JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tässä diplomityössä oli tavoitteena selkeyttää ja tehostaa Tekla Structures ohjelmalla tapahtuvaa sandwich-elementin suunnitteluprosessia ja luoda yksinkertainen suunnitteluohje suunnittelun tueksi. Työn toinen päätavoite oli tutkia vaihtoehtoisia palomitoitusmenetelmiä taulukkomitoituksen rinnalle sandwich-elementtien aukkopalkkien ja pielipilarien tutkimiseen. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko muita palomitoitusmenetelmiä käyttämällä päästä eroon taulukkomitoituksen vähimmäisvaatimusten mukaisista sisäkuoren paksunnoksista ja paksuista betonipeitteistä. Palomitoitusosion lopputuotteena oli tarkoitus luoda yksinkertainen mitoitustyökalu sekä aukkopalkille että pielipilarille. Tutkimuksen toteutus alkoi perehtymällä kokonaisvaltaisesti sandwich-elementin komponentteihin, rakenteelliseen toimintaan sekä teräsbetonin palomitoitukseen ja eurokoodistoon.

Suunnitteluohjeen luomiseksi täytyi aluksi tutustua Tekla Structuresin sisältämiin vaihtoehtoisiin mallinnustapoihin. Tekla tarjoaa monia eri vaihtoehtoja asioiden luomiseen, joten tehokkaimpien työkalujen löytäminen oli tärkeää asetetun tavoitteen kannalta. Tutkimuksessa hyödynnettiin piirustuksen luonnissa yrityksen valmista sandwich-elementtipiirustukselle suunniteltua mallipohjaa. Mallipohjaa käyttämällä saavutetaan lähtökohta, josta hyvin vähin muokkauksin saadaan tuotettua valmis elementtipiirustus. Työn tuotoksena valmistettiin työn tilaajalle yksinkertainen sandwich-elementin suunnitteluohje.

Palomitoituksen tutkiminen aloitettiin perehtymällä eurokoodin tarjoamiin mahdollisuuksiin taulukkomitoituksen korvaamiseksi. Yksinkertaistetut laskentamenetelmät osoittautuivat nopeasti sopivaksi valinnaksi kyseisen palomitoitustarpeen täyttämiseksi. Yksinkertaistetuista laskentamenetelmistä sovellettavaksi valikoitui vyöhykemenetelmä. Vyöhykemenetelmän valintaa puolsi sen avulla saatavat paremmat tulokset ja sen parempi soveltuvuus pilarien palomitoitukseen.

Tutkimuksen tuloksena saatiin siis luotua suunnitelman mukainen sandwich-elementin suunnitteluohje. Suunnitteluohjeen tarkoitus on parantaa suunnittelun tehokkuutta ja vähentää myöhempien korjausten tarvetta. Tutkimuksen toinen päätavoite oli tutkia mahdollista vaihtoehtoista palomitoitusmenetelmää taulukkomitoituksen rinnalle, jolla päästäisiin eroon sisäkuoren turhista paksunnoksista ja paksuista betonipeitteistä. Vyöhykemenetelmä osoittautui tutkimusten tulosten perusteella käyttökelpoiseksi ja sitä käyttämällä saadaan kavennettua palomitoituksen vaatimaa sisäkuoren vähimmäisleveyttä. Palomitoitusosion lopputuotteena luotiin yksinkertainen Excel-laskupohja sekä aukkopalkille että pielipilarille. Työn tuotosten yleistäminen ei ole mahdollista, sillä esimerkiksi Excel-pohjat on suunniteltu nimenomaan kyseisiä rakenteita varten eivätkä toimi välttämättä oikein muussa käytössä.

Development of the design process for a reinforced sandwich panel

Abstract

The aim of this thesis was to clarify and intensify the sandwich panel design process with Tekla Structures and to create a simple design guide to support the design. The second main goal of the work was to investigate alternative fire design methods in addition to table designs for the dimensioning of opening bars and side columns of sandwich panels. The aim was to find out whether other fire design methods could be used to get rid of thickenings and thick concrete coverings that meet the minimum requirements for table design. The product of the fire design section was to create a simple design tool for both the beam and the column. The implementation of the study began with a comprehensive study of the components of the sandwich panel, the structural operation, the fire design, and Eurocodes of reinforced concrete.

To create a design guide, you first had to familiarize yourself with the alternative modeling methods included in Tekla Structures. Tekla offers many different options for creating things, so finding the most effective tools was important to your goal. The study used a template designed for the company’s ready-made sandwich panel drawing to create the drawing. By using a template, a starting point is reached from which the finished element drawing can be produced with very little modification. As a result of the work, a simple sandwich element design guide was prepared for the company.

The study of fire design began with an examination of the possibilities offered by the Eurocode to replace table design. Simplified calculation methods quickly proved to be a suitable choice to meet this fire measurement need. Of the simplified calculation methods, the zone method was selected for application. The choice of the zone method was supported by the better results obtained by it and it’s better suitability for the fire design of the columns.

As a result of the study, a design guide for the sandwich element was created according to plan. The purpose of the design guide is to improve the efficiency of the design and reduce the need for subsequent repairs. The second main objective of the study was to investigate a possible alternative fire design method alongside table design to get rid of unnecessary thickening of the inner shell and thick concrete coverings. Based on the results of the studies, the zone method proved to be useful, and its use reduces the minimum width of the inner shell required for fire design. As a final product of the fire design section, a simple Excel calculation template was created for both the opening bar and the side column. It is not possible to generalize the output of a job, because Excel templates, for example, are designed specifically for those purposes and may not work properly in other uses.