Design of tall buildings with steel and composite frame structures

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorVuolio, Aki
dc.contributor.authorPekkala, Antti
dc.contributor.departmentRakennustekniikan laitosfi
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Engineeringen
dc.contributor.supervisorPuttonen, Jari
dc.date.accessioned2020-12-28T14:59:02Z
dc.date.available2020-12-28T14:59:02Z
dc.date.issued2013
dc.description.abstractThe purpose of this thesis is to examine special issues concerning the design of tall steel and composite buildings. The main focus is on office and residential buildings that consist of steel or composite frames and composite slabs. The study presents requirements for this type of tall buildings presented by the National Building Code of Finland and the Euro code. One important issue is the classification of buildings into consequence classes. According to the simplified method tall buildings belong to the highest consequence class CC3. However, the possibility to classify individual structural components to a lower class under certain conditions is presented in the Euro code. The execution of the steel structures is greatly influenced by consequence class. Another important issue is the prevention of progressive collapse. In theory, the vertical load of a removed column can be transferred to adjacent columns via beams acting as horizontal ties. This kind of catenary action requires beams to be able to develop sufficient plastic strains and connections to have adequate rotational capacity. These can be achieved by the ductile behaviour of structures. The lateral bracing system is also required to have sufficient ductility. The lateral bracing of steel and composite buildings is based on rigid or diagonally braced frames or the combination of both types. Different structural elements were also compared in this study. Welded I-beams proved to be the most economical material-wise. The weight of welded I-beams turned out to be only 57 to 64 percent of the weight of hot-rolled sections. In comparison to steel grade S355, the use of high strength steel in steel columns gained 57 percent saving in cross-sectional area and 35 percent saving in material. The cross-sectional areas of the composite columns in this study were slightly greater than the areas of the steel columns.en
dc.description.abstractTutkimuksessa selvitettiin rakennusrunkojen suunnittelun erityiskysymyksiä. Tarkastelu rajattiin toimisto- tai asuinrakennuksiin, joiden rungon pystyrakenteet koostuivat teräksestä tai liittorakenteisista pilareista ja vaakarakenteet teräspalkeista tai betonin ja teräksen muodostamasta liittolaatasta. Tutkimuksessa selvitettiin Suomen rakentamismääräyskokoelmassa ja eurokoodeissa esitetyt vaatimukset tämän tyyppisille korkeille rakennuksille. Yksi tärkeä kysymys kyseessä olleen runkotyypin kannalta on eurokoodissa esitetty rakenteiden seuraamusluokittelu. Yksinkertaistetun luokittelun perusteella korkeat rakennukset kuuluisivat aina korkeimpaan seuraamusluokkaan CC3. Eurokoodi sallii kuitenkin yksittäisten rakenneosien luokittelun alempiin seuraamusluokkiin tietyin edellytyksin. Seuraamusluokka vaikuttaa teräskokoonpanojen toteutukseen. Toinen tärkeä kysymys on jatkuvan sortuman estäminen. Teoriassa kantokykynsä menettäneen pilarin kuormat voidaan siirtää vaakasiteinä toimivilla teräspalkeilla viereisille pilareille. Tämä vaatii kuitenkin vaakasiteiltä riittävää muodonmuutoskykyä ja niiden liitoksilta riittävää kiertymiskykyä. Nämä voidaan saavuttaa suunnittelemalla rakenteiden toiminta sitkeäksi. Myös jäykistysjärjestelmän tulee toimia sitkeästi. Teräksestä ja liittorakenteista koostuvat rungot ovat tyypillisesti jäykkiä tai diagonaalein jäykistettyjä kehiä sekä näiden yhdistelmiä. Tutkimuksessa vertailtiin myös runkorakenteita. Palkkien osalta hitsatut I-palkit osoittautuivat materiaalimenekiltään edullisimmiksi. Niiden massa oli parhaimmillaan vain 57 - 64 % valssattujen profiilien massasta. Teräspilareissa korkealujuusteräksen käytöllä saavutettiin jopa 57 % pienemmät pilariprofiilit ja 35 % kevyemmät rakenteet kuin lujuusluokan S355 teräksellä. Liittopilarit olivat poikkileikkaukseltaan hieman teräspilareita suurempia.fi
dc.format.extent76
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/100632
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-2020122859463
dc.language.isofien
dc.programme.majorTalonrakennustekniikkafi
dc.programme.mcodeRak-43fi
dc.rights.accesslevelclosedAccess
dc.subject.keywordsteel structuresen
dc.subject.keywordteräsrakenteetfi
dc.subject.keywordcomposite structuresen
dc.subject.keywordliittorakenteetfi
dc.subject.keywordtall buildingsen
dc.subject.keywordkorkeat rakennuksetfi
dc.titleDesign of tall buildings with steel and composite frame structuresen
dc.titleKorkean asuin- ja toimistorakennuksen rungon suunnittelu teräksestä tai liittorakenneosistafi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotPro gradu -tutkielmafi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_00655
local.aalto.idinssi45877
local.aalto.openaccessno
Files