Puupilarien suunnittelu

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Puupilarien suunnittelu"

Ella Myllymäki
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Puupilarien suunnittelu Luennoitsija : Hannu Hirsi

2 Pilarit, vinotuet ja vetotangot? Mitä yhteistä mitä erilaista? Jäykillä pilareilla on paljon puristavaa ja taivuttavaa kuormaa : Esim. pientalojen tavalliset seinätolpat. Hoikilla pilareilla on pienempi puristava ja rakenteen lisätaipumisesta johtuen suurempi taivuttava kuorma : Esim. teollisuushallien pilarit. Vinotuilla on joko vetävää tai puristavaa kuormaa sauvoja kuormitustilanteen mukaan : Esim. rakennusten seinien ja katon vinojäykisteet. Vetotangoilla on yleensä vain vetävää kuormaa : Esim. kolminivelkehän vetotangot. N d M d = N d x e d Kaikissa on veto- tai puristusrasitus tärkeämpi kuin taivutus: Rasitukset aina oletettava epäkeskeisiksi, pilareissa on aina myös taivutusta. Rasitus on syiden suunnassa. Leikkausvoimat pieniä.

3 Beams under tension : Stresses in homegenous section under tension : s td := N A eff Design condition : If section is an assembly of many materials : Check the tension stress in every part of section. Weakenings of sections shall be taken in account: If the diameter of joint piece > 6 mm (see 5.2). Notches and holes! Remember : brittle, sensitive to the defects; ( grain slope, knots). Strength normally less than compresive strength. Volume factor. ( s = 0.12 S-kertopuulla )

4 Stiff columns : If the beam under compression has no danger for buckling : s cd := N A Design condition: if both If the compression force is not parallel to grain the strength shall be reduced: Look at the earlier lecture about beams an local effects. GL32h or GL32c? Next slide.

5 Liimapuupilarin lujuusluokka : Liimapuu alemman lujuusluokan ydinosa EI alenna taivutuslujuutta, mutta pienentää puristuslujuutta :

Many positive effects too : + Divide the forces appropriately in timber frames.

6 Timber frame structures and deformations : Significant deformations due to compresive forces possible : In Platform houses remarkable deformations. In Balloon houses much less. Many positive effects too : + Divide the forces appropriately in timber frames. + Utilize easy and reliable carpentry joints. + Increase the tightness of timber frame. If there is a long chain of joints in many parts, problems can be met in timber structures. Muista sinä käyttää kehäpalkkia

7 Studs on timber planks : Ex. ASTM: Indentation = suunniteltu painauma. Painumaa voi rajoittaa jännityksiä rajoittamalla. Forces : Stresses :

puupilarin (suora pilari) reunaehtojen merkitystä

8 Esimerkki : Puisen elementin nurjahduskoe laboratoriossa: Kokeella havainnollistetaan nurjahtavan puupilarin (suora pilari) reunaehtojen merkitystä rakenteen toiminnan kannalta. Mitä kokeen aikana oikeastaan tapahtuikaan?

9 The length of buckling : Nurjahdustapaus Rigid in both ends : Sauva on jäykästi kiinnitetty molemmista päistään Rigid and hinged ends : Sauva on jäykästi kiinnitetty toisesta päästään ja toisesta nivelellisesti Hinges in both ends : Sauva on nivelöity molemmista päistään Rigid and free ends : Sauva on jäykästi kiinnitetty toisesta päästään ja toisesta vapaa Teoria B10 / EC5 0,5 x L 0,7 x L 0,7 x L 0,85 x L 1,0 x L 1,0 x L 2,0 x l 2,5 x L

10 Puupilarin VKK : Pelkästään sauvan suuntainen keskeinen normaalivoima P d Staattinen malli Sahatavarapilari kiinnitettynä nauloilla alajuoksuun ja yläjuoksuun tai esim. palkkiin L Molemmista päistään nivelellisesti kiinnitetty nurjahduspituus L c =1,0 L

11 Puupilarin VKK jatkuu... Pelkästään sauvan suuntainen keskeinen normaalivoima P d Staattinen malli Alkuepäkeskisyys L/400 Esim. liimapuupilari kiinnitettynä pilarikengällä, (liimatuin teräsruuvein) perustuksiin L Yläpäästään nivelellisesti kiinnitetty Alapäästään jäykästi kiinnitetty nurjahduspituus L c =0,85 L

12 Puurakenteen VKK jatkuu... Sauvan suuntainen keskeinen normaalivoima ja taivuttava esim. tuulikuorma q d P d Staattinen malli Alkuepäkeskisyys L/400 Sahatavarapilari kiinnitettynä nauloilla alajuoksuun ja yläjuoksuun tai esim. palkkiin L Molemmista päistään nivelellisesti kiinnitetty nurjahduspituus L c =1,0 L

13 Examples of the Timber columns : Savonlinnan musiikkitalo Sibeliustalo Lahdessa.

14 Centrally compressed columns and buckling: If the structure is slender and centrally compressed its stresses shall be calculated from the formula: N s cd := A In design codes the reduction coefficient k C can be calculated by slenderness factor: l := L c i L c = nurhadussuunnan mukainen nurjahduspituus. i := I A

15 Buckling formulas for timber columns : Centrally loaded compressed column, Euler s a critical buckling load (in practice a good approximation) : P kr := p 2 ( EI) L 2 Eulerin kaavasta näkyy hyvin kuinka nurjaduskuorma on kääntäen verrannollinen nurjahduspituuden neliöön. Pre excentricity and compressed columns, Perry s formula : f b + ( 1 + m) s E s kr := 2 - Øf b + ( 1 + m) s E ø Œ œ º 2 ß 2 - s E f b In slender columns the stiffness of whole column is important, the stresses are small : The notches and openings are not so important.

16 Buckling formulas continues... Euler s and Perry s formals differ only in stiff columns with small slenderness: Reduktiokerroin Perry : Euler : EC5: Ottaa huomioon lujuuskokeiden koekappaleiden hoikkuuden (myös RIL 205). (l = n. 15, l rel = 0.3, jäykän pilarin raja-arvo)

17 Buckling in RIL 120: Laskentaoletukset: E k / f ck = 230 f ck / f bk = 0,95 Service class 1 ja 2 Time duration B i = 0,289 h Excentricity: Beam. Load. Excentricity from horizontal loads. Att. : The curve with dots is the Euler s formula.

18 Buckling formulas in EC5 : Eurocode 5:n nurjahduskaavat perustuvat edellä oleviin teorioihin. Näitä on tarkennettu tietokonesimulaatioin (Blass) : Toisen kertaluvun teoria. Ottaen huomioon rakenteiden mittapoikkeamat. Eri tekijöiden välinen korrelaatio otettiin huomioon. Puun plastinen käyttäyminen otettiin huomioon. Uutena terminä otettiin käyttöön suhteellinen hoikkuus.

19 Uncentrally loaded, buckling timber columns, EC5 : Structures loaded with compression and bending stresses must be checked from formulas : l := L c i Katso edellä i := I A Ottaa huomioon mittapoikkemat

Design of the timber columns: 1. Slenderness of timber beam should be < 170 (/ 200) : Use more robust structures, think durability. 2. Calculate the buckling length and slenderness correctly : Joints in timber columns are always semi-rigid.

20 Design of the timber columns: 1. Slenderness of timber beam should be < 170 (/ 200) : Use more robust structures, think durability. 2. Calculate the buckling length and slenderness correctly : Joints in timber columns are always semi-rigid. 3. Use realistic value for excentricity : Timber constructions are not very precisely assembled. 4. Be careful with two axial bending moments and compression : Design the structural system correctly! 5. Be careful with buckling of beams in trusses : Use supporting secondary structures properly.

Samankaltaiset tiedostot

AALTO / ENG / R RAK WS II Lecture 2. Wooden columns. Otaniemi /22/2015 WS II 1. Joint solution... WS II

AALTO / ENG / R RAK WS II Lecture 2. Wooden columns. Otaniemi /22/2015 WS II 1. Joint solution... WS II AALTO / ENG / R RAK - 43.3121 WS II Lecture 2. Wooden columns. Otaniemi 2015 9/22/2015 WS II 1 Joint solution... WS II 1 Centrally compressed columns and buckling: If the structure is slender and centrally