BYGGA. Håkan Sundquist Professor Stål- och brobyggnad Institutionen för Byggvetenskap Kungl Tekniska Högskolan

Transkript

1 BYGGA Håkan Sundquist Professor Stål- och brobyggnad Institutionen för Byggvetenskap Kungl Tekniska Högskolan

2 Bygga stort och högt Naturens och människans gränser för vad som är möjligt

3 Var går våra gränser för att bygga stort och högt Disposition: Stora projekt om man mäter i kubikmeter En viktig lag från fysiken Höga byggnader Håkan Sundquist Bygga stort och högt 3

4 Att bara bygga stort Behöver inte vara en teknisk utmaning Kräver stora resurser (människokraft och ekonomiska medel) Historiskt så var det först de utvecklade kulturerna kring några stora floder som hade erforderliga resurser för att bygga stort (de mest grundläggande mänskliga kraven på mat och bostäder hade man klarat av) Håkan Sundquist Bygga stort och högt 4

5 Redan de gamla egyptierna Håkan Sundquist Bygga stort och högt 5

6 Den störste förhistoriska byggaren När det gäller pyramider så var det naturligtvis inte bara att bygga stort Pyramiderna var höga och hur man kunde släpa upp allt material så högt har fortfarande inte fått sin slutliga förklaring Precis som mycket inom naturhistorisk forskning och utveckling fick man lära sig hållfasthetsproblemen genom trial and error Låt oss se vad Farao Snefru fick lära sig Håkan Sundquist Bygga stort och högt 6

7 Redan de gamla egyptierna hade grundläggnings- och hållfasthetsproblem! 43,5 o 52 o 60 o Farao Snefrus pyramid i Pachur den böjda pyramiden Håkan Sundquist Bygga stort och högt 7

8 Den böjda pyramiden Man startade med en lutning av 60. (hade man fortsatt med denna lutning hade pyramiden blivit c:a 160 m hög) Man minskade sedan lutningen till c:a 52 Sedan började rasen i grunden, men man fortsatte och avslutade med en liten lutning c:a 43 Den slutliga höjden blev 105 m. Det kanske var p.g.a. detta debacle som Snefru blev så misslynt att han byggde ytterligare 9 pyramider totalt 3,6 miljoner kubikmeter! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 8

9 Cheops Cheops var son till Snefru lärde av sin far att 52 var lagom lutning på en pyramid Pyramiden blev 146 m hög och höll världsrekordhöjd till långt fram ända in i talet Men Chepos byggde bara 2,6 miljoner kubikmeter pyramid - 1 milj m 3 mindre än sin far Håkan Sundquist Bygga stort och högt 9

10 Det allra största byggnadsverket? Kinesiska muren Ett helt system av murar totalt 885 mil!? Byggdes under en period av c:a 2000 år Håkan Sundquist Bygga stort och högt 10

11 En lång stor bro, Tekniskt inte så svårt, men kräver förstås enorma resurser Tianjin Grand Bridge 11,4 mil Men det finns en liknande längre i Kina 16,5 mil (Danyang-Kunshan Grand Bridge) Drömmen för betongälskare! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 11

12 Sveriges största byggnadsverk Göta kanal miljoner m 3 jord schaktades bort Håkan Sundquist Bygga stort och högt 12

13 En viktig naturlag skalans betydelse Tyngden ökar med skalan upphöjd till 3, men kraftupptagande förmåga ökar med skalan upphöjd till 2

14 Redan Galileo förstod detta! Galileo Galilei, ( ) Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze (1638), Samtal rörande två nya vetenskaper från 1632 Håkan Sundquist Bygga stort och högt 14

15 Vad lär vi oss av detta?? Det är lättare att bygga en stor volym på platten än på höjden eftersom de vertikala krafterna av egentyngd då blir mindre! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 15

16 Bygga högt Hur högt kan vi bygga?

17 Babels torn Håkan Sundquist Bygga stort och högt 17

18 Babels torn var väl kanske än så n här Stora Zigguraten i Ur, (restaurerad) i Irak Håkan Sundquist Bygga stort och högt 18

19 Fyrtonet på Faros Ett av de klassiska sju underverken Påstås ha varit 130 m högt Håkan Sundquist Bygga stort och högt 19

20 På medeltiden låg makten hos kyrkan som ville bygga högt Katedralen i Strasbourg 1493, 142 m, höll världsrekord till 1880 Håkan Sundquist Bygga stort och högt 20

21 Uppsala domkyrka är ett exempel på ett av medeltidens högsta byggnader Började byggas redan på 1200 talet Invigdes 1435, tornet 119 m Håkan Sundquist Bygga stort och högt 21

22 Vad är ett höghus eller t.o.m. en skyskrapa Höjden beror på omgivande byggnader. Det som är ett höghus i en liten ort med låga hus är inte det i t.ex. New York Allt om höga byggnader hittar på den här hemsidan Council on Tall Buildings and Urban Habitat På samma sätt är storleken byggnaders volym i relation till miljön! En super tall building > 300 m skyskrapa Håkan Sundquist Bygga stort och högt 22

23 Definition av byggnaders höjd eller storlek Höjden mätt till toppen på spiran i toppen Detta är de högsta byggnaderna just nu! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 23

24 En mer rättvis definition kanske Högsta använda våningen Håkan Sundquist Bygga stort och högt 24

25 Vilka belastningar ska höga hus klara? De vertikala lasterna från själva byggnaden och det som finns i den. I huvudsak byggnadens egentyngd. Personer och inredning ger inte så relativt stora belastningar Den i särklass viktigaste lasten är vinden Jordbävningar är viktiga med hänsyn till grundläggningen, men egentligen inte till stommen Håkan Sundquist Bygga stort och högt 25

26 Vindtrycket ökar kraftigt med höjden Håkan Sundquist Bygga stort och högt 26

27 Hur högt kan man bygga? Stål och jämntjockt! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 27

28 Före detta World Trade Center i New York Höjd 417 m 110 effektiva våningar Observera att tornen var jämntjocka Rivna 11:e sept Håkan Sundquist Bygga stort och högt 28

29 Hur högt kan vi bygga? En enkel modell! Vi tänker oss att byggnadens stomme stabiliseras av ett rör d.v.s. fasadkonstruktioner (pelare och väggar) Då har byggnadens form stor betydelse. Modellen kan ge en översiktlig bild av möjlig höjd beroende på: Material Byggnadens funktion Håkan Sundquist Bygga stort och högt 29

30 En enkel jämförelse Det är alltså väsentligt lättare att bygga högt om man bygger avsmalnande mot toppen Vad är då kravet på en byggnad? - Det ska ge mycket area som kan ge hyror och betala byggnaden - Den avsmalnande formen minskar effektiviteten Håkan Sundquist Bygga stort och högt 30

31 För- och nackdelar med att bygga högt Fördelar: Mycket area att hyra ut om tomtkostnaderna är höga Skryt, visa makt och rikedom Nackdelar: Mycket area går åt för vertikal kommunikation Feta pelare för att ta vertikala krafter i stommen Hissar (och dessutom tid för att transportera de som jobbar i huset) Vatten och ventilation m.m. Kostnaderna för stommen ökar ju högre man bygger Svårigheterna att bygga ökar Håkan Sundquist Bygga stort och högt 31

32 Kostnaderna per m 2 ökar med höjden Håkan Sundquist Bygga stort och högt 32

33 Hur gör man med de vertikala kommunikationerna? a) b) Egentligen blir det flera hus staplade på varandra Hissar i flera etapper Särskilda våningar för installationer Vattenreservoarer för bl.a. sprinklers Avloppssystem som delas upp etappvis Håkan Sundquist Bygga stort, långt och högt 33

34 Hur bygger vi i Sverige? Ofta med prefabricerade system där stabilisering sker med ett eller två system (ofta trapp- och hisstornet). Den övriga stommen ofta endast upplagda utan sega anslutningar Håkan Sundquist Bygga stort och högt 34

35 Seghet och robusthet I Sverige bygger vi ofta med fritt upplagda system, i stället för att svetsa ihop stommen Svetsning Kanske inte så klokt om man tar hänsyn till okända laster Håkan Sundquist Bygga stort och högt 35

36 Betong Det högsta nu byggda betonghuset Trump International Hotel and Tower, Chicago 423 m, 98 våningar, 2009 Håkan Sundquist Bygga stort och högt 36

37 Även om superhöga hus oftast byggs i stål går det åt enorma mängder betong till grundläggning och källare! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 37

38 Det nya World Trade center One World Trade Center Total höjd 541 m Högsta våning 401 m 105 våningar Under byggnation sedan 2006 Håkan Sundquist Bygga stort, långt och högt 38

39 Surfar man hittar man massor med fantastiska idéer Håkan Sundquist Bygga stort och högt 39

40 Just nu högst! Burj Khalifa, Dubai 828 m inklusive spira Högsta våning 584 m 163 våningar Håkan Sundquist Bygga stort, långt och högt 40

41 Kingdom Tower i Jeddah Höjd > 1000 m Byggstart?? Färdig 2018? 160 våningar 50 hissar Betong! Håkan Sundquist Bygga stort och högt 41

42 Tack för mig! Frågor?