Rakennusta jäykistävän profiilimaston vääntöjäykkyyden osuus rasitusten jakaumassa

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin rakennetekniikkaan erikoistuneelle suunnittelu- ja konsultointiyritykselle Finnmap Consulting Oy:lle. Työssä tarkasteltiin korkean toimistorakennuksen jäykistysjärjestelmää vääntöilmiön osalta. Insinöörityön tavoitteena oli selvittää avoimen profiilimaston vääntöjäykkyyden osuus rakennusta kaatavien voimien jakaumaan.

Teoreettisena taustana insinöörityössä on myös esitetty ohutseinämäisen avoimen poikkileikkauksen vääntöteoriaa eri vääntötapauksien osalta.

Profiilimaston vääntöjäykkyyden vaikutusta rakennukseen kohdistuvien vaakavoimien jakaumaan tutkittiin sekä analyyttisesti että käyttämällä elementtimenetelmäanalyysia StruSoft FEM-Design 10.0 -ohjelman avulla. Tutkimusta varten luotiin kahdeksankerroksinen rakennusmalli, jonka alin kerros on kellari, ja jäykistysjärjestelmä muodostuu profiilimastosta ja mastoseinästä. Profiilimasto valittiin tässä työssä tehdystä Finnmap Consulting Oy:n toteutuneiden projektien jäykistysjärjestelmien kartoituksesta.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että profiilimaston vääntöjäykkyys pienentää yksittäisen mastoseinän vaakavoimaosuutta, muttei vaikuta paljon profiilimaston vaakarasitukseen.

Tuloksista tuli myös esiin profiilimaston vääntöjäykkyyden ja jäykistysjärjestelmän rakenteen asiayhteys. Sekä analyyttisen että numeerisen menetelmien tulokset osoittivat, että rakenteellisesti profiilimastosta riippuvaisissa jäykistyssysteemissä mastotornin vääntöjäykkyyden vaikutus yksittäisen mastoseinän osalta on merkittävä. Tutkimuksen rakennusmallin tapauksessa sen ansioista mastoseinän voimajakauma pienenee jopa 32 %.

Tutkimuksen tulosten perusteella profiilimaston vääntöjäykkyyden hyväksi käyttö rakennuksen stabiliteettitarkastelussa vaatii profiilimaston erillistä mitoitusta väännölle. Näin ollen osamaston vääntöjäykkyyden huomioimisen tarvetta rakennuksen vakavuuden tarkastelussa on harkitseva tapauskohtaisesti.

This graduate research and development project was carried out at and for Finnmap Consulting Oy – a company specializing in structural design and consulting. The subject of this study was the torsion of high office buildings’ bracing system. The aim of this research was to determine the role of an open-section core’s torsional stiffness in a horizontal lateral loading distribution.

This research was also based on a warping torsion theory for different torsional cases in thin-walled sections.

The influence of core torsional stiffness to the distribution of horizontal forces directed at a building was studied both analytically and by using a finite element analysis, with a help of StruSoft FEM-Design 10.0 program. For this study, a structural model of an eight floor building was created, the lowest floor of which is a cellar. Its bracing system is formed of its core and a shear wall. The core chosen for this research was used in projects concerning the survey of bracing systems, implemented by Finnmap Consulting Oy.

During the research, it was found out that the torsional stiffness of a core reduces horizontal forces of a single shear wall.

The result also showed that the torsional stiffness of a core and a bracing system are connected to each other. Both analytical and numerical results demonstrated that the influence of a core’s bracing system to the torsional stiffness of a single shear wall is significant. In the case of this research model, it reduces the distribution of forces to a share wall up to 32 %.

On the basis of the research results, the stability analysis of a core torsional stiffness requires separate torsional calculations.