Stabilising system for multi-storey beam and post timber buildings [Elektronisk resurs]

• For multi-storey timber buildings, the stabilisation against horizontal loads is one of the key issues, which becomes more severe with height. There are a few main concepts utilised to resist lateral forces; shear wall action, diagonal bracing, and frame action. This doctoral thesis addresses the stabilising system of a beam and post system where the main load carrying members are connected in a pinned manner and horizontal stabilisation is provided by special stabilising walls. The system ‘trä8’ developed by Moelven Töreboda AB has been studied as an example of such a system. The stabilising elements are prefabricated panels made of a glued laminated timber frame and cross-laminated veneer lumber Kerto-Q sheathing glued-screwed to the frame.The stabilising elements were examined in full-scale racking monotonic experimental tests. It was shown that prefabricated stabilising walls are very strong and stiff structures and can be successfully used for stabilisation of multi-storey timber buildings; however they require a reliable connection to the foundation. Connections with glued-in steel rods offer high strength and stiffness and were proposed as anchorage devices. They were tested both in the full-scale racking test and in single joint tensile tests. The experiment showed that these connections possess large load-carrying capacity and stiffness, but they fail typically by brittle pull-out of the rod from the timber member. A literature study was conducted to review existing manufacturing methods, mechanisms and parameters governing the performance and strength of the joints, theoretical approaches for the analysis of glued-in rods connections and existing design recommendations. Based on this review, the most recent methods were chosen to determine the pull-out capacity of glued-in rods connections and evaluate the test results. Additionally, the transformed section method was also found to be applicable for analysing stabilising walls anchored with glued-in rods connections. Brittle failure modes should be avoided in the design; therefore findings of the literature review were utilized in an attempt to achieve ductile behaviour of connections with glued-in steel rods. Two configurations of timber-to-steel connections with multiple glued-in steel rods, with many small diameter rods of high strength and few large diameter mild steel rods were tested in tension up to failure. The results showed that ductile behaviour can be achieved with mild steel rods and the number of rods should be small to reduce the amount of work during production and to reduce risk for manufacturing errors. The rods should be equally distributed in the timber cross-section to optimize the load transfer. At the current state, the only thing that seems to prevent a design method for the design of glued-in rod connections in Eurocode 5 is a proper estimation of the characteristic shear strength value.The full-scale racking test also included nailed hold-downs. For large nailed connections loaded in tension parallel to the grain, an increased risk for plug shear failure exist, which was observed in the racking experiment. Nailed connections in general have a lower stiffness than glued-in rods connection provided they have the same connection area. The results of this test contributed, together to those of a previous study, to check the design proposal in Eurocode 5 for shear plug failure capacity of nailed connections, which was found to be non conservative. 
• För flervånings trähus är stabilisering mot horisontella laster en av de viktigaste frågorna, som blir svårare att hantera ju högre huset är. Det finns tre sätt att stabilisera träbyggnader: skjuvväggar, diagonaler och momentstyva knutpunkter. Denna doktorsavhandling behandlar det stabiliserande systemet för pelar-balksystem där förbanden mellan de bärande elementen är ledade och särskilda stabiliserande väggar stabiliserar byggnaden mot de horisontella lasterna. Systemet ’trä8’ som utvecklats av Moelven Töreboda AB har studerats som ett exempel på ett sådant system. De stabiliserande element är prefabricerade paneler tillverkade av med en limträstomme täckt med fanérträ Kerto-Q skruvlimmad till båda sidorna av stommen. Det stabiliserande elementet undersöktes i fullskaliga experiment. Det visade sig att prefabricerade stabiliserande väggar är starka och styva, och kan användas för att stabilisera flervånings pelar-balk byggnader i trä, men de kräver en tillförlitlig anslutning till grunden. Förband med inlimmade skruvar har hög lastkapacitet och styvhet och föreslogs som grundinfästningar för de stabiliserande väggarna. De testades både i fullskaletester och i förbandstester. Experimenten visade att dessa förband har stor bärförmåga och styvhet, men de går ofta till sprödbrott genom utdrag av skruven från träet. En litteraturstudie genomfördes för att se över befintliga tillverkningsmetoder, mekanismer och parametrar som styr prestanda och styrka av förbanden, teoretiska modeller för analys av inlimmade skruvar och befintliga projekteringsrekommendationer. Utifrån denna studie, valdes de senaste metoderna för att bestämma utdragskapaciteten för förband med inlimmade skruvar i syfte att utvärdera testresultaten. Spröda brottmoder bör undvikas i träkonstruktioner, därför användes resultaten av litteraturgenomgången i ett försök att uppnå segt beteende i förband med inlimmade skruv. Två konfigurationer testades i dragning, en med många skruvar med liten diameter av höghållfast stål och en med få skruvar med stor diameter av milt stål. Resultaten visade att segt beteende kan uppnås med mjuka stålskruvar och antalet skruvar bör vara litet för att minska mängden arbete under produktionen och därmed risken för tillverkningsfel. Stavarna bör vara lika fördelade i tvärsnittet för att optimera lastöverföringen. I nuläget är det enda som står mellan ett införande av beräkningsmodellen för inlimmade skruvar i Eurokod 5 en korrekt uppskattning av skjuvhållfasthetens värde. De fullskaliga testerna inkluderade också stabiliserande element förankrade med spikförband. För stora spikade förband som belastas i dragning parallellt fibrerna finns det en ökad risk för klossbrott, vilket observerades i experimentet. Spikade förband har allmänt lägre bärförmåga än förband med inlimmade skruvar, givet att de har samma förbandsyta. Resultaten bidrog till en tidigare utförd studie om utveckling av en prediktionsmodell för klossbrott i spikade förband. Slutresultatet visar att den nuvarande (2011) modell som används i Annex A i Eurokod 5 ger resultat på osäker sida. 

Ämnesord

Engineering and Technology  (hsv)

Civil Engineering  (hsv)

Building Technologies  (hsv)

Teknik och teknologier  (hsv)

Samhällsbyggnadsteknik  (hsv)

Husbyggnad  (hsv)

Träbyggnad  (ltu)

Timber Structures  (ltu)

Indexterm och SAB-rubrik

Civil engineering and architecture - Building engineering

Samhällsbyggnadsteknik och arkitektur - Byggnadsteknik