” office building in Tromsø. The main research question reflects the interdisciplinary competence acquired by students on civil engineering, construction at NTNU. The research question has its background in observations from practice, and we try to find answers through theory and calculations. After working on the thesis, we have learned a lot. We are left with more understanding and knowledge about the dimensioning of concrete structures and its principles. In particular, our knowledge of when to use FEM-Design has grown. The main research question is concretized by two sub research questions, where the first sub research question deals with the disadvantages and advantages of traditional hand calculations, and the second sub research question deals with the disadvantages and advantages of using FEM-Design. The results of the sub research questions are compared to identify potential sources of error. From the results, the conclusion on the main research question is derived. We conclude that user errors can easily occur in the program FEM-Design. The errors can have a serious effect on the results of FEM-Design. This conclusion is based on the identified ambiguities and the findings from the comparison of the two dimensioning methods. These findings indicate the need for increased attention and critical considerations when using FEM-Design to ensure the accuracy and reliability of the results.