Rakennusta jäykistävän aukollisen seinälevyn jäykkyys

Abstract

Työ tehtiin Finnmap Consulting Oy:lle. Työn tavoitteena oli tutkia aukollisen seinälevyn jäykkyyttä, verrata tietokoneohjelman antamia tuloksia käsinlaskentamenetelmiin taipumien kautta ja luoda laskentapohja soveltuvista menetelmistä. Jäykkyyksien tarkkuus on oleellista vaakakuormien jakautumisen kannalta.

Lähdetutkimuksen tuloksena löydettiin 4 laskumenetelmää. Nämä menetelmät olivat Rosman'in, Lewickin sekä kaksi ekvivalentin jäykkyyden menetelmää, joista tutkittiin niiden tarkkuutta käsinlaskumenetelmänä. Käsinlaskumenetelmien vertailuarvona käytettiin FEM-ohjelmalla saatuja taipumia. Ohjelma ei huomioi betonin halkeilua eikä perustusten painumaa.

Lewickin menetelmä osoittautui olevan kaikista menetelmistä virheellisin. Rosman'in menetelmällä pääosin korkeammilla seinillä saatiin suuria virheprosentteja, kun taas matalilla (alle 15 metrisillä) seinillä saatiin osittain lähempänä vertailuarvon tuloksia. Menetelmistä soveltuvin käsinlaskumenetelmä oli ekvivalentin jäykkyyden menetelmä, jossa seinän jäyhyysmomentti, joka muuttuu satunnaisesti suhteessa korkeuteen, otetaan huomioon prosentuaalisin osuuksin.

Työssä tutkittiin myös aukollista seinäelementtiä, jonka molemmissa reunoissa on kiinni pilarit. Seinäyhdistelmän jäykkyyttä laskettiin kahdella menetelmällä, jossa eroavaisuutena oli aukollisen seinäelementin laskentamenetelmä, sillä pilarit huomioitiin molemmissa Steinerin menetelmällä jäykästi kiinni seinään. Ensimmäisessä menetelmässä aukollisen seinäelementin jäykkyys huomioitiin ekvivalentin jäykkyyden menetelmällä ja toisessa Rosman’in menetelmällä. FEM-laskentaohjelmalla lasketut tulokset antoivat jäykempiä tuloksia kuin käsinlaskettaessa. Käsinlaskentamenetelmien välillä ei ollut suurta eroavaisuutta.

Laskentapohjat luotiin ekvivalentin jäykkyyden menetelmästä aukollisen seinälevyn laskentaa varten sekä aukollisen seinän, jonka päätyihin on kiinnitetty pilarit. Laskentapohjien on tarkoitus helpottaa rakennesuunnittelijoiden jäykisteiden suunnittelua jatkossa.

This graduate study was done for Finnmap Consulting Oy. The company wanted to ease difficulty of choice in handmade calculation methods in stiffness calculations on fenestrated wall plates for stiffening a building. Four calculation methods were found which where Rosman's method, Lewicki's method and two equivalent stiffness methods. With those methods deformations were calculated and the results were compared to those from FEM-calculation software.

Between the two equivalent stiffness methods the one that shares gyration moment by the wall’s height was more accurate than the method that shares gap-crossing bulk's mass by the wall's height. Rosman’s and Lewicki’s methods, on the other hand, are based on the theory that assumes that gap-crossing bulks and fenestrations can be replaced by more elastic material which accepts deformations and receives less force than a basic wall.

Lewicki's method was the most inaccurate method and its results were in every case higher than the reference value. Unlike the equivalent methods' results most of the cases were on the lower side especially when the height of a wall was less than 15 meters. Roseman's method's results were mostly higher than the reference value. The most accurate and suitable method for manual calculation was finally the equivalent method which shares gyration moment by the wall's height.

When a fenestrated wall is between two columns, the assumption is that the columns would be totally joined to the wall. The combinations gyration was calculated using Steiner's method and the fenestrated wall was calculated with the equivalent and Rosman's methods, results from which were then compared to the reference value. These methods were Rosman's method and the equivalent method. However the reference values were stiffer than in totally joined structures. The most suitable method for this occasion turned out to be the equivalent method. The results of this method will give somewhat higher deformations than reference values.

All method's turned out to be suitable with some caution. The most accurate method for both cases was the equivalent method.