Ahşap Duvarların Modellenmesi ve Tasarımı

Trento Üniversitesi’nde geliştirilen Makro Eleman Metodu

TRENTO ÜNİVERSİTESİ’NDE DOĞAN AHŞAP YAPILARIN YAPISAL ANALİZİ VE TASARIMI İÇİN MÜHENDİSLİK YAZILIMI

Günümüzde ahşap duvarlı yapıların sonlu eleman yazılımları ile modellenmesi karmaşık olabilir: özellikle duvar yanal rijitliğinin doğru değerlendirilmesi zordur çünkü bu farklı katkılara (duvarların kayma deformasyonları, bağlantıların deformasyonları, tutma deformasyonu nedeniyle rijit gövde sallanması…) bağlıdır ve bunları modelde tanımlamak zordur.

Öte yandan, TimberTech Buildings yazılımıyla ahşap duvarların (CLT veya platform çerçeve duvarları) tanımı ve modellenmesi kolaydır çünkü duvarın tüm bileşenlerinin “montajı” Trento Üniversitesi’nde yürütülen araştırmayla türetilen uygulanan sayısal modellere bağlıdır.

Yazılımda uygulanan model, bir ahşap duvardaki ve bağlantılarındaki tüm rijtilik bileşenlerini dikkate alabilir. Modelin açıklaması “Daniele Casagrande, Simone Rossi, Tiziano Sartori, Roberto Tomasi, Tek katlı ahşap kesme duvarların elastik tepkisi için analitik bir prosedür ve basitleştirilmiş bir sayısal model önerisi, İnşaat ve Yapı Malzemeleri (2015)” adlı makalede yayınlanmıştır.

Bir Platform Çerçeve Duvarının Modellenmesi

Giriş

Bu bölüm, sonlu eleman yazılımıyla hafif çerçeveli bir duvarın modellenmesi ile TimberTech Buildings yazılımıyla yapılan bir modelleme arasındaki karşılaştırmayı göstermektedir. Bu karşılaştırmanın amacı, duvarı oluşturan elemanların verdiği çeşitli rijitlik katkılarını hesaplamak ve karşılaştırmaktır.

Bir platform çerçeveli duvar, yatay yükleri temellere aktarmak için kullanılan kaplama panelleriyle desteklenen ahşap saplamalardan ve kirişlerden oluşur.

Yatay bir kuvvete maruz kalan hafif ahşap çerçeveli bir duvarın elastik yatay yer değiştirmesi, aşağıdaki deformasyon katkılarının eklenmesiyle elde edilebilir.

Kaplama ile çerçeve arasındaki bağlantılardan kaynaklanan yer değiştirme

Kaplama panellerinden kaynaklanan yer değiştirme

Rijit gövde ötelenmesi nedeniyle yer değiştirme

Rijit gövdenin dönmesinden kaynaklanan yer değiştirme

SONLU ELEMANLAR YAZILIMI İLE MODELLEME

Ahşap hafif çerçeveli duvarların sonlu elemanlar yazılımı aracılığıyla modellenmesi çok zahmetli ve karmaşıktır.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, duvarın yatay sertliğini doğru bir şekilde değerlendirmek için şunları kullanmanız gerekir:

• Çerçeve elemanlarını modellemek için “çerçeve” elemanları;
• Kaplama panelini modellemek için “kabuk” elemanlar;
• Kaplama ve çerçeve arasındaki bağlantıları modellemek için “bağlantı” elemanları. Her çivi, bağlantı elemanının gerçek rijitliğine sahip bir bağlantı ile modellenmiştir;
• Tutma ve açılı braketleri simüle etmek için “bağlantı” elemanları.

TIMBERTECHBUILDINGS İLE MODELLEME

TimberTech Building ile modelleme çok basit ve hızlıdır. Kullanıcı her duvar tipi için geometrik ve mekanik özellikleri tanımlamalıdır.

Ahşap Çerçeve Özellikleri

Kaplama Özellikleri

ÇALIŞMA

Bu vaka çalışmasında, 2 m uzunluğunda ve 3 m yüksekliğinde bir duvar için TimberTech Buildings yazılımı ile sonlu eleman yazılımı arasında bir karşılaştırma yapılmıştır. Duvar aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• çerçevenin kalınlığı 160 mm, saplamaların genişliği 100 mm ve saplamalar arasındaki mesafe 1000 mm’dir;
• kaplama paneli 12,5 mm kalınlığında bir OSB/2′dir. Çivi sertliği 918 N/mm’dir. Dış bağlantı elemanları aralığı 100 mm ve iç bağlantı elemanları aralığı 200 mm’dir;
• duvar, 19977 kN/m sertliğe sahip bir sabitleme ve 52186 kN/m sertliğe sahip iki açılı braketle temele sabitlenmiştir.

SONUÇ

Timbertech Buildings ile elde edilen sonuçlar ile sonlu elemanlar yazılımı ile elde edilen sonuçlar arasındaki karşılaştırma

Deformasyon katkıları

TimberTech Buildings ile elde edilen deformasyon katkıları

Yukarıdaki tablodan, TimbertechBuildings’te uygulanan analitik modelin sonuçlarının sonlu eleman yazılımıyla elde edilen sonuçlara ne kadar benzediğini görebiliriz. Duvarın daha basit bir modellemesine rağmen, sonlu eleman yazılımıyla elde edilenlere çok yakın bir duvar rijitliği elde ettik.

Yukarıdaki tabloda, rijit gövde ötelenmesinin verdiği deformasyon katkısının ihmal edilebilir olduğu gösterilmiştir. Öte yandan, bağlantı elemanlarının deformasyonları ve rijit gövdenin sallanması (tutma bağlantısı) çok önemlidir.