Moodulhoone puitvahelae põrandaelemendi vibratsiooni analüüs

Lõputöös uuritavad konstruktsioonitüübid tegid üllatavalt halva tulemuse. Konstruktsioonitüüp A puhul oli tulemus ootuspärane, kuid B ja C puhul ei saa kindlasti seda sama väita. Nelja meetrise laiuse ja kümne meetrise pikkuse moodulhoone vahelae põrandaelemendi konstruktsioonitüübiks sobib vaid variant B, mida võib rakendada vaid Rootsi ehitusturul. Eesti ehitusturule autori valitud piirläbipainde korral variant B ei sobi, kuid reaalses situatsioonis on tellijaga võimalik kooskõlastada täpsed piirväärtused rahvuslikus lisas kajastatud graafiku (Joonis 16) baasil, mis arvestaks kõikide osapoolte soove. Sellest tulenevalt ei saa Eesti Eurokood 5 rahvusliku lisa kohaselt teha kinnitavaid järeldusi konstruktsioonitüüpide sobivusest ja mittesobivusest. Problemaatiliseks pöörab olukorra asjaolu, et konstruktsioonitüüp B puhul on kasutatud maksimaalset C24 tugevusklassi tala ristlõiget, milleks on 45x245 mm. See tähendab, et üle nelja meetri laiuse moodulhoone puhul ei pruugi olla võimalik tavalise C24 tugevusklassi puittalaga vibratsioonitingimusi täita. Probleem esineb juba nelja meetri laiuse mooduliga. Soome ja Norra kõrge jäikusnõudega põrandate läbipainde tingimuse täitmiseks oleks nelja meetri laiuse mooduli ja konstruktsioonitüüp B puhul vaja läbipainet vähendada ligikaudu 55%. Konstruktsioonitüüp C puhul küündib see juba üle 60%. Ratsionaalsete konstruktiivsete lahendustega tundub see tõsiselt väljakutsuva, kui et mitte võimatu ülesandena. Üheks võimalikuks lahenduseks oleks kasutada suurema ristlõike ja kandevõimega LVL talasid või sama ristlõige topelt talana. Seega tuleks mooduli laiust ja vahelae põrandaelemendi konstruktsiooni paksust juba arhitektuurses faasis sildeava suhtes kriitilise pilguga vaadata. Konstruktsiooni kandepiirseisund võib ju olla täidetud, kuid arvestamata ei saa jätta kasutuspiirseisundi tingimusi milleks on siirded ja vibratsioon. Kui välja jätta kõiksugu parendavad konstruktiivsed lahendused, siis teiseks ja ehk fundamentaalseks probleemiks on vibratsiooni ja seda hõlmavad arvutusmetoodikad. Lõputöö käigus uuris autor mitmeid arvutusnäiteid ja teatmeteoseid põrandate vibratsiooni kohta. Kõik tõlgendasid arvutusvalemites olevaid parameetreid erinevalt, mistõttu saavutati sarnaste konstruktsioonide puhul ka väga erinevad tulemused. Sellest tulenevalt võivad käesolevas lõputöös uuritavate konstruktsioonitüüpide kehvad tulemused olla seotud arvutusmetoodikatega, mis on liiga lihtsakoelised ja kohati väga ebamääraselt tõlgendatavad. Sama argument on välja toodud ka lõputöös kajastatud uuringus. Arvutusmetoodikates esineb ka palju puudusi, mis suudaks põrandakonstruktsiooni terviklikku töötamist efektiivsemalt hinnata. Ühe näitena võib välja tuua karkassi põiksidemed ja nende efektiivsuse tõendamine. Hetkel puudub selle konstruktiivse lahenduse kohta üheselt mõistetav ja detailne arvutusmetoodika. Täiendamist vajavad kindlasti ka riikide rahvuslikud lisad, mis võiksid parema tulemuse ja probleemide vältimise eesmärgil olla detailsemad. Hea näitena võib hetkel välja tuua Soome Eurokood 5 rahvuslikus lisas olevat vibratsiooni peatüki 7.3.3, kus on välja toodud mitmeid lisanüansse ja arvutusmetoodika täpsustusi. Positiive on, et Eurokood 5 on hetkel uuendamisel ja loodetavasti pööratakse tähelepanu ka põrandate vibratsiooni peatükile.

The topic of this final thesis is the analysis of vibration of floor elements of interior timber ceilings of a modular building. The aim of the thesis is to analyse the vibration of the four-metre floor element of the interior timber ceiling of a modular building and map vibration requirements in Estonia and the most popular export countries. Structural types with three different layering are analysed in the paper. The primary differences in the structural types are the parameters of the load-bearing beam and the rigidifying floor plate. The surveyed module is four metres wide and ten metres long. For ease of the calculation model, the geometry of the floor equals the geometry of the module. In addition to an analysis of the structural types, vibration requirements in force in Estonia and the most popular countries of export are provided. These countries of export are Finland, Sweden and Norway. In order to highlight the topicality of the subject of the thesis, the author refers to a research paper as one of the most used and useful sources, focused specifically on vibration of interior timber ceilings. The selection of the geometry of the module is briefly explained and the technology of the interim ceiling of a modular building described. The calculation method for vibration is taken from a document regulating the design of timber structures, named EN 1995-1-1:2004. This is colloquially known as Eurocode 5. Other calculation methods related to strength of materials are taken from instructions of manufacturers, national annexes to Eurocode 5, and literary sources. For more precise and efficient calculation results, the effective bending stiffness is considered as the bending stiffness value of the floor structure. This means that the floor structure works as a wooden rib panel where the rigidifying floor panel in the upper layer and the beam in the structural layer work as a joint structure when load is applied. The calculation method for effective bending stiffness of the structural type C is provided separately in the chapter for this specific type of structure, as the wooden rib panel are formed by an I-beam and the rigidifying floor plate. The calculation results for all structural types were unexpectedly bad. The structural type A successfully passed the specific oscillation frequency requirement in force in the countries, but the deflection turned out to be crucial, being too large with a four-metre span. The structural type B was the most successful. Requirements to specific oscillation frequency were met successfully, but the deflection limitations in force in Estonia, Finland and Norway turned out to be crucial. The structural type B successfully met requirements to vibration in floor structures in force in Sweden and it can be used as a four-metre floor structure for an interim ceiling of a modular house. The structural type C was close to the same result, but in the end, the limit of unit impulse velocity response also turned out to be pivotal; this was exceeded by 0.001 units. The value is marginal, but nevertheless a factual argument which cannot be ignored. This means that the structural type C cannot be applied in modular projects for any of the countries if the width of the module is ≤ 4 m. The length of span was the determining factor in all structural types, causing far too much deflection. One cause for poor results may also be excessively simplistic calculation methods concerning vibration, which are subject to vague interpretations. There are no clear guidelines and formulas in calculation methods which would allow to assess the efficiency of various rigidifying structural solutions. One such example is transverse bonds. On a positive note, Eurocode 5 is currently being updated and the calculation method for vibration of floor structures will hopefully also receive some attention.