Analytical models tracing deformation of wood-framed walls during vertical transport

Vertical transport of wall-panels is a part of the prefabrication process of wood-framed buildings. The total dead weight of a wall is suspended on several lifting slings, pointwise clasping the top plate of the wall. This indicates, that all the weight of a wall is cumulated in sheathing-to-framing fasteners, usually staples. This article presents experimental investigations and analytical models evaluated for the description of light wood-framed walls in the process of lifting. Three different models cover the analytical approach: a model of a simple beam on elastic supports (BSS), a model of assembled beams (ACBS), three-dimensional (3D) spatial FE model of the wall (WFEM). Board-to-beam joint material parameters are determined on the base of experimental results. These connections are converted into two variants in the form of spring elements for 2D analysis, and beam elements for 3D analysis. The numerical results exhibit that the proposed models may correctly represent behavior of a real wall in lifting, applying elastic materials parameters.

Transport pionowy tarcz ściennych jest częścią procesu prefabrykacji szkieletowych budynków drewnianych. Cały ciężar ściany spoczywa wówczas na kilku zawiesiach zaplecionych wokół górnej belki ściany. Oznacza to, iż obciążenie to kumuluje się w łącznikach (zszywkach) łączących górną belkę z poszyciem ściany. W artykule opisano badania doświadczalne oraz zaproponowano modele obliczeniowe ścian poddanych odkształceniom w procesie podnoszenia. W badaniach szczególną uwagę zwrócono na miejsca zaczepienia zawiesi i ich wpływ na pracę statyczną elementów konstrukcji. Dodatkowym efektem badań był wpływ wad materiałowych na zachowanie się konstrukcji. Badania eksperymentalne prowadzono do zniszczenia, które dla tarcz bez otworów i bez widocznych wad materiałowych obserwowano przy obciążeniu około P=50kN, natomiast w przypadku tarczy z wadami materiałowymi obciążenie niszczące osiągnęło wartość P=34kN. Dzięki badaniom uzyskano obraz deformacji górnego rygla oraz łączników poszycia i konstrukcji drewnianej w szczególności w obszarze bezpośrednich oddziaływań sił pochodzących od zawiesi. W artykule zaproponowano trzy modele obliczeniowe do oceny deformacji ścian: model belki na sprężystych podporach (BSS), model belek złożonych z połączeniami w postaci sprężyn (ACBS) i przestrzenny model MES (WFEM). W modelach belkowych połączenia opisano za pomocą elementów sprężynowych, a w modelu 3D za pomocą elementów belkowych. Parametry materiałowe użyte w opisie połączeń określono na podstawie badań złączy na zszywki. Analizy teoretyczne wykazała bardzo dobrą zbieżność modeli teoretycznych z badaniami doświadczalnymi w zakresie obciążeń P od około 8kN do 20kN. Ten zakres obciążeń określono na podstawie rzeczywistych obciążeń wynikających z ciężarów podnoszonych elementów, ponadto wielkości tych obciążeń wynikają z liniowo-sprężystej fazy pracy łącznika w połączeniu płyty poszycia z konstrukcją. Obciążenia powyżej P=20,00 kN wykazują w analizach modelowych większą sztywność niż to wynika z rezultatów badań doświadczalnych tarcz. Zaproponowany nowy, złożony model belkowy (ACBS) z dużą dokładnością odwzorowuje rzeczywistą pracę konstrukcji ścian na obciążenia ciężarem własnym w procesie podnoszenia. Może być zastosowany do ścian o różnej długości i konfiguracji otworów. Model ten w łatwy sposób może służyć ocenie wytężenia łączników, a w szczególności określeniu takiego rozstawu zawiesi, w którym zagwarantowane jest bezpieczne przenoszenie ściany. Jako kryterium bezpieczeństwa można, w zależności od wymagań, przyjąć: dopuszczalną nośność, dopuszczalną deformację lub dopuszczalną podatność łącznika.