Browsing by Author "Puttonen, Jari"

Filter results by typing the first few letters
Now showing 1 - 20 of 257
  • Addiotional wooden floors to concrete element building
    (2013) Nordberg, Kai
     School of Engineering | Master's thesis
    The aim of this Master's thesis was to develop a wooden structure system suitable for building additional floors and to produce model solutions for this purpose. The thesis was made as a part of an international research group SmartTES by Aalto University. In this research group the aim has been to further develop the TES Energy Facade wooden renovation system and to develop a structural system for extensions in relation with TES facade renovation. Therefore a wooden based facade renovation in relation with extensions was also touched in this Master's thesis. This thesis was focused on how to realize two additional wooden floors structurally and how to integrate HVAC systems in structures in relation with extensions. The main target group was Finnish concrete element buildings from 1960'S and 70's. The characters of these original buildings cause limitations for building extensions and therefore these were studied in the beginning of the process. The structural realization of the additional floors was analysed with calculations as well as the connection to the original building. A model building was used to illustrate problems that may occur when planning extensions. The model solutions were however developed to generic solutions that would be suitable for most of the buildings in the target group. A so called worst case analysis was used in the research work to reach the generic results. By using this analysis the results and solutions formed in the planning process became universal to the other buildings as well. The characteristic structures and details specific just for extensions were studied. These kinds of details are mostly the joints and connections between the old and new building envelope and details where HVAC systems need to be integrated. In this thesis research the additional floors are suggested to be realized on a specific adjustment structure that will transfer the loads of the additional floors directly to the old concrete walls. That was used as a generic principle because usually the old roof structure cannot stand for the loads of two additional floors. Primarily the Kerto Ripa open and closed panels were studied as the adjustment structure. Comparative capacity calculations of these structures were made for different load distributions. By doing wind calculations for an extended building it was also found out that the stiffening walls in additional floors needs to be anchored to the old building. At the same time it was stated that the old concrete walls however don't need to be reinforced when installing two additional floors. The capacity of foundations was studied generally but not numerically. As a result of this thesis the generic model solutions from structural details and HVAC integrations were designed.
  • Äkillisistä vahingoista rakennuksille aiheutuneiden vaurioiden korjaaminen palveluntarjoajan liiketoimintaprosessina
    (2014-06-09) Hiltunen, Joonas
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Äkilliset vahingot ovat yksi rakennusten korjaustarpeen aiheuttajista. Tässä tutkimuk-sessa selvitetään kiinteistöpalveluita tarjoavan yrityksen äkillisten vahinkojen korjaamiseen suunnatun liiketoimintaprosessin kehitystarpeita ja mahdollisuuksia. Kirjallisuus-tutkimuksella selvitettiin äkillisten vahinkojen aiheuttaman korjaustarpeen ominaispiir-teitä sekä prosessiajattelun teorioita prosessien kehittämiseksi. Haastatteluilla kartoitet-tiin kohdeyrityksen vahinkokorjausprosessin nykytilaa, kehityskohteita sekä prosessin menestystekijöitä. Äkillisen vahingon seurauksena voi syntyä laajalti erityyppisiä ja laajuudeltaan vaihte-levia vaurioita. Korjaustarpeen ja soveltuvien menetelmien tunnistaminen vaatii laajaa tietoa ja korjaustöiden toteuttaminen monipuolista osaamista. Monimutkaisen toimin-taympäristön ja osaamistarpeiden hallintaa voidaan prosessiajattelun mukaan parantaa yksinkertaistamalla prosesseja. Liiketoimintaprosessin tehokkuutta ja asiakkaan koke-maa laatua voidaan parantaa muokkaamalla organisaation rakenteita ja ajatusmalleja. Haastatteluissa vahinkokorjaamisen ongelmat ilmenivät erilaisina kommunikoinnin häi-riöinä, kuten puutteellisena tiedottamisena, väärinymmärryksinä ja epätietoisuutena. Nämä häiriöt heijastuvat lopulta viivästyksinä, virheellisenä toimintana ja lopputuotteen laatupuutteina. Vahinkokorjausprosessin menestystekijöiksi tunnistettiin muun muassa kyky nopeaan reagointiin, kyky määritellä sopivat korjausmenetelmät sekä kyky toteut-taa valitut ratkaisut aktiivisessa yhteistyössä eri osapuolten kesken. Tutkimuksessa selvisi, että kohdeyrityksen nykyprosessi sisältää rakenteita, jotka aset-tavat esteitä sujuvalle yhteistyölle ja henkilöstön sitoutumiselle. Tällaisia rakenteita ovat tulosyksiköihin jaettu organisaatiomalli, lukuisille eri henkilöille hajautettu prosessira-kenne, puutteellinen suunnittelu ja ohjaus sekä puutteellinen tietojärjestelmä. Vaikutta-malla näihin rakenteisiin prosessin uudelleensuunnittelulla ja jatkuvan parantamisen periaatteilla, voi olla mahdollista parantaa prosessin suorituskykyä ja pienentää lopputu-loksen laadun hajontaa.
  • Alternative constructions of iron ore pellet silos and those technical comparison
    (2009) Vaittinen, Markku
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Analysis of heat and moisture behaviour in junctions between structural elements of a wooden one-family house
    (2013) Salmi, Kaisa
     School of Engineering | Master's thesis
    The new regulations and guidelines of energy management in buildings in the National Building Code of Finland became effective in July 2012. The new build requirements of the European Union Energy Performance of Buildings Directive were taken into account in the renewal of the regulations. The linear thermal bridges of building element junctions were included in the regulations of energy management in buildings. The aim of this thesis was to give recommendations of building element junctions which reduce total heat loss and are technically well-functioning in their heat and moisture behaviour. This study examines the heat behaviour of building element junctions in a wooden one-family house by determining the linear thermal transmittance values. These values were compared to the present default values of the National Building Code of Finland. The mould growth risk of the building element junctions were examined with the mathematical model of mould growth. The Comsol Multiphysics 4.3 program was used to numerically examine the calculation models of this study. In examining the linear thermal transmittance value, the junction alternatives were modelled in a three-dimensional calculation model. When assessing the mould growth risk, two and one-dimensional models were used. The study examines junctions between the external wall and the roof, the external wall and the intermediate floor and the external wall and the base floor. Also the external wall outside and inside corner junctions were examined. These were the five basic junction types. By varying the material and thickness of sheathing board, the spacing of the intermediate floor primary and secondary beams, and the material of the base wall structure of the base floor, a total of 99 different junction alternatives were created. The junction alternatives with the external wall construction type with the smallest coefficient of thermal transmittance proved to be the most efficient regarding to the total heat loss. The results of this study show that when calculating total heat loss and total energy consumption of new buildings, it is possible to use the linear thermal transmittance default values of the National Building Code of Finland or the junction specifically defined values obtained as the result of this study. The results further show that the effect of the linear thermal transmittance to the E-factor of the building is quite small and the present default values of the National Building Code of Finland are good to begin with. Determining the specific linear thermal transmittance values of building element junctions in new building should be considered case by case due to the large amount of work related to this task.
  • Applying modular system to a wooden two-stored house with overhangs
    (2010) Ranki, Janne Juhani
     School of Engineering | Master's thesis
  • The Assessment of Constructability: BIM Cases
    (2015) Tauriainen, Matti; Puttonen, Jari; Saari, Arto
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
  • Asuinkerrostalojen välipohjarakenteet 1890-1960 ja niiden korjaaminen
    (2017-05-08) Takko, Suvi
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Tässä diplomityössä on tutkittu välipohjarakenteita vuosina 1890-1960 rakennetuissa kivirakenteisissa asuinkerrostaloissa ja niiden korjaamista erityisesti linjasaneeraushankkeiden yhteydessä. Työn tavoitteena on valmiiden suunnitteluratkaisujen kokoaminen tyypillisiin suunnittelutilanteisiin. Tyypillisten suunnittelutilanteiden kartoittamiseksi tehtiin tapaustutkimuksia eri kohteesta. Välipohjatyypeistä vanhin ja esiintymiseltään harvinaisin on puupalkisto, jota on käytetty ennen vuotta 1905 rakennetuissa asuinkerrostaloissa, joita löytyy vain Helsingin keskustan alueelta. Materiaalina puu on altis lahovaurioille ja rakenteena puupalkistoa ei ole alun perin suunniteltu märkätiloihin. Teräspalkistot ovat tyypillisiä välipohjia vuosien 1905-1915 rakennuksissa. Teräspalkistoon liittyy tavallisesti betoninen alalaatta, jonka paksuus, raudoitus ja kantavuusominaisuudet vaihtelevat. Teräskannattajien ongelma on niiden huono palonkestävyys, erityisesti jos palkki tai sen alalaippa on suojaamaton. Alalaattapalkisto yleistyi vuoteen 1920 mennessä. Työläästi toteutettava rakenne säästi betonia ja terästä. Pitkän aikakautensa ansiosta se on hyvin yleinen rakenne helsinkiläisissä asuinkerrostaloissa. Alalaattapalkiston korvasi massiivilaatta vasta pula-ajan loputtua vuonna 1952. Tapaustutkimusten perusteella tyypillisiä välipohjiin liittyviä suunnittelutilanteita ovat uuden pintalaatan rakentaminen, välipohjatäytteiden vaihtaminen ja erilaiset kantavaan rakenteeseen kohdistuvat korjaukset ja vahvistukset. Korjausrakentamista koskevat määräykset vaativat, että rakenteen ominaisuuksia ei saa heikentää. Ominaisuuksista on huomioitava rakenteellisen kantavuuden lisäksi myös erityisesti äänen- ja paloneristävyysominaisuudet. Palkistorakenteisissa välipohjissa pintalaatta voidaan rakentaa levytyksen varaan ja palkkien kantamaksi tai täytteiden varaan alalaatalle kannatettuna. Täytteiden varaan valaminen vaatii painumatonta täyttöä ja alalaatalle kannattaminen osittain kantavaa alalaattaa. Puupalkistoissa laatta on aina kannatettava suoraan palkeille. Pintalaatta on erotettava täytteistä ja kantavista palkeista esimerkiksi suodatinkankaalla. Massiivilaatan ja ylälaatallisten palkistojen tapauksissa pintalaatta valetaan kantavan betonipinnan tai siihen asennettujen eristeiden päälle. Välipohjien täytöistä vaihdetaan märkätiloissa orgaaniset ja kuivissa tiloissa vaurioituneet täytöt. Märkätiloihin uudet täytteet valitaan kevytsoran, kevytbetonimurskeen ja vaahtolasin väliltä. Teräspalkistoihin sekä täytteen varaan kannatetuille pintalaatoille suositellaan tämän työn pohjalta vaahtolasia. Kantavien rakenteiden vahvistaminen tai korjaaminen vaatii aina tapauskohtaista suunnittelua eikä näistä tilanteista siksi voitu tämän työn puitteissa osoittaa valmiita ratkaisuvaihtoehtoja.
  • Asuinkerrostalon teräsulokeparvekkeen turvallisuus ja käyttöikä
    (2014-12-15) Fallström, Mika
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
  • Asuntorakentamisen työmaavaiheessa havaittavat virheet ja niiden kustannukset
    (2015-12-14) Kirjalainen, Sami
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Tämä diplomityö keskittyi uuden empiirisen materiaalin keräämiseen rakentamisen aikana työmaalla ilmenevistä virheistä. Tutkimuksessa seurattiin 14 asuntorakentamisen työmaata kolmen kuukauden ajan. Virheiden havaitsijana toimivat kunkin työmaan työnjohtajat. Virhe määriteltiin työmaalla havaittavana poikkeamana suunnittellusta toiminnasta. Virheistä tehtiin yhteensä 242 havaintoa, joista jokainen analysoitiin yksityiskohtaisesti. Virheiden kokonaiskustannusvaikutukseksi saatiin 1 318 361 euroa, joista 69 prosenttia yhdistettiin suunnitteluun ja rakennuttajan tekemiin virheisiin. Virhekustannuksista puolet osoitettiin rakennuttajalle, 36 prosenttia pääurakoitsijalle ja loput jakautuivat muille työmaan toimijoille. Suunnittelijan osuus kustannuksista oli vain kaksi prosenttia. Työvaihetasolla virheitä tapahtui eniten betonielementtitöissä. Suurimmaksi virheisiin johtavaksi syyksi nähtiin huolimattomuus sekä kommunikoinnin puute. Eniten virhekustannuksia aiheuttivat puutteet eri toimijoiden osaamisessa ja kokemuksessa. Tutkimus osoitti, että kohdeyrityksen asuntotuotannossa esiintyy säännöllisesti epätavallisissa tilanteissa virheitä, joiden kustannusvaikutukset ovat merkittäviä. Näiden virheiden syyt saattavat liittyä tapaan hoitaa ja käsitellä asioita, jolloin ne ovat ongelmia, joista on tullut osa voimassa olevaa rakentamisen kulttuuria. Virheiden eliminoimiseksi jatkossa tulisi keskittyä työmaan työnjohdon osaamisen kehittämiseen sekä suunnitelmien rakennettavuuden parantamiseen jo suunnittelun alkuvaiheesta lähtien. Tutkimus antaa viitteitä siitä, että tuotannon aikana esiin tulevat virheet voivat heikentää pääurakoitsijan työmaakatetta jopa 10 prosenttia.
  • Asymmetry and interactions in rotordynamics
    (1999) Leppänen, Timo
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Autohallin pihakansirakenteen rakentamisratkaisut vesivuotojen ehkäisemiseksi
    (2017-12-11) Hilekoski, Timo
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
  • Basis for designing the prestressed containment of the reactor building of a Finnish nuclear power plant
    (2013) Knuutila, Miska
     School of Engineering | Master's thesis
  • Behavior of fin-plate connection of a composite beam subjected to different fire scenarios
    (2024-03) Sakr, Mohamed; Lu, Wei; Talvik, Ivar; Puttonen, Jari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    The behavior of fin-plate connections of a composite beam exposed to different fire scenarios was numerically studied by experimentally validated models. At elevated temperatures, the closure of the gap between the beam end and column was observed to transform a hinge connection to a moment connection, reducing the beam deflection. In fire, a slow cooling of the beam close to the connection is a favourable approach to affect the responses of the beam and the fin-plate connection. Under heating and cooling cycles, the axial forces developed in the beam fluctuated between compression and tension. At the end of the first cooling phase, the shear plate was found to be a critical member in which the further development of the axial tension force can fracture the fin-plate connection at the end of the second cooling phase.
  • The behaviour of arch members made of transversally and longitudinally corrugated steel sheets
    (2024-09-30) Al-Maisari, Abdullah
     School of Engineering | Master's thesis
    Since the design criteria in current EN 1993-1-3 and EN 1993-1-5 do not cover the design of arches of transversely corrugated cold-formed steel (CFS) sheets, this study is focused on developing experimentally a method of determining cross-sectional capacities for profiled steel sheets with different thicknesses and curvatures. The test results show that the ultimate capacity correlates directly with sheet thickness and arch curvature. Under compression, the ultimate capacities of compressed arch profiles with a thickness of 1.5 mm were 55% more than those produced by the 1.1 mm thick profiles. The results also indicate that the ultimate capacity increases along with the radius of arch. When the test specimens were subjected to pure bending or combined bending and compression, the ratio of the radius of curvature to the arch spans ranged from 1.5 to 6 m. Under positive or negative bending, the ultimate capacity achieved by the arch specimens with a plate thickness of 1.5 mm and a radius of 6 meters was twice the capacity of specimens with other thicknesses and radii. The ultimate capacity of the specimens subjected to a negative bending moment was approximately half of that received with positive bending. The tests simulating the effect of simultaneous axial compression and bending on the sectional resistance provided valuable insights into the behaviour of the steel arches studied. The effective area A_eff and effective section modulus W_eff were determined according to the code-based calculations for the flat profiles without transverse corrugations but using the spring stiffness values measured for triple edge stiffeners. The cross-sectional resistance between profiles with and without transverse corrugations are compared as the ratio between the theoretical and experimental results. The values of this ratio were used to illustrate the influence of the transverse corrugation, cold forming and curvature on the behaviour and cross-sectional resistance of arch members indicating, for example, that the cross-sectional resistance predicted by the code-based equations for profiles without corrugations can be conservative or unconservative, depending on arch radius and plate thickness. This suggests that the design equations may need to be modified in the future. The method developed can be employed to design similar types of arches subjected to loadings covered by the study.
  • Behaviour of vertically loaded steel beams under a travelling fire
    (2022-10) Saani Shakil, Saani; Lu, Wei; Puttonen, Jari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    As the structural response to a time and space dependent non-uniform temperature field is challenging to manage by code-based design, the behaviour of steel beams exposed to a travelling fire was simulated numerically in this paper. The finite element (FE) models for both thermal and mechanical analyses were validated by two benchmark tests and used to study the effect of uniform and non-uniform thermal exposures and different steel grades on the response of steel beams. The developed five-stage mechanism well characterized the response of the beams exposed to the travelling fire. For the beam in the elastic range, the heating-cooling cycles of gas temperatures induced cyclic axial forces, but the cyclic nature of structural responses was cushioned by material plasticity. For the beams stressed into the plastic range, the repetitions of cycles in axial response created residual deformations that induced catenary action in the beams at lower temperatures. The local heating of the critical sections made the beams more prone to a runaway failure than the uniform heating of the whole beam. Compared to the mild steel beams, the axial force response of the HSS beams showed higher axial compression forces and fluctuated more. The critical temperatures based on the deformation or strength criterion were consistent for the beams with the load ratio of 0.3. However, for designing the beam with the load ratio of 0.5, critical temperature of 350 ◦C or the strength criteria based on the proportional limit are recommended as the catenary action was activated at low temperatures. These recommendations can be used as a guide for practical design.
  • Benefits of structural modelling in spec housing construction
    (2008) Oksama, Sampo
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
    Rakennuksen tietomallinnus on uusi ja innovatiivinen lähestymistapa rakennusten suunnitteluun, rakentamiseen ja niiden hallintaan. Tietomallinnus mahdollistaa entistä tehokkaamman ja kehittyneemmän rakennusprosessin. Lisäksi tietomallit muuttavat rakennusprosessin eri osapuolien tehtäviä. Tässä tutkimuksessa painotettiin rakennesuunnittelijan ja rakennusliikkeen roolia rakennuksen tietomallinnuksessa. Nykyinen rakennusprosessi on kehitetty kaksiulotteisen suunnittelu hyödyntäväksi, minkä seurauksena se ei pysty hyödyntämään rakennuksen tieto- ja rakennemallinnusta tehokkaasti. Diplomityössä tunnistettiin rakennusprosessiin liittyviä ongelmia, jotka pääosin johtuvat rakennusprosessin eri osapuolien puutteellisista tai liian myöhään saatavista lähtötiedoista. Tietomallien hyödyntämisen hidasteena on ohjelmistojen käytettävyys ja rakennusalan yleinen heikko tietotekninen osaaminen. Diplomityössä käytettiin neljää eri tutkimusmenetelmää ongelmien ratkaisemiseksi. Kirjallisuustutkimuksella kartoitettiin yleistuntemus tietomallinnuksesta, sen hyödyistä ja ongelmista. Kirjallisuustutkimuksen lisäksi tehtiin lukuisia asiantuntijahaastatteluita, jotka täydensivät teoriaa käytännön kokemuksilla. Ratkaisumallien lähtötiedot kerättiin asiantuntijoiden avulla workshop-tilaisuudessa ja panos-tuotosanalyysissa. Kehitetty toimintaprosessi testattiin case-kohteessa. Diplomityön tuloksena määriteltiin rakennemallinnuksen mallinnustarkkuuteen vaikuttavat tekijät; yleiset ja kohdekohtaiset. Pääosin tunnistettiin NCC Rakennus Oy:n omaperusteisessa asuntorakentamisessa mallinnustarkkuuden riippuvan kohdekohtaisista tekijöistä. Mallinnustarkkuudelle tunnistettiin eri rakenneosissa kolme eri tarkkuustasoa; taso 1, taso 2 ja taso 3. Taso 1 kuvaa mallinnettua rakennetta luonnosmaisesti betonisena, taso 2 tarkentaa tasoa 1 sisältäen raudoituksen tyyppiratkaisu ja taso 3 kuvaa lopullista ratkaisua detaljeineen. Ratkaisuna diplomityössä kehitettiin rakennemallinnusta hyödyntävä rakennusprosessi, jossa nykyistä rakennusprosessia on muokattu rakennemallinnukselle sopivaksi. Kehitetty prosessi hyödyntää rakennemallinnuksen mahdollistamaa keskeneräistä. Lisäksi eri suunnittelualojen suunnittelujärjestystä muuttamalla ja uudelleen koordinoimalla tietojen saaminen aikaisemmassa vaiheessa on mahdollista. Yhdessä nämä ratkaisumallit tarjoavat yksityiskohtaisempaa tietoa rakenteista ja niiden määristä aikaisemmin kuin nykyisessä rakennusprosessissa. Ratkaisumallit osoittavat, että teoriassa rakennemallinnuksen mahdollistavan hyötyjä, mutta käytännössä monet tekijät, kuten rakennemallinnusohjelmistojen puutteet estävät niiden täydellisen saavuttamisen.
  • Betonielementtirakenteisen kehärungon jatkuvan sortuman hallinta vaihtoehtoisilla kuormansiirtoreiteillä
    (2014-06-09) Aittola, Juho
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Eurokoodin käyttöönotto on lisännyt vaatimuksia jatkuvan sortuman estämisen suhteen. Eurokoodissa sideraudoitukseen perustuva menetelmä on ensisijainen keino jatkuvan sortuman estämiseen alemmissa seuraamusluokissa. Eurokoodin kansallisen liitteen mukaisissa korkeammissa seuraamusluokissa 2b ja 3a jatkuvan sortuman estämiseen esitetään vaihtoehtona menetelmä, jossa rakennuksesta ajatellaan poistettavaksi mikä tahansa kantavan rungon osa, jolloin rakennus ei saa menettää stabiliteettiaan eikä paikallinen vaurioituminen saa ylittää hyväksyttävää rajaa. Korkeimmassa seuraamusluokassa 3b tämä menetelmä on ainoa vaihtoehto. Jotta sortuminen voidaan tässä tapauksessa estää, tulee rakenteen kyetä muodostamaan vaihtoehtoinen kuormansiirtoreitti. Vaihtoehtoisen kuormansiirtoreitin käyttöön perustuviin tarkasteluihin ei kuitenkaan eurokoodissa anneta ohjeistusta eikä analyysin käytettäville menetelmille aseteta vaatimuksia. Työssä käsitellään jatkuvan sortuman analysointiin kehitettyjä ohjeita, analyysimenetelmiä ja arvioidaan erilaisten rakenneratkaisujen toimintaa mitoitustilanteessa, jossa rakennuksesta ajatellaan poistettavan pilari. Työssä analysoitiin tyypillisen 9-kerroksisen elementtirakenteisen toimistorakennuksen rungon toimintaa tilanteessa, jossa alimman kerroksen pilari poistetaan äkillisesti. Analyysi suoritettiin kahdelle eri runkovaihtoehdolle, joista toisessa esijännitetyt betonipalkit ovat yksiaukkoisia ja toisessa jatkuvia. Verrattaessa palkkeihin syntyviä normaalivoimia eurokoodin mukaisiin vaatimuksiin sideraudoitukselle, olivat normaalivoimien arvot yksiaukkoisilla palkeilla moninkertaiset verrattuna sideraudoitukselle esitettyihin vaatimuksiin. Jatkuvilla palkeilla rakenne kykeni kantamaan kuormat taivutettuna rakenteena, kun rakenteeseen annettiin syntyä plastisia niveliä. Lisäksi arvioitiin välipohjalaataston vaikutusta rakenteen toimintaan. Analyysin perusteella raudoitettu pintalaatta joka toimii onnettomuustilanteessa vedettynä rakenteena, kantoi osan kuormasta ja näin pienensi palkkien rasituksia sekä rakenteen taipumaa. Analyysin perusteella yksiaukkoisista palkeista koostuvan rakenteen vaurionsietokyky on kyseenalainen ja vaurionsietokykyä pystytään tehokkaimmin parantamaan lisäämällä rakenteellista jatkuvuutta.
  • Betonielementtirunkoisen toimistorakennuksen nurkan jatkuvan sortuman hallinta
    (2016-06-13) Klasila, Elias
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Tässä työssä tutkittiin betonielementtirunkoisen toimistorakennuksen nurkan jatkuvaa sortumaa. Rakenteen murtuessa sen kantamat kuormat siirtyvät muiden rakenteiden kannateltaviksi. Jos rakenteet murtuvat edelleen, muodostuu niin sanottu jatkuva sortuma. Viime vuosikymmenten aikana tietotaidon ja tekniikan kehittyminen on johtanut siihen, että rakennus saadaan helpommin suunniteltua hyväksyttäviin riskirajoihin, eikä rakenteilla ja niiden välisillä liitoksilla ole samalla tavalla ylimääräistä varmuutta ja sitkeyttä kuin aikaisemmin. Vaikka jatkuva sortuma ilmiönä on melko epätodennäköinen, voivat sen aiheuttamat seuraukset olla hyvin vakavia, joten suunnittelumenetelmien, etenkin vaativien seuraamusluokkien rakennuksissa, on kehityttävä edelleen. Jatkuvaa sortumaa hallitaan tutkimalla rakennukseen kohdistuvat uhat ja vaurioiden seuraamukset sekä se, miten niitä voidaan pienentää. Rakenteilta ja niiden välisiltä liitoksilta vaaditaan sitkeyttä, jotta putoavien rakenneosien liike-energia saadaan vaimennettua. Betonielementtirunkoisissa rakennuksissa jatkuvan sortuman hallintaa vaikeuttaa se, että betonielementit tehdään tehtailla valmiiksi ja runkoa halutaan nostaa nopealla tahdilla, joten elementit halutaan liittää työmaalla toisiinsa mahdollisimman pienellä työmäärällä. Sitkeyttä rakenneosien välille muodostetaan sidejärjestelmällä eli betonielementtien välisiin saumoihin asennettavalla raudoituksella, joka sitoo rakenteet toisiinsa. Rakennusten nurkassa sidejärjestelmä ei voi toimia vedettynä köysirakenteena, vaan jäljelle jäävien rakenteiden tulisi pystyä toimimaan ulokkeina, jotka kantavat poistuvan pilarin kuormat. Siksi nurkan kohdalla jatkuvan sortuman hallinta on erityisen haasteellista. Työssä analysoitiin jatkuvaa sortumaa CC3-seuraamusluokkaan kuuluvan pilari-palkki-runkoisen betonielementtirakennuksen nurkan kohdalla. Analysointi suoritettiin RFEM-ohjelmalla Yhdysvaltojen puolustusministeriön ohjeiden mukaisesti dynaamisena analyysinä. Analyysissa poistettava pilari korvattiin pilarin staattisen analyysin tukireaktiota vastaavalla voimalla, joka poistettiin tietyn ajan kuluessa. Analysoinnin tulosten perusteella on selvää, että Eurokoodien mukaisella sidejärjestelmällä saavutettava kapasiteetti ei riitä nurkkapilarin poistumisesta aiheutuvien rasitusten hallintaan. Mikäli pilarin poistumisen seuraukset halutaan hallita, tulee nurkan rakenneratkaisujen poiketa muualla rakennuksessa käytettävistä rakenneratkaisuista. Myös reunimmaisten pilarilinjojen välistä etäisyyttä olisi syytä rajoittaa, jottei rakenteiden koko määräytyisi onnettomuustilanteiden rasitusten johdosta.
  • Betonin ja kovabetonipintauksen välisen leikkauskestävyyden määritys
    (2015-05-18) Korkeila, Juho
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten betonin ja kovabetonipintauksen välinen leikkauskestävyys voidaan määrittää luotettavasti todellisessa rakenteessa. Työssä keskityttiin erityisesti tutkimaan, miten materiaalien välisessä saumassa vallitseva jännitysjakauma vaikuttaa leikkauskestävyyden suuruuteen. Lisäksi todellisia leikkauskestävyyksiä ja suunnittelunormien mukaisia leikkauskestävyyksiä vertailtiin keskenään. Tutkimuksen yhteydessä toteutettiin leikkauskokeita betonista ja kovabetonipintauksesta koostuville koekappaleille. Leikkauskokeita tehtiin yhteensä kolmea eri tyyppi, jotka olivat taivutusleikkaus, puhdas leikkaus ja vinoleikkaus. Toteutetuista leikkauskokeista yhtä voidaan käyttää myös työmaaolosuhteissa. Näiden leikkauskokeiden lisäksi määritettiin myös materiaalien välinen vetokestävyys. Koekappaleiden valmistus ja koestus toteutettiin Aalto-yliopiston betonilaboratoriossa. Materiaalien rajapinnassa vaikuttava jännitysjakauma määritettiin käsinlaskennan ja FEM-analyysin avulla. FEM-analyysissä toteutettiin kimmoteorian mukainen tarkastelu käyttäen Abaqus 6.14-1 –ohjelmistoa. Laskennallinen leikkauskestävyys määritettiin Eurokoodi 2:n sekä Suomen rakentamismääräyskokoelma B4:n mukaisesti. Saatuja tuloksia vertailtiin lopuksi keskenään. Työn tuloksena saatiin hyvä käsitys siitä, miten materiaalien välisessä rajapinnassa vaikuttava jännitysjakauma vaikuttaa leikkauskestävyyden suuruuteen. Työn yhteydessä tehtyjen tutkimusten perusteella normaalijännitys ja leikkauskestävyys ovat voimakkaasti positiivisesti korreloituneita. Tästä johtuen todellisen rakenteen leikkauskestävyys saadaan määritettyä tarkimmin koejärjestelyllä, missä materiaalien rajapinnassa vallitseva jännitysjakauma vastaa parhaiten todellisen rakenteen jännitysjakaumaa. Tehtyjen kokeiden perusteella leikkauskestävyys kasvoi puristavan normaalijännityksen lisääntyessä suunnittelunormien mukaista leikkauskestävyyttä nopeammin. Työn yhteydessä havaittiin myös, että suunnittelunormeissa olisi hyvä määrittää se, mitä karheusindeksin arvoa nykyiset karheuden määritelmät vastaavat. Työn yhteydessä nousi esiin myös tekijöitä, joita työmaaolosuhteisiin tarkoitetusta leikkauskokeesta on vielä syytä tutkia tarkemmin ennen leikkauskokeen käyttöönottoa.
  • Betonin ja rakenneteräksen yhteistoimintaan perustuvat välipohjakannattimet ja niiden vertailu
    (2017-12-11) Kirjavainen, Antti
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Tässä diplomityössä tutkittiin betonin ja teräksen muodostamien liittorakenteisten kannattimien valintaa pitkillä jännevälillä ja suurilla kuormilla sekä kulloinkin vallitsevilla talotekniikan reunaehdoilla. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin erilaiset laajasti käytössä olevat liittorakenteiset kannattimet ja niiden edut sekä huonot puolet. Lisäksi selvitettiin suunnitteluohjeiden ja -oppaiden avulla, miten suunnitellaan ja mitoitetaan optimaalisia liittorakenteisia kannattimia. Diplomityössä selvitettiin myös liittorakenteisen kannattimen valmistuskustannusten muodostuminen. Tutkimuksen tavoitteena oli esittää, mikä liittorakenteinen kannatintyyppi on järkevin kulloinkin vallitsevalla kuormituksilla ja jännevälin pituudella sekä talotekniikan tilanvaatimuksella. Liittorakenteita käyttämällä hyödynnetään usean materiaalin yhteistoiminnasta saavutettavia etuja. Betonin etuja ovat hyvä puristuskestävyys, jäykkyys ja edulliset materiaalikustannukset. Kuitenkin betoni on haurasta eikä juurikaan kestä vetoa. Lisäksi betonirakentaminen on muotti- ja raudoitustöineen paljon työvoimaa vaativaa, ja näin ollen hidasta. Teräksen etuja puolestaan ovat korkea veto- ja puristuslujuus, keveys ja nopea rakennettavuus, mutta teräs on materiaalina kallista. Liittokannattimissa betonilaatta kytketään leikkausliittimin yhteen teräsosan kanssa, jolloin kaikki tai pääosa puristusvoimista tulee betonin kannettavaksi ja teräsosa on kokonaan tai lähes täysin vedetty. Liittovaikutus parantaa erityisesti taivutuskapasiteettia ja jäykkyyttä verrattuna rakenneosien toimintaan itsenäisinä osina. Diplomityössä havaittiin, että WQ-matalapalkki on palkin ja välipohjan sisäkkäisyyden vuoksi järkevin kan- natinvalinta, jos rakennekorkeus halutaan minimoida. Lisäksi WQ-palkit ovat järkevä vaihtoehto paksuilla pihakansivaluilla ja korkeissa paloluokissa sekä teräshinnan ollessa alhainen. Jos rakennekorkeutta on käy- tettävissä paljon, järkevin kannatinvalinta on hitsattu liittopalkki. Aukotettu hitsattu liittopalkki on järkevä valinta, jos talotekniikan kanavan halkaisija on pieni tai keskikoinen. Suurilla kuormilla hitsatun liittopalkin rei’ittäminen tiheästi ei ole järkevää. Warren-liittoristikko on järkevä valinta korkeilla rakennekorkeuksilla ja talotekniikan kanavien halkaisijoiden ollessa suuria. Warren-liittoristikko kannattaa lähes aina toteuttaa ontoilla suorakaideprofiileilla.