Halkeilleen aukollisen jäykistävän betoniseinän voimasuureiden arviointi

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan korkean rakennuksen jäykistävien betoniseinien aukkopalkkien halkeilua. Insinöörityön tavoitteena oli luoda laskentapohja teräsbetonisten aukkopalkkien haljenneen tilan jäyhyysmomentin laskentaan. Laskentapohja toteutettiin Mathcad-ohjelmalla. Työn toimeksiantajana oli Wise Group Finland.

Työn lähtökohtana oli aukkopalkkien tarkastelu lineaarisen kimmoisessa tilassa rakenteen haljettua. Aukkopalkkeihin kohdistuvia rasituksia selvitettiin FEM-mallien avulla käyttäen Autodesk Robot Structures 2013 -ohjelmaa.

Aukkopalkkien halkeilun vaikutuksia rakennuksen voimasuureisiin, siirtymiin sekä alimpiin ominaistaajuuksiin tutkittiin FEM-mallin avulla käyttäen CSI ETABS versiota 9.7.4. Kohteeksi valittiin todellinen suunnittelukohde, jossa aukkopalkkien suuri määrä korostaa niiden jäykkyyden arvioinnin merkitystä.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että aukkopalkkien jäykkyys vaikuttaa aukollisten seinien jännitysjakaumaan. Aukollisen seinän osaseinät pyrkivät toimimaan kuten yhtenäinen seinä, kun aukkopalkin jäykkyys on suuri. Halkeilleen aukkopalkin jäykkyyteen vaikuttaa erityisesti raudoituksen määrä, sekä myös aukkopalkkiin kohdistuvien voimasuureiden suuruus. Aukkopalkin leikkaus- ja vääntömuodonmuutokset sekä niiden aiheuttama halkeilu jätettiin huomioimatta haljenneen jäykkyyden arvioinnissa.

Tutkimuksen tulosten perusteella pelkästään aukkopalkkien halkeilu ei vaikuttanut huomattavasti rakennuksen siirtymiin ja dynaamisiin ominaisuuksiin. Tarkasteltavassa kohteessa jäykistävien väliseinien suuresta määrästä johtuen, pelkästään aukkopalkkien halkeilun huomioimisella ei yksinään ollut suurta merkitystä. Vaikutukset rakennuksen alimpaan ominaistaajuuteen ja siirtymiin olivat alle 4 %, kun pelkästään aukkopalkkien halkeilu huomioitiin.

This graduate thesis studies the behavior of cracked lintel beams used to connect shear walls in tall buildings. The aim of this study was to develop a computer based worksheet for calculating the cracked moment of inertia for lintel beams. Mathcad 15.0 was chosen as the application for the worksheet.

The basis for the studying cracked stiffness was chosen to be in the elastic range of material behavior. The forces that lintel beams are subjected to in tall buildings were studied with Autodesk Robot structural analysis calculation modeling software.

The impact to deformation and the lowest mode of frequency of a tall building caused by the cracking of lintel beams was studied using FEM analysis. The building studied was a recent design project of Wise Group Finland. The application used for this analysis was CSI ETABS version 9.7.4.

The research indicates that the cracking of lintel beams weaken the link of connected shear walls, and therefore also the coupling of the walls is weakened. The cracked moment of inertia for lintel beams was calculated as a function of the beam forces and reinforcement. Cracking caused by torsional and shear forces was ignored when determining the stiffness of a cracked cross-section.

The results of the FEM analysis indicated that the cracking of lintel beams had a minor effect on the behavior of the building. The building that was studied had a large number of shear walls connected with lintel beams, but since the cracking of the walls was ignored, the reduced moment of inertia of link beams had little effect on the deformations and dynamic properties of the whole structure. Another reason for this was the large amount of partition shear walls in the building. The impact to lowest mode of frequency and deformations of the structure was less than 4 %, when only the cracking of lintel beams was taken in to account.