Aukotusten vaikutus CLT-laattojen ja CLT-betoniliittolaattojen mitoitukseen

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin aukotusten vaikutusta CLT-laattojen ja CLT–betoniliittolaattojen mitoitukseen. Työn tavoitteena oli selvittää, miten laatan keskelle sijoitettavat suorakulmaiset reiät vaikuttavat rakenteiden jännityksiin ja värähtelykäyttäytymiseen sekä arvioida palkkikaistamenetelmän soveltuvuutta aukotettujen laattojen käsinlaskennalliseen tarkasteluun. Tutkimus kohdistui seitsemän metrin jännevälillä toimiviin välipohjarakenteisiin, joita tarkasteltiin sekä asuin- että toimistorakennusten kuormituksilla.

Työssä tarkasteltiin CLT-laattaa ja CLT–betoniliittolaattaa. CLT-laatta oli 280 mm paksu seitsemästä lamellista koostuva rakenne, joista kaksi ylintä ja kaksi alinta on samaan suuntaan eli laatassa on tuplaulkolamellit ja viisi risteävää kerrosta. CLT–betoniliittolaatta koostui 220 mm paksusta CLT-laatasta, jossa on viisi risteävää kerrosta, sekä 120 mm paksusta raudoitetusta betonilaatasta.

Aukotusten vaikutusta tutkittiin 700 × 700 mm ja 1100 × 1100 mm kokoisilla rei’illä, jotka sijoitettiin laatan keskelle. Laskennassa hyödynnettiin RFEM 6 -ohjelmistolla tehtyä elementtimenetelmäanalyysiä sekä Mathcad Prime -ohjelmistolla tehtyä käsinlaskentaa. Käsinlaskennassa käytettiin palkkikaistamenetelmää Proholz Cross-Laminated Timber Structural Design - Applications s.24–29 mukaisesti. Palkkikaistamenetelmässä rakenne jaetaan kaistamaisiin osiin ja tarkastellaan reiän ympärille muodostuvia rasituksia. Värähtelymitoitus tehtiin Eurokoodin EN 1995-1-1 ja Eurokoodin luonnoksen FprEN 1995-1-1 mukaisesti. Reiän vaikutus huomioitiin vähentämällä reiän osuus laatan kokonaismassasta.

Tulosten perusteella reikien lisääminen kasvattaa jännityksiä erityisesti reiän ympäristössä ja reiän nurkissa. Reiän suurentaminen kasvatti jännitysten käyttöasteita sekä CLT-laatoissa että CLT–betoniliittolaatoissa, mutta tarkastelluissa tapauksissa käyttöasteet pysyivät pääosin hyväksyttävällä tasolla. RFEM-laskennassa reiän nurkkiin muodostui paikallisia jännityspiikkejä, jotka liittyvät elementtimenetelmän singulariteetteihin, minkä vuoksi aivan reiän reunalta saatuja maksimiarvoja ei tule käyttää sellaisenaan mitoituksen perusteena.

Tutkimuksen perusteella CLT–betoniliittolaatta osoittautui CLT-laattaa jäykemmäksi ja dynaamisesti paremmaksi rakenteeksi suuremman taivutusjäykkyyden ja massan vuoksi. CLT-laatta on puolestaan kevyempi ratkaisu, mutta herkempi värähtelylle. Palkkikaistamenetelmä soveltuu tulosten perusteella alustavaan jännitystarkasteluun, mutta paikallisten jännityskeskittymien ja värähtelykäyttäytymisen arviointiin tarvitaan tarkempaa FEM-laskentaa.