Maaperän jäykkyysparametrien epävarmuuden hallinta rakennuksen rungon suunnittelussa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-04-16
Department
Major/Subject
Building Technology
Mcode
ENG27
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
fi
Pages
52 + 18
Series
Abstract
Rakennuksen rungon suunnittelussa maaperän jäykkyysparametrien epävarmuus tulee esille rakennemallin tukiehtoja määritettäessä. Tavallisesti kaupallisissa FEM-ohjelmistoissa maaperästä aiheutuva tukien joustavuus mallinnetaan jousielementeillä. Useista epävarmuuden lähteistä johtuen jousien jäykkyydet sisältävät vaihteluvälin arvoja, joista muodostuu lukuisia tukien lähtötietojen kombinaatioita. Maaperän jäykkyyteen liittyvien lähtötietojen epävarmuus aiheuttaa laskennallisten siirtymien ja rakenteen si-säisten voimien epävarmuuden. Tässä työssä kehitetään metodiikkaa hallita maaperän jäykkyysparametrien epävarmuutta rakennuksen rungon suunnittelussa. Tutkittu metodiikka hyödyntää luotettavuusperusteisesta suunnittelusta tuttua periaatetta muotoilla epävarmuutta sisältävät lähtötiedot satunnaismuuttujiksi. Esimerkkilaskelmissa kuormia ja materiaaliominaisuuksia ei käsitellä satunnaismuuttujina, eli tutkittu ratkaisumalli ei ole luotettavuusperusteista suunnittelua. Maajousien jäykkyyksiin liittyvä epävarmuus hallitaan algoritmilla, joka käy läpi kaikki satunnaismuuttujat johtaen niiden tilastollisen epävarmuuden rakennemallin tuloksille. Esimerkkilaskelmilla testataan metodiikkaa ja pyritään löytämään rakennuksen rungon suunnittelun käyttötarkoitukseen sopiva ratkaisumalli. Työ kertoo lisäksi epävarmuuden välittymisestä maaperän jäykkyysparametreilta maajousille. Tämän lisäksi tutkimus selittää, mitkä rakenteen ominaisuudet vaikuttavat epävarmuuden välittymiseen jousituilta sisäisille voimille. Geo- ja rakenneteknisiin normeihin sekä suosituksiin luodaan lyhyt katsaus arvioiden niiden yhtenevyyttä alojen rajapintaan sijoittuvassa tutkimusongelmassa. Metodiikka osoittautui hyödylliseksi, koska sillä maaparametrien epävarmuus välitetään rakennemallin sisäisille voimille, mikä havainnollistaa epävarmuuden vaikutuksia numeroin. Algoritmissa käytettiin systemaattista tai osittain satunnaista otantaa. Tämä tutkimus suosittelee jatkokehityksessä käytettäväksi osittain satunnaista, tai muuta satunnaisuuteen perustuvaa otantaa, koska laskentojen lukumäärää voidaan hallita paremmin verrattuna systemaattiseen otanta-algoritmiin. Koska tässä työssä koestettiin pistemäisesti tuettuja rakennemalleja, niin jatkotutkimusta suositellaan tehtäväksi jatkuvasti ja laattamaisesti tuetuille rakenteille.When modelling the supports of a structural building frame, the uncertainty caused by soil stiffness parameters becomes introduced to the structural analysis. Commonly the spring elements model the flexibility of foundation supports when utilizing commercial FEM-software. Due to several sources of uncertainty these spring elements have a wide range of initial data that creates numerous possible calculation combinations. Uncertainty about soil stiffness causes that the results, such as deformations and internal forces, contain uncertainty. This study develops procedure for managing uncertainty about soil stiffness in designing the load-bearing structures of buildings. The procedure researched utilizes the principle commonly used in reliability based design (RBD) that formulates uncertainty of an initial data under random variables. However, the example calculations of this study do not manage uncertainty about the loads and structural material at all, which a regular RBD does. In the procedure researched, an algorithm loops through the random variables conveying their uncertainty to the results of a structural calculation model. Simple case studies test the proposed methodology and aim to find the most prominent solution procedure for the structural design purposes. Additionally, this study relates about conveying of uncertainty from the soil stiffness parameters to a foundation spring. Furthermore, the paper describes the structural properties affecting on conveying of uncertainty form the foundation springs to the internal forces. The type of research problem strongly locates in between several parties of a construction project, and thus this paper reviews shortly on the design standards and recommendations, aiming to evaluate their integrity regards the uneven settlements of buildings. The methodology developed appeared to be useful as it conveys the uncertainty from foundations support springs to the internal forces which clarifies the effect of uncertainty and presents it numerically. The developed algorithms with systematical and stratified random sampling were tested. As a result, this thesis proposes stratified, or some other type of random sampling, to be utilized in a further research of the procedure. Stratified sampling has potential regards larger structural models and more sufficient controllability of the calculation time compared to the systematical sampling of initial data. Further research regards the procedure is proposed to be carried on for structural models with continuous and slab foundations.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Tuikka, JoonaKeywords
epävarmuusanalyysi, Latin hypercube -otanta, ositettu otanta, rakennesuunnittelu, rakennuksen rungon suunnittelu, siirtymämenetelmä