Korkean rakentamisen erityispiirteet aukkopalkkien suunnittelussa

Abstract

Suomessa on viime vuosina valmistunut useita korkeaksi rakennukseksi määriteltäviä kohteita ja myös uusia hankkeita on vireillä. Vaikka Suomessa tehtävä korkea rakentaminen on verrattain matalaa maailmalla tehtäviin kohteisiin, ovat kohteet jo niin korkeita, että niissä on kiinnitettävä huomiota korkeassa rakentamisessa esiintyviin erityispiirteisiin. Korkeissa rakennuksissa ja runkotyypistä riippuen myös matalimmissa rakennuksissa, aukkopalkit ovat tärkeä osa rakennuksen jäykistysjärjestelmää. Tämän työn tarkoitus on esitellä oleellisimmat korkean rakentamisen erityispiirteet sekä kehittää aukkopalkkien suunnitteluosaamista. Työ tehdään kirjallisuusselvityksenä, esimerkkilaskelmilla sekä laskentamalleilla tehtävillä analyyseillä.

Työssä esiteltiin korkean rakentamisen erityispiirteitä laajan kirjallisuusselvityksen pohjalta. Kyseisiä aihealueita on tutkittu paljon ja tämä työ luo pohjan näiden aiheiden syvällisempää perehtymistä varten. Aukkopalkilla tarkoitetaan tässä työssä kahta leikkausseinää yhdistävää rakenneosaa, joka siirtää rasituksia seinien välillä jäykkyytensä mukaisesti. Kirjallisuusselvityksessä selvisi, että aukkopalkkien toiminta on kriittistä maanjäristystilanteessa ja ulkomaisissa suunnittelunormeissa niiden suunnittelua ohjataan tarkasti. Aukkopalkit suunnitellaan sitkeiksi rakenneosiksi ja eri tavoilla raudoitettujen aukkopalkkien lisäksi kuormansiirrossa käytetään myös erilaisia teräsosia. Olennainen osa aukkopalkkien suunnittelua on oikea mallinnustapa laskentamallissa sekä sopivan jäykkyyden määrittely haljenneelle teräsbetonipoikkileikkaukselle.

Tämän työn tuloksena on selvää, että oikeaan mallinnustapaan sekä sopivaan jäykkyyden redusointikertoimeen on kiinnitettävä huomiota. Mikäli tasolaattojen jäykkyyksiä ei redusoida, voivat nämä toimia aukkopalkin tavoin ja rasitukset siirtyvät laattaan. Poikkileikkauksen jäykkyyden redusointi aiheuttaa myös rasitusten uudelleen jakaantumisen laskentamallissa, joka voi johtaa jonkin rakenneosan alimitoitukseen. Redusointikertoimen suuruudella ei tässä tapauksessa ollut suurta merkitystä saatuihin tuloksiin ja redusointikerroin 0,33 vaikuttaisi hyvältä alustavalta arviolta. Jäykkyyden redusointi saattaa korkean rakennuksen laskentamallissa antaa yllättäviäkin tuloksia ja rasitukset voivatkin kasvaa, kun jäykkyyttä pienennetään. Tämä johtuu mahdollisesti vaiheittaisesta rakentamisesta ja jäikin epäselväksi ovatko rasitukset todellisia. Työssä havaittujen ilmiöiden yleistämistä varten voitaisiin tehdä tarkempia tutkimuksia erilaisissa tapauksissa, joissa muuttujina olisivat esimerkiksi rakennuksen korkeudet ja runkojärjestelmät.

In recent years, several projects defined as high-rise buildings have been completed in Finland, and new projects are also underway. Although high-rise buildings in Finland is relatively low compared to projects in the world, the projects are already so high that attention must be paid to the special features of high-rise buildings. In high-rise buildings and some lower buildings coupling beams are an important part of the building’s stiffening system. The purpose of this work is to present the most essential features of high-rise buildings and to develop the design expertise of coupling beams. The work is done as a literature review, example calculations and analyzes made with calculation models.

The special features of high-rise buildings were presented in the work based on an extensive literature review. These topics have been extensively studied and this work provides a basis for a more in-depth study of these topics. A coupling beam is a structural part between two shear walls, which transfers stresses between the walls based on its stiffness. In the literature review, it was clarified that the coupling beams are critical structures in the event of an earthquake and their design is closely controlled in foreign design standards. The coupling beams are designed as ductile structural parts. In addition to the reinforced coupling beams, different steel parts are also used. An essential part of the design of coupling beams is the correct modeling method in the calculation model as well as the determination of the appropriate stiffness for the cracked cross section.

As a result of this thesis, attention must be paid to the correct modeling method as well as the appropriate stiffness reduction factor. If the stiffnesses of the flat slabs are not reduced, these can act like a coupling beam and the stresses will be transferred to the slab. Reducing the stiffness of the cross section also causes a redistribution of stresses in the calculation model, which can lead to an undersizing of some structure. The magnitude of the reduction factor in this case was not very significant to the results obtained, and a reduction factor of 0,33 would appear to be a good preliminary estimate. The reduction of stiffness in the calculation model of a high-rise building may give surprising results and the stresses may increase when the stiffness is reduced. This is possibly due to the construction stages and it was unclear whether the stresses were real. In order to generalize the phenomena observed in the thesis, more detailed studies could be carried out in different cases, where the variables would be, for example, building heights and frame systems.