Epälineaaristen laskentamallien käyttö korkeiden teräsbetonikerrostalojen analysoinnissa
Lamberg, Sara (2023)
2023
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-08-01
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306216877
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306216877
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkitaan epälineaaristen laskentamallien käyttöä monikerroksisten teräsbetonirakenteisten kerrostalojen FEM-laskennassa. Työssä tutkitaan erilaisten epälineaarisuuksien huomioinnin merkitystä ja verrataan lineaarista sekä epälineaarista laskentaa toisiinsa. Lisäksi työssä pyritään selvittämään, millaisissa tarkasteluissa epälineaarisen laskennan hyödyntämistä voidaan pitää perusteltuna. Yleisesti ottaen rakenteiden lineaarinen analysointi on suoraviivaisempaa ja yksinkertaisempaa verrattuna epälineaariseen analysointiin. Epälineaarinen analyysi vaatii yleensä useiden monimutkaisten yhteyksien ja ilmiöiden yksityiskohtaista ymmärrystä sekä huomattavasti enemmän laskennallista työtä.
Kokonaisuudessaan tässä työssä esitetään katsaus keskeisimmiksi katsotuista epälineaarisista erityislaskentatarkasteluista, joita voidaan hyödyntää korkeiden teräsbetonirakenteisten kerrostalojen analysoinnissa. Tämän työn tarkoituksena on koota tietoa epälineaarisen laskennan mahdollisuuksista keskittyen monikerroksisiin teräsbetonirunkoisiin kerrostaloihin. Työssä perehdytään esimerkkikohteesta tuotettujen laskentatarkastelujen avulla vaiheittaisen rakentamisen analysointiin, kaatumisvarmuustarkasteluun, teräsbetonin tarkempaan mallinukseen kerroksellisen kuorimallin avulla, geometrisen epälineaarisuuden vaikutuksiin sekä pilarin poistosta aiheutuvan onnettomuustilanteen tarkasteluun. Tässä työssä esitettävät FEM-laskelmat tuotetaan ETABS:lla. Lopuksi työssä pohditaan suoritettujen laskentatarkastelujen perusteella epälineaarisen analyysin avulla mahdollisesti saavutettavia hyötyjä sekä tulosten luotettavuuteen vaikuttavia tekijöitä.
Epälineaarinen analyysi tarjoaa mahdollisuuden tutkia rakenteen käyttäytymistä tarkemmin sekä todenmukaisemmin. Lisäksi epälineaarisen analyysin avulla voidaan suorittaa sellaisia laskentatarkasteluja, joihin lineaarinen laskenta ei kykene. Yleisesti voidaan todeta lineaarisen ja epälineaarisen laskennan tuottavan toisiaan täydentävää tietoa rakenteiden toiminnasta ja käyttäytymisestä. Eurokoodi ei tällä hetkellä ohjeista kattavasti FEM-laskentamallien luomista tai esimerkiksi sitä, mitä epälineaarisuuksia missäkin laskentatarkasteluissa tulisi huomioida, joten valinnat jäävät pitkälti rakennesuunnittelijan ammattitaidon ja harkinnan varaan. Yleensä rakenteet kannattaa kuitenkin analysoida ensin lineaariseen laskentaan perustuen ja sen jälkeen harkita tapauskohtaisesti, missä tarkasteluissa tulisi hyödyntää myös epälineaarista laskentaa. Kokonaisuudessaan tämä työ tarjoaa tietoa epälineaarisessa laskennassa huomioitavista asioista sekä näkökulmia siihen, mitä epälineaarisuuksia mahdollisesti kannattaa ottaa huomioon erilaisissa korkeita teräsbetonirakennuksia koskevissa erityislaskentatarkasteluissa.
Kokonaisuudessaan tässä työssä esitetään katsaus keskeisimmiksi katsotuista epälineaarisista erityislaskentatarkasteluista, joita voidaan hyödyntää korkeiden teräsbetonirakenteisten kerrostalojen analysoinnissa. Tämän työn tarkoituksena on koota tietoa epälineaarisen laskennan mahdollisuuksista keskittyen monikerroksisiin teräsbetonirunkoisiin kerrostaloihin. Työssä perehdytään esimerkkikohteesta tuotettujen laskentatarkastelujen avulla vaiheittaisen rakentamisen analysointiin, kaatumisvarmuustarkasteluun, teräsbetonin tarkempaan mallinukseen kerroksellisen kuorimallin avulla, geometrisen epälineaarisuuden vaikutuksiin sekä pilarin poistosta aiheutuvan onnettomuustilanteen tarkasteluun. Tässä työssä esitettävät FEM-laskelmat tuotetaan ETABS:lla. Lopuksi työssä pohditaan suoritettujen laskentatarkastelujen perusteella epälineaarisen analyysin avulla mahdollisesti saavutettavia hyötyjä sekä tulosten luotettavuuteen vaikuttavia tekijöitä.
Epälineaarinen analyysi tarjoaa mahdollisuuden tutkia rakenteen käyttäytymistä tarkemmin sekä todenmukaisemmin. Lisäksi epälineaarisen analyysin avulla voidaan suorittaa sellaisia laskentatarkasteluja, joihin lineaarinen laskenta ei kykene. Yleisesti voidaan todeta lineaarisen ja epälineaarisen laskennan tuottavan toisiaan täydentävää tietoa rakenteiden toiminnasta ja käyttäytymisestä. Eurokoodi ei tällä hetkellä ohjeista kattavasti FEM-laskentamallien luomista tai esimerkiksi sitä, mitä epälineaarisuuksia missäkin laskentatarkasteluissa tulisi huomioida, joten valinnat jäävät pitkälti rakennesuunnittelijan ammattitaidon ja harkinnan varaan. Yleensä rakenteet kannattaa kuitenkin analysoida ensin lineaariseen laskentaan perustuen ja sen jälkeen harkita tapauskohtaisesti, missä tarkasteluissa tulisi hyödyntää myös epälineaarista laskentaa. Kokonaisuudessaan tämä työ tarjoaa tietoa epälineaarisessa laskennassa huomioitavista asioista sekä näkökulmia siihen, mitä epälineaarisuuksia mahdollisesti kannattaa ottaa huomioon erilaisissa korkeita teräsbetonirakennuksia koskevissa erityislaskentatarkasteluissa.