Tredimensionella effekter vid horisontalstabilisering av
volymbyggda trähus
Idag är det i Sverige tillåtet att bygga höga trähus. Detta arbete behandlar framförallt trähus som byggs som volymelement i fabrik och endast monteras på själva byggplatsen. Trähus är lätta i förhållande till byggnader byggda av andra material, och när trähusen byggs högre blir vindlasten större och problem uppstår med stabiliseringen. På vissa ställen i byggnaden ger vindlasten upphov till koncentrerade lyftkrafter som är större än egenvikten, och dessa delar av byggnaden vill då lyfta. Idag beräknas dessa krafter med en förenklad tvådimensionell metod som tar liten hänsyn till omkringliggande väggar och bjälklag. Till följd av detta blir de beräknade lyftkrafterna större än de verkliga. Genom att studera dessa intilliggande element fås ett tredimensionellt problem som i detta arbete har beräknats med finita elementmetoden (FEM). Genom att optimera beräkningen kan materialen nyttjas effektivare eller större håltagningar accepteras i stabiliserande väggar vilket kan ge en attraktivare planlösning. En stor del av arbetet har bestått i att skapa en modell i FEM-programvaran FEM-Design. Modellen är uppbyggd av reglar och skivor för väggarna men saknar bjälklag, då detta visat sig svårt att modellera korrekt. Modellen har kalibrerats mot verkliga försök med horisontal last. Genom att utföra ett antal simuleringar med modellen har skillnader undersökts mellan att använda två och tre dimensioner vid stabilisering. Simuleringar har utförts på ett våningsplan, med en volym, och flera volymer staplade till ett torn. Infästningen mot grunden har varierats mellan att vara fast och linjärt elastisk. Slutligen har en simulering gjorts av en verklighetsbaserad byggnad som består av flera torn med ett styvt tak. Resultaten visar att effekten som fås genom att ta hänsyn till intilliggande väggar, alltså alla tre dimensioner, är positiv både för lyftkrafterna och för förskjutningarna: de minskar. Skillnaden är större för simuleringarna med elastisk infästning mot grunden än de med fast infästning, men förskjutningarna är större vid elastiskt stöd än vid fast stöd. Simuleringen av en hel byggnad visar att om taket är styvt så kan det nyttjas till att sprida lasterna mellan olika torn. Det leder till minskad belastning på de torn som är mest belastade. Slutligen tas en del av modellens upptäckta begränsningar upp, varav de största är att modellen är helt linjär och att den inte är kalibrerad med vertikal last.