Analýza chování a metod navrhování smykových stěn lehkých dřevěných konstrukcí

Abstract

Hlavním cílem disertační práce je stanovení výztužné kapacity smykových stěn dřevěných konstrukcí vícepodlažních budov. V současnosti používané metody jsou odvozené pro přenos vodorovné síly, jejíž působiště je totožné s výškou stěny. Tento předpoklad nicméně zanedbává skutečnost, že kapacita smykových stěn může mimo jiné záviset i na vzdálenosti působící horizontální síly od horní hrany stěny. Pozice výslednice vnějších vodorovných sil je v praxi zpravidla ve svislém směru odsazena nad horní hranu stěny a je tedy třeba uvážit nepříznivý vliv kroutícího momentu, který stěnu destabilizuje. Řešení tohoto problému pro částečně vetknuté smykové stěny proto vede k aplikaci iteračního výpočtu. Dalším z cílů práce bylo vytvořit postup výpočtu smykových stěn pro vícepodlažní budovy, který by objektivněji odpovídal reálnému působení uvažovaných konstrukcí ve srovnání se stávajícími zjednodušenými metodami. Nový výpočtový model s dolním odhadem smykové kapacity, odvozený na základě plastické metody, byl úspěšně odzkoušen v parametrické studii a porovnáván s dosaženými výsledky dostupných laboratorních experimentů. Následná analýza prokázala, že smyková kapacita výztužné stěny stanovená pomocí nové metody, je srovnatelná s výsledky získanými za použití tradičních postupů s iteračním procesem a díky snadné aplikaci může být tato metoda přínosnou alternativou pro technickou praxi. Součástí práce byla realizace a vyhodnocení experimentálního programu na panelech skutečné velikosti, kde byl analyzován vliv mezer (spar) mezi panely opláštění, jak je doporučováno jejich výrobci. Nastavení experimentálního programu umožnilo ověřit rozdíl ve smykové kapacitě sestav s mezerami a bez mezer mezi panely opláštění. Závěry vyplývající z vyhodnocení potvrdily vhodnost nového výpočtového modelu výztužné kapacity stěny a také, že mezery prováděné v praxi mezi jednotlivými panely opláštění nemají podstatný vliv na výslednou únosnost a tuhost plně ani částečně vetknutých stěn.

The prediction of shear capacity of light timber frame walls in a multi-storey arrangement is the main focus of this dissertation. The available theories neglect to account for the fact that the shear resistance of the walls may depend on the actual vertical position of the applied horizontal force. However, the actual arrangement of the structures in practice introduces a vertical offset between the wall head height and the position of the resultant of the external horizontal forces. Thus, the horizontal shear force is accompanied by dependent overturning moment. Solving such a problem for partially anchored walls inevitably leads to an iterative calculation. The aim is to provide a comprehensible and less calculation-intensive procedure for multi-storey buildings that would be competitive with existing simplified methods. A model derived from lower bound plastic method was successfully put to the test in a parametric study and compared with limited test results. The results show that the capacities predicted using the novel method compare favourably with the results obtained from traditional theories using a more complicated iterative process. Therefore, the presented single-step approach may be appealing to the industry. A test program was formulated to understand better the implications of the recommended best practice of introducing gaps between sheathing panels. It was set to experimentally verify the difference in the shear capacity for setups with and without gaps between the sheathing panels. The significance of this study is that it informs the industry that the manufacturers’ recommendation to incorporate a gap between sheathing panels would not compromise the structural integrity. Considering the model uncertainty and the safety margins, the introduction of gaps does not alter the strength or stiffness of the wall.