FEM-laskennan ja ristikkomenetelmän erot seinämäisen palkin mitoittamisessa

Abstract

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tehdä katsaus seinämäisen palkin teoriaan ja selvittää kuinka suuria eroja palkin mitoittamisessa syntyy käytettäessä ristikko- ja elementtimenetelmää (FEM). Seinämäinen palkki on dimensioiltaan seinää muistuttava teräsbetonipalkin erikoistapaus. Tavanomaisesta palkista poiketen se on huomattavan korkea verrattuna jänneväliinsä. Seinämäisiä palkkeja käytetään usein kerrostalojen toisessa kerroksessa, jos ensimmäiseen kerrokseen halutaan sijoittaa avoin liiketila. Eurokoodi 2 -suunnittelustandardissa seinämäisten palkkien mitoituksen ohjeistus on suppeaa ja ajoittain vaikeaselkoista, huolimatta seinämäisten palkkien yleisyydestä rakennuskannassa. Työssä tutustutaan yleisellä tasolla seinämäiseen palkkiin ja sen mitoittamiseen. Lisäksi tarkastellaan teoriatasolla, kuinka tuenta ja aukot vaikuttavat seinämäiseen palkkiin. Myös ristikkoja elementtimenetelmiin paneudutaan lyhyesti. Tämän jälkeen vertaillaan laskentamenetelmien tuloksia eri parametreja muuttaen. Tutkimuksessa käytettiin yksiaukkoista seinämäistä palkkia tasaisella kuormalla. Jännitysten tarkastelu toteutettiin ristikkomenetelmällä eurokoodin mukaisesti ja elementtimenetelmällä käyttäen Dlubalin RFEM-ohjelmistoa. Tutkimuksessa muutettiin palkin pituutta ja leveyttä, käytettyä betoniluokkaa, tukialueen pituutta sekä kuorman suuruutta. Lisäksi testattiin, kuinka ristikkomenetelmässä tehtävä yksinkertaistus jatkuvan kuorman muuttamisesta pistemäisiksi resultanttivoimiksi vaikutti tuloksiin. Tulosten perusteella elementtimenetelmä antoi seinämäisen palkin alareunan vetojännitykselle noin 23,9 % pienempiä arvoja verrattuna ristikkomenetelmään. Jatkuvan kuorman yksinkertaistaminen pistevoimiksi muutti jännityksiä noin 5 %:n verran, lopullisen eron ollessa noin 28,8 %. Muiden parametrien vaikutus jäi tutkittavilla tapauksilla pieniksi, alle 1 %, tai eroa ei syntynyt. Tutkimuksen mukaan ristikkomenetelmä sopii lyhyiden ja muodoltaan yksinkertaisten seinämäisten palkkien laskentaan. Todennäköisesti tarkkuutta voitaisiin parantaa muokkaamalla rakenneosalle muodostettavaa ristikkomallia. Lisäksi ristikkomenetelmää voidaan käyttää seinämäisten palkkien alustavaan mitoitukseen ja muodostamaan vertailukohta FEM-laskennan tueksi.