Vind – en pina också för höghus

Vad är egentligen den stora skillnaden mellan att dimensionera en hög och en låg byggnad? Byggnadens massa ökar såklart med ökande höjd men detta hanteras normalt med ett ungefär linjärt ökande dimensioner på det bärande systemet (pelare och väggar). Vad som dock inte ökar linjärt och som är betydligt mycket svårare att hantera är vinden! Detta gör att Karlatornets bärande system, precis som för andra höga byggnader, i huvudsak styrs av hur det blåser i dess närområde, i detta fallet Göteborg!

Alla som bor i Göteborg vet att det blåser kraftigt i stora delar av staden. Lindholmen, där Karlatornet nu uppförs är inget undantag. Byggnaden dimensioneras efter två krav baserat på den vind som verkar på byggnaden:

 1. Byggnaden skall stå emot alla vindstyrkor som kan tänkas uppkomma under dess livstid.
 2. Det skall vara behagligt att vistas i byggnaden vid kraftiga stormar.

Dessa krav gäller såklart för alla byggnader men kravet på hur det upplevs att vistas i byggnaden vid en kraftig storm är inte några problem för lägre byggnader. För Karlatornet är det detta krav som styr utformningen på byggnaden och dimensionerna på dess bärande system.

För att beräkna den vind som verkar på en byggnad så finns det ett regelverk som alla i Sverige måste förhålla sig till, en standardiserad norm. Den kraft som vinden ger upphov till beror i huvudsak på byggnadens form, geografiskt läge samt byggnadens omgivning. Denna standard är dock inte giltig för byggnader som överstiger 200 meters byggnadshöjd. För sådana byggnadsverk krävs mer noggranna studier, ofta i form av ett vindtunneltest.

Ett vindtunneltest går ut på att beräkna den vind som kommer påverka byggnaden under hela dess livstid. Med hjälp av en skalmodell av byggnaden man vill undersöka och dess närområde kan byggnaden och dess verkningssätt analyseras. Den vind som appliceras i vindtunneln baseras på mätdata från den specifika plats där byggnaden skall uppföras och appliceras i alla riktningar. Detta är viktigt då vindstyrkorna skiljer sig åt i de olika väderstrecken” säger Erik Beets, konstruktör på VBK.

VBK närvarade vid samtliga vindtunneltest som genomförts för Karlatornet vid BMT Fluid Mechanics anläggning i London. ”För att genomföra de olika vindtunneltesten implementerades historiska mätdata från Göteborgs väderstationer och flygplatser i vindtunneln. Det är för att säkerställa att man använder rätt vindhastighet i rätt vindriktning. Skalmodellen av Karlatornet och dess omgivning utsattes därefter för dessa vindar och en komplicerad matematisk modell omvandlade resultaten till laster vi kan använda. Under arbetets gång fick vi kontinuerligt resultat som vi analyserade och tog ställning till” säger Erik Beets, konstruktör på VBK.

I figuren nedan kan man se Ramberget till vänster, Karlatornet i mitten samt Chalmers Lindholmen till höger.

Resultaten från genomförda vindtunneltest ligger till grund för hela dimensioneringsprocessen av byggnaden. Andreas Lindelöf, konstruktör på VBK förklarar: ”Underlaget från det senaste vindtunneltestet har vi applicerat i våra FEM-modeller. Eftersom vi i vindtunneltestet analyserat byggnadens verkningssätt i den nuvarande och den framtida omgivningen, då Karlastanden är fullt utvecklad, har det genererat en stor mängd lastfall. Om man dessutom lägger till att vi analyserat unika vindlaster i samtliga riktningar så har det genererat tusentals olika lastfall att beakta. Detta genererar såklart oerhörda mängder data men vi är trygga i att detta är det enda sättet att säkerställa byggnadens funktion och dess statiska system”. Bilden nedan visar FEM-modellen som använts vid analys av byggnaden och hur deformationen på grund av vind kan se ut (I overdriven skala).

Detta gäller dels för kravet om byggnadens bärförmåga mot vind samt det upplevelsekrav som nämnts i texten ovan. Eftersom höga byggnader i stor grad styrs av den vind som den skall motstå är det av yttersta vikt att genomföra vindtunneltest för att säkerställa att man erhåller ett bärande system som är ekonomiskt. Det är också en kvalitetssäkring av byggnaden då den norm som annars är gällande också kan underskatta den vind som verkar på en byggnad. Detta eftersom byggnadens geometriska form i stor grad är styrande för den vind som den kommer att utsättas för. På grund av detta var VBK närvarande vid en rad olika vindtunneltest som genomfördes tidigt i projektet. Under denna arbetsprocess analyserades en rad olika utformningar av byggnaden samt byggnadens orientering. Stefano Camelli, Technical Director vid BMT Fluid Mechanics i London förklarar:

“As part of the wind engineering studies conducted on this prestigious tall building, the architectural form of Karlatornet has been developed during the course of a series of interactive workshops held in BMT's large boundary layer wind tunnel facility. During the course of such sessions, a number of different shape adjustments and bespoke aerodynamic solutions were developed, wind tunnel tested and analysed in real time such that – as work was conducted on each design iteration, other architectural variations could be developed and tested in a continuous and efficient manner. This process has not only led to the successful development of an incredibly aerodynamically optimised building form, but has also led to significant cost savings for the project.”

Som Stefano förklarar så var det en arbetsprocess som ledde fram till byggnadens geometriska form och dess orientering. Detta för att optimera byggnadens aerodynamiska egenskaper och därigenom också upplevelsen för de boende vid starkare vindar och stormar. Så tänk på det nästa gång ni ser en hög byggnad, det är med största sannolikhet byggnadens stora massa som ligger till grund för de stora byggnadselement ni ser, det är antagligen vinden!

Bilden nedan visar den dimma som används i vindtunneln för att man skall kunna se luftrörelser med blotta ögat.