Development of a Calculation Method for the Design of Thin-walled Copper Facade Cassette

Abstract

Julkisivukasettien mitoitukseen on yleisesti käytetty lineaariseen kimmoteoriaan perustuvaa mitoitusta, joka ei ota huomioon ohutlevyissä olennaista kalvotilaa. Tämän perusteella alettiin kehittää laskentamallia, joka huomioisi myös epälineaarisen suurten taipumien teorian. Teorian soveltaminen vaatii käytännössä elementtimenetelmään perustuvien laskentasovellusten käyttöä.

Kalvotilassa kuormituksen ja taipuman yhteys ei ole enää lineaarinen, kuten kimmoteoria olettaa. Tällöin laatan keskitaso venyy ja siinä syntyy tason suuntaisia jännityksiä sekä sen kuormankantokyky lisääntyy merkittävästi. Kalvo- eli membraanivoimat osallistuvat poikittaiskuorman kantamiseen ja tietyn pisteen venymät ovat kalvo- ja taivutusvenymien summa. Tässä tilassa ei perinteinen Kirchoffin laattateoria päde.

Työn teoriaosuudessa esiteltiin perinteinen pienten taipumien teoria ja edettiin edelleen kalvotilan huomioon ottavaan suurten taipumien teoriaan. Lisäksi käsiteltiin liimakiinnityksen käyttämistä julkisivurakenteissa. Teorioiden perusteella tehtiin ANSYS-ohjelmistolla Luvata Oy:n kuparista valmistetusta standardijulkisivukasetista laskentamalli, jonka tulokset korreloivat epälineaarisen teorian kanssa. Lopuksi mallin toimivuutta tarkasteltiin laboratoriossa tehdyin kuormituskokein, jossa kuormitettiin kahta kuparista valmistettua ruuvikiinnitteistä julkisivukasettia sekä kahta työn ohjaajan ja kirjoittajan kehittelemää prototyyppikasettia. Prototyyppikasetit liimattiin nykyaikaisella liimalla, jota käytetään Suomen ulkopuolella yleisesti erilaisten julkisivuelementtien kiinnitykseen.

Kuormituskokeissa varsinkin kasetin taipumat korreloivat hyvin laskentamallin kanssa ja voitiin todeta laskentamallin toimivan riittävällä tarkkuudella. Liimakiinnitteisten kasettien kuormankantokyvyssä ei havaittu ongelmia suurillakaan kuormilla, ainakaan mitatussa lyhytkestoisessa kuormituksessa. Kupari on materiaalina kallista ja tuloksien mukaan yleisesti käytettyjä seinämänpaksuuksia voisi ohentaa merkittävästi.