Teräsbetoniseinän jäykkyyden muutos leikkausvoimasta ja sen merkitys rakennuksen stabiliteetin suunnittelussa

Abstract

Diplomityössä tutkittiin leikkausvoiman vaikutusta jäykistävän teräsbetoniseinän jäykkyyteen ja leikkausvoiman vaikutusta stabiliteetin suunnittelussa. Nykyinen rakentamisen trendi suosia korkeita rakennuksia yhdistettynä hybridirakennuksiin aiheuttaa merkittäviä leikkausvoimia jäykistäville seinille. Tyypillisesti Suomessa ei aiheudu merkittäviä leikkausvoimia, jolloin niitä ei tarvitse huomioida mitoituksessa. Työssä selvitettiin, kuinka leikkausvoima vaikuttaa teräsbetoniseinän käyttäytymiseen ja miten leikkausjäykkyyden pienentäminen vaikuttaa rakennuksen stabiliteettiin.

Työssä selvitettiin kirjallisuuden avulla leikkausjännityksien vaikutusta teräsbetoniseinään. Kirjallisuudesta pyrittiin löytämään pienennyskertoimia leikkausjäykkyyden pienentämiseen, sekä teräsbetoniseinän leikkauskestävyyteen vaikuttavia tekijöitä. Tapaustutkimuksena tarkasteltiin Kalasataman tornitaloa T4 ja kohteesta analysointiin olemassa olevan FEM mallin avulla leikkausjännitysten vaikutusta rakennuksen stabiliteettiin.

Leikkausjännitysten rooli rakennuksen alakerroksissa voi olla merkittävä korkeissa hybridirakennuksissa. Tapaustutkimuksen perusteella leikkausjännityksen vaikutus raudoitusmääriin tulee tarkastella esimerkiksi tasojännitystilan avulla. Standardin SFS-EN 1992-1-1 palkkiteorian mukaiset leikkauskestävyyden kaavat eivät sovellu seinille, koska jännitykset eivät jakaudu palkkiteorian mukaisesti. Työssä oli tarkoitus löytää sopiva pienennyskerroin leikkausjäykkyyden pienennykseen, mutta löydetty 0,1 kerroin johtaa liian suureen pienennykseen. Kerrointa ei voitu verrata FEM ohjelman laskemiin jäykkyyksiin. Leikkausjäykkyyden pienentäminen vaikuttaa kerrossiirtymiin, jotka voivat muodostua rakennuksen kokonaissiirtymiä merkittävämmiksi.

The purpose of this thesis was to examine the effect of shear force on stiffness degradation of concrete shear wall and its role for stability calculation. As high-rise buildings are becoming more common, the shear forces of load bearing walls are increasing in Finland. It is common not to account the effect of shear forces on structural calculations in Finland because they are negligible.

A literature review was used to study the effect of shear stress on shear wall. The goal was to find reduction factors for shear stiffness which could be used in stability calculations. Factors affecting shear capacity of shear wall were also studied. The case focused on a hybrid high-rise building project of Kalasatama. A FEM model was used to analyse the effect of shear stresses on stability of the building.

The role of shear stresses can be significant for high-rise hybrid buildings. A common way to calculate shear capacity is to use SFS-EN 1992-1-1 shear capacity equations for beams. Stresses are not distributed according to the beam theory which indicates that plane stress state is to be used. The Strut-and-Tie method could be used as well. The goal to find a suitable shear stiffness reduction factor was not achieved, since a factor of 0.1 recommended in the literature leads to too big of a degradation. Shear stiffness degradation affects storey drift which could be more critical than the total displacement.