JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena oli tehdä konseptimainen tutkimus keskusydin- ja ulkoseinäjäykisteisen korkean asuinrakennuksen toteutusmahdollisuudesta elementtirakenteisena. Työssä tutkittiin tapaustutkimuksena jo suunniteltua 31-kerroksista asuinrakennusta, joka on suunniteltu jäykistettäväksi kantavien väliseinien ja keskusytimen avulla. Työssä haluttiin selvittää, onko kyseinen rakennus mahdollista jäykistää kantavan keskusytimen sekä kantavien ulkoseinäelementtien avulla sekä miten julkisivuelementtien eri suuruinen aukotus vaikuttaisi rakennuksen jäykkyyteen. Kantavana -sekä jäykistävänä julkisivurakenteena käytettiin teräsbetonista sandwich-elementtiä. Työssä vertailtiin yhdeksää erisuuruista aukkoa kolmella eri pielileveydellä sekä kolmella eri aukkopalkkikorkeudella. Yksittäisen kantavan teräsbetonisandwich-elementin painon ylärajana pidettiin noin 9000 kg.

Työn teoriaosuus antaa lukijalle ymmärryksen jäykistykseen liittyvistä ilmiöistä, joita tulee ottaa huomioon suunniteltaessa korkeita rakennuksia. Työssä käydään kirjallisena tutkimuksena läpi erilaisia jäykistystapoja sekä tyypillisimpiä elementtien välisiä pystysaumaliitoksia.

Tapaustutkimuksessa jäykkyyden arvioinnissa verrattiin muutoksia siirtymien, mukavuustekijöiden, seinien vetorasituksien sekä jäykistykseen osallistuvien aukkopalkkien voimasuureiden perusteella. Elementtien käyttömahdollisuutta ohjasi elementin paino sekä vaaka- ja pystysaumoissa vallitsevat voimasuureet. Työssä esitettyjen tulosten perusteella voidaan todeta, että tapaustutkimuksessa esiintyvä asuinrakennus on mahdollista toteuttaa keskusydin- ja ulkoseinäjäykisteisenä elementtirakenteita käyttäen.

Julkisivuaukotuksen muutoksella on merkittävä vaikutus rakennuksen jäykkyyteen. Jäykkyyden vähentyessä suurin vaikutus on keskusytimen seinien vetorasituksissa sekä siirtymissä leikkausmuodonmuutoksien johdosta. Mukavuustekijöiden tai jäykistykseen osallistuvien aukkopalkkien leikkausvoimien osalta jäykkyyden vähennyksellä ei ole suurta merkitystä. Verrattaessa kahta eri jäykistysjärjestelmää esimerkkikerroksen osalta, keskusydin- ja ulkoseinäjäykisteisen rakennuksen kantavien pystyrakenteiden betonimäärä on noin 40 % pienempi kuin rakennuksen, joka on suunniteltu jäykistettäväksi kantavien väliseinien sekä keskusytimen avulla.

Tube-in-Tube high-rise structure

Abstract

Aim of this Thesis was to create a concept of using prefabricated concrete in Tube-in-Tube High-Rise Structures. Case study reviews a 31-storey high-rise structure which isdesigned to be stiffened with shear walls and central core. The goal in this Thesis was to examine, if the studied building can be construct with Tube-in-Tube structural system using prefabricated concrete and how modifying the openings on load bearing façade would affect the rigidity of the building.

Load bearing façade was created with prefabricated concrete sandwich-elements. Case study rigidity was examined with nine different openings, which was created using three different frame widths and with three different beam heights. Maximum weight of one prefabricated element was set up at around 9000 kg.

The literature review gives the reader knowledge on the phenomenona that need to be considered in high-rise building structural design. Thesis reviews different ways to stiffen a building and most common used vertical joints using prefabricated concrete as a literature explanation.

In case study, estimating rigidity was based on building displacements, human comfort, tension forces in central core walls and shear forces in coupling beams. Accessibility of prefabricated concrete elements was guided with the weight of the element and forces in the vertical and horizontal joints between two different elements. The results of the Thesis showed that case studied high-rise Structure can be done with Tube-in-Tube structural system using prefabricated concrete elements.

Modifying the openings on load bearing façade has significant impact on the rigidity of the building. Decreasing rigidity by enlarging openings on the load bearing façade, causes increase in tension forces at central core and displacements of the building thus shear deformation. Decreasing rigidity did not impact significantly on human comfort accelerations or shear forces in coupling beams with studied openings. Comparing between two different structural systems as a layout, concrete quantity is 40 % less in Tube-in-Tube structural system than in already designed shear wall structural system.