Analysis of Lusitanian Timber Framed Walls with Shallow Foundations

Abstract

Kombinace roubení a hrázdění u stavení Lužického typu je typické pro oblast severních Čech. Výstavba probíhala na základě intuitivních či rodových znalostí, a proto je zajímavým předmětem studia z pohledu dneška. Tato práce je zaměřena na posouzení vhodnosti jednotlivých způsobů vyztužení, zejména hrázděných, zdí v návaznosti na způsob založení. Na rozdíl od komplexního přístupu k historickému průzkumu stavení Lužického typu byl pro numerickou analýzu zvolen pouze segment stavení. Segment se skládal z vyztužené zdi a základu a analyzován byl vliv různých parametrů na jeho stavebně technické chování. Pro porovnání různých teorií pro výpočet interakce stavby a základu byl zvolen konečně prvkový numerický kód Geo 5 fy Fine. Vyhodnocováno bylo sedání a napjatost ve stěně v závislosti na šířce základu, hloubce založení a intenzitě zatížení. S použitím nelineárního konstitutivního modelu pro podloží byl hodnocen vliv a vývoj smykové kotliny. 3D konstrukce byla modelována ve 2D s předpokladem rovinné deformace, což je vhodné pro popis založení, ale pro stěnu musela být provedena konverze do rovinné napjatosti. Stěna byla analyzována ve dvou směrech, v příčném a podélném. Příčný směr sloužil ke stanovení sedání se započítáním vlivu smykové kotliny. Tento výsledek pak sloužil jako kalibrační faktor výpočtu v podélném směru. Numerický výpočet byl zaměřen především na postižení a vyhodnocení vhodnosti vlivu vyztužení v roubené či hrázděné stěně. Zatěžovací stavy odpovídaly standardu Eurokódů a ideální rozměr základů byl diskutován v návaznosti na minimální velikosti napjatosti ve stěně.

Lusitanian timber framing can be observed in most countryside, residential structures in Northern Bohemia. It is one of those legacies that reflects ancestral, intuitive knowledge of edifices and therefore makes an interesting subject of study. This work quantitatively establishes the benefits of different types of timber framing and size of foundations. Apart from a historical survey on timber framing and a case study of a representative of Lusitanian Timber Framed structures, numerical analysis has been carried out on the behavior of a sample wall, to study the influence of different parameters on it. The software Geo 5 (Fine) has been used to compare different theories of soil structure interaction with the Finite Element Numerical models used for the analysis. Effect of change in width, depth and load on a typical foundation has been recorded in terms of settlement and stresses. Using a non-linear material model for the subsoil, contribution of shear depression has been evaluated. A 2D solution has been presented for a 3D model, involving Plane Stress assumptions in a software that uses a default mode of Plane Strain for evaluation of engineering problems. The wall has been analyzed in two directions; cross-sectional and longitudinal, employing settlement as a calibration factor. Stress states in the longitudinal direction were compared for different types of timber framing to evaluate the structural suitability of each. An ideal size of foundation has been discussed based on load cases from the Eurocodes and minimum stress levels.