Tall buildings using CLT. An integrated design considering moisture induced effects

Abstract

Conscientes das vantagens associadas ao uso da Madeira Lamelada Colada Cruzada (MLCC) nas construções localizadas nos grandes centros urbanos e considerando a falta de conhecimento relativo aos efeitos resultantes de variações de humidade nesse mesmo material, a presente tese foi dividida em duas partes complementares. A Parte I é dedicada ao desenvolvimento de uma vasta campanha experimental focada essencialmente na quantificação dos esforços induzidos pela humidade na MLCC e na quantificação da resistência ao arrancamento de parafusos auto perfurantes inseridos em painéis de MLCC. Os esforços induzidos pela variação no teor de humidade foram quantificados considerando um intervalo de humidade relativa entre 30% e 90%, sendo utilizadas três técnicas de medição diferentes, nomeadamente: Correlação Digital de Imagem, sensores de deslocamento (LVDT) e paquímetro. No que respeita á quantificação da capacidade de arrancamento dos parafusos auto perfurantes, foi desenvolvida uma campanha experimental na qual foram efetuados 590 testes de arrancamento. De modo a compreender melhor a relação entre MLCC e os parafusos auto perfurantes, foram tidos em conta três parâmetros principais: (i) mudanças simples e cíclicas no teor de humidade, (ii) número de gaps e (iii) a largura dos mesmos gaps. A parte II apresenta uma proposta para um sistema estrutural para a construção de edifícios de vários pisos, no qual a MLCC é o principal material de cariz estrutural. Este sistema foi apelidado de Urban Timber (UT) system e foi desenhado tendo sempre presente os efeitos causados pelas variações no teor de humidade quer nos elementos individuais de MLCC, nas ligações mecânicas ou nas soluções propostas para as fachadas. Paralelemente, o UT system foi submetido a uma avaliação estrutural e as suas potencialidades arquitetónicas foram exploradas.

Aware about the advantages of using Cross Laminated Timber (CLT) as a construction material on the urban environments, and considering the lack of knowledge related with the behaviour of CLT regarding moisture induced effects, present thesis was developed in two parts that complement each other. Part I is based on the development of laboratorial experiments focused on the quantification of moisture induced strains on CLT panels and on the quantification of withdrawal capacity of Self Tapping Screws (STS) inserted in CLT panels. Moisture induced strains were quantified considering a range of relative humidity that varies between 30% and 90% and three different measure techniques were used, namely: Digital Image Correlation (DIC), LVDT’s acquisition and Calliper ruler measurements. Regarding quantification of withdrawal capacity of STSs, a large experimental campaign comprising 590 withdrawal tests was carried out. In order to understand deeply the composite model “CLT-STS”, tests performed considered three main parameters: (i) simple and cyclic on moisture changes, (ii) number of gaps and (iii) the width of gaps. Part II present a proposal for a new structural system for multi-story timber buildings, in which CLT is the main structural material. The proposed structural system was called Urban Timber (UT) system and it was designed always taking into account moisture induced effects either on individual structural elements, mechanical connections or on facade solutions. Independent of limitations imposed by moisture induced effects, a structural evaluation of UT system is performed and architectural potentialities are presented individually.