Numerische Untersuchungen von Kernaussteifungen mit Öffnungsreihen und Wanddickenvariationen

Abstract

Zur Aussteifung eines Hochhauses mit einem Kerntragwerk ist die Lage des Schubmittelpunkts für die Verformungsberechnung entscheidend. Durch Perforationen in den Kernwänden kommt es abwechselnd zu offenen bzw. geschlossenen Querschnitten über die Höhe des Kerns. Am Institut für Hochbau und Technologie der TU Wien sind bislang drei Diplomarbeiten zum Thema Schubmittelpunktverlauf von Hochhauskernen verfasst worden. Die Diplomarbeit von Dipl.-Ing. Zierhofer [21] befasste sich mit physikalischen Versuchen mehrerer eingespannter Probekörper mit unterschiedlichen Öffnungen. Weitere Versuche wurden in der Diplomarbeit von Dipl.-Ing. Pühringer [22] durchgeführt. Dabei wurden dieselben Probekörper wie bei [21], jedoch als gabelgelagerte Einfeldträger, untersucht. In beiden Diplomarbeiten wurden mittels Nachlaufrechnung mit RFEM die physikalischen Versuche verglichen und sind zu keiner Übereinstimmung der Schubmittelpunktlage gekommen. Fazit dieser Diplomarbeiten war, dass weitere Untersuchungen mit anderen Finite-Elemente-Programmen erforderlich sind. In der Diplomarbeit von Dipl.-Ing. Thurner [28] wurde eine genauere numerische Untersuchung mit zwei weiteren Finite-Elemente-Programmen durchgeführt. Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, einen weiteren Einblick in das Verhalten des Verlaufs des Schubmittelpunkts über die Höhe zu verschaffen. Dabei wird anfänglich eine numerische Untersuchung über die unterschiedlichen Varianten der Schubflussklemme, einer Vorrichtung zur Aufbringung eines Torsionsmoments in Form eines Schubflusses, durchgeführt. Weiters wird der Einfluss auf die Schubmittelpunktlage von unterschiedlichen Wanddicken untersucht, wobei die Dicke der Wand gegenüber den Öffnungen variiert wird. Zuletzt wird noch die Lage der Öffnungen variiert, indem an zwei entgegengesetzten Wänden Perforationen vorhanden sind. Die Arbeit beinhaltet zudem einen kurzen Überblick über die horizontalen Lasten, die verschiedenen Aussteifungssysteme und die theoretischen Grundlagen zu Schubmittelpunkt und Torsion. Außerdem wird auf die Aufzugstechnick und die Modellierung mittels der Finite Elemente-Programme RFEM und SOFiSTiK eingegangen.

In order to stiffen of a high-rise building with a core structure, the location of the shear centre is crucial for the deformation analysis. Cross sections alternate from open to close through perforations in the core walls over the height of the core. So far, the Institute of Building Construction and Technology at the Vienna University of Technology has published three master theses about the course of shear centres in the core of high-rise buildings. The thesis of Zierhofer [21] dealt with physical measurement of several fixed test specimen different wall openings. Additional experiments were conducted in the thesis of Phüringer [22]. He used the same specimen as [21], however, he analyzed them as single-span beam with clevis bearing. Both authors compared their physical measurements using a finite element analysis by RFEM, but in neither case did this lead to the desired result. Concluding from these theses, it was clear that further studies using additional finite element programs are necessary. Therefore, Thurner [28] performed a more precise numerical simulation with two additional finite element programs. This thesis aims to provide further insight into the behaviour of the shear centre course over height. For this, a numerical simulation of the different variants of the shear-flow-cleat, which is a device for applying a torsional moment in the form of a shear flow, is performed. Additionally, the influence of wall thickness on the shear centre position is analyzed where the thickness of the wall is varied in regard to the wall opening. Finally, the position of the wall openings is varied by providing perforations on two opposite walls. This work also gives a short overview of the horizontal loads, different stiffening systems and gives theoretical background to shear centres and torsion. Furthermore, elevator technology and simulations using the finite element programs RFEM and SOFiSTiK are addressed.