Betonielementtirunkoisen toimistorakennuksen nurkan jatkuvan sortuman hallinta
Loading...
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.
Author
Date
2016-06-13
Department
Major/Subject
Rakennetekniikka
Mcode
R3001
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
78+53
Series
Abstract
Tässä työssä tutkittiin betonielementtirunkoisen toimistorakennuksen nurkan jatkuvaa sortumaa. Rakenteen murtuessa sen kantamat kuormat siirtyvät muiden rakenteiden kannateltaviksi. Jos rakenteet murtuvat edelleen, muodostuu niin sanottu jatkuva sortuma. Viime vuosikymmenten aikana tietotaidon ja tekniikan kehittyminen on johtanut siihen, että rakennus saadaan helpommin suunniteltua hyväksyttäviin riskirajoihin, eikä rakenteilla ja niiden välisillä liitoksilla ole samalla tavalla ylimääräistä varmuutta ja sitkeyttä kuin aikaisemmin. Vaikka jatkuva sortuma ilmiönä on melko epätodennäköinen, voivat sen aiheuttamat seuraukset olla hyvin vakavia, joten suunnittelumenetelmien, etenkin vaativien seuraamusluokkien rakennuksissa, on kehityttävä edelleen. Jatkuvaa sortumaa hallitaan tutkimalla rakennukseen kohdistuvat uhat ja vaurioiden seuraamukset sekä se, miten niitä voidaan pienentää. Rakenteilta ja niiden välisiltä liitoksilta vaaditaan sitkeyttä, jotta putoavien rakenneosien liike-energia saadaan vaimennettua. Betonielementtirunkoisissa rakennuksissa jatkuvan sortuman hallintaa vaikeuttaa se, että betonielementit tehdään tehtailla valmiiksi ja runkoa halutaan nostaa nopealla tahdilla, joten elementit halutaan liittää työmaalla toisiinsa mahdollisimman pienellä työmäärällä. Sitkeyttä rakenneosien välille muodostetaan sidejärjestelmällä eli betonielementtien välisiin saumoihin asennettavalla raudoituksella, joka sitoo rakenteet toisiinsa. Rakennusten nurkassa sidejärjestelmä ei voi toimia vedettynä köysirakenteena, vaan jäljelle jäävien rakenteiden tulisi pystyä toimimaan ulokkeina, jotka kantavat poistuvan pilarin kuormat. Siksi nurkan kohdalla jatkuvan sortuman hallinta on erityisen haasteellista. Työssä analysoitiin jatkuvaa sortumaa CC3-seuraamusluokkaan kuuluvan pilari-palkki-runkoisen betonielementtirakennuksen nurkan kohdalla. Analysointi suoritettiin RFEM-ohjelmalla Yhdysvaltojen puolustusministeriön ohjeiden mukaisesti dynaamisena analyysinä. Analyysissa poistettava pilari korvattiin pilarin staattisen analyysin tukireaktiota vastaavalla voimalla, joka poistettiin tietyn ajan kuluessa. Analysoinnin tulosten perusteella on selvää, että Eurokoodien mukaisella sidejärjestelmällä saavutettava kapasiteetti ei riitä nurkkapilarin poistumisesta aiheutuvien rasitusten hallintaan. Mikäli pilarin poistumisen seuraukset halutaan hallita, tulee nurkan rakenneratkaisujen poiketa muualla rakennuksessa käytettävistä rakenneratkaisuista. Myös reunimmaisten pilarilinjojen välistä etäisyyttä olisi syytä rajoittaa, jottei rakenteiden koko määräytyisi onnettomuustilanteiden rasitusten johdosta.In this thesis a progressive collapse around the corner of a precast concrete office building was studied. As a structure collapses the load it carries is transferred to other structures, if those structures collapse as well, a progressive collapse is formed. During the last few decades, the increase of knowledge and development of technology has enabled that the building is easier to design within the acceptable risk limits. Therefore there is less extra certainty and robustness in the structures and the connections between them than there used to be. Although the progressive collapse as a phenomenon is quite unlikely, the consequences of the collapse may be very severe so the design processes has to evolve continuously. In particular, with buildings belonging to the highest consequence classes. The progressive collapse is managed by examining the threats to the building and the consequence of damage while considering how to reduce both of them. Robustness in structures and connections between them is needed so the kinetic energy of the falling structures can be absorbed. In regards to the design of precast concrete buildings the management of the progressive collapse is compounded by the fact that the concrete elements are made in the factory and the construction site wants to raise the body of the building quickly. Importance is placed on connecting the concrete elements to each other with minimum amount of work done. The robustness of the connections are increased with a tying system where precast concrete elements are tied to each other with reinforcement bars that are installed to the seams of the elements. It is not possible to form a pulled tie system into the corners of the buildings. Therefore the structures should be able to carry the load of the removed column as an overhang structure and that makes the management of the progressive collapse near building corners especially challenging. In this thesis a progressive collapse of the corner of a column-beam-bodied precast concrete element building belonging to the consequence class CC3 was analyzed. The analysis was carried out with RFEM as a dynamic analysis in accordance with the United States Department of Defense’s instructions. In the instructions the column to be removed was replaced with a force equal to the support reaction of the column in static analysis. The force was removed within a certain time range. Based on the results of the analysis it was clear that the tie force method presented in the Eurocodes is not enough to manage the stresses that occur when a column loses its load bearing capacity. If the consequences of a column removal needs to be managed the structures in the corner of the building have to differ from the structures used elsewhere. The distances between the outermost column lines should be limited in order to prevent the situation where the size of the structures would be determined by the stresses that occur only with accident situation.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Valjus, JuhaKeywords
jatkuva sortuma, betonielementti, sitkeys, vaihtoehtoinen kuormansiirtoreitti, dynaaminen analyysi
