Tredimensionella effekter vid horisontalstabilisering av
volymbyggda trähus

Sammanfattning: 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.