Levymäisten betonirakenteiden jäykistyksen taulukkolaskenta- ja analyysiohjelman tulosten vertailu ja laadunvarmistus

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin Insinööritoimisto Jouni Sorvoja Oy:lle. Työ toteutettiin kevään 2014 aikana yrityksen toimistolla Sipoossa. Analyysiohjelmien käytön lisääntyessä rakenteiden mitoituksessa, niiden antamiin tuloksiin tulisi voida luottaa, jotta suunnittelijat voivat suunnitella turvallisia rakenteita. Varsinkin kantaviin ja jäykistäviin rakenteisiin kohdistuvien kuormien pitää olla luotettavia, koska rakennuksen stabiilius riippuu näiden rakenteiden oikeanlaisesta toiminnasta. Analyysiohjelmistoilla luotujen analyysimallien toimivuutta testattiin vertailemalla niitä käsilaskentatuloksiin.

Työn tavoitteena oli luoda esiohjelmoidut käsilaskentapohjat Excel-ohjelmistolla, joka on muunnettavissa erityyppisiin kohteisiin sopivaksi. Pohjien tarkoituksena oli saada aikaan nopea tapa määrittää erilaiset voimat käsiteltävässä rakennuksessa, jotka näin toimivat FEM-mallinnuksen apuvälineenä voimien suuruusluokkia tarkasteltaessa. Tavoitteena oli myös kehittää ohje FemData-ohjelmiston mallin mallintamiseen, jotta voimat käsilaskennan ja FEM-laskemien välillä olisivat yhdessä vertailtavia ja näin laskemissa hyväksi käytettävissä, mutta ohjeen luomisesta luovuttiin työn laajuuden takia.

Analysointiohjelmalla mallintaminen vaati paljon käyttötunteja ja kun verrattiin taulukkolaskennan ja analysointiohjelman mallinnukseen mennyttä aikaa ja voimasuureiden suuruusluokkaa taulukkolaskenta osoittautui varsinkin esisuunnitteluvaiheessa nopeammaksi ja luotettavammaksi voimasuureiden arviointivälineeksi. Lopputyön päätelmäksi tuli, että analyysiohjelmilla ei saa riittävän luotettavalla tasolla vaakakuormista syntyvää pystysuuntaista lisäkuormaa betonisissa levyrakenteista saati sitten vaakakuormista aiheutunutta jäykistävien seinien vaakasaumoihin syntynyttä leikkausvoimaa. Ainoastaan pystysuuntaiset kuormat analyysiohjelmista saatiin analysoitua luotettavalla tavalla ja ne olivat vertailtavissa taulukkolaskennan kanssa.

Lopuksi päätettiin, että esisuunnittelun aikana pystysuuntaiset kuormat määritetään analyysiohjelmalla mallintamalla ja lisäkuormat sekä leikkausvoimat otetaan laskentataulukosta. Työssä analysoitiin myös yksinkertaisia rakenteita ja rakennemalleja, joilla havainnollistettiin, miten eri tavalla analysointiohjelma laskee voimasuureet verrattuna perinteisillä laskentamenetelmillä varustettuun taulukkolaskentaan.

This thesis was made for Insinööritoimisto Jouni Sorvoja Oy, a company which has specialized in structural engineering. The thesis was written in the spring 2014 at the company’s office located in Sipoo, Finland.

The use of analyzing programs in structural designing has increased and designers have to be able to trust on the results taken from the model to design safe structures. Especially the loads upon bearing and stiffening walls must be reliable because the stability of the building depends on the correct functioning of the structures. Functioning of the models created with analyzing programs was tested by comparing the results to spreadsheet results.

The objective of this thesis was to create different kind of spreadsheets on Microsoft Excel which are transformable for different kind of projects. The idea was to create a fast and efficient way to determine the forces and reactions that are caused by self-weight, wind, snow etc. These results are a huge help when the calculation model of the project is created and analyzed. The results from spreadsheets help us compare the results together and to evaluate that are the results gotten from the model reliable. There was also an another objective in this thesis which was to create a manual for creating the Fem Data analyzing model, but it was dropped because of the scale of this thesis.

Analyzing and modeling was time consuming and the consumed time and the results were compared between analyzing program and spreadsheet methods. Spreadsheets were a more reliable and faster way to get the results for approximation especially during predesign phase. The final conclusion was that analyzing programs are not reliable enough to give stress analysis or vertical reactions from slaps of concrete caused by horizontal loads let alone the horizontal shear stress between the joints of the stiffening walls. Only the vertical loads were reliable and comparable enough to results gotten from spreadsheets. Finally we decided that during the pre-design phase the vertical reactions will be taken from the analyzing program and the horizontal stress and added reactions caused by horizontal loads will be taken from spreadsheets. Simple structures were also analyzed just to describe how differently the analyzing program calculates and gets the results compared to spreadsheets which are made using traditional calculation methods.