TERÄSRAKENTEISEN HALLIN RAKENNESUUNNITTELU

Transkriptio

1 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Talonrakennustekniikka Tutkintotyö TERÄSRAKENTEISEN HALLIN RAKENNESUUNNITTELU Työn ohjaaja Työn teettäjä Tampere 008 DI Risto Lilja KPM Engineering Oy, valvojana ins. Matti Luoto

2 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikka Rakennesuunnittelu Hekkala, Joel Teräsrakenteisen hallin rakennesuunnittelu Opinnäytetyö 70 sivua + 85 liitesivua Työn ohjaaja DI Risto Lilja Työn teettäjä KPM Engineering Oy, valvojana rakennusinsinööri Matti Luoto Marraskuu 008 Hakusanat teräsrakenne, halli, suunnittelu, mallinnus TIIVISTELMÄ Tämän opinnäytetyön aiheena on suunnitella teräsrakenteinen halli, tehdä tarvittavat konepaja- ja kokoonpanokuvat sekä tarkastella lyhyesti vaihtoehtoisia kehärakenteita. Pääosan työstä muodostaa hallin suunnittelu, laskenta ja mallinnus. Lopputyö laajensi tekijän omaa osaamista suunnittelijana erityisesti teräsrakenteiden osalta. KPM Engineering hyötyi lopputyöstä hallin mallinnuksen ja kuvien muodossa. Apuna on käytetty Tekla Structures -ohjelman 13.1 versiota, WinStatikkehäohjelmaa, AutoCad 007 -ohjelmaa sekä mitoituksessa apuna DOFteräs- ja Autodesk Robot Structural Analysis Professional ohjelmia. Kuormituksia kerätessä käytettiin apuna RIL julkaisua, pääosin kuormat saatiin kuitenkin kohteen lähtötiedoista. Teräsrakenteiden hinnan muodostumisesta saatiin tietoa TTP Yhtiöiltä Markku Suuroselta sekä Ruukilta Matti Virolaiselta.

3 TAMPERE POLYTECHNIC Construction Technology Building Construction Hekkala, Joel Structural calculation of steel constructed hall Engineering Thesis 70 pages + 85 appendices pages Thesis Supervisor Risto Lilja M.Sc. Commissioning Company KPM Engineering Oy, Supervisor: Matti Luoto (B.Eng) November 008 Keywords Steel construct, hall, design, model ABSTRACT The subject of this engineering thesis is to design a steel structured hall, make necessary engineering work drawings, assembly drawings and also briefly examine alternative framework structures. Main parts of this engineering thesis consist of design, calculations and modeling. This engineering thesis amplified author s know-how as a designer, especially with steel structures. KPM Engineering capitalized on the work by receiving the complete blueprints of the hall. The modeling was made with version 13.1 of Tekla Structures program. Modifying of the drawings was made with AutoCad 007 program. WinStatic Frame Analysis program, DOFteräs program and Autodesk Robot Structural Analysis Professional 009 -program were also used. RIL was used as guidance while gathering loads, yet majority of the loads were received from the architect s data. Markku Suuronen from TTP Yhtiöt Oy and Matti Virolainen from Ruukki helped me with price matters.

4 ALKUSANAT Kesän 007 sekä sitä seuraavan lukukauden työskentelin tamperelaisessa KPM Engineering Oy -insinööritoimistossa. Koko tämän ajan keskityin työssäni teräsrakenteisiin, pääasiassa teräsperustusten suunnitteluun. Työssäni pääsin tutustumaan Tekla Structures -ohjelmistoon, jolla suurin osa toimiston teräsrakenteiden mallinnuksista tehdään. Koulussa viimeisenä vuotenani suoritin teräsrakenteiden jatkokurssin, jossa harjoitustyönä oli teräsrakenteisen hallin suunnittelu. Tästä sain idean, että voisin suunnitella myös tutkintotyökseni teräsrakenteisen hallin, joita tiesin KPM:llä suunniteltavan. Idea pääsi kehittymään kun esitin asian opettaja Risto Liljalle sekä KPM:llä esimiehelleni Matti Luodolle. KPM sai tilauksen Helsinkiin rakennettavan Hopeasalmen telakkahallin teräsrakenteista. Kohde oli sopivan kokoinen tutkintotyöksi, joten sain hallin suunniteltavakseni. Sekä koululla että KPM:llä pidimme alustavat palaverit, joissa päätimme, mitä tutkintotyö tulee pääosin pitämään sisällään. KPM:llä Markku Laurila sekä Matti Luoto opastivat minua suunnittelun eri vaiheissa. Keravalla maaliskuussa 009

5 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 5 (70) SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ... ABSTRACT..3 ALKUSANAT...4 SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO...7 LÄHTÖTIEDOT YLÄPOHJA Lämmöneristysvaatimus Rakennetyyppi Lumikuorma Pysyvä kuorma Kuormat yhteensä ULKOSEINÄ Lämmöneristysvaatimus Rakennetyyppi Tuulikuorma ulkoseinän tukirakenteiden mitoitusta varten Mitoitus Ulkoseinärakenteen kiinnitykset KEHÄ HALLIN POIKKISUUNTAAN Rungon päämitat Jäykistys ja staattinen tasapaino Kehän epätarkkuudet Painekertoimien määrittäminen katolle Painekertoimien määrittäminen seinille Kuormitustapaukset...34

6 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 6 (70) 5.7 Kuormitusyhdistelmät Alustavat profiilikoot Kehän stabiilius Staattinen tasapaino KEHÄN KATTOA KANNATTELEVAT RAKENTEET Kehäpalkki Profiilikoot PÄÄPILARI Aksiaalisesti kuormitetut ja taivutetut sauvat Profiilikoot HALLIN TOIMINTA PITUUSSUUNTAAN Jäykistys ja staattinen tasapaino Liitostyypit Pilarin liittyminen perustuksiin Pohjalevy Peruspulttien mitoitus VAIHTOEHTOISET KEHÄRAKENTEET YHTEENVETO...69 LÄHTEET...70 LIITTEET...70

7 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 7 (70) 1 JOHDANTO Rakennusalalla suunnittelun luonne on muuttunut paljon lähivuosien aikana. 3Dmallien havainnollisuus sekä hyödyllisyys on huomattu, minkä seurauksena mallinnusta on alettu kehittää ja käyttää enenevissä määrin. Monet ohjelmistot, Tekla Structures mukaan lukien, hyödyntävät 3D -maailmaa tehokkaasti. Aikaisempi kokemukseni mm. ArchiCAD ohjelmasta helpotti muiden suunnitteluohjelmien 3D maailmaan tutustumisessa. Laskelmia tehdessä oli Tampereen ammattikorkeakoulussa Risto Liljan pitämän teräsrakenteiden jatkokurssin harjoitustyö suureksi avuksi. Varsinaiseen tilaajalle tehtyyn työhön hallin laskennan suoritti KPM Engineeringillä DI Markku Laurila. Nämä laskelmat on tehty kehäohjelmalla, jonka tulosteissa ei näkynyt itse laskentaa vaan pelkästään lopputulokset ja annetut kuormat. Tulosteita ei siis voi käyttää referenssinä kuin vain profiilikokojen ja kuormitusten osalta. Markku Laurilan laskelmat löytyvät liitteistä nimellä referenssilaskelmat.

8 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 8 (70) LÄHTÖTIEDOT Kuva 1 Havainnekuva hallista Kuva 1 on havainnekuva hallista. Hallin moduulivälit pituussuunnassa ovat 4,9 m ja 5, m ja poikkisuunnassa n. 3,14 m ja 6,7 m. Nurkka- ja harjaliitokset valitussa -nivelkehärakenteessa ovat jäykkiä. Mittakuvassa (kuva ) on esitetty hallin moduulimitat ja leikkaus.

9 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 9 (70) Kuva Mittakuva ja leikkaus 3 YLÄPOHJA Yläpohjarakenne on määritelty arkkitehdiltä saaduissa pääpiirustuksissa. 3.1 Lämmöneristysvaatimus Lämmöneristysvaatimuksen puolilämpimälle tilalle, joka rajoittuu ulkoilmaan, saadaan Rakennuksen lämmöneristys RT -kortista RT RakMK Rakenteen lämmönläpäisykerroin ei saisi pääosin ylittää 0,8 W m K /1, s. 3/.

10 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 10 (70) 3. Rakennetyyppi Kattorakenne koostuu seuraavaan luetteloon kirjatuista rakennekerroksista. Sama rakenne on esitetty myös kuvassa 3. - Kattoprofiili PRP Oy Lock rivikatto, konesaumakatto - vesikaton ruodelaudat P3 100, k350 - aluskate EL-EXT vesikattokoolaus P50 100, k900 - katto-orret 63 5, k600 - tuulensuojavilla 50 - kattoeriste IL höyrysulku RW sisäkattokoolaus P sisäkattolevygn-13 - lämmönläpäisykerroin (laskennassa käytetty lämmönjohtavuus). Kuva 3 Kattorakenne Rakenteen U-arvoksi on lähtötiedoissa valmiiksi ilmoitettu U 0,4 W m K. Annettu U-arvo alittaa vaaditun 0,8 W m K. U-arvo on sallituissa rajoissa, joten muutoksia kattorakenteeseen ei tarvitse tehdä.

11 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 11 (70) 3.3 Lumikuorma Julkaisussa RIL on ilmoitettu kuinka rakenteiden mitoituksessa käytettävä lumikuorma s määritetään kattojen peruslumikuorman s k ja rakenteen muodosta tai sijainnista riippuvan muotokertoimen μ tulona yhtälön (3.1) mukaan. /, s. 7/. Peruslumikuorma ( s k ) katolla on s k,5 kn m Muotokerroin (μ) on μ 0,8 s μ (3.1) s k s 0,8,5 kn m,0 kn m Ominaislumikuorman (s) arvoksi saatiin kaavan (1) avulla s,0 kn m. 3.4 Pysyvä kuorma Seuraavaksi on ilmoitettu kattorakenteen eri osien neliökuormat. Kattoprofiili PRP Oy Lock rivikatto, konesaumakatto 6kg m /3, s. /

12 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 1 (70) vesikaton ruodelaudat P3 100, k350 ( 1m m m kpl m kg m kg m 3 0,03 0,1 ) 3( ) 500 4,8 /3, s. / vesikattokoolaus P50 100, k900 ( 1m m m kpl m kg m kg m 3 0,05 0,1 ) ( ) /3, s. / katto-orret 63 5, k600 ( 1m m m kpl m kg m kg m 3 0,063 0,5 ) ( ) , /3, s. / tuulensuojavilla 50 0,05m kg m kg m /3, s. / kattoeriste IL-150 0,15m kg m kg m /3, s. / sisäkattokoolaus P 100 ( 1m m m kpl m kg m kg m 3 0,0 0,1 ) ( ) 500, /3, s. / sisäkattolevy GN-13 0,013m kg m kg m ,4 /3, s. / 57,6 kg m 0,6 kn m

13 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 13 (70) 3.5 Kuormat yhteensä Kuormat kerrotaan osavarmuuskertoimilla 1, ja 1,5. 1, 0,6 kn m + 1,5,0 kn m 3,7kN m 4kN m 4 ULKOSEINÄ Ulkoseinärakenne on määritelty arkkitehdiltä saaduissa pääpiirustuksissa. 4.1 Lämmöneristysvaatimus Lämmöneristysvaatimuksen puolilämpimälle tilalle, joka rajoittuu ulkoilmaan, saadaan Rakennuksen lämmöneristys RT kortista RT RakMK Rakenteen lämmönläpäisykerroin ei saisi pääosin ylittää 0,38 W m K /1, s. 3/. 4. Rakennetyyppi Ulkoseinärakenne muodostuu seuraavista rakennekerroksista ja rakenneosista. Ulkoseinärakenne on esitetty myös kuvassa 4. - Ulkovuoripaneeli ulkoverhouskoolaus P tuulensuojalaminaatti EW seinäruoteet P seinäeriste IL höyrysulku RW seinälevy havuvaneri 9.

14 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 14 (70) Kuva 4 Ulkoseinärakenne Rakenteen U-arvoksi on lähtötiedoissa valmiiksi ilmoitettu U 0,31 W m K. Annettu U-arvo alittaa vaaditun 0,38 W m K. U-arvo on sallituissa rajoissa, joten muutoksia seinärakenteeseen ei tarvitse tehdä. 4.3 Tuulikuorma ulkoseinän tukirakenteiden mitoitusta varten Lasketaan tuulen aiheuttamat maksimikuormat seinän kannakelevyjen sekä seinäruoteiden kiinnityksien mitoitusta varten. RIL , Maastoluokka I Valitaan maastoluokka I, koska rakennettava telakkahalli sijaitsee satamassa. Tuuli pääsee vapaasti puhaltamaan mereltä, jolloin tuulen nopeudet ovat suurempia. Ulkoinen tuulenpaine lasketaan kaavalla (x): We q(ze) cpe (4.1) /, s. 51/ Sisäinen tuulenpaine lasketaan kaavalla (x): Wi q(ze). cpi (4.) /, s. 51/ Maastoluokan mukainen nopeuspaine q(ze) saadaan RIL julkaisun sivulla 46 olevasta taulukosta tai seuraavalla kaavalla (4.1). ( 10) 0, 0 q( ze) 0,77 z (4.3)

15 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 15 (70) Kaava (4.3) löytyy julkaisun RIL sivulta 30. Sekä julkaisusta RIL saatu kaava, että julkaisun RIL taulukko antavat saman arvon haetulle nopeuspaineelle. Valitaan rakennuksen korkeudeksi maaston pinnasta 10 metriä. Tuulikuorma tulee tällöin hiukan ylimitoitettua. q ( ze) 0,77 m 0,0 ( 10 10) 0, 77 q(ze) 0,77 kn m Kertoimet Cpe ja Cpi Kertoimien Cpe ja Cpi arvoiksi taulukoista valitaan C pe, 10 ja C pi, 10 -arvot, koska kuormitusala A johon tuulenpaine kohdistuu, on yli 10m /, s. 53 ja s. 55/. Sisäänpäin painavat max tuulenpaineet cpemax 0,8 /, s. 55/ cpimax 0,5 /, s. 71/ Ulospäin painavat max tuulenpaineet cpemax 1,0 /, s. 55/ cpimax 0,8 /, s. 71/ Ylipaine Sisäinen paine: We q(ze) cpe 0,77 kn m kn m 1,0 0,77 (4.4) Ulkoinen paine: Wi q(ze). cpi 0,77 kn m 0,8 0,6kN m (4.5) Ylipaine yhteensä: 0,77 kn m + 0,6kN m 1,39kN m 1,4 kn m Alipaine

16 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 16 (70) Sisäinen paine: We q(ze) cpe 0,77 kn m 0,5 0,385kN m Ulkoinen paine: Wi q(ze). cpi 0,77 kn m 0,8 0,6kN m Alipaine yhteensä: 0,385kN m + 0,6kN m 1,005kN m 1kN m 4.4 Mitoitus Tiedetään että tuulesta aiheutuva maksimikuormitus W on 140 kg m. max Arkkitehti on määritellyt seinärakenteen hyvin tarkasti. Mikäli selkeää virhettä esimerkiksi seinäruoteiden osalta ei ole havaittavissa, ei ole syytä puuttua rakenteeseen. Tässä tapauksessa rakenteeseen ei ole tarvetta puuttua. Ulkoseinärakenne tukeutuu teräspilareihin hitsattuihin kannakelevyihin. Kannakelevyissä on 8 mm reiät ruuvikiinnityksiä varten. 4.5 Ulkoseinärakenteen kiinnitykset Ulkoseinärakenteiden kiinnitysten maksimikuormitus aiheutuu tuulen maksimi ylipaineesta. Seinäruoteiden kiinnityksille tämä aiheuttaa leikkausta ja seinänkannakelevyjen hitseille vetoa. W 140kg m max Vaakahitsin minimivahvuus vedolle: Seinäkannakelevyjen maksimietäisyys korkeussuunnassa 1,5 m

17 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 17 (70) Seinäkannakelevyjen maksimietäisyys leveyssuunnassa 5,4 m ( 1,5m 5,4m) N f u 1400 N m F w, Rd f vw a L w f β γ w u Mw a L 3 w (4.6) a β γ w Ft f u Mw, Sd L 3 w 11340N N 510 mm 145mm 0,9 1,5 3 0,3mm Laskenta osoittaa vaakahitsiä rasittavan voiman olevan hyvin pieni toteutuvan hitsisauman vetokestävyyteen verrattuna. Valitaan seinäkannakelevyjen pystyhitseiksi sekä ylä- ja alareunan vaakahitseiksi a 3mm pienahitsi. Hitsisauman ylimitoituksella taataan sen, että mahdolliset lisäkuormat eivät aiheuta ongelmia. Mitoitetaan ruuvit ja ruuvimäärät ulkoseinää irrottavalle tuulenpaineelle. Tukivoima: V ominaiskuorma V laskentakuorma 1,5 V d Seinäkannakelevyjen maksimietäisyys korkeussuunnassa 1,5 m Seinäkannakelevyjen maksimietäisyys leveyssuunnassa 5,4 m Valitaan ruuvi SXC14-S19-5,5x40 Ruuvin halkaisija 5,5 mm Ruuvin vetokestävyys 1500 N

18 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 18 (70) Ruuvin leikkauskestävyys: ( 5,5 ) 3,76mm π π (4.7) A r r f y 355N / mm V pl. Rd Av 3,76mm 447N 4, 43kN γ 3 1,1 3 MO Tuulikuorma: ( 5,4m 1,5m ) 1,5 kn V d 1,4 kn m 17 Ruuvien määrä 17kN 4,43kN 3,84 4ruuvia / seinäkannakelevy 5 KEHÄ HALLIN POIKKISUUNTAAN 5.1 Rungon päämitat Jänneväli 4,9 m ja 5, m. Laskennassa käytetään 5, metrin jänneväliä. Tällöin tulokset ovat varmalla puolella. Mikäli rakenteen optimointi viimeiseen asti ei ole rakennetta mitoitettaessa olennaisinta, voi ja kannattaa nyt käsiteltävän tapauksen mukaisesti pitää mitoitus hieman varman puolella. Näin toimittaessa rakenne kestää varmasti tulevat kuormitukset ja rakenneosien monimuotoisuus vähenee, mikä on myös osaltaan kustannus-säästö. Suunnittelussa tämä säästö ilmenee suunnitteluun käytetyn ajan määrässä. Konepajatuotannossa usean saman rakenteen valmistaminen on edullisempaa kuin yksilöityjen tuotteiden. Monimuotoisen

19 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 19 (70) detaljiikan vaatima koneiden uudelleen ohjelmointi ja lisääntyvistä työvaiheista aiheutuva kustannuslisä luonnollisesti kasvattaa rakenteen hintaa. Eli yhdenmukaistamalla rakenneosia voidaan pienentää kustannuksia. Pituus 4,938m + 5 5,m 35, 88m Leveys 13,69 m Kehän korkeus 8,06 m 5. Jäykistys ja staattinen tasapaino Kehä itsessään jäykistää hallin itsensä suunnassa. Hallin pituussuuntainen jäykistys hoidetaan katon tasossa olevilla päätyjen putkisiteillä, pilarin ja yläpaarteen liitoskohdassa kulkevilla hallin pituussuuntaisilla putkisiteillä sekä pitkän sivun seinien putkivinositein. 5.3 Kehän epätarkkuudet Hallin pituussuunta. Epätarkkuudet, eli rakenneosien alkuvinoudet määritetään alkuvinouden φ avulla seuraavasti: φ k c k sφ 0 (5.1) φ

20 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 0 (70) 1 1 kc 0,5 + 1, 0 k c 0,5 + 0,74 1, 0 (5.) n 0 c 1 1 k s 0, + 1, 0 k s 0, + 1,1 > 1,0 k s 1 (5.3) n 1 s n c 0, pilareiden lukumäärä koko tasossa ns 1, kerrosten lukumäärä φ k ck sφ0 0, ,0037 Alkuvinoudet korvataan Ekvivalenteilla vaakavoimilla /6, s. 34/. Pysyvä kuorma 0,5 kn m. Lasketaan pysyvän kuorman aiheuttama ekvivalentti vaakasuuntainen voima yhtä kehää kohti kehän suunnassa. Yläpohjassa: ( 13,69m 5,m) 17, kn N 0,5 kn m 8 (5.4) φ N 0, ,8kN 0, 066kN (5.5) Tämä kehän suuntainen vaakavoima on niin pieni, että siitä ei muodosteta omaa kuormitustapausta. Tuulen nopeuspaineeksi q k, 0,77 kn/m on otettu tuuli 10 metrin korkeudella, joten 0,06 kn voima tulee huomioiduksi reilusti jo tuulen nopeuspaineen ylimitoituksessa. Lasketaan pysyvän kuorman aiheuttama ekvivalentti vaakasuuntainen voima rakennuksen pituussuunnassa yhtä pitkää sivua kohti. Pysyvä kuorma 0,66kN m

21 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 1 (70) Yläpohjassa: ( 13,69m 35,88m) 16, kn N 0,66kN m 1 φ N 0, ,1kN 0, 6kN Lumikuorma,0 kn m Lasketaan lumikuorman aiheuttama ekvivalentti vaakasuuntainen voima yhtä kehää kohti kehän suunnassa. Yläpohjassa: ( 13,69m 5,m) 71, kn N,0 kn m φ N 0, ,44kN 0, 6kN Tämä kehän suuntainen vaakavoima on niin pieni, että siitä ei muodosteta omaa kuormitustapausta. Tuulen nopeuspaineeksi q k, 0,77 kn/m on otettu tuuli 10 metrin korkeudella, joten 0,6 kn voima tulee huomioiduksi reilusti jo tuulen nopeuspaineen ylimitoituksessa. Lasketaan lumikuorman aiheuttama ekvivalentti vaakasuuntainen voima rakennuksen pituussuunnassa yhtä pitkää sivua kohti. Yläpohjassa: ( 13,69m 35,88m) 491, kn N,0 kn m φ N 0, ,kN 1, 8kN

22 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ (70) 5.4 Painekertoimien määrittäminen katolle Kattoon vaikuttavat kertoimet lasketaan euronormien ohjeiden mukaan jakamalla katto eri alueisiin. Katto on jaettu eri vyöhykkeisiin, joilla on omat painekertoimensa. Painekertoimet saadaan julkaisun RIL sivuilla 63 ja 64 olevasta taulukosta. Vyöhykkeiden leveyksien laskennassa tarvitaan suuretta e, joka määritetään hallin mittojen mukaan seuraavasti. e b tai h, pienempi arvo valitaan. b tuulta vastaan kohtisuora mitta h rakennuksen viitekorkeus (Ze), joka on rakennuksen korkeus harjalle. Tuuli lyhyelle sivulle: b 1369mm h 8057mm 16114mm Näistä arvoista tulee valita pienempi, joten arvo b1369 mm otetaan käyttöön. b < h e 1369mm Tuulta lyhyelle sivulle tarkasteltaessa ensimmäinen kehä osuu H-kertoimen alueelle. Valitaan alueen H kerroin koko katolle. Kertoimet on esitetty kuvassa (kuva 5).

23 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 3 (70) C pe. 10, H 0,65 Kuva 5 Tuuli lyhyelle sivulle Tuuli pitkälle sivulle: b 35880mm h 8057mm 16114mm Näistä arvoista tulee valita pienempi, joten arvo h16114 mm otetaan käyttöön. b > h e 16114mm Valitaan F-G vyöhykkeelle kertoimeksi kertoimien F ja G keskiarvo. Käytetään negatiivisten arvojen ominaisarvoja, koska positiivisten kertoimien arvoihin nähden negatiivisten kertoimien arvot muodostavat pahemman tapauksen. Kertoimet on esitetty kuvassa (kuva 6). F + G 0,8 + 0,7 C pe. 10, FG 0,77 (5.6)

24 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 4 (70) Kuva 6 Tuuli pitkälle sivulle 5.5 Painekertoimien määrittäminen seinille Seiniin vaikuttavat kertoimet lasketaan euronormien ohjeiden mukaan. Kuvan 7 avulla saamme laskettua painekertoimet.

25 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 5 (70) Kuva 7 Selitys pystysuorille seinille /, s. 55/

26 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 6 (70) e b tai h, pienempi arvo valitaan b tuulta vastaan kohtisuora mitta h seinän korkeus. Tässä tapauksessa seinän korkeudeksi valitaan harjakorkeus, näin suuremman paineen alaiseksi jää pidempi pätkä seinää. Tuuli lyhyelle sivulle: b 1369mm h 8057mm 16114mm Näistä arvoista tulee valita pienempi, joten arvo b1369 mm otetaan käyttöön. b < h e 1369mm Lasketaan kuvan 7 ohjeiden avulla seinien painekertoimien vyöhykkeiden leveydet. Kuvassa 8 on esitetty lasketut vyöhykkeiden leveydet ja painekertoimien suuruudet.

27 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 7 (70) Kuva 8 Ulkoinen paine, tuuli lyhyelle sivulle Tuuli pitkälle sivulle: b 35880mm h 8057mm 16114mm Näistä arvoista tulee valita pienempi, joten arvo h16114 mm otetaan käyttöön. b > h e 16114mm Lasketaan kuvan 7 ohjeiden avulla seinien painekertoimien vyöhykkeiden leveydet. Kuvassa 9 on esitetty lasketut vyöhykkeiden leveydet ja painekertoimien suuruudet.

28 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 8 (70) Kuva 9 Ulkoinen paine Tuuli pitkälle sivulle Sisäisen paineen kertoimina voidaan käyttää kertoimia C 0, 8 ja C 0, 5 /, s. 71/. Kuvissa 10 ja 11 on esitetty sisäisten paineiden painekertoimien suuruudet. pi pi

29 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 9 (70) Kuva 10 Sisäinen paine, alipaine Kuva 11 Sisäinen paine, ylipaine

30 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 30 (70) Nettopaineet seinille Nettopaineet seinille saadaan yhdistämällä sisäiset ja ulkoiset paineet etumerkit huomioon ottaen. Kuvissa 1-15 on esitetty painekertoimien summaukset. Kuva 1 Tuuli pitkälle sivulle ja ylipaine

31 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 31 (70) Kuva 13 Tuuli pitkälle sivulle ja alipaine

32 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 3 (70) Kuva 14 Tuuli lyhyelle sivulle ja ylipaine

33 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 33 (70) Kuva 15 Tuuli lyhyelle sivulle ja alipaine

34 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 34 (70) 5.6 Kuormitustapaukset Lasketaan kehää rasittavat kuormat suuremman moduulivälin, 5, m, mukaan. Kuormitusyhdistelmien kuormia ei ole kerrottu varmuuskertoimella, koska kehäohjelma WinStatic ottaa laskennassa huomioon varmuuskertoimet. KT1 Pysyvä kuorma (kuva 16). 5,m 0,6 kn m 3, 1kN m Kuva 16 KT1 KT Kokonaislumikuorma (kuva 17).

35 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 35 (70) 5,m kn m 10, 4kN m Kuva 17 KT KT3 Toisella lappeella on täysi lumikuorma, toisella puolet lumikuormasta (kuva18). 5,m kn m 10, 4kN m 0,5 ( 5,m kn m ) 5, kn m

36 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 36 (70) Kuva 18 KT3 KT4 Toisella lappeella on täysi lumikuorma, toisella puolet lumikuormasta (kuva 19). 5,m kn m 10, 4kN m 0,5 ( 5,m kn m ) 5, kn m

37 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 37 (70) Kuva 19 KT4 KT5 Tuuli pitkälle sivulle ja ylipaine (kuva 0). Seinien painekertoimissa on huomioitu sisäiset ja ulkoiset paineet. Seuraavissa kaavoissa seinien osalta painekertoimet sisältävät sekä sisäisen, että ulkoisen paineen kertoimet. Tämä yhdistely on nähtävissä otsikon Nettopaineet seinille alla olevista kuvista. Katon osalta tätä yhdistelyä ei ole tehty, joten katon kuormituksia laskettaessa kaavoissa on nähtävissä painekertoimien summaus. Tuulen nopeuspaine q( ze ) 0,77 kn m. Modulivälinä käytetään 5, metriä.

38 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 38 (70) Seinä: C p10, seinä 1,1 W C q ( ) 5, m (5.7) seinä, KT 5 p10, seinä ze 1,1 0,77 kn m 5,m 4, 4kN m Katto: C pi 0,8 C p10, FG 0,77 C p10, H 0,9 C p10, J 0,4 C p10, I 0,9 W ( 0,8 0,77) 0,77 kn m 5,m 6, kn m katto, FG _ 5 9 W ( 0,8 0,9) 0,77 kn m 5,m 4, kn m katto, H _ 5 36 W ( 0,8 0,4) 0,77 kn m 5,m 4, kn m katto, J _ 5 80 W ( 0,8 0,9) 0,77 kn m 5,m 6, kn m katto, I _ 5 81

39 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 39 (70) Kuva 0 KT5 KT6 Tuuli pitkälle sivulle ja alipaine (kuva 1). Seinä: C p 10, seinä 1,3 ja0, W seinä, KT 6 _1 1,3 0,77 kn m 5,m 5, 1kN m W seinä, KT 6 _ 0, 0,77 kn m 5,m 0, 8kN m Katto: Tässä kuormitustapauksessa painekertoimet ovat samat kuin KT5:ssä. C pi 0,5 W ( 0,5 0,77) 0,77 kn m 5,m 5, kn m katto, FG _ 6 41

40 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 40 (70) W ( 0,5 0,9) 0,77 kn m 5,m 5, kn m katto, H _ 6 36 W ( 0,5 0,4) 0,77 kn m 5,m 5, kn m katto, J _ 6 8 W ( 0,5 0,9) 0,77 kn m 5,m 5, kn m katto, I _ 6 51 Kuva 1 KT6 KT7 Tuuli lyhyelle sivulle ja ylipaine (kuva ). Seinä: Ensimmäinen kehä osuu kertoimen C 1, 6 kohdalle, joten kyseinen p10, seinä kerroin on käytössä laskennassa tämän kuormitusyhdistelmän kohdalla. C p10, seinä 1,6 W seinä, KT 7 1,6 0,77 kn m 5,m 6, 41kN m

41 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 41 (70) Katto: Ensimmäinen kehä osuu kertoimen C 0, 65 kohdalle, joten kyseinen p10, H kerroin on käytössä laskennassa tämän kuormitusyhdistelmän kohdalla. C pi 0,8 C p10, H 0,65 W ( 0,8 0,65) 0,77 kn m 5,m 5, kn m katto, FG _ 6 81 Kuva KT7 KT8 Tuuli lyhyelle sivulle ja alipaine (kuva3).

42 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 4 (70) Seinä: Ensimmäinen kehä osuu kertoimen C 0, 3 kohdalle, joten kyseinen p10, seinä kerroin on käytössä laskennassa tämän kuormitusyhdistelmän kohdalla. C p10, seinä 0,3 W seinä, KT 7 0,3 0,77 kn m 5,m 1, kn m Katto: Ensimmäinen kehä osuu kertoimen C 0, 65 kohdalle, joten kyseinen p10, H kerroin on käytössä laskennassa tämän kuormitusyhdistelmän kohdalla. C pi 0,5 C p10, H 0,65 W ( 0,5 0,65) 0,77 kn m 5,m 0, kn m katto, FG _ 6 6 Kuva 3 KT8

43 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 43 (70) 5.7 Kuormitusyhdistelmät Taulukkoon 1 on listattu kuormitustapauksia. Taulukko 1 Kuormitustapaukset kehän suunnassa Kuormitustapaukset kehän suunnassa KT1 KT KT3 KT4 KT5 KT6 KT7 KT8 Pysyvä kuorma Lumikuorma, koko Lumikuorma, vasen Lumikuorma, oikea Tuuli pitkälle sivulle + sisäinen positiivinen paine Tuuli pitkälle sivulle + sisäinen negatiivinen paine Tuuli lyhyelle sivulle + sisäinen positiivinen paine Tuuli lyhyelle sivulle + sisäinen negatiivinen paine Kuormitusyhdistelmät löytyvät taulukosta.

44 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 44 (70) Taulukko Kuormitusyhdistelmät

45 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 45 (70) 5.8 Alustavat profiilikoot Kuva 4 Kehä, lyhyet sauvat Valitaan pilarin profiiliksi alustavasti IPE 360. Kehän leveydestä vähennetään molemmilta puolilta puolet valitun profiilin leveydestä, jolloin jänneväliksi jää 1369 mm 360mm 1333mm (kuva 4). Valitaan myös kehän muiksi profiileiksi IPE 360. Tässä vaiheessa laskentaa käytettävä yhdelle kehälle kohdistuva kuorma muodostuu palkkien omasta painosta, kattorakenteen painosta sekä lumikuormasta. Kuormat kerrotaan kehien jakovälillä, jolloin saadaan selville kehää kuormittavan viivakuorman, kn/m. IPE 360 -palkin paino on ilmoitettu valmiiksi viivakuormana, joten sitä ei tarvitse kertoa jännevälillä 5, m. Kattorakenteita kannattelevan IPE kehäpalkin omapaino on: 57,1 kg m 0, 571kN m

46 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 46 (70) Kuormat yhteensä: 5,m ( 1, 0,6 kn m + 1,5,0 kn m ) 0,0 kn m + 1, 0,571kN m (5.8) IPE 360 palkki mitoitetaan tälle kuormalle Dof-teräs ohjelmalla. Palkin jänneväliksi saamme 7014 mm. Kuvassa 5 on esitetty IPE 360 palkin laskennassa käytettyjä mittoja. Kuva 5 Kehän mittoja Laskentaohjelmasta saatujen tulosten perusteella voidaan todeta kehäpalkin IPE 360 kestävän annetut kuormitukset. Laskentatulokset on esitetty kuvassa 6.

47 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 47 (70) Kuva 6 Kattoa kannattelevan IPE 360 -palkin mitoitus

48 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 48 (70) 5.9 Kehän stabiilius Tutkitaan, onko kehä sivusiirtyvä vai sivusiirtymätön. Tämän laskennan tulokset vaikuttavat puristettujen osien nurjahduspituuksiin ja taivutusmomenttien suuruuksiin. Jos V sd V cr 0, 1 sivuriistymätön. Vsd pilarin maksimipuristusrasitus, eli pystysuuntaisen kokonaiskuorman mitoitusarvo. Saadaan laskentaohjelmasta. Vcr kehän kimmoteorian mukainen kriittinen arvo sivusiirtyvän muodon mukaisessa tilanteessa. V sd 140, 9kN I y mm L 5817mm I mm K c L 5817mm ,7mm (5.9) I mm K L 1369mm ,5 0,5 5941, 4mm (5.10) K c 7969,7 η 1 0,85 (5.11) K + K 7969, ,4 c 11 η 0

49 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 49 (70) Jakaantumistekijöiden η 1 ja η avulla saadaan asiakirjassa SFS-NEV olevasta kuvasta E. selville pilarin nurjahduspituussuhteen L eff L 3, 8. Tällöin kehän pilarin nurjahduspituudeksi tulee: L eff 3, ,6 Kun taivutusta tarkastellaan vahvempaan suuntaan i y 150mm. L eff 104,6mm λ 147, 5mm (5.1) i 150mm π EA π N mm 773mm V cr λ 147, ,9N 69,9kN (5.13) V 0,1 140,9 69,9 0, > 0,1 sivusiirtyvä sd V cr Korotetaan kehäpalkkien normaalivoimia ja momentteja kertoimella, joka saadaan kaavasta: 1,0 V 1 V sd cr 1,5 (5.14) 5.10 Staattinen tasapaino Stabiloivien kuormien vaikutus on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin eistabiloivien kuormien vaikutus. Suurin noste, eli suurin kaatava kuorma staattisen tasapainon kannalta on suuruudeltaan 40,8 kn.

50 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 50 (70) Antura ja sokkelielementit muodostavat riittävän stabiloivan voiman kun niiden yhteenlaskettu paino 40,8 kn. Esim. sokkelielementti 5,m 0,1m 0,5m 5kN m 3 6, 5kN ja antura 1,5m 1,m 0,8m 5kN m 3 36kN muodostavat yhdessä riittävän stabiloivan voiman 6,5kN + 36kN 4, 5kN. 6 KEHÄN KATTOA KANNATTELEVAT RAKENTEET 6.1 Kehäpalkki Aksiaalisesti kuormitetut ja taivutetut sauvat WinStatik ohjelmalla tehdyistä laskelmista saadaan selville kehäpalkin maksimiveto ja maksimipuristus joita tarvitaan seuraavissa laskelmissa. Nämä kuormat kerrotaan aikaisemmin lasketulla kehäpalkkien normaalivoimien ja momenttien korotuskertoimella 1,5. Maksimiveto syntyy kuormitusyhdistelmän 7 mukaisten kuormien rasittaessa rakennetta. Kuormitusyhdistelmä antaa maksimivedon arvoksi 48,4 kn. Veto: 1,5 48,4kN 60, 5kN Maksimipuristus syntyy kuormitusyhdistelmien 1 ja 4 mukaisten kuormien rasittaessa rakennetta. Molemmat kuormitusyhdistelmät antavat maksimipuristuksen arvoksi -90,3 kn.

51 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 51 (70) Puristus: 1,5 ( 90,3kN) 11, 9kN Kehänurkat ovat jäykkiä, joten kehäpalkki on kiinnitetty jäykästi molemmista päistään. Voidaan kuitenkin olettaa jommankumman pään olevan sivusiirtyvä. Tästä johtuen nurjahduspituuden kerroin γ 1 /5, keskisesti puristettu pilari/. L eff 7014 M max 61, 4kNm 6. Profiilikoot Profiili: IPE 360 Poikkileikkausluokka 1 Taivutuskestävyys: M pl. Rd 3 W pl f y mm 355N / mm γ 1,1 (6.1) M ,9Nmm 38,9kNm > 61,4kNm OK! Leikkauskestävyys: Suurin IPE -palkkiin kohdistuva leikkausrasitus syntyy kuormitusyhdistelmien 1 ja 4 mukaisten kuormien rasittaessa rakennetta. Kuormitusyhdistelmät antavat maksimileikkauksen arvoksi S 11kN. Seuraavilla laskelmilla osoitetaan, V. d että valittu profiili kestää tämän rasituksen. Mitoitusehto: V S d V pl. Rd..

52 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 5 (70) Lasketaan plastisuusteorian mukainen leikkauskestävyyden mitoitusarvo kaavalla (6.). V pl. Rd A v γ MO f y 3 (6.) Valssatuilla I -poikkileikkauksilla, joissa kuormitus on uuman suuntainen, leikkauspinta-ala A v lasketaan kaavalla (6.3). v f ( t w r) t f A A bt + + (6.3) Profiililla IPE 360 kaavassa (6.3) tarvittavat arvot ovat: A 773mm b 170mm t f 1, 7mm t w 8mm r 18mm A v 773mm 3513,8mm 170mm 1,7mm + ( 8mm + 18mm) 1,7mm V pl. Rd A v γ MO ,7N 654,7kN f y 3513,8mm 3 355N / mm 1,1 3 > V S. d 11kN OK! Profiilille ei suoriteta kiepahdustarkastelua koska kattopelti estää kiepahduksen.

53 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 53 (70) Taivutus + leikkaus: Jos leikkausvoiman mitoitusarvo pienentää. /6, s. 57/ V S. d 0, 5 V pl. Rd, ei taivutuskestävyyttä tarvitse VSd 0,5 Vpl.Rd (6.4) 11 0,5 654,7 37, 4 OK! Lommahdus: Profiilin leikkauslommahduskestävyys on kunnossa mikäli ehto d t w > 69ε täyttyy, eli tarkistetaan leikkauslommahduskestävyys jäykistämättömälle uumalle ε 0,81 (6.5) 355 f y d > 69ε (6.6) t w 98,6 / 8,0 < 69 0,81 37,3 < 55, 9 > Ehto täyttyy, profiili ei lommahda. Laipan taipumisesta johtuvaa lommahdusta ei tarvitse tarkastella. Kestävyyttä paikalliselle lommahdukselle ei tarvitse tarkastella. Taivutuksen, leikkausvoiman ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutus: Aikaisemmin laskettu ehto VSd (11 kn) 0,5 Vpl.Rd (37,4 kn) täyttyy, joten kaikki on tältäkin osin kunnossa.

54 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 54 (70) Yläpaarteen yhdistetty puristus ja taivutus: χ N min sd Af d k ym + W f pl, y y, sd d km + W f plz z, sd d 1 (6.7) km z, sd Koska momenttia Z-akselin ympäri ei synny 0. W f plz d Valitaan tarkasteltavaksi kuormitusyhdistelmä 4. Max pur. -90,1 kn Max mom. -6, knm Profiili: IPE 360 Teräslaatu: S355 Seuraavaksi selvitetään yläpaarteen yhdistetyn puristuksen ja taivutuksen laskennan kaavassa tarvittavat arvot. Arvo ψ saadaan kun tarkasteltavan palkin tai sauvan pienin ja suurin momentti jaetaan keskenään käyttäen itseisarvoja. tavalla. M Q -arvo on saatu kuvan 7 esittämällä ψ 161,3 6, 0,6 1,8 0,7Ψ 1,8 0,7 0,6 β M, ψ 1,366 β M, Q 1,3 M Q 1

55 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 55 (70) Kuva 7 M Q -arvo Δ M max M + min M momenttikuviolle, jonka merkki muuttuu /6/. Δ M 161,3 + 6, 43, 5kNm M Q β M β M, Ψ + ΔM 1 1, ,5 ( β β ) MQ M, Ψ ( 1,3 1,366) 1,33 1, 3 (6.8) Leff β A f y λ y 0,61 (6.9) i π E 150 π W pl, y Wel, y μ y λ ( β My 4) + 0, 9 (6.10) W el, y ,61 ( 1,366 4) + 0,65 < 0, 9 OK!

56 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 56 (70) [ + α ( λ y 0,) + λ ] Φ 0,51 y (6.11) α 0,1, koska käytössä on poikkileikkausluokka 1 ja nurjahduskäyrä a. /5, keskisesti puristettu pilari/ Φ 0,5 [ 1+ 0,1 ( 0,61 0,) + 0,61 ] 0, 73 1 χ < 1 (6.1) Φ + Φ λ y 1 χ 0,74 < 1 OK 0,73 + 0,73 0,61 k y μ y N sd 0, ,5 1 1,03 < 1, 5 χ A 0, y fy OK! (6.13) f d γ f y M ,1 (6.14) Nyt kun kaikki tarvittavat arvot on selvitetty, voidaan ne sijoittaa yläpaarteen yhdistetyn puristuksen ja taivutuksen kaavaan. χ N min sd Af d k ym + W f pl, y y, sd d , ,87 < 1 0, Laskennan perusteella voidaan todeta, että IPE360 kestää.

57 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 57 (70) 7 PÄÄPILARI 7.1 Aksiaalisesti kuormitetut ja taivutetut sauvat Pilarin pahimpia kuormitusyhdistelmiä on esitetty taulukossa 3: Taulukko 3 Pilarin kuormitusyhdistelmiä Momentti Puristus [knm] [kn] Yläpää Alapää KY ,3 6, 0 KY ,1 3,4 0 KY ,3 6, 0 Korotuskerroin 1,5 Kuormitusyhdistelmä KY01 valitaan tarkastelun kohteeksi. M sd 1,5 6,kNm 37, 75kNm 7. Profiilikoot Valitaan pilariksi IPE profiili IPE360 Taivutuskestävyys: M pl. Rd 3 3 W pl f y mm 355N / mm γ 1,1 (7.1) M Nmm 38,9kNm > 37,75kNm

58 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 58 (70) Leikkauskestävyys: d h 3 t f 360mm 3 1,7mm 31, 9mm (7.) A d t 31 mm mm mm v w,9 8,0 575, (7.3) f y 355N / mm V pl. Rd Av 575,9mm ,9N 480kN γ MO 3 1,1 3 (7.4) suurin leikkausrasitus pilarille muodostuu kuormitusyhdistelmän 4 kuormittaessa rakennetta. Maksimileikkausrasitus on tällöin V sd 1,5 47,8kN 59, 75kN. Profiili IPE360 kestää tämän leikkausrasituksen. Taivutus ja leikkaus: VSd 0,5 Vpl.Rd Ehto toteutuu Pilarin yhdistetty puristus ja taivutus: Kuormitusyhdistelmä: KY01 Profiili: IPE360 Teräslaatu: S355 Nurjahduspituus L eff 0,7 5817mm 407mm /5, keskisesti puristettu pilari/ χ N min sd Af d k ym + W f pl, y y, sd d km + W f plz z, sd d 1 km z, sd 0 W f plz d (7.5) Seuraavaksi selvitetään pilarin yhdistetyn puristuksen ja taivutuksen laskennan kaavassa tarvittavat arvot.

59 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 59 (70) ψ 0 6, 0,0 1,8 0,7 0,0 β M, ψ 1,8 β MQ 1,4 M Q 131, 1kNm ΔM 6, β M M 131,1 ( β β ) 1,8 + (1,4 1,8) 1, 6 Q β M, Ψ + MQ M, Ψ ΔM 6, (7.6) Leff β A f y λ y 0,36 (7.7) i π E 150 π μ λ 0,36 ( β 4) My W + pl, y W W el, y el, y ( 1,6 4) + 0,16 < 0, 9 (7.8) [ + α ( λ y 0,) + λ ] Φ 0,51 y (7.9) Φ 0,5 [ 1+ 0,1 ( 0,36 0,) + 0,36 ] 0, 58 1 χ < 1 (7.10) Φ + Φ λ y 1 χ 0,97 < 1 OK! 0,58 + 0,58 0,36

60 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 60 (70) k y μ y N sd 0, ,5 1 1,03 < 1, 5 χ A 0,97 575, 355 y fy OK! (7.11) f d γ f y M ,1 (7.1) Nyt kun kaikki tarvittavat arvot on selvitetty, voidaan ne sijoittaa pilarin yhdistetyn puristuksen ja taivutuksen kaavaan. χ N min sd Af d k ym + W f pl, y y, sd d , ,97 575, ,99 < 1 Laskennan perusteella voidaan todeta pilarin kestävän. 8 HALLIN TOIMINTA PITUUSSUUNTAAN 8.1 Jäykistys ja staattinen tasapaino Vinositeet mitoitetaan päätyyn kohdistuvaa tuulta vastaan. Näistä laskelmista saatuja tuloksia voidaan käyttää myös muissa jäykistys-sauvoissa, koska katolla voimat ovat pienemmät. Neljäsosa päädyn pinta-alaa rasittavasta kuormituksesta kohdistuu pitkän sivun seinän vinositeelle. Vinosidettä rasittamaan lisätään myös lisävaakavoima. Kuormat haetaan kehän epätarkkuudet kohdasta.

61 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 61 (70) Kuva 8 Neljännes päädyn pinta-alasta Lasketaan neljännes hallin päädyn pinta-alasta A (kuva 8).,3m A 0,5 13,69m 5,87m 13,69m 3,76m + (8.1) Φ N d 1, 0,66kN + 1,5 1,8kN 3, 5kN (8.) W 1,1 0,77 kn m 3,76m 0, 1kN (8.3) W d 1,5 0,1kN 30, kn (8.4) N ΦN + W 3,5kN + 30,kN 33, kn (8.5) d d d 7

62 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 6 (70) Kuva 9 Puristussauva 33,7kN cos 47 (8.6) N 33,7kN N 45, 6kN (8.7) cos 47 Valitaan CFRHS 100 x 100 x 4, kestää 71,1 kn 7 m pitkänä (kuva 9). 8. Liitostyypit Seuraavaksi on mitoitettu kehänurkka-liitoksen hitsejä referenssiksi Robot Structural Analysis ohjelmalla tehdyille laskelmille. Käsin laskennasta saadut tulokset ovat yhdensuuntaisia tietokoneella tehtyjen laskelmien kanssa. Näin voidaan varmistaa tulosten paikkansapitävyys. Kehänurkan hitsisaumat IPE profiilin ja päätylevyn välille:

63 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 63 (70) Suurin tukivoima Rd tulee kuormitusyhdistelmästä KY3. Sauva 7 V d R d 61,7 kn 118,9kN sin 54 o 36,6kN sin 54 o (8.8) Pystyhitsit Mitoitusehto: F t, Sd Fw, Rd Rasitus: F t,sd V d R d 61,7 kn Kestävyys: F w, Rd f vw a L w f β γ w u Mw a L 3 w (8.9) a β γ w Ft f u Mw, Sd L 3 w 61700N N 510 mm 334,6mm 0,9 1,5 3 0,14mm Vaakahitsit: Vetovoima levyn yläreunassa: M d 16,39kN 17,9kN (8.10) h 0,17m F t, Sd k

64 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 64 (70) Kestävyys: F w, Rd f vw a L w f β γ w u Mw a L 3 w (8.11) > a β γ w Ft f u Mw, Sd L 3 w 17900N N 510 mm 170mm 0,9 1,5 3 14mm (8.1) Valitaan laipoille a 7 mm pienahitsi molemmin puolin ja uumalle a 4 mm pienahitsi molemmin puolin. Yleensä hitsejä mitoitettaessa nyrkkisääntönä voidaan pitää a 1 t, jossa t on hitsattavan osan seinämän vahvuus. Laskennan perusteella saadut tulokset osoittavat tämän periaatteen paikkansapitävyyden tässä tapauksessa. Kehänurkan liitoksen sekä harjaliitoksen tarkat Robot Structural Analysis ohjelmalla tehdyt laskelmat löytyvät liitteistä nimillä Kehänurkka sekä Harjaliitos. Seuraavaksi lyhyt yhteenveto laskennan tuloksista. - Valitut pultit, kehänurkka: 6M4 - valittu päätylevy, kehänurkka: valitut pultit, harjaliitos: 6M4 - valittu päätylevy, harjaliitos: valitut hitsit, harjaliitos: - uuma, a 4 mm penahitsi - laipat, a 7 mm pienahitsi.

65 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 65 (70) 8.3 Pilarin liittyminen perustuksiin Kuvassa 30 on esitetty pilarin liittyminen perustuksiin. Kuva 30 Pilarin liittyminen perustukseen Kuormitustapaus a: Puristuksen maksimiarvo N d max löytyy kuormitusyhdistelmästä 07 : N d 43,1 kn M d 0 knm V d 36,8 kn Kuormitustapaus b: Puristuksen minimiarvo N d min löytyy kuormitusyhdistelmästä 04 : N d -147,1 kn M d 0 knm V d -44,3 kn

66 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 66 (70) 8.4 Pohjalevy Pilarissa vaikuttavat sekä veto- että puristusjännitykset siirtyvät pohjalevyn kautta peruspulteille ja betonille. Voimat, jotka siirretään perustuksiin pilarin puristettujen osien kautta, oletetaan jakaantuneeksi tasaisesti pohjalevyn avulla. Pohjalevyyn kohdistuvien maksimi veto-, puristus- ja leikkausvoimien ollessa hyvin pieniä, valittu pohjalevy ja hitsisauma kestävät rasitukset. Valitaan pohjalevyn paksuudeksi 30 mm ja hitsisaumaksi a3 mm pienahitsi. Robot Structural Analysis ohjelmalla tehdyt tarkat laskelmat löytyvät liitteistä nimellä Pilarin liittyminen perustuksiin. 8.5 Peruspulttien mitoitus Itseisarvoiltaan suurimmat arvot maksimivedolle ja maksimipuristukselle N d max ja V max löytyvät kuormitusyhdistelmästä 04: d N d -147,1 kn M d 0 knm V d -44,3 kn Yhden pultin vetokestävyys on: F 0, 9 f A ub s t, Rd (8.13) γ Mb N f ub 510 mm A s π mm (8.14)

67 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 67 (70) γ Mb 1,5 N 0, mm mm t, 59610,4N 60kN > 147, 1kN 1,5 F Rd Yhden pultin leikkauskestävyys on: V pl. Rd A v γ MO f y 3 (8.15) A s π mm N f y 510 mm γ MO 1,1 V 355N / mm 707mm 18950N 189kN 44, kn (8.16) 1,1 3 pl. Rd > 3 Valitut peruspultit M30 kestävät kuormitusyhdistelmästä 04 aiheutuvan maksimivedon sekä maksimileikkauksen. Liitos ei ota vastaan momenttia, koska se on nivelinen. Robot Structural Analysis ohjelmalla tehdyt tarkemmat laskelmat löytyvät liitteistä nimellä Pilarin liittyminen perustuksiin.

68 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 68 (70) 9 VAIHTOEHTOISET KEHÄRAKENTEET Lähdettäessä suunnittelemaan kyseisen hallin kantavia rakenteita lähtökohtana oli arkkitehdiltä saadut kuvat. Yksi tärkeä suunnitteluun ja valittavaan kehärakenteeseen vaikuttava asia oli sisäkorkeuden pitäminen mahdollisimman korkeana. Arkkitehdin piirtämä hallin poikkileikkauskuva, kuva 33, sulki esimerkiksi kuvan 31 kaltaiset ristikkorakenteet pois laskuista. Sisätila oli pidettävä korkeana hallin käyttötarkoituksen takia. Korkeiden ja korkeamastoisten veneiden oli mahduttava halliin. Kuvan 3 kaltainen kehä olisi soveltunut kohteeseen puurakenteisena, mutta tilaus hallista oli tehty teräsosastolle, joten oli luonnollista, että hallin kehä valmistettiin teräksestä. Valmiiden IPE profiilien valinta käyttöön sopi mainiosti tarkoitukseen halutun lopputuloksen saavuttamiseksi mahdollistaen toimivan rakenteen ja pitkät jännevälit. Rakenteet eivät muodostuneet turhan monimutkaisiksi ja haluttu lopputulos saavutettiin kivuttomasti. Kuva 31 Vaihtoehtoinen kehärakenne 1. Kuva 3 Vaihtoehtoinen kehärakenne.

69 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 69 (70) Kuva 33 Arkkitehdin poikkileikkaus 10 YHTEENVETO Piirustusten teon loppuvaiheessa KPM:lle lähetettiin uusia arkkitehtikuvia joiden perusteella hallin dimensiot ja julkisivut olisivat muuttuneet niin paljon, että halli olisi pitänyt käytännössä laskea uudestaan. Myös kaikki piirustukset olisi pitänyt tämän myötä piirtää uudestaan. KPM:ltä ilmoitettiin tilaajalle, että halli on suunniteltu arkkitehdiltä saatujen kuvien ja mittojen mukaan. Mikäli tilaaja jostain syystä haluaakin uuden hallin, tulee siitä luonnollisesti lisälasku. Asia jäi tähän ja halli valmistettiin alkuperäisten kuvien mukaan. Työmaalla ilmeni sokkelielementtien kiinnityksessä ongelma. Hallin päädyissä nurkka- ja päätypilareiden alapuoliset, anturoiden ylemmät osat eivät olleet samassa tasossa. Urakoitsija teki omin päin hätäratkaisun korjatakseen virheen. Urakoitsijan ratkaisu osoittautui niin kalliiksi, että KPM ei suostunut korvaamaan korjauksesta aiheutuneista lisäkuluista kuin noin neljänneksen. Samoilla kuvilla, tosin edellä mainitusta virheestä korjatuilla, tehdään toista vastaavaa hallia tontille.

70 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 70 (70) LÄHTEET 1. RT-kortisto, RT Rakennustietosäätiö RTS ja Rakennustieto Oy s.. Suunnitteluperusteet ja rakenteiden kuormat, RIL Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y. 93 s. 3. RT-kortisto, RT Rakennustietosäätiö RTS ja Rakennustieto Oy 008. s. 4. Rakenteiden kuormitusohjeet, RIL , Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y., Helsinki 1997, 185 s. 5. Teräs Cd-rom, Suomen Teräsrakenneyhdistys r.y. ja Tampereen ammattikorkeakoulu, Tampere Teräsrakenteiden suunnittelu SFS-EN , Suomen Standardisoimisliitto SFS, Helsinki 005, 99 s. LIITTEET 1. Kaksi WinStatik Frame Analysis ohjeman mallia pitkät sauvat ja lyhyet sauvat. TS-malli 3. Konepaja- ja asennuspiirustukset 4. Arkkitehdin kuvat 5. Piirustus- ja pulttiluettelo 6. Robot Structural Analysis ohjelmalla tehdyt liitoslaskelmat - Harjaliitos - Kehänurkka - Pilarin liittyminen perustuksiin 7. Markku Laurilan referenssilaskelmat