Tässä diplomityössä tutkittujen eri referenssikohteiden tuloksia vertaillessa huomataan, että sekundäärisillä kantamattomilla väliseinärakenteilla on lähtökohtaisesti positiivinen vaiku-tus kaikkiin tutkittuihin dynaamisia ominaisuuksia kuvaaviin suureisiin. Sekä laataston alim-mat ominaistaajuudet, että vaimennussuhteet kasvoivat, kun tutkitut välipohjarakenteet oli-vat suoraan yhteydessä sekundäärisiin väliseinärakenteisiin. Alimpia ominaistaajuuksia vas-tanneet kiihtyvyysamplitudien maksimiarvot johdonmukaisesti pienenivät, mikä viittaa sii-hen, että rakenne on jossain määrin jäykempi väliseinien kanssa. Mitattuja kiihtyvyyksien arvoja tarkasteltaessa huomattiin, että väliseinärakenteilla oli myös epäsuoria vaikutuksia, jotka ilmenivät pienentyneinä kiihtyvyyksinä laattakentissä, joissa ei ollut väliseinäraken-teita, vaan väliseinät olivat laatastoa tukevien palkkien päällä.
Tutkittujen suureiden suhteelliset muutokset eivät täysin vastanneet toisiaan, mikä johtuu todennäköisesti siitä, että väliseinärakenteet, väliseinien sijainti ja koko sekä orientaatio laa-taston kantosuuntaan nähden vaihtelivat. Tämä osoittaa, että kyseisillä parametreillä on vai-kutusta laatastojen dynaamisiin ominaisuuksiin.
Väliseinärakenteiden vaikutusten suuruutta pystytään karkeasti arvioimaan tutkimuksessa mitattujen rakenteiden alimpien ominaistaajuuksien avulla. Ominaistaajuuksien perusteella pystytään arvioimaan rakenteessa tapahtuvaa pystysuuntaista taipumaa, soveltamalla kaavaa 30. Taipumaa arvioimalla rakenteelle voidaan määrittää jäykkyyttä kuvaava jousivakio, kun tiedetään siihen kohdistuvat kuormat mittaustilanteen aikana. Tämän jälkeen voidaan sovel-taa tutkimuksen kirjallisuuskatsauksessa kuvassa 6 esitettyä yhden vapausasteen värähtelijää ja siihen liittyvää teoriaa. Rakenne voidaan yksinkertaistaa tarkastelua varten yksiauk-koiseksi palkiksi. Väliseinä voidaan kuvata elastisena tukena eli jousena, joka voidaan si-joittaa mielivaltaisesti mihin vain kohtaan palkin jännevälissä. Tässä tapauksessa jousi sijoi-tetaan keskelle palkin jänneväliä. Rakennemalli tilanteesta on esitetty kuvassa 30. Taipuman perusteella arvioidun jousivakion avulla pystytään tämän jälkeen vertaamaan kohtia, joissa esiintyy väliseiniä kohtiin, joissa ei ole väliseiniä, tai kahden eri mittauskerran tuloksia koh-dissa, joihin on asennettu väliseinä mittauskertojen välissä.
Kuva 30. Rakennemalli väliseinien vaikutuksen suuruuden arvioimista varten
Edellä kuvattu tarkastelu suoritettiin sekä Lapinmäen päiväkodin, että Hopealaakson päivä-kodin tulosten perusteella kohdissa, joissa esiintyi sekundäärisiä lasirakenteita. Lapinmäen
79
päiväkodin tuloksista, arvioinnissa käytettiin mittauspaikkojen LAP1 ja LAP2 antureiden 1.2 ja 2.2 mittaamia ominaistaajuuksien keskiarvoja. Hopealaaksossa arviointi tehtiin antu-reiden 1.1 ja 1.2 mittaamien tulosten keskiarvojen perusteella, vertaamalla ensimmäisen ja toisen mittauskerran välillä tapahtuneita muutoksia ominaistaajuuksissa. Kummassakin ta-pauksessa jousivakion laskennassa oletettiin, että rakenteeseen kohdistuu vain välipohjan omasta painosta aiheutuva kuorma sekä mittaustilanteen kävelijän massa, joka oli jokaisessa mittauksessa n. 95 kg. Tämän lisäksi jousivakioiden laskennassa huomioitiin väliseinästä aiheutuva lisäkuormitus, kohdissa, joissa oli väliseinä mittaushetkellä.
Kuvaillun analyysin perusteella Hopealaakson päiväkodissa anturin 1.1 kohdalla rakenteen jousivakio kasvoi mittauskertojen välillä 37,8 % ja anturin 1.2 kohdalla 43,1 %. Lapinmäen päiväkodissa jousivakion arvo oli kohdassa LAP1 (anturi 1.2) 96,6 % suurempi, kuin koh-dassa LAP2 (anturi 2.2). Lapinmäessä toteutunut suurempi jäykkyyden suhteellinen kasvu johtuu todennäköisesti siitä, että väliseinärakenne oli sekä välipohjan ylä-, että alapuolella.
Kaikissa tutkituissa kohdissa jousivakion absoluuttinen muutos oli lähes sama, kun se mää-ritettiin yhdelle metrille väliseinää. Analyysin perusteella yksi metri lasiseinää kasvattaa ra-kenteen jäykkyyttä n. 1,178 MN/m. Laskettua tulosta voidaan hyödyntää, kun tarkastellaan miten väliseinät vaikuttavat eri rakenteen omaaviin välipohjiin tietyillä jänneväleillä. Tulok-set on esitetty kuvaajissa 10 ja 11. Kuvaajissa on arvoitu eri paksuisten CLT-välipohjara-kenteiden alimman ominaistaajuuden suhteellista muutosta, kun kasvatetaan rakenteen ylä- ja alapuolella olevien lasirakenteisten väliseinien pituutta. Kuvaajissa on esitetty taajuuden kehitys liittorakenteiselle välipohjalle (CLT 140 mm + betoni 140 mm), 140 mm paksulle CLT-välipohjalle sekä 160 mm paksulle CLT-välipohjalle. Kuvaajassa 10 on esitetty muutos jänneväliltään 6,5 m pitkälle välipohjalle ja kuvaajassa 11 jänneväliltään 4 m pitkälle väli-pohjalle. Kuvaajat 10 ja 11 kuvaavat tilannetta, jossa lasiseinä on kohtisuorassa välipohja-laataston kantosuuntaan nähden.
80
Kuvaaja 10. Alimman ominaistaajuuden kehitys jänneväliltään 6,5 metriä pitkälle laatalle
Kuvaaja 11. Alimman ominaistaajuuden kehitys jänneväliltään 4 metriä pitkälle laatalle
Kuvaajista 10 ja 11 huomataan, että rakenteen alkuperäisellä jäykkyydellä on vaikutusta alimman ominaistaajuuden suhteelliseen muutokseen, kun siihen lisätään sekundäärisiä kan-tamattomia väliseiniä. Jo ennestään jäykillä rakenteilla, kuten puu-betoni liittolaatalla taa-juuden suhteellinen muutos on pienin. Sama ilmiö voidaan huomata, kun verrataan kuvaajia 10 ja 11 keskenään. Lyhyemmän jännevälin rakenteen ovat luonnostaan jäykempiä, kuin vastaavat rakenteen pidemmällä jännevälillä, minkä vuoksi myös ominaistaajuuden suhteel-linen muutos on huomattavasti pienempää. Kuvaajasta 11 voidaan myös huomata, että neljän
0,00%
0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80 2,10 2,40 2,70 3,00 3,30 3,60 3,90 4,20 4,50 4,80
Taajuuden muutos
Lasiseinän pituus [m]
Laatan jänneväli = 6,5m
Liittorakenne (seinä yläpuolella)
Liittorakenne (seinä ylä- ja alapuolella)
CLT 140 L5s (seinä yläpuolella)
CLT 140 L5s (seinä ylä- ja alapuolella)
CLT 160 L5s (seinä yläpuolella)
CLT 160 L5s (seinä ylä- ja
0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80 2,10 2,40 2,70 3,00 3,30 3,60 3,90 4,20 4,50 4,80
Taajuuden muutos
Lasiseinän pituus [m]
Laatan jänneväli = 4m
Liittorakenne (seinä yläpuolella)
Liittorakenne (seinä ylä- ja alapuolella)
CLT 140 L5s (seinä yläpuolella)
CLT 140 L5s (seinä ylä- ja alapuolella)
CLT 160 L5s (seinä yläpuolella)
CLT 160 L5s (seinä ylä- ja alapuolella)
81
metrin jännevälin omaavan liittorakenteisen välipohjan alin ominaistaajuus ei juurikaan muutu väliseinärakenteita lisättäessä. Taajuus alkaa itse asiassa pienenemään, jos väliseiniä lisätään vain laataston yläpuolelle. Tämä johtuu siitä, että väliseinien tuoma lisäjäykkyys on suhteessa välipohjan omaan jäykkyyteen hyvin pieni, mutta väliseinä lisää kuitenkin raken-teelle tulevaa kuormaa, minkä vuoksi taajuus alkaa pienenemään. Ilmiö voidaan huomata Pakilan koulukeskuksessa, jossa lyhyen jännevälin laataston yläpuolelle lisättiin mittausker-tojen välissä kevytrakenteinen väliseinä. Jo ennestään suhteellisen jäykän rakenteen alimmat ominaistaajuudet alkoivat laskemaan, sillä väliseinä rakenne toi laatastolle käytännössä pel-kästään massaa ja hyvin vähän jäykkyyttä verrattuna rakenteen alkuperäiseen jäykkyyteen.
Pakilassa rakennettu seinä ei sisältänyt lasirakenteita, joten kuvaajia 10 ja 11 ei voida tässä tapauksessa kaikilta osin soveltaa.
Kaikissa tässä työssä tutkituissa kohteissa ominaistaajuuksien absoluuttinen sekä suhteelli-nen kasvu vastaa työn kirjallisuuskatsauksessa esitettyjä aikaisemman tutkimuksen vastaa-via tuloksia. Esimerkiksi Hu & Tardiff (1999) sekä Ljunggren & Ågren (2006) tutkimuksissa tehtyjen havaintojen mukaan väliseinien vaikutus alimman ominaistaajuuden absoluuttiseen arvon kasvuun on n.1,5–2,0 Hz ja suhteelliseen arvoon n.20 %. Väliseinän vaikutus alimman ominaistaajuuden suhteellisiin ja absoluuttisiin muutoksiin on Lapinmäen päiväkodin mit-tauksissa jopa hieman suurempi, kuin edellä mainituissa tutkimuksissa, mikä johtuu oletet-tavasti siitä, että väliseinärakenteet rajoittavat palkin liikettä sekä palkin ylä-, että alapuo-lella, minkä lisäksi väliseinärakenne on asetettu optimaalisimmalla tavalla palkin päälle sen jäykkyyden ja taipuman näkökulmasta. Tämän lisäksi rakenteen alkuperäisellä jäykkyydellä on merkittävä vaikutus taajuuksien suhteellisiin muutoksiin. Esimerkiksi Hopealaakson päi-väkodin tapauksessa alimpien ominaistaajuuksien suhteellinen muutos on hieman pienem-pää kuin edellä mainituissa tutkimuksissa on raportoitu, mutta sen voidaan kuitenkin olettaa johtuvan sekundääristen väliseinien jäykistävästä sekä massaa lisäävästä vaikutuksesta, ku-ten myös kuvaajissa 10 ja 11 on esitetty.
Verrattaessa tutkimuksessa mitattuja alimpien ominaistaajuuksien arvoja Eurokoodin mu-kaan laskettuihin arvoihin voidaan havaita melko suuria eroavaisuuksia. Taulukossa 16 on listattu kustakin kohteesta mitatut alimmat ominaistaajuudet sekä alimmat ominaistaajuudet Eurokoodin mukaan laskettuna. Taulukossa 16 esitetyt mitattujen taajuuksien arvot on las-kettu keskiarvoina kolmen toteutetun mittauksen perusteella, joissa kävelytaajuus on ollut lähimpänä toisiaan, kuten kappaleissa 4.1, 4.2 ja 4.3 on esitetty. Laskelmissa käytetyt taa-juudet on mitattu värähtelyn kannalta laataston kriittisimmällä kohdalla.
Taulukossa 16 esitetty Eurokoodin mukainen alin ominaistaajuus on saatu kunkin kohteen rakennelaskelmista. Mitatun ja lasketun taajuuden suhteellinen ero on esitetty taulukossa vertaamalla, miten laskettu taajuus on muuttunut todelliseen mitattuun taajuuteen verrattuna.
Taulukon 16 perusteella voidaan huomata, että etenkin Lapinmäen päiväkodissa mitattu taa-juus on huomattavasti Eurokoodin avulla laskettua suurempi. Hopealaakson päiväkodissa tilanne on vastakkainen ja laskettu taajuus on mitattuja suurempi. Eroihin vaikuttaa se, että laskelmat on toteuttanut eri suunnittelija kussakin kohteessa, minkä vuoksi laskentamenetel-mät ja laskennan alussa tehdyt oletukset ovat erilaisia, mikä johtaa väistälaskentamenetel-mättä eriäviin tu-loksiin.
Taulukon 16 perusteella ominaistaajuuden laskennassa parhaat oletukset on tehty Ho-pealaakson päiväkodissa, jossa mitattu alin ominaistaajuus on Eurokoodin mukaan laskettua suurempi ja suhteellinen ero on n.20 %. Rakenne on alimitoitettu, mutta taajuudet ovat
82
kuitenkin reilusti sallittuja raja-arvoja suuremmat. Taulukon 16 perusteella voidaan kuiten-kin todeta, että Eurokoodin perusteella laskeminen ei välttämättä anna todellista kuvaa ra-kenteen todellisesta käyttäytymisestä värähtelytilanteessa ja laskentaa on syytä tarkentaa.
Taulukko 16. Referenssikohteissa mitatut ja Eurokoodin mukaan lasketut rakenteen alimmat ominaistaajuudet
Tutkituissa kohteissa tehtyjen aistinvaraisten havaintojen perusteella tutkitut rakenteet olivat yleisesti hyväksyttyjä. Kappaleessa 3.1.2 esitetyn asteikon mukaan Lapinmäen päiväkodissa värähtely oli aistittavissa asteikolla 1 ja voimakkaammalla herätteellä mitattaessa asteikolla 2. Hopealaaksossa ja Pakilassa voitiin värähtely havainnoida pääsääntöisesti asteikolla 2, sillä kohteet olivat vielä tätä tutkimusta tehdessä rakennusvaiheessa. Onkin oletettavaa, että kohteiden valmistuessa värähtelyä ei voi juurikaan enää havainnoida yhtä herkästi.
83
5 Johtopäätökset ja yhteenveto
Tässä diplomityössä tutkittiin massiivipuurakenteisten CLT-laattojen värähtelykäyttäyty-mistä ja sekundääristen ei-kantavien väliseinien vaikutusta laataston dynaamisiin ominai-suuksiin. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään, miten kantamattomaksi tarkoitetut välisei-närakenteet vaikuttavat CLT-laatastojen alimpiin ominaistaajuuksiin, taajuuksia vastaaviin suurimpiin kiihtyvyysamplitudeihin sekä rakenteen vaimennussuhteeseen. Tämän lisäksi pyrittiin selvittämään, miten väliseinät voitaisiin huomioida rakenteiden suunnittelussa ti-lanteissa, joissa rakenteen värähtelykriteeri on mitoittavin. Tutkimus suoritettiin kokeellisia menetelmiä hyödyntäen, mittaamalla olemassa olevien CLT-rakenteisten rakennusten väli-pohjien kiihtyvyyksiä dynaamisen herätteen vaikutuksesta. Dynaaminen heräte rakenteille aiheutettiin kävelemällä välipohjien päällä ennaltamääritettyjä kävelyreittejä pitkin. Raken-teille aiheutettiin myös raskaampia herätteitä kävelemällä raskaalla tömistelevällä aske-leella, jotta rakenteen alimpien ominaistaajuuksien lisäksi saatiin aktivoitua myös korkeam-pia taajuuksia. Mitattu kiihtyvyysdata muutettiin muotoon, josta pystyttiin määrittämään ra-kenteen taajuus suurimpien kiihtyvyysamplitudien kohdalla. Rakenteita mitattiin useasta kohdasta, joissa väliseinien rakenne ja orientaatio välipohjalaataston pääkantosuuntaan vaih-telivat, jotta pystyttiin määrittämään erilaisten yhdistelmien vaikutus laataston dynaamisiin ominaisuuksiin. Mittauksia suoritettiin kussakin mitatussa kohdassa useampia, jotta voitiin varmistua mitatun datan luotettavuudesta ja näin ollen myös tutkimuksen johtopäätösten luo-tettavuudesta.
Diplomityössä saatiin selville, että kantamattomilla väliseinillä on vaikutusta kaikkiin tut-kittuihin välipohjien dynaamisia ominaisuuksia kuvaaviin suureisiin. Vaikutus oli useimmi-ten ominaisuuksia parantava. Vaikutuksen suuruuteen vaikuttaa tutkimustulosuseimmi-ten perusteella mm. väliseinän rakenne, väliseinän sijainti, väliseinän orientaatio välipohjalaataston kanto-suuntaan nähden, väliseinien määrä sekä välipohjarakenteen jäykkyys. Tämän lisäksi väli-seinän liitosdetaljikkaalla saattaa olla vaikutusta tutkittuihin suureisiin, mutta liitosten vai-kutusten arviointi osoittautui haastavaksi, eikä siitä voitu täysin varmistua. Työn kirjalli-suuskatsauksessa esitellyn olemassa olevan tutkimuksen perusteella liitosten vaikutus on kuitenkin usein vähäinen. Väliseinien rakenne vaikuttaa suoraan väliseinärakenteen jäyk-kyyteen, mikä pystyttiin myös todentamaan mitatun datan perusteella. Jäykemmillä välisei-närakenteilla (esim. CLT-väliseinä) laataston alin ominaistaajuus kasvoi voimakkaammin, kuin kevytrakenteisemmilla teräsrankaväliseinillä. Ilmiön voidaan olettaa johtuvan juuri vä-liseinärakenteen jäykkyydestä. Myös tutkimuksen kirjallisuuskatsauksessa esitelty aikai-sempi tutkimus tukee johtopäätöstä.
Tutkimuksessa selvisi, että väliseinien ollessa tukialueilla, kuten välipohjalaatastoa kantavan palkin päällä, niillä ei ole suurta vaikutusta laattakentän ominaistaajuuksiin. Tuella olevat väliseinät pienensivät suurimpia kiihtyvyysamplitudeja kentässä n. 25 %, minkä lisäksi ra-kenteen vaimennussuhde kasvoi n. 9–20 %. Tukialueella olevilla väliseinärakenteilla oli kui-tenkin merkittäviä vaikutuksia tuella mitattuihin dynaamisiin ominaisuuksiin. Tuella raken-teen alimmat ominaistaajuudet kasvoivat keskimäärin n. 5–25 %. Suurimmat kiihty-vyysamplitudit tuilla pienenivät tällöin 60,7–74,8 % ja rakenteen vaimennussuhde kasvoi tuella 9–49,2 %. Vaimennussuhteen muutokseen tuella vaikuttaa tutkimuksen perusteella merkittävästi väliseinien määrä. Suurimmat muutokset toteutuivat väliseinien ollessa sekä tuen ylä-, että alapuolella. Väliseinät siis selvästi jäykistävät rakennetta, mikä puolestaan parantaa rakenteen dynaamisia ominaisuuksia
84
Vaikutukset laattakentän dynaamisiin ominaisuuksiin olivat samankaltaisia, kuin tuella ha-vaitut, kun väliseinät ovat pääosin kentässä. Laattakentän dynaamiset ominaisuudet parani-vat huomattavasti väliseinien asennuksen jälkeen, mikä johtuu tukialueiden tavoin välisei-närakenteiden tuomasta lisäjäykkyydestä. Myös tutkimuksen kirjallisuuskatsauksessa esitel-tyjen tutkimusten johtopäätökset tukevat teoriaa väliseinien vaikutuksista ja vaikutusten suu-ruudesta. Johtopäätöstä voidaan myös tutkia vertaamalla erillisten palkkien ja laattojen omi-naistaajuuksia. Jännevälien ollessa yhtä suuret palkeilla on poikkeuksetta laattoja suurempi ominaistaajuus, joka johtuu pitkälti palkin suuresta jäykkyydestä verrattuna laattaan, mutta osittain myös rakenteiden eri suuruisista massoista.
Kantamattomien väliseinien ollessa laattakentässä, kuten työssä tutkitussa Hopealaakson päiväkodissa sekä Pakilan koulukeskuksessa, voitiin havaita niiden vaikutus laataston dy-naamisiin ominaisuuksiin. Pakilan koulukeskuksessa suurimmat muutokset havaittiin väli-seinärakenteiden ollessa laataston kantosuunnan kanssa yhdensuuntaiset. Tällöin rakenteen alimmat ominaistaajuudet kasvoivat keskimäärin n. 13–30 %. Tämä osoittaa, että myös eri päin asemoidut väliseinät parantavat rakenteen dynaamisia ominaisuuksia. Kuten kappa-leessa 4.1 kerrottiin lasirakenteisten väliovien asennus kasvatti laataston alinta ominaistaa-juutta Hopealaakson päiväkodissa 11,5–14,4 % ja pienensi ominaistaajuuksia vastaavia suu-rimpia kiihtyvyysamplitudeja 72–74,8 %. Alimman ominaistaajuuden suhteellinen nousu on Lapinmäessä mitattua pienempi, todennäköisesti siksi, että Lapinmäessä mitatussa kohdassa kantamattomat väliseinärakenteen olivat sekä laataston ylä-, että alapuolella, minkä lisäksi väliseinärakenteen kattoivat koko jännevälin. Hopealaaksossa muutoksiin vaikuttanut se-kundäärinen lasiväliovi oli vain osassa laataston jänneväliä, minkä lisäksi tutkitun laataston alapuolella ei ollut dynaamisiin ominaisuuksiin merkittävästi vaikuttavia väliseinäraken-teita. Tämän lisäksi Hopealaakson päiväkodissa lasiväliovi ei myöskään ollut laataston kan-nalta kriittisimmällä kohdalla, jännevälin puolessa välissä, mikä osaltaan vaikuttaa sekun-däärisistä rakenteista johtuviin dynaamisten ominaisuuksien muutoksiin. Tästä huolimatta Hopealaakson päiväkodissa todennetut vaikutukset olivat suhteellisesti lähes puolet Lapin-mäessä todennetuista, vaikka tilanne oli LapinLapin-mäessä lähes optimaalinen värähtelyominai-suuksia parantavien parametrien kannalta. Tämä johtuu todennäköisesti väliseinien ja -ovien leikkausjäykkyydestä, jotka olivat Hopealaakson päiväkodissa pääsääntöisesti Lapinmäkeä suurempia. Tämän lisäksi välipohjarakenne oli Hopealaakson päiväkodissa jo ennestään hy-vin jäykkä verrattuna Lapinmäkeen, jolloin väliseinärakenteiden tuoma lisäjäykkyys ei tuo yhtä suurta hyötyä ja suhteellinen alimman ominaistaajuuden kasvu on vähäisempää.
Alimpia ominaistaajuuksia vastaavien kiihtyvyysamplitudien muutokset eri referenssikoh-teiden kesken korreloivat toisiaan melko hyvin. Hopealaaksossa vaikutukset olivat suhteel-lisesti suurimpia. Tähän vaikuttaa todennäköisesti Hopealaaksossa havaittu laataston liialli-nen painuma, jonka johdosta osa alemman kerroksen kantamattomaksi tarkoitetuista välisei-nistä oli alkanut tahattomasti kantamaan, betonilaatan ajasta riippuvaisten muodonmuutos-ten takia. Mikäli mittauskertojen välillä muodonmuutokset ovat jatkuneet on rakenne jäy-kistynyt entisestään, mikä selittäisi suhteellisen suuren kiihtyvyyksien pienentymisen. Asiaa voidaan tarkastella myös lyhyemmän laattakentän tulosten perusteella, johon ei mittausker-tojen välillä lisätty sekundäärisiä rakenteita. Kyseissä laattakentässä kiihtyvyyksien suhteel-linen muutos oli pienintä ja sen voidaan olettaa johtuvan betonilaatan jatkuneesta aikariip-puvaisesta muodonmuutoksesta. Tällöin voidaan olettaa, että lyhyemmässä laattakentässä tapahtuneet muutokset edustaisivat betonin ajasta riippuvan muodonmuutoksen osaa dynaa-misten ominaisuuksien muutoksissa. Näin ollen sekundääristen lasiovien vaikutusta voidaan arvioida kahden muun mittauspisteen tulosten avulla ottamalla kyseisissä pisteissä
85
huomioon mittauskertojen välillä tapahtunut betonin ajasta riippuva muodonmuutos. Näin toimittaessa huomataan, että Hopealaaksossa pelkästään väliseinien aiheuttama suhteellinen vaikutus alimpia ominaistaajuuksia vastaaviin kiihtyvyysamplitudien muutoksiin olisi alim-pien ominaistaajuuksien muutoksien tavoin hieman alim-pienempi kuin Lapinmäessä.
Tutkimuksessa toteutettujen mittausten perusteella kantamattomilla sekundäärisillä välisei-närakenteilla on vaikutusta myös rakenteen vaimennussuhteeseen. Vaimennussuhteen muu-tokseen laattakentässä vaikuttaa mitatun datan perusteella myös tukien päällä olevat välisei-närakenteet, kuten Lapinmäen mittausdatasta voidaan huomata. Lapinmäessä toteutettujen mittausten perusteella vaimennussuhde kasvoi 17,8 % kentässä, kun kenttää ympäröivien tukien päällä oli sekundäärisiä väliseinärakenteita verrattuna laattakenttään, jossa kenttää ympäröivillä tukialueilla oli väliseinärakenteita huomattavasti vähemmän tai ei ollenkaan.
Ilmiö oli voimakkaammin todennettavissa Hopealaakson päiväkodissa tehtyjen mittausten perusteella, jossa vaimennussuhde kasvoi laattakentässä sekundääristen lasiovien asennuk-sen jälkeen enimmillään 82,6 %. Kaikki mittausdatan perusteella lasketut vaimennussuhtei-den todelliset arvot olivat myös huomattavasti suurempia, kuin Eurokoodin (SFS-EN 1995) määrittämät arvot, joita rakenteiden suunnittelussa käytetään.
Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että kantamattomaksi tarkoitettujen sekundääristen väliseinärakenteiden huomioimen CLT-rakenteisten laatastojen suunnittelussa on lähes mahdotonta todentaa tarkasti. Suurin haaste väliseinien tapauksessa on se, että niitä ei ole tarkoitettu siirtämään kuormia, minkä vuoksi on vaikeaa todentaa väliseinien eri komponent-tien, kuten väliseinärankojen, kipsilevytyksen tai lasirakenteisten komponenttien käyttöas-tetta laatastojen värähdellessä, sillä rakenteelle aiheutuvat kuormat eivät lähtökohtaisesti siirry niiden kautta, väliseinän omaa painoa lukuun ottamatta. Yleisesti lähes kaikilla väli-seinään kuuluvilla komponenteilla on laatastoa tai kantavaa palkkia suurempi jousivakio, minkä vuoksi yksikään komponenteista ei voi toimia täydellä kapasiteetillaan. Tämä johtaa siihen, että jos värähtelevälle palkille tai laatalle sekä niiden yhteydessä oleville sekundää-risille väliseinille halutaan laskea yhdistetty jäykkyys jousivakion kautta, päädytään tilan-teeseen, jossa rakenteen jäykkyys kasvaa niin suureksi, että välipohjaa kantava palkki olisi käytännössä hyödytön rakenteen toiminnan kannalta.
Tilanne on erilainen verrattuna kantaviin väliseiniin, sillä ne voidaan huomioida vaakara-kenteiden jänneväliä määrittäessä, mikä näin ollen pienentää esimerkiksi alimpia ominais-taajuuksia jännevälin lyhetessä. Mikäli kantamattomaksi tarkoitetut väliseinät pyritään huo-mioimaan suunnittelussa, ne pitäisi lähtökohtaisesti huomioida maltillisina muutamien pro-senttien nousuina alimpien ominaistaajuuksien ja vaimennussuhteiden tapauksessa ja vas-taavasti maltillisina pudotuksina suurimpien kiihtyvyysamplitudien tapauksessa. Yleisesti voidaan kuitenkin todeta, että sekundäärisillä väliseinärakenteilla on aina positiivinen vai-kutus rakenteen dynaamisiin ominaisuuksiin. Väliseinärakenteet lisäävät jossain määrin laa-taston jäykkyyttä, joka vaikuttaa suoraan rakenteen alimpiin ominaistaajuuksiin sekä niitä vastaaviin suurimpiin kiihtyvyysamplitudeihin. Tämän lisäksi väliseinien sisäiset liitokset ja liitokset laatastoon antavat dynaamisen herätteen aiheuttamalle värähtelyenergialle enem-män mahdollisuuksia muuttua kitkan kautta lämpöenergiaksi, mikä lähtökohtaisesti nostaa rakenteen vaimennussuhdetta.
Mikäli väliseinien vaikutus halutaan huomioida rakenteiden suunnittelussa tarkemmin, olisi nykyisiä standardeja muokattava siten, että laskennassa voitaisiin huomioida myös sekun-däärisiä rakenteita. Kantamattomien väliseinärakenteiden tapauksessa väliseinät voitaisiin
86
esimerkiksi huomioida jäykkyyden k, sekä massan m omaavina jousina, jotka sekä kasvat-taisivat rakenteen jäykkyyttä, että massaa seinien sijaitessa rakenteen yläpuolella. Standar-dien salliessa sekundääristen rakenteiden huomioimisen tarkimpiin tuloksiin rakenteen taa-juuksien ja kiihtyvyyksien osalta päästäisiin todennäköisesti FEM: in avulla, sillä nykyiset kaavat eivät huomioi tarpeeksi rakenteen dynaamisiin ominaisuuksiin vaikuttavia muuttujia, kuten tässä diplomityössä on havaittu.
Lähteet
Amiri, A., Ottelin, J., Sorvari, J. & Junnila, S. (2020). Cities as carbon sinks - Classifica-tion of wooden buildings. Environmental Research Letters, 15. painos. Osa 9, [094076].
https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba134
Bajzecerova, V., Kovac, M., & Kanocz, J. (2018). Structural analysis of cross-laminated timber slabs subjected to bending – state of the art, Selected Scientific Papers - Journal of Civil Engineering, 13(1), s. 133-140. doi: https://doi.org/10.1515/sspjce-2018-0027 Bogensperger T, Moosbrugger T, Silly G (2010) Verification of CLTplates under loads in plane. In: World conference on timber engineering (WCTE2010). Riva del Garda: Italia.
Saatavissa: https://docplayer.net/158074034-Verification-of-clt-plates-under-loads-in-plane.html
Brandner, R., Flatscher, G., Ringhofer, A., Schickhofer, G. & Thiel, A. (2016). Cross lami-nated timber (CLT): overview and development. European Journal of Wood and Wood Prod-ucts. https://doi.org/10.1007/s00107-015-0999-5
Brandner, R. (2013). Production and Technology of Cross Laminated Timber (CLT): A state-of-the-art Report. In Focus Solid Timber Solutions-European Conference on Cross Laminated Timber (CLT). Vol. 21, s. 3-36. University of Bath.
Braun, S. G., Ewins, D. J., Rao, Singiresu S. (2002). Encyclopedia of Vibration, Volumes 1-3. Elsevier. Retrieved fromhttps://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpEVV00007/encyclo-pedia-vibration/encyclopedia-vibration
Casagrande, D., Giongo, I., Pederzolli, F., Franciosi, A. & Piazza, M. (2018). Analytical, numerical and experimental assessment of vibration performance in tmber floors. Engineer-ing Structures. Painos 168. s.748-758. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.05.020 CEN 2020a. CEN TC250 SC5 N1242. SC5.T3 Final BGD prEN 1995-1-1, subtask 7 Vibra-tions.
CEN 2020b. CEN TC250 SC5 N1242. SC5.T3 Final BGD prEn 1995-1-1, subtask 7 Vibra-tions Backround document.
Duggal, S. K. (2013). Earthquake-resistant design of structures. Second edition. New Delhi, India: Oxford University Press.
Hamm, P., Richter, A. & Winter, S. (2010). Floor vibrations – new results. 11th World Con-ference on Timber Engineering (WCTE2010). Riva del Garda: Italia. Saatavissa:
https://www.hochschule-biberach.de/sites/default/files/medien/dokumente/pa-per%20WCTE%20HAMM%20Floor%20vibrations%20%20new%20results.pdf
Homb, Anders. (2006). Low frequency sound and vibrations from impacts on timber floor constructions. Väitöskirja. Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norja.
Huang, H., Yan, G. & Wen-Shao, C. (2020). Human-induced vibration od cross-laminated timber (CLT) floor under different boundary conditions. Engineering Structures. 204. painos https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.110016
Humar, J. (2012). Dynamics of Structures, Taylor & Francis Group. ProQuest Ebook Cen-tral, https://ebookcentral.proquest.com/lib/aalto-ebooks/detail.action?docID=1441458. Vii-tattu 09.01.2021
Hu, L., & Gagnon, S. (2012). CONTROLLING CROSSSLAMINATED TIMBER (CLT) FLOOR VIBRATIONS: FUNDAMENTALS AND METHOD. World, 15, 19.
Hu, L. J., & Tardif, Y. (1999). Effects of partition walls on vibration performance of engi-neered wood floors. First RILEM Symposium on Timber Engineering. s. 461–470. RILEM Publications SARL.
Jarnerö, K. (2014). Vibrations in timber floors: Dynamic properties and human perception Väitöskirja. Linnaeus University Press, Kalmar, Växjö. Noudettu osoitteesta http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:lnu:diva-39305
Jarnerö, K., Brandt, A. & Olsson A. (2015). Vibration properties of a timber floor assessed in laboratory and during construction. Engineering Structures. 82. painos.
Jarnerö, K., Brandt, A. & Olsson A. (2015). Vibration properties of a timber floor assessed in laboratory and during construction. Engineering Structures. 82. painos.