Teräsbetonilaatan laskentamenetelmät : case: paksu teräsbetonilaatta
Lastuvirta, Atte (2020)
Lastuvirta, Atte
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020112824902
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020112824902
Tiivistelmä
Paksuja teräsbetonilaattoja käytetään kuormansiirtorakenteina eri runkojärjestelmien välillä. Runkojärjestelmien yhdistäminen on tyypillistä hybridirakentamisessa. Esimerkkinä voi mainita metroasemat, joiden päälle on useissa pääkaupunkiseudun hankkeissa rakennettu pilarit-palkit-laatat-runkojärjestelmän mukainen liikerakennus ja liikerakennuksen päälle yksi tai useampi asuinkerrostalo kantavat seinät-laatat-runkojärjestelmällä. Paksujen teräsbetonilaattojen rakenneanalyysin tukena yleinen ja tehokas työkalu on elementtimenetelmä eli FEM (Finite Element Method). Paksujen teräsbetonilaattojen tapauksessa FEM-rakenneanalyysi saa kuitenkin erityispiirteitä, joita ovat laskentamallin ulottuvuus, käytettävä laattateoria ja tulosten muodostuminen sekä oikea tulkinta.
Tässä opinnäytetyössä perehdyttiin elementtimenetelmän perusteisiin ja toimintaan käytännössä, laattateorioihin sekä betonin materiaaliominaisuuksien erityispiirteisiin. Tästä muodostunutta teoriaosuutta sovellettiin käytännönosuudessa, jossa käytettiin Dlubal RFEM -ohjelmistoa. Käytännönosuudessa laattojen FEM-rakenneanalyysia, tulosten muodostumista ja tulkintaa tutkittiin aluksi yksinkertaisin sovelluksin. Tämän jälkeen menetelmiä sovellettiin CASE-laskennassa kuvitteelliseen paksuun pilarilaattaan, jonka päälle rakentui 11-kerroksinen asuinkerrostalo.
Työn perusteella voidaan todeta, että laskentamenetelmissä ulottuvuudella ja valitulla laattateorialla on merkitystä. Kaksiulotteisella laskentamallilla tulosten tulkitseminen on yksinkertaisempaa ja mitoitusvoimasuureiden muodostamiseen on kehitetty menetelmiä, joista tämän työn perusteella voidaan suositella vääntömomentin huomioivaa Wood and Armer -menetelmää. Laattateorioiden olennaisin ero on leikkausmuodonmuutos, jonka Reissner-Mindlin laattateoria huomioi. Kaksiulotteisessa laskentamallissa on käytettävä Kirchhoff laattateoriaa jännevälin ja paksuuden suhteen ollessa yli 5 ja Reissner-Mindlin laattateoriaa suhteen ollessa alle 5. Kolmiulotteinen laskentamalli soveltuu muodonmuutosten lisävarmistukseksi tai kun jännevälin ja paksuuden suhde on alle 3, jolloin kaksiulotteisella laskentamallilla saadaan virheellisiä tuloksia laattateoriasta huolimatta. Paksujen teräsbetonilaattojen jatkotutkimusaiheiksi esitetään mitoitusmenetelmien, rakenneosien toiminnan ja niiden sovellettavuusrajojen tarkempaa tutkimista sekä työmaatoteutuksen ja sen haasteiden käsittelyä.
Tässä opinnäytetyössä perehdyttiin elementtimenetelmän perusteisiin ja toimintaan käytännössä, laattateorioihin sekä betonin materiaaliominaisuuksien erityispiirteisiin. Tästä muodostunutta teoriaosuutta sovellettiin käytännönosuudessa, jossa käytettiin Dlubal RFEM -ohjelmistoa. Käytännönosuudessa laattojen FEM-rakenneanalyysia, tulosten muodostumista ja tulkintaa tutkittiin aluksi yksinkertaisin sovelluksin. Tämän jälkeen menetelmiä sovellettiin CASE-laskennassa kuvitteelliseen paksuun pilarilaattaan, jonka päälle rakentui 11-kerroksinen asuinkerrostalo.
Työn perusteella voidaan todeta, että laskentamenetelmissä ulottuvuudella ja valitulla laattateorialla on merkitystä. Kaksiulotteisella laskentamallilla tulosten tulkitseminen on yksinkertaisempaa ja mitoitusvoimasuureiden muodostamiseen on kehitetty menetelmiä, joista tämän työn perusteella voidaan suositella vääntömomentin huomioivaa Wood and Armer -menetelmää. Laattateorioiden olennaisin ero on leikkausmuodonmuutos, jonka Reissner-Mindlin laattateoria huomioi. Kaksiulotteisessa laskentamallissa on käytettävä Kirchhoff laattateoriaa jännevälin ja paksuuden suhteen ollessa yli 5 ja Reissner-Mindlin laattateoriaa suhteen ollessa alle 5. Kolmiulotteinen laskentamalli soveltuu muodonmuutosten lisävarmistukseksi tai kun jännevälin ja paksuuden suhde on alle 3, jolloin kaksiulotteisella laskentamallilla saadaan virheellisiä tuloksia laattateoriasta huolimatta. Paksujen teräsbetonilaattojen jatkotutkimusaiheiksi esitetään mitoitusmenetelmien, rakenneosien toiminnan ja niiden sovellettavuusrajojen tarkempaa tutkimista sekä työmaatoteutuksen ja sen haasteiden käsittelyä.