lnu.sePublikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Timber-concrete hybrid structural systems: Examples, long and short-term dynamic monitoring, and numerical analysis
Linnéuniversitetet, Fakulteten för teknik (FTK), Institutionen för byggteknik (BY).ORCID-id: 0000-0002-1234-7461
2023 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Timber-concrete hybrid buildings are an innovative solution to increase the amount of timber materials in modern buildings. Due to its lower impact on the environment than materials like steel and concrete, the demand for timber products is rising as the construction industry aims to decrease its environmental footprint.Timber is naturally grown, and certain characteristics must be considered when used in buildings, such as strength and stiffness properties depending on variables like fiber direction and moisture content. In addition, timber is a lightweight material, which influences dynamic performance of timber elements and structures.To fulfill the requirements of a modern building, timber elements are sometimes combined with concrete elements, introducing timber-concrete hybrid buildings.This study aims to expand the use of timber-concrete hybrid buildings within the construction industry. The objective is to present different types of timber-concrete hybrid buildings and evaluate their structural performance to improve the level of knowledge for structural designers for the safe and robust design of such buildings. Typically, four different types of timber-concrete hybrid structures are found in building projects in Sweden. These types of building projects usually involve additional designers than regular projects due to a lack of knowledge in timber design. Additionally, different designers uses different statical models for their designs, even within the same building project. A mobile measurement system was developed to perform in-situ dynamic measurements. The system was used in a nine-story timber-concrete hybrid building during construction to investigate the dynamic properties and validate structural design models. A parameter study highlights different design parameters that have a large influence on these models. These parameters include the inplane shear stiffness of CLT wall elements, the foundation properties, as well as non-load-bearing internal walls. In addition, the long-term dynamic response of a four-story office timber concretehybrid building is presented. Over a three-years evaluation period, the results show a clear seasonal variation of the natural frequencies which correlates well with the moisture content within a CLT slab element. The results show that environmental effects are to be considered when comparing with finite  . A predictive model is presented that can be implemented in a structural health monitoring system for damage detection so that these environmental effect scan be filtered out.

Abstract [sv]

Hybridkonstruktioner i trä och betong är en innovativ lösning för att öka andelen trämaterial som används i dagens byggnader. På grund av träets fördelaktiga klimategenskaper i jämförelse mot traditionella byggmaterial som t.ex. stål och betong, har både utbudet av träprodukter och efterfrågan på dessa ökat. Då trä är en naturlig råvara, finns det vissa egenskaper som måste beaktas när det används för byggproduktion. Som exempel påverkas styvhet och hållfasthet av variabler som fiberriktning och fuktkvot. Dessutom är trä ett material med förhållandevis låg densitet, som påverkar den dynamiska prestandan i byggnader som använder bärande träelement. För att möta de krav som ställs på dagens byggnader, kombineras i flera fall bärande element i trä med bärande element i betong. Denna typ av byggnad kallas hybridkonstruktioner i trä och betong. Arbetet syftar på att öka andelen hybridkonstruktioner inom byggsektorn. Målet med denna studie är att utvärdera hur den här typen av byggnader beter sig för att kunna ge konstruktörer ökad kunskap om säker och robust dimensionering. Det här arbetet presenterar fyra olika typer av hybridkonstruktioner i trä och betong som används i Sverige. I den här typen av projekt används fler konstruktörer än i traditionella byggnadsprojekt, detta då kompetensen inom träkonstruktion är bristfällig hos de traditionella konstruktörerna. Dessutom använder konstruktörer olika antaganden och statiska modeller för sina beräkningar, även om de gäller samma byggnad. Ett mobilt mätsystem har utvecklats för att kunna genomföra dynamiska mätningar på plats. Under byggtiden av ett 9-vånings flerbostadshus har det mobila mätsystemet använts för att fånga in dess dynamiska egenskaper och för att validera beräkningsmodeller. En jämförande studie visade vilka parametrar som i hög grad påverkar resultaten i dessa modeller. De avgörande parametrarna var främst skjuvstyvheten i KL-träväggarna, grundläggningen, samt icke-bärande innerväggar. Långtidsmätningar av de dynamiska egenskaperna hos en 4-vånings kontorsbyggnad presenteras. Dessa resultat visar på en tydlig säsongsvariation i egenfrekvenserna hos byggnaden som korrelerar väl med den uppmätta fuktkvoten inuti ett KL-träbjälklag över mätperioden på tre år. Resultaten visar tydligt på att det omgivande klimatet bör beaktas vid jämförandestudier med en finita elementmodell. Utöver detta presenteras en modell som predikterar egenskaperna för implementering i ett system för tillståndsövervakning för skadedetektering så att den naturliga variationen kan filtreras bort.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Linnaeus University Press, 2023. , s. 39
Serie
Lnu Licentiate ; 42
Nyckelord [en]
Timber-Concrete Hybrid Structures, Timber Design, Structural Dynamics, Structural Health Monitoring
Nationell ämneskategori
Husbyggnad
Forskningsämne
Teknik, Byggteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:lnu:diva-119630DOI: 10.15626/LnuLic.42.2023ISBN: 9789189709973 (tryckt)ISBN: 9789189709980 (digital)OAI: oai:DiVA.org:lnu-119630DiVA, id: diva2:1740951
Presentation
2023-03-10, Södra salen, M1083, Växjö, 10:00 (Svenska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2023-03-03 Skapad: 2023-03-02 Senast uppdaterad: 2023-03-03Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Dynamic Evaluation of a Nine-Story Timber-Concrete Hybrid Building during Construction
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Dynamic Evaluation of a Nine-Story Timber-Concrete Hybrid Building during Construction
2023 (Engelska)Ingår i: Engineering structures, ISSN 0141-0296, E-ISSN 1873-7323, Vol. 289, artikel-id 116344Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Timber-concrete hybrid buildings are an innovative solution to increase the amount of timber materials used in modern buildings. This study presents a dynamic evaluation of a nine-story timber-concrete hybrid residential building during construction. The building consists of a seven-story structure in cross-laminated timber (CLT) on top of two stories in concrete. Ambient vibration tests were conducted seven times during the 13-month construction period, including tests with only the structural elements in place and tests of the finished building with the façade, non-structural walls, and other internal finishing. The results show a clear decrease in the natural frequencies of the building as the building gets higher and more elements are installed. However, a slight increase in the natural frequency was observed following the installation of the non-structural walls in the final construction stage. A corresponding finite element analysis is presented for each test, providing additional insights into the parameters typically used in the structural design process. The study demonstrates the importance of properly selecting reduction factors for CLT elements in a dynamic finite element analysis. It also shows the importance of considering non-structural walls, both regarding weight and stiffness, even in buildings where the number of non-structural walls is relatively small compared to structural walls.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Elsevier, 2023
Nyckelord
Timber-concrete hybrid, multi-story timber building, CLT buildings, ambient vibration test, dynamic identification, finite element modeling, parametric study
Nationell ämneskategori
Husbyggnad
Forskningsämne
Teknik, Byggteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:lnu:diva-118640 (URN)10.1016/j.engstruct.2023.116344 (DOI)001009212200001 ()2-s2.0-85160407107 (Scopus ID)
Anmärkning

Is included in the dissertation as a manuscript titled: Dynamic Evaluation of a Nine-Story Timber-Concrete Hybrid Building during Construction

Tillgänglig från: 2023-01-23 Skapad: 2023-01-23 Senast uppdaterad: 2023-11-02Bibliografiskt granskad
2. Long-term analysis of the environmental effects on the global dynamic properties of a hybrid timber-concrete building
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Long-term analysis of the environmental effects on the global dynamic properties of a hybrid timber-concrete building
2022 (Engelska)Ingår i: Engineering structures, ISSN 0141-0296, E-ISSN 1873-7323, Vol. 268, artikel-id 114726Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

With the increased availability of timber materials, such as cross-laminated timber, the number of buildings using timber as a structural material has been rapidly increasing. As these buildings are new to the market, limited data and research on their long-term structural modal performance are available. This is particularly important in timber buildings since the material properties of wood are highly affected by environmental factors, especially the moisture content. Over time, the evolution of the dynamic properties is essential for damage indication in structural health monitoring systems since natural changes can mask the influence of damage. This work presents three years of observations from a structural monitoring system collecting data ever since completing a four-story timber-concrete hybrid building in Sweden. Ambient vibrations of the building were measured using geophones, resulting in 3,100 datasets. The temperature and relative humidity were measured both externally using a weather station and internally using sensors embedded in several walls and a slab in the building. The observed natural frequencies of the building vary with +/- 0.2 Hz around the mean value over time. Linear regression analysis shows a significant correlation between the moisture content of a cross-laminated timber slab and the natural frequencies (coefficient of determination R2 up to 0.84). A predictive model for the natural frequencies is presented, taking seasonal variations and a dry-out of the structure into account. Variations from the expected values are +/- 0.1 Hz at most. The model clearly narrows the error margins for damage indication in a structural health monitoring system.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Elsevier, 2022
Nyckelord
Structural health monitoring, Ambient vibration monitoring, Environmental monitoring, Timber-concrete hybrid building
Nationell ämneskategori
Samhällsbyggnadsteknik
Forskningsämne
Teknik, Byggteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:lnu:diva-116512 (URN)10.1016/j.engstruct.2022.114726 (DOI)000852741900001 ()2-s2.0-85135387546 (Scopus ID)
Forskningsfinansiär
Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (SBUF), 13721KK-stiftelsen, 20190026
Tillgänglig från: 2022-09-23 Skapad: 2022-09-23 Senast uppdaterad: 2023-03-02Bibliografiskt granskad
3. Modal Analysis and Finite Element Model Updating of a Timber-concrete Hyblrid Building
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Modal Analysis and Finite Element Model Updating of a Timber-concrete Hyblrid Building
2022 (Engelska)Ingår i: Proceedings of SHATIS 2022: 6th International Conference on Structural Health Assessment of Timber Structures, 7-9 September 2022, Prague, 2022 / [ed] Jiří Kunecký & Hana Hasníková, Institute of Theoretical and Applied Mechanics , 2022, s. 193-199Konferensbidrag, Publicerat paper (Refereegranskat)
Abstract [en]

In recent years, there has been a rapid development of new timber products, such as cross-laminated timber, leading to an increase in buildings using timber as a structural material. House Charlie, a 4-story office building in Växjö, Sweden, is a typical example of a hybrid building that uses glulam timber for the post-beam system combined with slabs in cross-laminated timber and shear walls in concrete. A structural health monitoring system has been installed, collecting data ever since its completion in 2018. This work presents the building's modal performance collected by geophones under ambient vibrations over three years, which are used to calibrate a finite element model. The effects of changes in different material properties and model assumptions on the overall dynamic behavior of the building are shown. The aim is to establish a structural model that captures the actual behavior of the built structure that uses both timber and concrete as structural materials.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Institute of Theoretical and Applied Mechanics, 2022
Nyckelord
Structural health monitoring, Ambient vibration monitoring, Finite Element Model Updating, Timber-concrete hybrid building
Nationell ämneskategori
Husbyggnad
Forskningsämne
Teknik, Byggteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:lnu:diva-116597 (URN)9788086246543 (ISBN)
Konferens
6th International Conference on Structural Health Assessment of Timber Structures 7-9 September 2022, Prague
Tillgänglig från: 2022-09-30 Skapad: 2022-09-30 Senast uppdaterad: 2023-03-02Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Comprehensive summary(7073 kB)1164 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT02.pdfFilstorlek 7073 kBChecksumma SHA-512
f1adeac07846df65c0cc556d81e4659d1b7397b6c3fc2fa278ebe84d9fba623cef4b24aac8b98d15c3f2f978bc2df5175436acb78cca12ae5edd918a6432b7f8
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltext

Person

Larsson, Carl

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Larsson, Carl
Av organisationen
Institutionen för byggteknik (BY)
Husbyggnad

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 1169 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
isbn
urn-nbn
Totalt: 1521 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf