Sovellus jäykistävän levykentän suunnitteluun

Abstract

Jäykistävä vaakasuuntainen taso toimii tärkeässä osassa jäykistysjärjestelmässä, koska sen kautta siirretään vaakakuormat jäykistäville pystyrakenteille. Jäykistävän vaakarakenteen mitoitus on monivaiheinen toimenpide, joka joudutaan yleensä toistamaan useita kertoja ennen kuin päästään sopivaan lopputulokseen. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa laskentasovellus jäykistävän levyrakenteisen vaakatason mitoittamiseen.

Työssä tutustuttiin jäykistävän vaakatason toimintaan ja mitoitukseen aiheeseen liittyvien julkaisujen avulla. Jäykistävän levykentän suunnittelua ja mitoitusta käytiin läpi tekemällä mitoitustarkasteluja kuvitteellisille rakennuksille. Työn sisältöä jouduttiin rajaamaan aihepiirin laajuuden takia. Työssä esitetään jäykistysmitoituksen kulku yksiaukkoisena palkkina toimivalle yläpohjalle rakennuksen molemmissa pääsuunnissa. Myös sovelluksen suunnittelu rajattiin yksikerroksiseen suorakaiteen muotoiseen rakennukseen, jonka ulkoseinät toimivat jäykistävinä pystyrakenteina. Sovellus toteutettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla.

Sovellukseen voidaan syöttää suorakaiteen muotoinen yksikerroksinen rakennus, jonka yläpohjassa ei ole aukkoja tai muita epäjatkuvuuskohtia. Yläpohjan levytys käsitellään sovelluksessa ei-limitettyinä kokonaisina levyinä. Sovellus laskee rakennukseen kohdistuvan vaakakuorman, tarkistaa vetopaarteiden kestävyyden sekä laskee suurimman liitinvoiman ja levykentän siirtymät molemmissa rakennuksen pääsuunnissa.

Kun verrataan työssä esitettyjä laskuesimerkkejä ja sovelluksella saatuja tuloksia keskenään, voidaan todeta, että sovellus laskee oikein kokonaisilla, limittämättömillä levyillä jäykistetyn yläpohjan jäykistysmitoituksen. Jos yläpohja toteutetaan todellisuudessa limitetyillä levyillä, sovelluksen perusteella ei voida olla varmoja, onko tason leikkauskapasiteetti riittävä välittämään levykentältä kuormat jäykistäville seinille. Jatkossa sovelluksen kehittämisessä tulisi ensimmäisenä keskittyä leikattujen levyjen ja aukollisten väli-/yläpohjien käsittelyyn, mikä lisäisi sovelluksen käyttömahdollisuuksia pientalojen suunnittelussa.

Horizontal floor and ceiling diaphragms are an important part in transferring horizontal loads to the supporting vertical structures. The dimensioning of a horizontal diaphragm is a multi-step process that usually needs to be repeated multiple times until an appropriate conclusion has been reached. The objective of this thesis was to design and implement an application program for dimensioning ceiling diaphragms.

The thesis was based on reading publications related to the topic and familiarizing with functionality and dimensioning of ceiling diaphragms. The design and implementation was practiced with creating practice models for fictional buildings. Due to the depth of the subject matter, the thesis was required to be limited. Therefore, the thesis presents the ceiling diaphragm functioning as a high I-beam supported by two shear walls. The dimensioning process is introduced at both main dimensioning directions of the building. The implementation of the application was also limited to a one-storeyed rectangular building where the outer walls function as shear walls. The application was implemented using Excel.

Information of a one-storeyed rectangular building structure can be fed into the application. Holes and other discontinuities are not observed and the panels of the ceiling diaphragm will be implemented in the application as whole non-interlaced panels. The application calculates the horizontal load subjecting to the structure of a ceiling diaphragm and the tension forces due to bending. Furthermore, the application calculates the highest shear stress in a fastener and the horizontal deflection at both main directions of the building.

By comparing the calculations and application results, it can be stated that the application is functioning correctly. If a ceiling diaphragm will be implemented with interlaced and cut panels in real life based on the application, it will be unknown whether the shear capacity of the ceiling diaphragm is sufficient. In the future development of the program, floor and ceiling diaphragms with openings and interlaced panels should be the primary focus. Focusing on those features, the application program could become more suitable for dimensioning horizontal diaphragms for apartment buildings.