Betonin ja teräksen liittorakenne korkean rakennuksen välipohjana

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Meriläinen, Teuvo
dc.contributor.advisor Nissinen, Hannu
dc.contributor.author Nurmi, Juho
dc.date.accessioned 2015-04-07T13:48:21Z
dc.date.available 2015-04-07T13:48:21Z
dc.date.issued 2015-03-23
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15570
dc.description.abstract Tässä diplomityössä tutkittiin rakennusten välipohjissa käytettäviä betonin ja teräksen muodostamia liittorakenteita. Työssä käsiteltiin pääasiassa teräspalkin ja sen päälle valetun betonilaatan liittorakennetta. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin korkean rakennuksen välipohjan suunnitteluun vaikuttavat olennaiset tekijät ja vaatimukset. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää korkean rakennuksen välipohjaan soveltuvia rakenneratkaisuja ja selvittää niiden vahvuudet ja heikkoudet. Liittorakenteiden käytöllä tavoitellaan kahden materiaalin yhteistoiminnasta saavutettavia etuja. Betonin etuja ovat hyvä puristuskestävyys, jäykkyys ja edulliset materiaalikustannukset. Toisaalta betonirakentaminen on muotti- ja raudoitustöiden vuoksi hidasta. Teräksen etuihin puolestaan lukeutuvat korkea lujuus, keveys ja nopea rakennettavuus, mutta teräs on materiaalina kallista. Diplomityössä havaittiin, että välipohjassa kummankin materiaalin vahvuuksia voidaan hyödyntää tehokkaasti. Liittopalkeissa betonilaatta kytketään leikkausliittimin yhteen teräspalkkien kanssa, jolloin pääosa puristusvoimista tulee betonin kannettavaksi. Teräspalkki puolestaan toimii luontevimmin vedettynä rakenneosana. Liittorakenteen taivutuskapasiteetti ja jäykkyys kasvavat ja myös rakennekorkeutta voidaan madaltaa verrattuna välipohjaan, jossa käytetään pelkkiä teräspalkkeja. Välipohjan kuormankantokyky lisääntyy ja taipumat ja haitalliset värähtelyt vähenevät. Liittolaattaa käyttämällä voidaan lisäksi nopeuttaa rakentamista, sillä valun aikana liittolaatan teräslevy toimii muottina ja valmiissa rakenteessa raudoituksena. Diplomityössä todettiin, että liittorakenteiset välipohjat soveltuvat parhaiten pitkille jänneväleille. Tämän vuoksi ne ovat omimmillaan toimistorakennuksissa, joissa tavoitellaan laajoja avoimia tiloja ja hyvää muunneltavuutta. Työssä havaittiin, että pitkien jännevälien myötä rakennuksen tilankäyttö tehostuu. Toisaalta pitkillä jänneväleillä rakennekorkeus väistämättä kasvaa, minkä vuoksi talotekniikka kannattaa pyrkiä kuljettamaan kantavan rakenteen läpi. Korkeiden rakennusten toiminnan kannalta olennaista on rakennuksen jäykistysjärjestelmän suunnittelu, sillä jäykistysjärjestelmällä hallitaan rakennukseen kohdistuvia vaakakuormia. Diplomityössä tutkittiin välipohjan toimintaa osana jäykistysjärjestelmää. Liittorakenteista välipohjaa voidaan hyödyntää jäykistävät rakenteet yhteen kytkevänä vaakakuormia siirtävänä rakenneosana. Työssä käsiteltiin myös pystyrakenteista ja välipohjan liittopalkeista muodostettuja kehärakenteita, joiden havaittiin toimivan tehokkaasti korkean rakennuksen jäykistämisessä. fi
dc.description.abstract This Master’s thesis examined steel-concrete composite floor systems used in tall buildings. Mainly it focused on steel beams with a cast-in-situ concrete topping. Requirements for the design of composite floors were determined based on a literature survey. The objectives of this thesis were to find applicable floor systems for tall buildings and to examine their strengths and weaknesses. Composite construction exploits the favourable properties of both concrete and steel. Concrete has good compressive strength, stiffness and low material cost. However, in comparison to steel construction, concrete construction is slow because of its labour-intensive construction stage. Steel, on the contrary, is expensive but lightweight and possesses high tension and compression strength. This thesis discovered that composite floor systems utilize these material properties well. In composite beams, the concrete slab and the steel beam are attached to each other with shear connectors. The slab bears most of the compressive stresses, whereas the steel beam acts most efficiently as a tension member. Both the bending moment resistance and the stiffness of the composite beam are considerably greater than those of the beam and the slab combined. Floors can therefore carry heavier loads and are less prone to adverse vibrations. With composite construction, it is also possible to reduce the floor-to-floor height in comparison to a floor supported by steel beams only. Moreover, with steel-concrete composite slabs the construction stage is faster because the metal deck can be used as a permanent formwork. In the completed structure, the metal deck acts as reinforcement. The study found that composite floor systems are most suitable in long-span floors. Therefore, they are best at providing large modifiable column-free spaces in office buildings. It was also noticed that with long-span floors it is possible to improve the space efficiency. Inevitably, long spans lead to an increased structural depth. Hence, it is often advisable to accommodate HVAC ducts between the load-bearing structures rather than positioning them under the beams. One of the main concerns in designing a high-rise building is developing the structural system to resist lateral forces. This thesis examined the role of composite floors as a part of the lateral force-resisting system. It was noticed that composite floors can be used as diaphragms which connect the lateral force-resisting elements. Moreover, composite beams can be rigidly attached to vertical structures in order to form moment frames which were seen to act as efficient lateral force-resisting elements. en
dc.format.extent 93 + 28
dc.language.iso fi en
dc.title Betonin ja teräksen liittorakenne korkean rakennuksen välipohjana fi
dc.title Floor systems of steel-concrete composite structures in tall buildings en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword betoni-teräs fi
dc.subject.keyword liittorakenne fi
dc.subject.keyword välipohja fi
dc.subject.keyword korkea rakennus fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201504082234
dc.programme.major Rakennetekniikka fi
dc.programme.mcode R3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Puttonen, Jari
dc.programme Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account