Tutkintotyö: TERÄSRAKENTEISEN HALLIN RAKENNESUUNNITTELU JA MALLINNUS. LIITE 1: Risto Liljan harjoitustyön lähtötiedot, (3 sivua)

Transkriptio

1 TMPEREEN MMTTIKORKEKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Ville Jokela Tutkintotyö: TERÄSRKENTEISEN HLLIN RKENNESUUNNITTELU J MLLINNUS LIITE : Risto Liljan harjoitustyön lähtötiedot, (3 sivua)

2 TMK / R6/5 Teräsrakenteiden jatkokurssi Varastohallin rakennesuunnittelu Suoritusvaatimukset Projektityö tehdään henkilökohtaisena työnä. Opintojakson arviointi perustuu projektityöhön. Opiskelija palauttaa työnsä henkilökohtaisesti opettajalle työn valmistuttua. Varaa palautukseen aikaa noin tunti. Palautuksessa voit joutua esittämään jokaisen aihepiirin kohdalta: ilmiö, miksi tehty tai miksi ei tehty? mitä tehty? ja miten tehty?. Sekä itse työ että palautustilaisuus vaikuttaa arviointiin. Sovi palautusajankohta opettajan kanssa esim. sähköpostilla. Kaikille yhteiset kohteen yleistiedot Henkilöittäin muuttuvat tiedot Suunniteltava kohde on suorakaiteen muotoinen teräsrunkoinen ja teräsvaippainen varasto/toimistorakennus Basic Fasion. Suunnittelun lähtökohtana ovat arkkitehdin rakennuspiirustukset, jotka löytyvät kansiossa argon/teaching material/lilja Risto/I3_4/teras_jk_syksy5/ark. Tässä työssä suunnitellaan vain varasto-osuus 7-8/-C. Muuta omiin suunnitelmiisi modulit 7-8 moduleiksi -. Huom! viimeinen moduliväli on yhtä suuri kuin edeltävätkin välit. Kaikki rakennuksen korkeussuuntaiset mitat otetaan ark-piirustuksista. Rakennuksen kaikkien pilareiden pohjalevyn alapinnan korko on +7.7 Rakennus sijaitsee Rovaniemellä teollisuusalueella tasaisella maastoalueella Varaston osuudella rakennuksen on poikkisuunnassa jäykistetty pilari/ristikko kehärakenteella. Katon pituussuuntaisen jäykistyksen hoitaa molemmissa päädyissä kattotason suuntaiset ja numeromodulivälien korkuiset sekä rakennuksen leveyden pituiset putkipalkkiristikot. Em. ristikoilta tulevat rakennuksen pituussuuntaiset voimat siirretään pitkien sivujen seinien putkipalkkisitein perustuksiin. Ristikot ja kaikki jäykistävät vinositeet ovat putkipalkkirakenteisia. Pilarit ovat pitkillä sivuilla putkipalkkirakenteisia ja kiinnittyvät jäykästi perustuksiin. Päädyissä kantavan rungon muodostavat HE-pilarit ja IPE-päätypalkit. Päätypilarit kiinnittyvät jäykästi perustuksiin (mitoituksessa käytetään nivelkiinnitystä). Päätypalkit mitoitetaan jatkuvina palkkeina, kuljetus- ja asennustekniset seikat huomioiden. Päätypilareiden ja -palkkien väliset liitokset ovat nivelisiä. Yläpohjan rakenne on: kantava teräspoimulevy + eristys + huopa. Poimulevy ei toimi jäykistävänä rakenneosana. Ulkoseinä on teräsohutlevysandwichrakenteinen (Paroc tai Panel). Rakennuksen tulee täyttää lämpimän tilan lämmöneristysvaatimukset. Rakennuksessa ei ole ääneneristysvaatimuksia = syntymäpäivän päivä BB = syntymäpäivän kuukausi CC = nimipäivän päivä Moduliväli pituussuunnassa: 4, m + ((3-)/3) 3 m = 4,8m pyöristys pyöristyssääntöjen mukaan lähimpään 6M-modulijakoon Rakennuksessa pituussuuntaisia modulivälejä kpl => modulit - -C moduliväli: 6,4m +,6m BB = m

3 TMK / R6/5 Teräsrakenteiden jatkokurssi Pilari/ristikko liitos: o BB 6 => jäykkä liitos o BB > 6 => nivel liitos Ristikon tyyppi: o CC 5 => harjaristikko o CC >5 => laperistikko Rakennelaskelmat ja suunnitelmat Rakennelaskelmat tehdään siististi, joko käsin tai tekstinkäsittelyohjelmalla. Laskelmissa noudatetaan Teräsrakenne CD-rom:n Suunnittelu/Runkosuunnittelu/Mitoitus/Taulukon otsikointia ja numerointia. Laskelmien sisältö tulee olla sellainen, että kuka tahansa teräsrakenteiden mitoitusta ymmärtävä henkilö pystyy pelkästään laskelmista päättelemään vaivattomasti niiden oikeellisuuden. Kantava runko: Työssä tehdään rakennesuunnittelun tärkeimmät osatehtävät: Runkotyypin valinta ja rakenneosien laskenta: o Pääpilari, myös palomitoitus o Päätypilari o Ristikko, myös palomitoitus o Päätypalkki Rakennuksen jäykistyksen suunnittelu ja laskenta: o Yläpohjan jäykistys o Pilari/ristikko kehä poikkisuuntaan o Seinien vinosidejäykistys pituus ja poikkisuuntaan (päädyssä) Liitokset (hitsit, ruuvit, mitat): o Ristikkopilarin liitos perustukseen o Ristikon liitos pilariin o Seinän vinositeen liitos Kuoret: HUOM! Kestävyyden tai muodonmuutoksen käyttöaste jokaisella rakenneosalla tulee olla mitoittavimman kriteerin osalta 8%-%, poislukien nurkkapilarit ja vähiten rasitetut vinositeet. Kantavan katon poimulevyn mitoitus taulukoilla Seinien sandwich elementtien mitoitus (elementti => taulukoilla ja kiinnitykset => käsin). Tekniset asiakirjat Työssä tehdään seuraavat tarjousvaiheen piirustukset siististi käsin tai autocadillä mittakaavaan:. sennuspiirustukset Runko: tasopiirustus kattotasosta, jossa näkyy kattotason rakenneosat ja pilarit: autocadillä tai käsin piirtäen poikittaisleikkaus kehältä ja toisesta päädystä: autocadillä tai käsin piirtäen liitokset (hitsit, ruuvit, mitat): o Ristikkopilarin liitos perustukseen o Päätypilarin liitos perustukseen o Ristikon liitos pilariin o Päätypilari/päätypalkki o Tuuliside/pilari. Kokoonpanopiirustukset (toteutuspiirustus) Ristikkopilari: autocadillä tai käsin piirtäen 3. Varusteluosapiirustukset (toteutuspiirustus) Ristikkopilarin pohjalevy: autocadillä tai käsin piirtäen

4 TMPEREEN MMTTIKORKEKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Ville Jokela Tutkintotyö: TERÄSRKENTEISEN HLLIN RKENNESUUNNITTELU J MLLINNUS LIITE : Win-stat kehäohjelman malli, (8 sivua)

5 Rakennustekniikka TMK (7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Solmupisteet Tuennat Sauvat Nimi X (m) Y (m) X Y M F F F F F F Nimi Solmu Solmu lku- (L=Nivel) (L=Nivel) käyr. Ei 3 Ei Ei 4 5 Ei Ei Ei Ei 8 7 Ei 9 5L Ei 4 Ei 4 7 Ei 7 Ei 3 3 Ei Ei 5 6 L Ei 6 3L Ei 7 3 Ei Ei Ei 6 8 Ei 8 9 Ei 9 Ei 3 Ei 4 4 Ei Ei Ei 7 7 8L Ei 8 5L L Ei 9 L L Ei 3 L 3L Ei 3 4L 3L Ei 3 4L 6L Ei 33 6L 7L Ei 34 7L 9L Ei 35 L 9L Ei 36 L L Ei 37 L 3L Ei 38 3L 5L Ei 39 6L 5L Ei 4 6L 7L Ei 4 L 7L Ei 4 4L 5L Ei 43 7L 8L Ei 44 L L Ei 45 3L 4L Ei

6 Rakennustekniikka TMK (7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Solmupisteet Sauvat

7 Rakennustekniikka TMK 3(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Poikkileikkaus/sauva Sauva Poikkileikkaus Suunta Pituus (m) Paino (kg) KKR 5x5- / S355JG3 x-x KKR 5x5- / S355JG3 x-x KKR 8x6-4 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5- / S355JG3 x-x KKR 5x5- / S355JG3 x-x KKR 8x6-4 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR 5x5-5 / S355JG3 x-x KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x8-5 / S355JG3 y-y KKR x8-5 / S355JG3 y-y KKR x6-5 / S355JG3 y-y KKR x6-5 / S355JG3 y-y KKR x6-5 / S355JG3 y-y KKR x6-5 / S355JG3 y-y KKR x8-5 / S355JG3 y-y KKR x8-5 / S355JG3 y-y KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x-3 / S355JG3 x-x KKR x6-3 / S355JG3 y-y KKR x6-3 / S355JG3 y-y KKR x6-3 / S355JG3 y-y KKR x6-3 / S355JG3 y-y.55.5 Yhteensä Peruskuormitus: KT Lumi % tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) 6 V V V V 3.83 V 3.83 V 3.83 V V V V V V 3.83 Peruskuormitus: KT4 Ulkoinen tuuli oikealle tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) X.9 3 X.9 X.9 6 L Y tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) 7 Y Y -. 9 Y -. Y -. Y -.

8 Rakennustekniikka TMK 4(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) Y Y Y Y Y Y X.7 6 X.7 5 X.7 Peruskuormitus: KT5 Sisäinen ylipaine tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) X L -.3 L -.3 L -.3 L L L L X.9 Peruskuormitus: KT6 Sisäinen alipaine tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) X. 5 X -. 5 L.44 4 L.44 3 L.44 L.44 L.44 L.44 9 L.44 Peruskuormitus: KT7 Pysyvä kuorma tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) 7 L.5 8 L.5 9 L.5 L.5 L.5 L.5 6 L.5 3 L.5 4 L.5 5 L.5 6 L.5 7 L.5 Omapaino Sauva q(kn/m) Omapaino Sauva q(kn/m)

9 Rakennustekniikka TMK 5(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Peruskuormitus: KT8 lkuvinous oikealle, pysyvä Solmupistekuorma Solmu Suunta P(kN) X.85 7 X.85 Peruskuormitus: KT lkuvinous oikealle, lumi Solmupistekuorma Solmu Suunta P(kN) X.3 7 X.3 Peruskuormitus: KT Tuuli päätyyn (noste) tasainen kuorma Sauva Suunta q(kn/m) L(m) L(m) Peruskuormitus Nimi Bet. 6 L. 7 L. 8 L. 9 L. L. L. L. 3 L. 4 L. 5 L. 6 L. 7 L. KT Lumi % B KT4 Ulkoinen tuuli oikealle B KT5 Sisäinen ylipaine B3 KT6 Sisäinen alipaine B4 KT7 Pysyvä kuorma B5 KT8 lkuvinous oikealle, pysyvä B6 KT lkuvinous oikealle, lumi B7 KT Tuuli päätyyn (noste) B8 Kuormitusyhdistelmä Max pos. momentti -. kertal. Nimi Yhdistelmä Tyyppi KY.*B5+.5*B Murto KY.*B5+.5*B+.75*B+.*B6+.5*B7 Murto KY3.*B5+.5*B Murto KY4.*B5+.5*B+.5*B+.*B6+.5*B7 Murto KY5 B5+.5*(B8+B3) Murto KY6.9*B5+.5*(B8+B3) Murto KY7.9*B5+.5*(B+B3) Murto KY8 B5+B Murto KY9 B5+B+.5*(B+B4) Murto KY B5+B+B6 Murto KY B5+B+.7*B+B6+.7*B7 Murto Sauva M (knm) V (kn) N (kn) Kuormitusyhdistelmä KY KY7 3 KY KY KY KY4 7 KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY4

10 Rakennustekniikka TMK 6(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Max pos. momentti -. kertal. Sauva M (knm) V (kn) N (kn) Kuormitusyhdistelmä KY KY KY KY KY KY3 Max neg. momentti -. kertal. Sauva M (knm) V (kn) N (kn) Kuormitusyhdistelmä KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY KY 4.6 KY7 43. KY KY KY Kuormitusyhdistelmä: KY

11 Rakennustekniikka TMK 7(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 9 mm.4, , , , , , , , , , , -8.8, , -., , 4.8, , , , , , , -3..9, -.6, , , -5.6, , , , , , 5.5, , , , , -., , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY

12 Rakennustekniikka TMK 8(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. mm 54.6, , 35., , ,.4, , 33.7, , 3.8, , , , , , , 4.6, , , 3., 9., 7.3, , 3.8, , , 3.9, , , , 34.4, , , , , 9.5, , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY3

13 Rakennustekniikka TMK 9(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 7 mm 57., , - 46., 46., , , , , 46., 44.9, , , , , , , , 45., , , , 46., , , 45.9, , , 45., , , , 45.9, , , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY4

14 Rakennustekniikka TMK (7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 9 mm 74.3, , 54.3, , , , 44.9, , , , , , 44.9, , , 5., 48.9, , , , 46.3, , , 55., 55.3, 56.3, , 46.6, , , 5.7, , , , , -35. Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY5

15 Rakennustekniikka TMK (7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. mm.547, , , , , , , -.66, , , , -.78, , , -.3, -.3,.568, -.568, , , -4..3, -.8, -.3, , -.66, , , , , , , ,.749, , , , ,.4,.55, , -. Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY6

16 Rakennustekniikka TMK (7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. mm.7, , , , , , , -.59, , , , -.75, , , -.7, -.98,.56, -.56, , , , -.73, -.98, , -.59, , , , , , , ,.679, , , , ,.85,.3, , -. Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY7

17 Rakennustekniikka TMK 3(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 7 mm 53.3,. 5.,. 45.,. 45., 45., 45., , , , , 45.9, , 46., , , 46., , , , , 46., 46.,. 46., , 45.7, , 45.4, , , , , 46.,.46., , ,. Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY8

18 Rakennustekniikka TMK 4(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 6 mm 4.9, , , , , , -.3.9, , , , , , , -., , 3.3, , , , , , , -.5.3, -.4, , , -3.9, , , , , , 3.8, , , , , -., , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY9

19 Rakennustekniikka TMK 5(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 7 mm 33.3, , 9.4, , , 9.669, , 8.5, -3..,.3, , , 8.5,., , , , 3.8, , , 5.7, 5., 3.9, ,.3, , ,.4, , -44.., -.3., 8.9, ,.4, , , 5.3, , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY

20 Rakennustekniikka TMK 6(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 5 mm 39., , - 3.5, 3.5, , , , , 3.4, 3.5, , , , , , , 3.7, , , , -. 3., , 3.5, , , 3.5, , , , 3.3, , 3.5, , Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad) Kuormitusyhdistelmä: KY

21 Rakennustekniikka TMK 7(7) Ram F:\Päättötyö\VJ-kehä-3-3.fra Skanska Software B 998 Muodonmuutos -. kertal. 6 mm 5., , 36.5, , , 36.5, 9.8, , , , , , , , 35.3, , , 33.6, , , , , , 37., 37., 38., , , 37., , , , 34., , , -4.8 Solmusiirtymät -. kertal. Solmu ux (mm) uy (mm) fi (rad)

22 TMPEREEN MMTTIKORKEKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Ville Jokela Tutkintotyö: TERÄSRKENTEISEN HLLIN RKENNESUUNNITTELU J MLLINNUS LIITE 3: Harjoitustyö, ( sivua) Laskenta ( sivua) Materiaaliluettelo ( sivu) Piirustusluettelo ( sivu) Piirustukset (9 sivua)

23 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Teräsrakenteiden jatkokurssi, HRJOITUSTYÖ TERÄSRKENTEISEN HLLIN RKENNESUUNNITTELU Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

24 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 SISÄLLYSLUETTELO B YLÄPOHJ...4 Lämmöneristysvaatimus...4 Rakennetyyppi...4 Lumikuorma...5 Pysyvä kuorma...5 Kantavan poimulevyn mitoitus...5 ULKOSEINÄ...7 Lämmöneristysvaatimus...7 Rakennetyyppi...7 Tuulikuorma...8 Seinäelementin mitoitus... Seinäelementin kiinnitykset...4 C PILRI/RISTIKKO KEHÄ HLLIN POIKKISUUNTN...5. Rakennemalli Rungon päämitat Jäykistys ja staattinen tasapaino Liitostyypit Profiilityyppi ja teräslaji Kuormitus Ominaiskuormat ja -kuormitus Profiilikoot alustavasti Murtorajatila, Rasitukset Kaatuminen ja liukuminen Normaalivoima Taivutusmomentti Leikkausvoima Vääntömomentti Käyttörajatila Muodonmuutosten raja-arvot Rasitukset Murtorajatila, Kestävyydet Kehät Kehän stabiilius Staattinen tasapaino Ristikon sauvojen kestävyys Liitosten kestävyys Käyttörajatila: Muodonmuutokset ja kestävyydet Taipuma Värähtely Kestävyys...78 D HLLIN TOIMINT PITUUSSUUNTN Rakennemalli Rungon päämitat Jäykistys ja staattinen tasapaino Liitostyypit Profiilityyppi ja teräslaji Kuormitus Profiilikoot alustavasti...8 Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

25 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Murtorajatila, Rasitukset Käyttörajatila Murtorajatila, kestävyydet Kehät Kehän stabiilius Staattinen tasapaino Ristikon sauvojen kestävyys Liitosten kestävyys...85 E PÄÄTYKEHÄ...9. Rakennemalli Rungon päämitat Jäykistys ja staattinen tasapaino Liitostyypit Profiilityyppi ja teräslaji Kuormitus Ominaiskuormat ja -kuormitus Kuormitusyhdistelmät Profiilikoot laskenta ohjelmilla Käyttörajatila: Muodonmuutokset ja kestävyydet Taipuma Värähtely Kestävyys F LIITELUETTELO... Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

26 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 YLÄPOHJ Lämmöneristysvaatimus U=,6W/m K Lähde: C3 ; RakMk Rakennetyyppi [ YP337 ] Lähde: isover.fi Kuva. Havainnekuva YP:n rakenteesta RKENNE YLHÄÄLTÄ LSPÄIN kumibitumikate rakennesuunnitelmien mukaan 6 mm Lämmöneriste ISOVER OL-TOP-6/U 7 mm Lämmöneriste ISOVER OL-P-7 Höyrynsulku, esim. Euratex L 35 Kantava rakenne (Rannila ) Mineraalivillaeristeet rasitusluokka R Rw ~35 db Lämmönläpäisykertoimet [W/mK] ja laskennassa käytetyt lämmönjohtavuudet: U =,6 (λ n ) U =,6 (λ d ) Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

27 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Lumikuorma s = μ s k s lumikuorma [kn/m ] s k maassa olevan lumikuorman ominaisarvo [3,kN/m ; rovaniemellä] μ lumikuorman muotokerroin [,8 ; harjakatolla] s = =,8 3,kN / m,4kn / m Lumikuorma:,4kN/m Pysyvä kuorma Rakennekerrosten aiheuttama kuorma poimulevylle Bitumikermi (ilman kivetystä) 8 kg/m,8 kn/m Isover OL-TOP-6 kg/m 3 7, kg/m,7 kn/m Isover OL-P-7 8kg/m 3 3,6 kg/m,36 kn/m Kuorma:,3 kn/m Kantavan poimulevyn mitoitus,3 kn/m Taipumarajaksi SFS-ENV :n rinnalla käytettävässä kansallisessa soveltamisasiakirjassa annetaan muotolevylle 3mm (L/6). Mitoittaessa Rannilan taulukoilla käytetään lähintä vaativampaa taipumarajoitusta (L/). Mitoitusta jatketaan MRT-tilassa Rannilan mitoitus taulukoilla. Rakenne tutkitaan: Kestävyyden Materiaalikustannuksin sennettavuus kustannuksin 48mm jännevälillä asennettavuus ei olennaisesti muutu käytettäessä 3-aukkoista poimulevyä. Tällöin päästään pienempiin kenttämomentteihin kuin aukkoisella. Pienentyneet kenttämomentit mahdollistaa riittävän kantavuuden kevyemmillä rakenteilla. Lähtötiedot: Murtorajatilan mukainen kuorma (g + q δd ):,3 +,4 =,7 kn/m,35 * (,3 +,4)kN/m = 3,65 kn/m (,3 *, +,4 *,5)kN/m = 4, kn/m (määräävä) (taulukoissa 4, -sarake) (taulukot huomioi poimulevyn omanpainon mitoituksessa) Jänneväli 4,8m Eristeen painumisen estämiseksi käytetään kapeaa laippaa tukea vasten 3-aukkoinen taulukkomitoitus, mm tukileveydellä Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

28 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi (3-aukkoinen, kapea laippa tukea vasten, mm tukileveys) Valitaan t =,mm => 3, kg/hm (,3 kn/m ) Kantavuus: 53mm (MRT), 59mm (KRT ; L/) (3-aukkoinen, kapea laippa tukea vasten, mm tukileveys) Valitaan t =,9mm =>,63 kg/hm (,6 kn/m ) Kantavuus: 495mm (MRT), 54mm (KRT ; L/) Materiaalikulun perusteella valitaan: Kuormitus: (rakenne + lumikuorma) KRT =,3 +,3 +,4 =,8 kn/m MRT = 4, +,3 *, = 4, kn/m Statiikka: Koska kyseessä on 3-aukkoinen ( kertaan hyperstaattinen rakenne), on perusstatiikka tarkistettu rakentajakalenterin mitoitustaulukoilla. Tästä on saatu tukivoimat poimulevyjä kannatteleville ristikoille (kn/m). Tasaisesti kuormitettu kolmiaukkoinen palkki antaa, -kertaisen tukireaktion, mutta jos kuormitus on kahdessa ensimmäisessä aukossa ja kolmannessa ei ole kuormitusta, kuormituskerroin kasvaa. -kertaiseksi. Tämän voi aiheuttaa esimerkiksi lämpövuoto, joka sulattaa pellin päältä paikallisesti lumikuorman. Vastaavasti ristikot eivät ole kolmella jaollisia joten ainakin yksi levy on aukkoinen. kaksi aukkoisuus aiheuttaa tasaisellakin kuormalla. kertaisen kuorman keskimmäiselle tuelle. Pd = qd L Ω = 4,kN / m 4,8m, = 4,kN / m (vrt. -aukkoinen rakenne: kn/m) Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

29 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 B ULKOSEINÄ Lämmöneristysvaatimus U =,5 W/m K Lähde: C3 ; RakMk Rakennetyyppi Lämmöneristysvaatimukseen ja 75 R5:n mitoituskäyrästön puuttumisen johdosta valitaan käytettäväksi: Rannila Panel 3Lock: R5 Lähde: Rannila Taulukko Ulkoseinäelementin ominaisuuksia. Kuva. Sokkelin periaatekuva. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

30 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Tuulikuorma Tuulikuorman määrittämisessä käytetään RIL-999. Lähtötiedot: Maastoluokka: 3 Rakennuksen muoto: 5,8m * m,,5m korkealla seinällä. Sisäisen paineen altistumiskertoimina käytetään RIL-999:n kohta 4:n antamia arvoja: Cpi =,8 (ylipaine) Cpi = -,5 (alipaine) Kuva 3. Nopeuspaineen määritys Kuva 3:n käyrästöstä saadaan nopeuspaine maastoluokassa III,,5 metrin korkuiselle seinälle: q k =,5 kn/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

31 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 RIL :n kappaleen 4.7.:n (pohjaltaan suorakulmaisten rakennusten pystysuorat seinät) kuvailee altistumiskertoimet ja niiden koot. Huomioiden kohteen mitat saadaan: a = 5,8m, b = e/5 = 4m (e, on lyhyen sivun pituus = m) c = 4/5e = 6m d = 5,8m Ulkoinen paine W e = q k * C pe W e = Tuulen tehokas paine [kn/m ] q k = Nopeuspaine [ kn/m ] W e-a =,5 *,8 =,4 kn/m C pe = ltistumiskerroin (ulkona) W e-b =,5 * (-,) = -,5 kn/m Tuulensuunta on a -seinään W e-c =,5 * (-,8) = -,4 kn/m W e-d =,5 * (-,3) = -,5 kn/m Kuva 4. RIL:n malli ulkoisen paineen altistumiskertoimista sovellettuna kohteeseen. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

32 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 RIL-999:n kappaleen kohta 4:n mukaan, umpinaisille rakennuksille, joissa on sisäväliseiniä ja avautuvia ikkunoita voidaan käyttää altistumiskertoimien arvoina: Cpi (ylipaine) =,8 Cpi (alipaine) = -,5 Sisäinen paine (ylipaine) W i = q k * C pi W i = Sisäinen paine [kn/m ] q k = Nopeuspaine [ kn/m ] W i =,5 *,8 =,4 kn/m C pi = ltistumiskerroin (sisällä) Kuva 5. RIL:n malli sisäisen ylipaineen altistumiskertoimista sovellettuna kohteeseen. Sisäinen paine (alipaine) W i = q k * C pi Wi =,5 * (-,5) = -,5 kn/m Kuva 6. RIL:n malli sisäisen alipaineen altistumiskertoimista sovellettuna kohteeseen. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

33 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Nettopaine (ylipaine) a =,4 -,4 = kn/m b = -,5 -,4 = -,9 kn/m c = -,4 -,4 = -,8 kn/m d = -,5 -,4 = -,55 kn/m Kuva 7. Malli kohteen nettopaineen altistumiskertoimista ylipaine -tilassa. Nettopaine (alipaine) a =,4 +,5 =,65 kn/m b = -,5 +,5 = -,5 kn/m c = -,4 +,5 = -,5 kn/m d = -,5 +,5 =, kn/m Kuva 8. Malli kohteen nettopaineen altistumiskertoimista alipaine -tilassa. Talon päädyssä seinäelementit on pahimmillaan rasitettu -,9 kn/m (vetävällä) tuulenpaineella ja tuettu HE (k5) pilareilla. Pitkällä sivulla seinät on pahimmillaan rasitettu,65 kn/m puristavalla tuulenpaineella ja tuettu 5*5* (k48) pilareilla. Mitoittavaksi muodostuu,9 kn/m vetävä tuulenpaine elementille ja sen kiinnityksille. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

34 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Seinäelementin mitoitus Lähtötiedot: Jänneväli: 5mm Rakennetyyppi: Rannila Panel R5 Kuorma: 9 kg/m (ilman varmuuskertoimia) Tukileveys: 6mm Kuva 9. Rannila Panel tukireaktio kapasiteetit (sisältää varmuuskertoimen,875) Taipumaraja taulukko sisältää varmuuskertoimen, Kuva. Rannila Panel taipumaraja L/ Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

35 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Rannilan mitoituskäyristä huomataan Panel R5:n kestävän sekä tukireaktiokapasiteetiltaan (MRT) (kuva 9) että taipumakapasiteetiltaan (KRT : L/) (kuva ). Taulukko. Ulkoseinäelementin ominaisuuksia. Rannila Panel 3Lock Paksuus (mm) Paino (kg/hm) Hyötyleveys Maksimipituus, mm R75 35, Rannilan seinäelementille on asetettu viivakuorma rajaksi,5 kn/m (kts. kuva ). Rakennuksen lyhyellä päädyllä (moduuliväli -C) tolppajako on 5 metrin välein. Seinän korkeus on,5 m. Paino:,5 m * 35, kg/hm = 3,7 kn /jm >,5 kn/m. Seinäelementit tulee kiinnittää itsekantavaksi (kts. kuva ). Kuva. Seinäelementin viivakuormaraja. Kuva. Elementin kiinnitys hallin päätykehään. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

36 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Seinäelementin kiinnitykset Lähtötiedot: Elementin paksuus mm Tukileveys 6mm Jänneväli 5m [ L ] Elementin korkeus, m [ h ] Elementin kuoripellin paksuus,6mm (,55mm sarake) Kiinnitysalustan paksuus 5, mm kevyt elementin teräslaji S3GD SXC, kevyt elementin teräslaji S3GD Vetokestävyydeksi saadaan lähtöarvoilla 65 N / Ruuvi (Lähde: TRY-68- Varmennettu käyttöseloste) Seinäelementtiä irrottava negatiivinen tuulikuorma: P = h * ½L * Pk =,m *,5m *,9 kn/m =,7 kn / Pääty Otetaan ruuvia / pääty: 3,3 kn ( >,7 kn ) ; ok Paikallisen läpi puristuman välttämiseksi laitetaan 3 ruuvia/pääty. Ruuvi Kun ei tiedetä ympäristöluokkaa, käytetään vaikeita olosuhteita C4:sta. Ruuviksi valitaan: SXC4-S9-5,5*4 ( 3kpl / pääty ) Kuva 3. Havainnekuva kiinnitysruuvista. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

37 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 C PILRI/RISTIKKO KEHÄ HLLIN POIKKISUUNTN. Rakennemalli Jäykkä harjaristikko nivelisesti kiinnitettynä perustuksiin. Kuva 4. Kehä-ristikon mittoja.. Rungon päämitat -C moduliväli m Harjansuuntainen moduliväli 4,8m Vapaasisäkorkeus 7,55m Kuva 5. Kehä-ristikon solmupisteiden koordinaatit Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

38 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Jäykistys ja staattinen tasapaino Rungon poikkisuuntainen jäykistys tuulen ja epäkeskeisyyden aiheuttamia vaakavoimia vastaan otetaan jäykästi kiinnitetyllä kehällä..3. Liitostyypit Tehtävänannon mukaisesti valitaan tilanteeseen muokattu S-T-36 Jäykkäliitos (kts. kuva 6). Kuva 6. Ristikon kiinnitys pääpilariin. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

39 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Profiilityyppi ja teräslaji Kuva 7. Kehä-ristikon sauvojen positio numerointi Taulukko 3. Kehä-ristikon sauvojen profiilit win-stat mallissa Sauvat Positiot Profiili Paino PL Pääpilarit,,5,6 5*5* 57, kg/m / lapaarre 4,8,9-5 5*5*6 6,4 kg/m Yläpaarre 6-7 5*5*6 6,4 kg/m pystypilarit 4-45 *6*4,5 kg/m / diagonaalit 8-3, 39-4 **4 4,3 kg/m 3-3, *8*4,7 kg/m / *6*4,5 kg/m / sekundäärit 3,7 8*8*4 7,97 kg/m / Profiilien suunnat: Ristikkokehän mastopilarit on laskettu vahvempi suunta hallin poikkisuunnassa ja ristikon pysty-, sekä diagonaalisauvat on laskettu vahvempi suunta hallin pituussuunnassa. Profiilit 3 ja 7 ovat valittu taivutusvastukseltaan todellisia rakenteita vastaavaksi Winstat:n taipuma laskentaa varten (vrt. kuva 8). Profiilien taivutusvastus on laskettu seuraavilla sivuilla. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

40 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Pääpilarien jatkokset Kuva 8. Pääpilarin jatkos edestä ja sivusta. Kuva 9. Pääpilarin jatkos ylhäältä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

41 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Jatkosten taivutusvastus Kappaleen taivutusvastus johdetaan Steinerin säännöstä. ) Kappaleen painopisteen etäisyys Z akselista (kuva 9) r + r mm mm 5mm + mm 5mm 35mm P = = = 5mm + mm mm + mm 5mm ) Osien painopisteiden etäisyys kappaleen painopisteestä (kuva ) Kuva. Osien P.P:n etäisyys kappaleen P.P:stä. a = P r = 5mm 5mm = mm a = r P = 35mm 5mm mm = 3) Kappaleen osien jäyhyysmomentti 3 3 I P = I + a = + = 7 mm I P = I + a = + 5 = 68 mm 4) Kappaleen taivutusvastus 4 W I 7 3 P 3 3 P = = = 4,4 mm (e = kappaleen äärireunan etäisyys P.P:stä) e 5 I 68 3 W mm 3 P P = = = 3,5 e 45 3 W = W W = 8 mm Jatkosta taivutusvastukseltaan vastaavaksi valitaan 9*9*,5 (W=8x 3 mm 3 ). Käytettessä Win-stat ohjelman profiileja, valitaan 8*6*4 (W=6,99x 3 mm 3 ). Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

42 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi Kuormitus Tarkasteltaessa ristikoille tulevaa kuormaa on huomioitava YP:n muotolevyn 3- aukkoisuudesta aiheutuva suurempi tukireaktio sisemmille tuille. (kts. kuva ). Kuva. Muotolevyn ja ristikoiden välinen vkk. Tästä syystä on eri kuormitustapaukset tarkasteltava -kertaan hyperstaattisen rakenteen välityksellä. Tarkastelun selventämiseksi tulokset on esitetty Pupax mitoitusohjelmalla (ilman varmuuskertoimia) kohdassa.5. Ominaiskuormat ja - kuormitus. Käsin laskennalla on havainnollistettu -aukkoisen rakenteen tukireaktiot vastaavilla kuormituksilla. Eri kuormitustapauksia verrattaessa havaitaan 3-aukkoisen kuormittavan keskimäärin, -kertaisella tukireaktiolla sisempiä tukia. % kasvu ristikon kuormituksessa tulee huomioida ristikon ja kehän mitoituksessa. Ristikoiden lukumäärä ei ole kolmella jaollinen joten ainakin yksi muotoprofiili levy on aukkoinen. Tämä aiheuttaa tasaisellakin kuormituksella, kertaisen kuormituksen..5. Ominaiskuormat ja -kuormitus Omapaino (3-aukkoisuus) YP:,43 kn/m (muotopellin kanssa, ilman ristikon omaa painoa) Seinä: 3,7 kn/jm (-aukkoinen rakenne) Rakenne:,3 kn/m (ilman muotopeltiä) Hyötypaino (3-aukkoisuus) Hyötykuorma: kn/m (ei ole) Lumikuorma: 3,83 kn/m (laskettu Pupax-ohjelmalla) Tuulikuorma:,48 kn/m (,4x, => kerroin, katon tuulelle) Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

43 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kuormitustapaukset KT ( lumi % ) Kuva. %:n lumen kuormitusmalli Lumikuorma (%):,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 3. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) s = μ sk L =,8 3,kN / m 4,8m,5kN / m = Ristikolle tuleva tukivoima: 3,83kN/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

44 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus / Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT ( lumi 5% / % ) Kuva 4. 5% / %:n lumen kuormitusmalli Lumikuorma (5%):, kn/m Lumikuorma (%):,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 5. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) L 4,8 s = μ sk =,8 3,kN / m m = 5,76kN / m (5% Lumi) Ristikon tukivoima (5% lumi): Ristikon tukivoima: (% lumi): 6,9 kn/m 3,83kN/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

45 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT3 ( lumi % / 5% ) Kuva 6. % / 5% :n lumen kuormitusmalli Lumikuorma (5%):, kn/m Lumikuorma (%):,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 7. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) L 4,8 s = μ sk =,8 3,kN / m m = 5,76kN / m (5% Lumi) Ristikon tukivoima (5% lumi): Ristikon tukivoima: (% lumi): 6,9 kn/m 3,83kN/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

46 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT4 ( ulkoinen tuuli pitkään sivuun oikealle) Kuva 8. Ulkoisen tuulen kuormitusmalli Tuulensuunta on a -seinään h p =,m h = 9,3m h p /h, e = (h + h p ) = m a = h + h p =,5m b = e/5 = h/5 = m c = e/-b = 8m d = m b+c = m a = a =,5m W e = Tuulen tehokas paine [kn/m ] W e = q k * C pe *( Ω) q k = Nopeuspaine [ kn/m ] C pe = ltistumiskerroin (ulkona) Ω = Hyperstaattisuus kerroin [,] (vain 3-aukkoisessa tilanteessa) W e-a =,5 *,8 * 4,8m =,9 kn/m W e-b =,5 * (-,) * 4,8m *, = -3,46 kn/m W e-c =,5 * (-,7) * 4,8m *, = -, kn/m W e-d =,5 * (-,) * 4,8m *, = -,576 kn/m W e-a =,5 * (-,3) * 4,8m = -,7 kn/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

47 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT5 ( sisäinen positiivinen paine ) Kuva 9. Sisäisen positiivisen ilmanpaineen kuormitusmalli Tuulikuorma (pos. paine):,8 * q =,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 3. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) W up =,8 q L =,8,5kN / m 4,8m =,9kN / m Ristikon tukivoima (pos. paine): Seinän tukivoima (pos. paine):,3 kn/m,9 kn/m Huom. 3-aukkoisuus on vain YP:ssä ja seiniin kohdistuva tukireaktio on -aukkoisen rakenteen välityksellä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

48 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT6 ( sisäinen negatiivinen paine ) Kuva 3. Sisäisen negatiivisen ilmanpaineen kuormitusmalli Tuulikuorma (pos. paine):,8 * q =,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 3. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) W np =,8 q L =,5,5kN / m 4,8m =,kn / m Ristikon tukivoima (neg. paine): Seinän tukivoima (neg. paine): -,44 kn/m -, kn/m Huom. 3-aukkoisuus on vain YP:ssä ja seiniin kohdistuva tukireaktio on -aukkoisen rakenteen välityksellä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

49 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT7 ( pysyvä kuorma ilman ristikon painoa ) Kuva 33. Pysyvän kuorman kuormitusmalli (ilman ristikon painoa) Kuva 34. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) P k = q L =,43kN / m 4,8m =,kn / m Ristikon tukivoima:,5 kn/m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

50 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT8 ( kehän alkuvinous oikealle pysyvällä kuormalla ) Kuva 35. Kehän alkuvinouden kuormitusmalli oikealle pysyvällä kuormalla Kuva 36. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) P k = q L =,43kN / m 4,8m =,kn / m Ristikon tukivoima:,5 kn/m Kehän alkuvinoudesta aiheutuva ristikkoa kaatava vaakakomponentti laskettuna 3- aukkoisen rakenteen välittämillä rakenne kuormilla oikealle: k c =,5 + =,5 + =,74 n c k s =, + =, + =,954 nk φ =/ φ = k cksφ =,378 φ F =,378 (,5kN / m m) =, 854kN Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

51 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT9 ( kehän alkuvinous vasemmalle pysyvällä kuormalla ) Kuva 37. Kehän alkuvinouden kuormitusmalli vasemmalle pysyvällä kuormalla Kuva 38. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) P k = q L =,43kN / m 4,8m =,kn / m Ristikon tukivoima:,5 kn/m Kehän alkuvinoudesta aiheutuva ristikkoa kaatava vaakakomponentti laskettuna 3- aukkoisen rakenteen välittämillä rakenne kuormilla vasemmalle: k c =,5 + =,5 + =,74 (, => OK) n c k s =, + =, + =,954 (, =>,) nk φ =/ φ = k cksφ =,378 φ F =,378 (,5kN / m m) =, 854kN Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

52 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT ( kehän alkuvinous oikealle lumi kuormalla ) Kuva 39. Kehän alkuvinouden kuormitusmalli oikealle täydellä lumikuormalla Lumikuorma (%):,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 4. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) s = μ sk L =,8 3,kN / m 4,8m,5kN / m = Ristikolle tuleva tukivoima: 3,83kN/m Kehän alkuvinoudesta aiheutuva ristikkoa kaatava vaakakomponentti laskettuna 3- aukkoisen rakenteen välittämillä lumikuormilla oikealle: k c =,5 + =,5 + =,74 n c k s =, + =, + =,954 nk φ =/ φ = k cksφ =,378 φ F =,378 (3,83kN / m m) =, 3kN Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

53 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT ( kehän alkuvinous vasemmalle lumi kuormalla ) Kuva 4. Kehän alkuvinouden kuormitusmalli vasemmalle täydellä lumikuormalla Lumikuorma (%):,4 kn/m Jänneväli: 4,8 m Kuva 4. Pupax:n antamat tulokset -aukkoisena (vertailuksi) s = μ sk L =,8 3,kN / m 4,8m,5kN / m = Ristikolle tuleva tukivoima: 3,83kN/m Kehän alkuvinoudesta aiheutuva ristikkoa kaatava vaakakomponentti laskettuna 3- aukkoisen rakenteen välittämillä rakenne kuormilla vasemmalle: k c =,5 + =,5 + =,74 n c k s =, + =, + =,954 nk φ =/ φ = k cksφ =,378 φf =,378 (3,83kN / m m) =, 3kN Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

54 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 3/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KT ( tuuli päätyyn => noste ) Kuva 43. Hallin päätyyn kohdistuvan tuulenpaineen kuormitusmalli (noste) ristikko joutuu katolle tulevan negatiivisen tuulen nostamaksi. Taulukosta 4 saadaan C pe arvo. C pe käytetään kun pinta-ala >m. Taulukko 4. Tuulen vyöhykkeen muotokerroin. Nostava voima: q n = s L C pe Ω s = Tuulen nopeuspaine (,5kN/m ) L = ristikoiden jakoväli (4,8m) C pe = Tuulen muotokerroin (alue h) (-,7) Ω = 3-aukkoisen tukireaktio kerroin (,) q n =,5kN / m 4,8m (,7), =,kn / m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

55 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 33/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Kuormitusyhdistelmät Koska rakenne on symmetrinen, rakennetta ei tarvitse tutkia molempiin suuntiin. Staattinen tasapaino (kaatuminen) Rakenteen kestävyys (sauvojen kestävyys) Kuitenkin vähintään kun Q <,G ) Kestävyysmitoitus (MRT) Tavoite on löytää rakenteen jokaisen sauvan maksimi momentti ja normaalivoima. Käytettäessä kahtatoista erilaista kuormitustapausta saadaan tuhansia erilaisia yhdistelmiä. Yhdistelmien rajaamiseksi otamme näistä pahimmat yhdistelmät. Yhdistelmät komponentit selite KY KT7 + KT talvi alas (lumi) KY KT7 + KT +,5*KT4 + KT8 + KT talvi oik. (lumi) KY3 KT7 + KT4 kesä oik. (tuuli) KY4 KT7 +,7*KT + KT4 + KT8 + KT talvi oik. (tuuli) KY5 KT7 + KT + KT5 noste ) Staattinen tasapaino (MRT) Tavoite on löytää ne voimat jotka pyrkivät kaatamaan rakennusta Yhdistelmät komponentit selite KY6 KT7 + KT + KT5 noste KY7 KT7 + KT4 + KT5 kaatuminen 3) Käyttörajatila (KRT) Tavoitteena löytää maksimi taipuma ristikolle ja maksimi rakennuksen siirtymät vaakatasossa. Yhdistelmät komponentit selite KY8 KT7 + KT talvi alas (lumi) KY9 KT7 + KT +,5*KT4 +,5*KT6 talvi oik. (lumi) KY KT7 + KT4 kehän siirtymä KY KT7 + KT4 +,5*KT lumi + tuuli Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

56 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 34/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Profiilikoot alustavasti Jäykkä ristikko on alustavan profiilikoon määrityksen kannalta verrattavissa aukkoiseen palkkiin. Laskennassa haetaan palkin yläpinnan puristusta ja alapinnan vetoa. Näihin arvoihin päästään käsiksi kuormitusten aiheuttaman maksimi momentin kautta. Maksimi arvojen saamiseksi käytetään KY:stä (täyslumi + pysyvä kuormitus). Ristikon yläpaarteen kuormitus P = γ q + γ q =,,5kN / m +,5 3,8kN / m = 3,7kN d k l / Kuormituksesta aiheutuva momentti jännevälin puolessa välissä (maximi) Pd l 4kN / m ( m) M d = = = knm 8 8 Normaalivoima momentin ja palkin korkeuden (h=,7m) suhteen. M d knm Nd = = = 76kN h,7 m Yläpaarre Lisätään % normaalivoimaa yläpaarteelle. Tämä on arvioitu taivutuksen aiheuttama osuus sauvan kapasiteettiä heikentävänä. Suhteutettu normaalivoima N = Nd Ω = 76kN, 847kN max = m Puristetun sauvan kapasiteettiä tutkitaan sen nurjahduskestävyyden kautta. Nivelisesti kiinnitetyssä sauvassa nurjahduspituutena on sauvan oma pituus vrt kuva 44 ( L c = L ). Sauvan oma pituus on otettu diagonaalien ja yläpaarteen keskiviivojen leikkauspisteistä. Yläpaarteen tarkastelussa valitaan pisin nurjahdustueton sauva, eli tässä mallissa sauvat 7 ja 6. Kuva 44. Sauvan staattinen malli Sauva mitoitetaan alustavasti rautaruukin putkipalkkikäsikirjan taulukko 9..:llä. Yläpaarteen (7) kapasiteetti Profiili: 5*5*6 Taulukko L c m Kapasiteetti: 946 kn (ok) lapaarteen valitaan sama profiili. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

57 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 35/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Puristettu diagonaali Jäykän ristikon ensimmäinen diagonaali on eniten puristettu KY:ssä. Puristavaan voimaan päästään käsiksi leikkausvoiman ja siitä tarvittavan sauvan suuntaisen resultantin avulla. Maximi leikkausvoima Pd l 4kN / m m Vd max = = = 4kN Normaalivoiman määritys V Vd = 4kN 339kN max = Sauva mitoitetaan alustavasti rautaruukin putkipalkkikäsikirjan taulukko 9..:n mukaan. Diagonaalin (8) kapasiteetti Profiili: **4 Taulukko L c : m Kapasiteetti: 475, kn (ok) Kuva 45. Ensimmäinen diagonaali. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

58 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 36/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Murtorajatila, Rasitukset.. Kaatuminen ja liukuminen Kehää kaatavat voimat (KY7) Tuulenpaine (tuulenpuoleinen seinä) (F ) Tuulenpaine (tuulensuojainen seinä) (F 5 ) Sisäinen positiivinen paine (F 6 ) Katon negatiivinen tuulenpaine (F, F 3, F 4 ) Kuva 46. Tuulen kaatava momentti tukipisteen suhteen: Tuulesta aiheutuva kaatava voima M at = γ q( F a + Fa + F3a 3 + F4a 4 + F5 a5 + F6 a) F a = 4,8m,5m,4kN / m 5,5m = 5, 84kNm F a = 4,8m m,6kn / m 9m = 9, 44kNm F3 a3 = 4,8m 8m,35kN / m 4m = 88, 6kNm F4 a4 = 4,8m m,5kn / m 5m = 36kNm F5 a5 = 4,8m,5m,5kN / m 5,5m = 39, 69kNm F a = 4,8m m,4kn / m m 384kNm 6 6 = M at = 94, 7kNm lkuvinoudesta aiheutuva kaatava voima Rakenne: φ F =,378 (,5kN / m m) =, 854kN Lumi: φ F =,378 (3,83kN / m m) =, 3kN M = a γ N + γ N = 8,9m,9,854kN +,5,7,3kN =, M ( ) ( ) knm an g r q l an = a γ g Nr = 8,9m,9,854kN =, 485kNm Kaatava momentti: M = M + M = 94,7kNm +,knm 35, knm (talvi) M a at an = 8 a M at + M an = 94,7kNm +,485kNm = 96, = knm (kesä) Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

59 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 37/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kehää livuttavat voimat Tuulenpaine (tuulenpuoleinen seinä) (F ) Tuulenpaine (tuulensuojainen seinä) (F 5 ) ( ) F d = γ F + F F = 4,8m,5m,4kN / m = kn F = 4,8m,5m,5kN / m 7, 6kN 5 = ( kn + 7,6kN ) 4, kn F d =,5 = 4 Liukuminen otetaan leikkausvoimana pääpilarien peruspulteilla. Yhdessä kehäristikossa on 8 kpl oletuksena M4 (8.8). Leikkausvoimaksi tulee: = 4,4kN /8kpl = 5,kN pultti < F F v. Sd / v. Rd Peruspultin leikkauskestävyys on käsitelty kappaleessa 4..4 Liitosten kestävyys, kohdassa ruuvin leikkauskestävyys. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

60 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 38/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kehää stabiloivat voimat Rakenne paino: (F r ) Lumen paino: (F L ) Seinän paino: (F ) Pääpilarien pulttikiinnitys: (F 3 ) Kuva 47. Stabiloiva momentti tukipisteen suhteen: M a = γ gf a + γ gf ra + γ qf La (talvi) M a = γ gf a + γ gf ra (kesä) F a = (4,8m,5m 35,kN / m ) m = 35, 5MNm (seinälementti) F r a = (4,8m m,43kn / m ) m =, 4MNm (YP:n rakenne) F L a = (4,8m m,4kn / m ) m, 3MNm (Lumi kuorma) = Stabiloivat voimat M a =,9 35,5MNm +,9,4MNm +,5,3MNm 34, 4MNm (talvi) 3 = M a =,9 35,5MNm +,9,4MNm 3, 3MNm (kesä) 4 = Stabiloivat voimat Kaatavat voimat M a 3 = 34, 4MNm > M a =, 3MNm (talvi) M a 4 = 3, 3MNm > M a =, 3MNm (kesä) Mikäli seinäelementit kiinnitetään toisiinsa tukeutuvaksi, niiden massaa ei voida käyttää kehää stabiloivaksi. Stabiloivat voimat Kaatavat voimat M a 5 =, 7MNm > M a =, 3MNm (talvi) M a 6 =, 4MNm < M a =, 3MNm (kesä)!!! Vetovoima pilarin pulteille (4kpl 4mm) F3 = ( M a M a6 )/ a = (,3,4) MNm / m = 45kN kn/pultti <F t.rd =35kN * * (vrt peruspultin mitoitus) Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

61 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 39/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Normaalivoima Normaalivoimat kehälle saadaan kehä -ohjelmasta..3. Taivutusmomentti Taivutusmomentti kehälle saadaan kehä -ohjelmasta..4. Leikkausvoima Leikkausvoimat kehälle saadaan kehä -ohjelmasta..5. Vääntömomentti Vääntömomentti kehälle saadaan kehä -ohjelmasta. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

62 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Käyttörajatila 3.. Muodonmuutosten raja-arvot Raja-arvoja verrataan kehä -ohjelman antamiin taipumiin KRT tilanteessa. Kuva 48. Havainnekuva taipumarajoista δ = Pysyvän kuorman aiheuttama taipuma δ = Lumikuorman aiheuttama taipuma δ = esikorotus (σ σ ) δ = δ + δ max Raja-arvot pystysuuntaiselle taipumalle: δ = L / = m / mm (solmu 9) (katot yleensä) max = δ = L / 5 = m / 5 8mm = (hyötykuorman raja-arvo) Raja-arvot vaakasuuntaiselle taipumalle (portaalikehä ilman nosturiratoja): δ max = L /5 = 765mm/5 = 5, 8mm (solmu 7) δ max = L /5 = 8976mm /5 = 59, 8mm (solmu 3) δ = L /5 = 5mm /5 7, mm (solmu 4) max = Liitoksien jouston vuoksi vapaavälisillä liitoksilla todellinen taipuma voi olla -5% suurempi kuin laskennasta saadut. [ XXmm ] on laskennan antama taipuma +5%. Ristikon taipumat (kehä ohjelmasta): Solmu 9 KY8 uy: -5mm [ 57,5mm ] (ristikon suurin taipuma alas) Solmu 4 KY ux: 5,mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Pääpilarin taipumat (kehä ohjelmasta): Solmu 7 KY ux: 37, mm (suurin taipuma h = 765mm) Solmu 3 KY ux: 36,3 mm (suurin taipuma h = 8976mm) Solmu 8 KY ux: 3, mm (suurin taipuma h = 8976mm) 3.. Rasitukset Rasituksia ei laskettu plastisuusteorialla, joten kestävyystarkastelua ei tarvitse tehdä käyttörajatilassa eikä rasituksiakaan täten tarvita käyttörajatilassa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

63 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Murtorajatila, Kestävyydet 4.. Kehät 4.. Kehän stabiilius Kehän stabiiliuden tarkastelussa tutkitaan pilari-ristikko-kehän sivusiirtyvyyttä. Tämä vaikuttaa pääpilarin nurjahduspituuteen. Sivusiirtyvyydestä johtuen ensimmäisen kertaluvulla laskettuja momentteja korotetaan momenttien korotuskertoimella. Vsd Mitoitusehto:, V cr V sd V cr Pystysuuntaisen kokonaiskuormituksen mitoitusarvo Kehän kimmoteorian mukainen nurjahduskuorma sivusiirtyvän nurjahdusmuodon tapauksessa Pd L 4kN / m m Vsd = = = tukivoima = 4kN V cr :n laskemiseksi on tiedettävä pilarin nurjahduspituus. Tämä saadaan selvittämällä kiinnityskohtien η ja η jäykkä/nivel suhde. Näitä arvoja verrataan sivusiirtyvän kehän pilarin suhteellisen nurjahduspituuden kuvaajaan (vrt. kuva 49). Kuva 49. Sivusiirtyvän kehän pilarin suhteellisen nurjahduspituus L c /L Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

64 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 4/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Momentinjakokertoimet η ja η Kiinnityskohtien η ja η selvittämiseksi on tiedettävä K, K, K ja K vastaavien palkkien teholliset jäykkyyskertoimet, sekä pilarien K c, K, K. Palkkien teholliset jäykkyyskertoimet jäykässä kiinnityksessä on,(i/l). K on nolla (sitä ei ole). K ja K on ääretön. K palkin tilalla on ristikon ala- ja yläpaarre. Jäykkyyskertoimen laskennassa tarvittava I määritetään paarteiden pinta-alan ja niiden painopisteiden välisen etäisyyden avulla (vrt. kaava I ) (vrt. kuva 5). Kuva 5. I lähtöarvojen selvennys I = H + H + + H on otettu ristikon neljänneksestä keskiarvoa varten. Kun ja ovat yhtä suuria kaava supistuu yksinkertaiseen muotoon. 4 ( 56mm) I 434 = mm = H = mm Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

65 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 43/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Teholliset jäykkyyskertoimet I 4 4 y K mm c = = = 78mm L 83mm K = ( pilaria ei ole) K = ( pilaria ei ole) 4 K = I = mm = 399mm L 56mm K = ( palkkia ei ole) K = ( maa) K = ( maa) Momentinjakokertoimet Kc + K 78 + η = = =, K + K + K + K c η = ( Pilarin liitos perustuksiin on jäykkä) Nurjahduspituuden suhde (vrt. kuva 49.) L c =, L mm mm L 83 c =, 83 = Kriittinen nurjahdusvoima π E Vcr = Ncr = = 753kN L c i y Sivusiirtyvyys ehto 3 V V sd cr 4kN = =,4 753kN (, ) SIVUSIIRTYVÄ Momentinkorotuskerroin V V sd cr = 4kN 753kN =, Staattinen tasapaino Kehän tasapaino poikkisuunnassa otetaan vastaan jäykästi kiinnitetyllä kehä-ristikolla. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

66 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 44/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 RISTIKKO: 4..3 Ristikon sauvojen kestävyys Vedetyt sauvat Mitoitusehto: N t. Rd N sd N t.rd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukaisen kestävyyden mitoitusarvo N t. Rd = f γ M y Taulukko 5. Vetokriittisten sauvojen vertailuarvot. sauva ala γ fy Nt.Rd Nsd profiili nro. mm - N/mm kn kn , x5x6 9 85, xx , x8x , x6x4 Kaikki tutkittavat sauvat läpäisevät N N t. Rd sd ehdon. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

67 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 45/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Puristetut sauvat Poikkileikkausluokka Koska mikään käytetyistä sauvoista ei kuulu poikkileikkausluokkaan 4, ei tarvitse erikseen määrittää sauvan tehollisia poikkileikkausominaisuuksia. Poikkileikkauskestävyys Mitoitusehto: Nc. Rd N sd N c.rd on poikkileikkauksen puristuskestävyyden mitoitusarvo N c. Rd = f γ M y Kestävyys stabiiliuden suhteen Hoikka pilari voi menettää vakavuutensa eri tavoilla riippuen kuormituksesta, päiden kiinnityksestä, sivuttaistuennasta ja poikkileikkauksen muodosta. Kuvassa 5 on esitetty pilarin mahdollisia nurjahdustapauksia. Kuva 5. Tasonurjahdus (a), vääntönurjahdus (b), avaruusnurjahdus (c) Koska ristikon keskeisesti puristettuihin diagonaalisauvoihin ei vaikuta poikittaisia voimia ja on laskennallisesti oletettu päistään nivelisesti kiinnitetyksi, sauva voi menettää vakavuutensa tasonurjahduksessa vain heikompaan suuntaan z-z. Nurjahduskestävyyttä laskettaessa on ensin määritettävä nurjahduskäyrä ja dimensioton hoikkuus λ. Hoikkuusluku λ lasketaan kaavasta. λ = L i eff z L eff = nurjahduspituus i z = jäyhyyssäde heikomman akselin suhteen Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

68 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 46/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Nurjahduskestävyys Tasojäykän sauvan nurjahduskestävyys määritetään seuraavasta kaavasta: f y Nb. Rd = χβ γ M jossa χ = φ + φ λ & β = ( :,,3) [ + α ( λ,) ] φ =,5 + λ α on epätarkkuustekijä, rautaruukin putkipalkkeissa, voidaan käyttää nurjahduskäyrän c antamaa arvoa α =,34. λ β f λ β y = = Ncr λ L eff E λ = λ = π = 93, 9ε i f y Kimmoteorian mukainen kriittinen voima kyseeseen tulevassa nurjahdusmuodossa π E N cr = λ Taulukko 6. Puristuskriittisten sauvojen vertailuarvot. sauva Lc ala γ fy Npl.Rd i χ Nsd KY nro. mm mm - N/mm kn mm - kn nro , ,, , ,4, , ,7,44, , ,9,765 58,9 7 Kaikki sauvat läpäisevät ehdot: Nb. Rd Nsd Nc. Rd Nsd Nurjahduksen kestävät pilarit kestävät myös poikkileikkauksen puristuksen. Vääntönurjahduskestävyys Sauvan poikkileikkaus on kotelo joten sauvan kiertyminen vääntökeskiön ympäri on estetty tukipisteiden väliltä. Tarkistelua vääntönurjahduskestävyydelle ei tarvitse suorittaa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

69 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 47/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 ksiaalisesti kuormitetut ja taivutetut sauvat YLÄPRRE (5x5x6) (sauva): Kuormitukset MRT rasitukset Normaalivoima: Taivutusmomentti: Leikkausvoima: (KY) N sd : 679,8 kn (puristus) M sd : 5,7 knm V sd : -,4 kn KRT rasitukset Muodonmuutosten raja-arvot: δ = L / = m / mm (katot yleensä) max = δ = L / 5 = m / 5 8mm (hyötykuorman raja-arvo) = Ristikon taipumat (kehä ohjelmasta) Solmu 9 KY8 uy: -57,5mm (ristikon suurin taipuma alaspäin) Solmu 4 KY ux: 5,mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Rasitukset: Rasitukset kehälle saadaan kehä ohjelmasta. Poikkileikkausluokka 5x5x6 PL Poikkileikkauskestävyys f γ 355N / mm, y N pl. Rd = = 3363mm = 85kN > N sd Taivutuskestävyys Mitoitusehto: M c. Rd M sd M c.rd on poikkileikkauksen plastinen taivutuskestävyys (PL & ). 3 3 Wpl f y 79,9 mm 355N / mm M c. Rd = = = 58, 6kNm γ, M Tulos: M. M OK! c Rd sd Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

70 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 48/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Leikkauskestävyys Mitoitusehto: Vpl. Rd Vsd Vpl.Rd on plastisuusteorian mukainen leikkauskestävyyden mitoitusarvo. V pl. Rd = v γ f M y 3 Koska kyseessä on putkiprofiili ja leikkausvoima on uuman suuntaista, v lasketaan profiilin uumien pinta-alasta. Kuva 5. Leikkauskestävyyden vaikutusalue. v = ( d, tw) = ( h 3t w) tw = (5mm 3 6mm) 6mm = 584mm 355N / mm pl. = 584mm = 95kN, 3 V Rd Mitoitusehto: V. V OK! pl Rd sd Lisäehtona myöhemmille tarkasteluille mainittakoon:,5 V. pl Rd V sd Vääntökestävyys Paarteelle ei tule vääntörasituksia, joten tarkastelua ei tarvitse suorittaa. Taivutus ja leikkaus Koska leikkausvoiman mitoitusarvo,5 V pl.rd V Sd, taivutuskestävyyttä ei tarvitse pienentää. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

71 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 49/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kiepahduskestävyys Kiepahduskestävyyttä ei tarkastella, jos rautaruukin putkipalkkikäsikirjan antaman taulukon arvot alittuvat. Taulukko 7. Kiepahduskestävyyden raja-arvoja b t L h t h t arvo fy=355n/mm,3 8,4,33 7,7,5 48,8,6 6,6,7 74,5,8 87,4,9,,,9 b t h t L h t 5 6 = =, = =,8 5 6 ( <,9) kiepahdusta ei tarvitse tutkia Leikkauslommahdus kestävyys d / t w > 69ε Ehto täyttyessä, tarkistetaan levyjen lommahdus d / t = ( h 3t ) / t = (5mm 8mm) / 6mm = 6,5 w w w 35N / mm 35N / mm 69ε = 69 = 69 f 355N / mm y = 56, Ehto ei täyty levyjen lommahdusta ei tarvi tutkia. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

72 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Laipan taipumisesta johtuva uuman lommahdus d E w k Ehdon täyttyessä uuma ei lommahda t w f yf fc w = uuman pinta-ala fc = puristetun laipan pinta-ala f yf = puristetun laipan myötöraja k =,3 poikkileikkausluokan laipoille k =,4 poikkileikkausluokan laipoille kuva 53. Laipan taipumisesta johtuva uuman lommahdus. 3mm N / mm,3 6mm 355N / mm 4mm 6mm 4mm 6mm 5 ok Ehto täyttyy joten uuma ei lommahda Kestävyys uuman paikallisen lommahduksen suhteen Muotopelti jakaa kuormituksen tasaisesti yläpaarteelle, joten paikallinen lommahdus ei ole mahdollinen. Tarkistelua ei tarvitse suorittaa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

73 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Poikkileikkauskestävyys yhdistettyjen vaikutusten suhteen Taivutus ja aksiaalinen voima Mitoitusehto: M sd M N. Rd jossa M N.Rd on plastisuusteorian mukainen pienennetyn taivutuskestävyyden mitoitusarvo ottaen huomioon normaalivoima. Se lasketaan levylle, jossa ei ole ruuvin reikiä, kaavasta: M = M N. Rd pl. Rd N N pl sd. Rd Joten yhteisvaikutus ehdoksi tulee M sd Nsd 5,7kNm 679,8kN +, + = ok M pl. Rd N pl. Rd knm kn,49, Taivutuksen, leikkausvoiman ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutus koska V Sd,5 V pl.rd, momentin ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutuksiin ei tarvitse tehdä pienennystä. Sauvojen kestävyys yhdistettyjen vaikutusten suhteen Puristettu ja taivutettu pilari Poikkileikkausluokat ja Yhdistetyn taivutuksen ja aksiaalisen puristuksen rasittamien, poikkileikkausluokkiin ja kuuluvien sauvojen tulee täyttää ehto: Nsd χ f min. d k ym + W f pl. y y. sd d kzm + W f pl. z z. sd d Jossa f d = γ f y M k k y z μ ynsd =,5 χ f y μznsd =,5 χ f z y y W pl. y el. y jossa μ = λ y ( β 4) +, 9 y My W W el. y W pl. z el. z jossa μ = λ z ( β 4) +, 9 z Mz W W el. z χ min on pienempi arvoista χ y ja χ z β My ja β Mz ovat ekvivalentin tasaisen momentin tekijöitä taivutusnurjahduksessa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

74 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 5/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 β My ja β Mz määrittämiseen tarvitaan sauvan momenttikuvaajaa ja sen tulkintakuvia (kuva 54). Momentti kuvaajan laskenta Kuva 54. Sauvan momenttikuvaaja KY:ssä ja kuvaajan tulkintakuvat β M ψ =,8,7ψ =,8,7,4 =,7 β MQ =,3 M Q = 8, 3kNm ΔM =, 5kNm M Q βm = βm ψ + ΔM 8,3kNm ( β β ) =,7 + (,3,7 ) =, 38 MQ Mψ,5kNm Leff λ = i π β f E y 7mm = 9,8mm π 355N / mm N / mm =,5 μ = λ y ( β y Mψ W 4) + pl. y W W el. y el. y,9 μ y mm 58mm =,5 3 58mm (,38 4) + =,3, 9 [ + α ( λ,) + ] =,5 [ +,34(,5,) +,5 ] =, 54 φ =,5 λ χ = φ + φ λ =,54 +,54,5 =,98 laskenta jatkuu seuraavalle sivulle Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

75 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 53/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 laskenta jatkuu edelliseltä sivulta k y k y μ y Nsd =,5 χ f = y y,3 6798N =,77,5, mm 355N / mm f f 355N / mm y d = = = γ M, 33N / mm Nsd χ f min. d k ym + W f pl. y y. sd d kzm + W f pl. z z. sd d, N,77 58Nm kz + + =, mm 33N / mm 79mm 33N / mm W f pl. z d ehto täyttyy 64 % kapasiteetillä, => KESTÄÄ Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

76 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 54/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 PÄÄPILRI: (5x5x,5): Teoreettisen kuormitus mallin tarkastelu: Pilari tutkitaan vahvemmassa suunnassa (y-y) aksiaalisesti kuormitettuna ja taivutettuna ja heikommassa suunnassa (z-z) aksiaalisesti kuormitettuna. Perustelut: Pilari on mitoitettava myös taivutukselle vahvemmassa suunnassa ulkokuoren välittämän tuulenpaineen kuormittamana. Heikommassa suunnassa hallin pituussuuntaiset kuormitukset otetaan vastaan pääpilarin yläpäähän kiinnitetyllä palkilla ja maahan vievällä sidepalkilla. Tästä johtuen pääpilarin yläpää on arvoisella (liukutuella) kiinnitetty hallin pituussuunnassa. luksi mitoitus suoritettiin 5x5x8 profiililla. Tämä ei läpäissyt ristikkokehälle annettuja KRT:n taipumarajoja. Seuraava pilari 5x5x alittaa taipumarajat. Kuva 55. vkk z -suunnassa Pääpilarin todellisen rakennemallin muodostaminen on hieman monimutkaisempaa. Pääpilariin liittyy kaksi vaakasauvaa joiden voimat muodostavat voimaparin ja siten momenttia pilarin yläpäähän, kuvitellusta nivelisestä kiinnityksestä huolimatta. Kuva 56. Pääpilarin mitoittava momenttikuvaaja KY:ssa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

77 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 55/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Pilarin sauvojen kestävyys Puristettu suunta (heikompi suunta) Poikkileikkausluokka 5x5x PL:/ Poikkeusleikkauskestävyys Mitoitusehto: Nc. Rd N sd N c.rd on poikkileikkauksen puristuskestävyyden mitoitusarvo f y 757mm 355N / mm Nc. Rd = = =, 34MN γ, Kestävyys stabiiliuden suhteen Tässä tutkinnassa sauva voi menettää vakavuutensa tasonurjahduksessa vain heikompaan suuntaan z-z. Nurjahduskestävyyttä laskettaessa on ensin määritettävä nurjahduskäyrä ja dimensioton hoikkuus λ. Hoikkuusluku λ lasketaan kaavasta. λ = L i eff z 83mm = = 37,9 6,mm L eff = nurjahduspituus i z = jäyhyyssäde heikomman akselin suhteen Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

78 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 56/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Nurjahduskestävyys Tasojäykän sauvan nurjahduskestävyys määritetään seuraavasta kaavasta: f y Nb. Rd = χβ γ M jossa χ = φ + φ λ & β = ( :) [ + α ( λ,) ] φ =,5 + λ α on epätarkkuustekijä, rautaruukin putkipalkkeissa, voidaan käyttää nurjahduskäyrän c antamaa arvoa α =,34. λ = β f N cr y λ = λ β hoikkuus tasonurjahduksessa Leff 83mm λ = = = 4,4 i 58,7mm z E λ = π = 93, 9ε f y Kimmoteorian mukainen kriittinen voima kyseeseen tulevassa nurjahdusmuodossa π E N cr = λ Taulukko 8. Puristuskriittisten sauvojen vertailuarvot. sauva Lc ala γ fy Npl.Rd i χ Nsd nro. mm mm - N/mm kn mm - kn , ,,5 5, , ,,5 5, Sauvat läpäisevät ehdon: N pl. Rd N sd Vääntönurjahduskestävyys Sauvan poikkileikkaus on kotelo, joten sauvan kiertyminen vääntökeskiön ympäri on estetty tukipisteiden väliltä. Tarkistelua vääntönurjahduskestävyydelle ei tarvitse suorittaa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

79 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 57/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 ksiaalisesti kuormitetut ja taivutetut sauvat Pääpilari: (vahvemmassa suunnassa) Kuormitukset MRT rasitukset (vahvemmassa suunnassa) Taulukko 9 Pääpilarien ja 5 maximi rasitukset eri kuormitusyhdistelmissä. sauva 5 M V N sauva M V N KY knm kn kn KY knm kn kn -77, 3,8-5, 77, -3,6-5, -5, 3,4-33,8 46,4 -, -47, 3 69,3 8, -, 3 74,6 3,4-34, 4-4,3 7,4-54,9 4 54,4 6,5-79,8 5 3,8 3,4-3,5 5-3,8-3,4-3,5 6 3, 3, -8,9 6-3, -3, -8,9 7 8, 7,3 38,6 7 63,7 4, 4,7 Rasituksia vertaillessa saadaan sauva 5:lle mitoittavaksi normaalivoimaksi KY:n ja taivutusmomentiksi KY:n rasitukset. Kyseisen taulukon momentit on kerrottu momentin korotus kertoimella,6. KY (N max ) Normaalivoima: Taivutusmomentti: Leikkausvoima: KY (M max ) Normaalivoima: Taivutusmomentti: Leikkausvoima: N sd : 5, kn (puristus) M sd : -77, knm V sd : 3,8 kn N sd : 33,8 kn (puristus) M sd : -5, knm V sd : 3,4 kn Pilarien tulee läpäistä kummatkin kuormitusyhdistelmät. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

80 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 58/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 KRT rasitukset Muodonmuutosten raja-arvot: Raja-arvot: δ = L /5 = 83mm/5 55mm (portaalikehä ilman nosturiratoja) max = Pääpilarin taipumat (kehä ohjelmasta) Sauva 5 Solmu 7 KY ux: 37, mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Solmu 8 KY ux: 3, mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Sauva Solmu KY ux: 9,8 mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Solmu 3 KY ux: 36,3 mm (ristikon suurin siirtymä sivulle) Pilarit alittavat normiston asettamat raja-arvot. Rasitukset: Rasituksia ei laskettu plastisuusteorialla, joten kestävyystarkastelua ei tarvitse tehdä käyttörajatilassa. Poikkileikkausluokka 5x5x PL:/ Poikkileikkauskestävyys Taivutuskestävyys: Mitoitusehto: M c. Rd M sd M c.rd on poikkileikkauksen plastinen taivutuskestävyys (PL & ). M Wpl f = γ 3 58mm 355N / mm =, y c. Rd = 87, 8 M knm Tulos: M c. Rd M sd OK! Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

81 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 59/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Leikkauskestävyys Mitoitusehto: Vpl. Rd Vsd V pl.rd on plastisuusteorian mukainen leikkauskestävyyden mitoitusarvo. V pl. Rd = v γ f M y 3 Koska kyseessä on putkiprofiili ja leikkausvoima on uuman suuntaista, v lasketaan profiilin uumien pinta-alasta (vrt. kuva 5. leikkauskestävyyden vaikutusalue). v = ( d, tw) = ( h 3t w) tw = (5mm 3 mm) mm = 44mm 355N / mm pl. = 44mm = 8kN, 3 V Rd Mitoitusehto: V pl. Rd Vsd OK! sauva kestää Lisäehtona:,5V pl. Rd V sd Vääntökestävyys Paarteelle ei tule vääntörasituksia. Taivutus ja leikkaus koska V Sd,5 V pl.rd, momentin ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutuksiin ei tarvitse tehdä pienennystä. Kiepahduskestävyys Kiepahduskestävyyttä ei tarkastella, jos rautaruukin putkipalkkikäsikirjan antaman taulukon arvot alittuvat. (vrt. taulukko 7 kiepahduskestävyyden raja-arvot). b t h t 5 = =,58 5 L h t = 83 = 34,6 5 ( < 6,6) kiepahdusta ei tarvitse tutkia Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

82 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Leikkauslommahdus kestävyys d / t w > 69ε Ehto täyttyessä, tarkistetaan levyjen lommahdus d t w = 5 3 = ε = 69 = 56 f y Ehto ei täyty => levyjen lommahdusta ei tarvi tutkia. Laipan taipumisesta johtuva uuman lommahdus d E w k Ehdon täyttyessä uuma ei lommahda t w f yf fc w = uuman pinta-ala fc = puristetun laipan pinta-ala f yf = puristetun laipan myötöraja k =,3 poikkileikkausluokan laipoille k =,4 poikkileikkausluokan laipoille N / mm,3 355N / mm mm mm mm mm 5 OK Ehto täyttyy joten uuma ei lommahda Kestävyys uuman paikallisen lommahduksen suhteen Seinäprofiili jakaa kuormituksen tasaisesti pääpilarille, joten paikallinen lommahdus ei ole mahdollinen eikä siten tarvitse tarkastaa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

83 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Poikkileikkauskestävyys yhdistettyjen vaikutusten suhteen Taivutus ja aksiaalinen voima Mitoitus ehto: M sd M N. Rd jossa M N.Rd on plastisuusteorian mukainen pienennetyn taivutuskestävyyden mitoitusarvo ottaen huomioon normaalivoima. Se lasketaan levylle, jossa ei ole ruuvin reikiä, kaavasta M N N. Rd = M pl. Rd N pl. sd Rd Joten yhteisvaikutus ehdoksi tulee M sd Nsd +, M pl. Rd N pl. Rd KY 77,kNm 5,kN + = knm kn,4 (,) 87,8 34 KY 5,kNm 33,8kN + = knm kn,57 (,) 87,8 34 ok ok Taivutuksen, leikkausvoiman ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutus Koska V Sd,5 V pl.rd, momentin ja aksiaalisen voiman yhteisvaikutuksiin ei tarvitse tehdä pienennystä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

84 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 6/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Sauvojen kestävyys yhdistettyjen vaikutusten suhteen Poikkileikkausluokat ja Yhdistetyn taivutuksen ja aksiaalisen puristuksen rasittamien, poikkileikkausluokkiin ja kuuluvien sauvojen tulee täyttää ehto: Nsd χ f min. d k ym + W f pl. y y. sd d kzm + W f pl. z z. sd d Jossa f d = γ f y M k y μ ynsd =,5 χ f y y μ = λ y y W pl. y el. y ( β 4) +, 9 My W W el. y k z μznsd =,5 χ f z y μ = λ z z W pl. z el. z ( β 4) +, 9 Mz W W el. z χ min on pienempi arvoista χ y ja χ z β My ja β Mz ovat ekvivalentin tasaisen momentin tekijöitä taivutusnurjahduksessa. Kuva 57. Sauvojen 5 ja 6 momenttikuvaaja KY:ssa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

85 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 63/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Momentti kuvaajan laskenta β M ψ β MQ M =,8,7ψ =,8,7 M =,3 M Q =, 4kNm ψ 5,5 =,8,7 83,98 =,68 Δ M = 5,5kNm + 83,98kNm = 89, 3kNm M Q,4kNm β M = βm ψ + βmq βm ψ =,68 +,3,68 =, ΔM 89,3kNm ( ) ( ) 66 Leff λ = i π β f E y 83mm = 89,6mm π 355N / mm N / mm =, μ y = λ y ( β M W 4) + pl. y W W el. y el. y,9 μ y mm 466mm, 3 466mm (,66 4) + =,85 >,9 μ =, 9 = y [ + α ( λ,) + ] =,5 [ +,34(,,) +, ] =, 4 φ =,5 λ χ = φ + φ λ =,4+,4, =,47 k y k y μ y Nsd =,5 χ f = y y,9 489N =,86,5,47 757mm 355N / mm 355N / mm f d = = 33N / mm, Nsd χ f min. d k ym + W f pl. y y. sd d kzm + W f pl. z z. sd d, N, 3,57 Nmm kz + + =, mm 33N / mm 58mm 33N / mm W f pl. z d Pääpilari kestää 83% kestävyydellä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

86 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 64/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Liitosten kestävyys Pääpilarin liitos perustuksiin Pohjalevyn mitoituksessa huomioidaan kaksi erilaista murtumistilannetta. Kuormitustapaus (): Levy myötää suuren normaalivoiman ja suuren hallin sisälle kaatavan momentin vaikutuksesta (vrt. kuva 58). Kuva 58. Pohjalevy murtumistapaus. Kuormitustapaus (): Levy myötää pienen normaalivoiman ja suuren hallin ulkopuolelle kaatavan momentin vaikutuksesta (vrt. kuva 59). Kuva 59. Pohjalevy murtumistapaus. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

87 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 65/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Laskenta menetelmät Lähtökohtaisesti voitaisiin tarkastella tilanteita: (a) max M, suuri N (b) max N, suuri M (c) max M, pieni N (d) min N, suuri M Kun rakenteeseen kohdistuu näin monta kuormitusyhdistelmää on mahdollista että mitoittavaksi tulee tilanne missä kumpikaan arvo ei ole max tai min, esim. (a) suuri M, suuri N (b) suuri M, pieni N Tällaisen tilanteen löytäminen kahdesta pilari tilanteesta eri kuormitus yhdistelmällä on käsin laskien työlästä, aikaa vievää ja virhealtista. Tämän takia kuormitusyhdistelmistä on haettu pahimmat tilanteet käyttäen tähän tehtävään räätälöityä excel sovellusta. Pahin tilanne paljastuu tapauksessa jossa tukipinnan pituudeksi (y) tulee suurin arvo (vrt. kuva 6, esimerkkinä (y):n mitasta). Kuva 6. Laskenta suureista Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

88 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 66/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Laskennassa on mallinnettu winstat ohjelman mukaisilla kuormituksilla ja rasituksilla (vrt. kuva 6). Näistä kahdesta murtumistavasta lasketaan isoimman (y):n saava tapaus. Kuvassa on myös pääpilarit numeroitu laskennan selventämiseksi. Kuva 6. Laskennalliset staattiset mallit eri pääpilareille. Kuva 6. Laskennassa käytettyjä tekijöitä Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

89 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 67/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Laskenta taulukot Seuraavissa taulukoissa ja on kerätty kummallekin murtumistyypille tulevat kuormitusyhdistelmien aiheuttamat voimasuureet. Niistä on laskettu excel ohjelmalla Msd ja tukipinnan leveys (y). Taulukoiden momenttien arvot on kerrottu momentin korotus kertoimella,6. Taulukko Sauva :n kuormitusyhdistelmien vaikutus y:n pituuteen. sauva M V N Msd μ β y KY knm kn kn knm - - mm -49,9-5,7-53, -3, -,64 -,6-8,6 -,4 -, -35,7 5,4,38,3 9, , 3, -, 73,8,478,6 48, 4 49,5 5, -56,8 6,6,3,3 38,9 5-4,3-3,6-34, -,9 -,438 -,43 -,85 6-3,6-3,4-3,3 -,4 -,49 -,4 -,6 7 63, 4, 33 6,8,7,3 39,6 8-34,5 -,9-76,3 -, -,44 -,43 -,95 9-5, -,3-7, 7,,4,4 4, 48, 5,3-5,6 49,3,987,4 3,5 3,8 9,8 -, 39,8,796,83 4,9 max: 3 73, 3, -, 73,9,478,6 48, Taulukko Sauva 5:n kuormitusyhdistelmien vaikutus y:n pituuteen. sauva 5 M V N Msd μ β y KY knm kn kn knm - - mm 49,93-5,7-53, 4,6,93,9,79 88,578 5,3-48,9 44,,88,9 7,7 3 68,68 8, -36 6,,45,33 4, 4 4,96 8,7-8,6 7,7,435,56 46,68 5 4,8 3,6-34, 8,,364,37, 6 3,598 3,4-3,3 8,,364,37, 7 78,38 7, 9,4 8,,6,76 5, ,54,9-76,3 3,,6,6,8 9 5,44 4, -8,,,44,4,38 47,88,7-3,7 4,,845,88 6,5 7,98 9,6-8,7 47,9,958, 3,7 max: 7 78,38 7, 9,4 8,,6,76 5,66 Taulukoista saadaan liitoksen mitoittavaksi murtumistapaus eli sauva 5 KY4:lla. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

90 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 68/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Laskenta ja tulokset Taulukko Pohjalevyn laskenta ja tulokset LSKENT TULOKSET as 79 fj 3, B 4 y 5,66 L 35 c 4 a 4 msd 5459 b 5 γ, kj,9 msd 5459 fj 3, fy 84 Msd 8, t 35,44 fj 3, t 5 B 4 fy 84 d 3 fj 3, μ,6 γ, β,76 c 8 y 5,66 ok Vaikka laskennallisesti 36 mm paksuinen levy riittäisi jäykästi liitetyssä kehäristikossa, c rajoituksen ylittämiseksi levyn täytyisi olla vähintään 4 mm. Tällaisia levyjä ei käytetä vaan otetaan seuraava sopiva koko 5 mm. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

91 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 69/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Käsin laskenta Taulukon todentamiseksi tässä harjoituksessa pahin tapaus lasketaan myös käsin. Tuloksien eroavaisuudet johtuvat käsin laskemisessa käytetyistä pyöristyksistä. Nd = 9,4 kn Md = 78,3 knm Vd = 7, kn (vetoa) (tämä pahentaa tilannetta) (ulospäin hallia kaatava momentti) (pulttien leikkauskestävyys) Pohjalevy mitoitetaan taivutukselle. Vaadittu paksuus lasketaan kimmoteorian mukaista taivutusvastusta käyttäen kaavasta. t 6 γ M Jossa m sd t f y f y m sd poikkileikkausta rasittavan taivutusmomentin mitoitusarvo myötöviivan pituusyksikköä kohti. teräksisen pohjalevyn paksuus pohjalevyn nimellinen myötöraja Lasketaan momentti vetopuolen pulttien painopisteen suhteen kaavasta Kuva 63. Vetopuolen pulttien mitoittavia arvoja M sd = M d N d a s = M d N d ( L ( a h r + 4mm) ) Normaalivoima kerrotaan luvulla, koska puristus on ilmoitettu negatiivisena arvona. Puristuksen kasvaessa M sd pienenee ja päinvastoin. M m sd = 78,3kNm (9,4kN ),35m (,5m +,5,4m) = 8, knm Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

92 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Määritetään suhteellinen momentti μ kaavasta. μ = Jossa f j B j f j M sd B d f = β k f Jossa f cd j j alustan (jälkivalun tai betonin) pintapaineen mitoituslujuus. pohjalevyn puristetun pinnan leveys cd betonin puristuslujuuden mitoitusarvo f f 5N / mm ck cd = = = γ c,5 Jossa f ck γ c β j β j k j = 3 6,7N / mm betonin puristuslujuuden arvo betonin osavarmuuskerroin (Eurocode) Liitokseen kuuluva tekijä, joksi voidaan valita /3 edellyttäen, että pohjavalun ominaislujuus on vähintään, kertaa betoniperustusten ominaislujuus ja että pohjavalun paksuus on enintään, kertaa teräksisen pohjalevyn pienin leveys. keskittymistekijä, joksi voidaan ottaa, tai k j = a b a b = 5mm 4mm 4mm 35mm =,9 a & b a & b Pohjalevyn mitat tehollisen pinta-alan mitat f / j = β jk j fcd = 3,9 6,7N / mm = 3,N mm μ = f j M sd B d 6 8, Nmm = 3,5N / mm 4mm ( 3mm) =,6 Lasketaan tehollisen puristuspinnan suhteellinen korkeus kaavasta β = μ =,73 =,75 puristetun betonin pinnan korkeus y saadaan nyt kaavasta y = β d =,75 3mm = 5, 5mm Kun puristetun alueen mitat B ja y tunnetaan, voidaan määrittää tasaisesti jakautuneen kuorman fjby momentti msd tukena toimivan pilariprofiilin suhteen. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

93 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Jos pohjalevyn uloke c (=4mm) on suurempi kuin y (=5,5mm), saadaan momentiksi m sd = f j y 5,5mm y c = 3,N / mm 5,5mm 4mm = 53,88kNm / m 6 γ M msd 6, 53876Nm / m t = = 35, 39mm f y,8 355N / mm Eroavaisuudet excel:n ja käsin laskennan kanssa on pyöristyksissä. Pilarissa vaikuttavat sekä veto- että puristusjännitykset siirtyvät pohjalevyn kautta peruspulteille ja betonille. Koska vetojännitykset vaikuttavat kohtisuoraan pohjalevyn valssisuuntaa vastaan, ne on rajoitettava arvoon δz=,8 fy/γm. Valitaan pohjalevyn paksuudeksi 4 mm Voimat, jotka siirretään perustuksiin pilarin puristettujen osien kautta, oletetaan jakaantuneeksi tasaisesti pohjalevyn avulla. Resultoivalla kantavalla pinnalla vaikuttava paine ei saa ylittää alustan pintapaineen mitoitusluutta f j, ja lisäksi kantavan pinnan leveys c ei saa ylittää arvoa c = t 3 f j f y γ M = 4mm,8 355N / mm = mm < c = 4mm 3 3,N / mm, Mitoitus ehdot ei täyty, joten valitaan levyn paksuudeksi 5mm. c = t 3 f j f y γ M = 5mm,8 355N / mm = 8mm > c = 4mm 3 3,N / mm, OK! Kun levyn paksuus kasvaa yli 4mm sen myötölujuus f y laskee 335N/mm. Taulukko 3. SFS-ENV t 6 γ M msd 6, 53876Nm / m = = 36, 43mm f,8 335N / mm y 5mm levy riittää. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

94 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 7/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Peruspulttien mitoitus Peruspulteissa vaikuttava vetovoima voidaan määrittää seuraavasti Lasketaan momentin vetopuolen pulttien painopisteakselin suhteen kaavasta M = M N a = 78,3kNm ( 9,4kN,79m) = 8, knm sd d d s Määritetään suhteellinen momentti M sd μ = f Bd j f / j = β jk j fcd = 3,9 6,7N / mm = 3,5N mm μ = f j M sd B d 6 8, Nmm = 3,5N / mm 4mm ( 3mm) =,597 Lasketaan tehollinen puristuspinnan suhteellinen korkeus β = μ =,59 =,75 Lasketaan sisäinen momenttivarsi β,75 z = d = 3mm = 73, 7mm Voimien tasapainoehdosta pystysuunnassa seuraa M sd 8,kNm Ft = Nd = ( 9,4kN) = 3, 6kN z,737m Koska yhden ruuvin vetokestävyys saadaan kaavasta:,9 fub,9 8N / mm F t. Rd = s = s = 576N / mm s γ,5 Mb Valitaan pienin mahdollinen voimaliitopultti 4mm, jonka s saadaan kaavasta: s = r = π = Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto ( ) 45mm =,78 ( ) 35 π Täydellä vahvuudella. s =,78 π r π = mm Kierteisellä osalla F Rd t. = 35kN saadaan tarvittava jännityspoikkileikkauspinta-alojen summa kaavata: M sd Nd 8,kNm 9,4kN ns = = 53,8mm zft. Rd ft. Rd,737m,576kN / mm,576kn / mm n = vetopuolen peruspulttien lukumäärään ollessa. 54mm s = 6mm Valitaan siis 4mm pultit.

95 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 73/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Pulttien mitoitus asennuksen aikaisille kuormille. Jotta pultit kestäisi asennuksen aikaisesti jälkivalu tulee tehdä ennen kuin ristikko asennetaan. Tällöin kuormituksena on vain pilarin omapaino ja tuulikuorma. Omapaino N k = L q = 8,9m,683kN / m = 6, 8kN Nd = Nk γ = 6,8kN, = 7, 3kN Tuulikuorma W e a =,4kN / m (tuulen puoleinen kylki) W e d =,5kN / m (tuulen suojainen kylki) q = (,4 +,5),5m =,38kN / m q = q,5 =,kn m d k / qd L M a = = 8, 7kNm V = qd L =, kn Pilarin ollessa täysin pulttien varassa lasketaan pulttien rasitukset seuraavista kaavoista. N M 7,3kN 8,7kNm N b = + = + = 8, 7kN n na,5m V,kN V b = = =, 3kN n V M b = ( u + t) =,3kN 3 n (,5m +,5m) =, knm Jossa N,V,M ovat pilarin alapäässä vaikuttavien normaalivoiman (puristus), leikkausvoiman ja taivutusmomentin mitoitusarvot murtorajatilassa. (N b, V b, M b ) vastaavat yksittäisen eniten rasitetun pultin voimasuureet. (n) on pulttien lukumäärä puristuspuolella (ja vetopuolella). (a) on puristus- ja vetopuolen pulttien painopisteiden välimatka. (u) on jälkivalun paksuus. Pulttien kestävyys on tarkistettava N b :n, V b :n ja M b :n yhteisvaikutukselle. N b :n kaavassa on + merkki sillä puristuspuoli on mitoituksessa määräävä. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

96 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 74/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kuva 64. Nurjahduspituuden laskenta arvoja. Pulttien nurjahduspituutena käytetään L eff =,(u+t). L eff =, u + t =,,5m +,5m =, ( ) ( ) m 3 ( 4mm) 3 3 πd π W b = = = 357mm 3 3 d 4mm i = = = 6mm 4 4 Leff λ = π i f y E mm = π 6mm 355 =,458 Taulukko 4. Nurjahduskäyrän määritys Taulukko 5. Epätarkkuustekijän määritys [ + α ( λ,) ] [ +,49(,458,) +,458 ] =, 668 φ =,5 + λ φ =,5 Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

97 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 75/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 laskenta jatkuu edelliseltä sivulta χ = φ + φ λ =,855 +,855,687 =,733 f y,355kn / mm N. Rd = χ s =,733 35mm = 83, γ, b kn μ y k y k y ( 4) =,687(,8 4) =, 748 = λ β μ ynsd =,5 χ f = y y,748 8,77kN +,733 35mm 355N / mm =,56 N N Sd b. Rd k ym bγ + W f b y 8,77kN 83,kN,56 3Nmm, + =,3 < 357mm 355N / mm kestää Kuva 65. Pääpilarin liittyminen perustuksiin. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

98 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 76/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Ristikon jäykkäliitos pääpilariin (alapaarre) Seuraavaksi lasketaan ristikon alapaarteen liitos pääpilariin. Pultin tehtävä on pitää vain kappaleet yhdessä. Todellinen leikkausvoima välitetään päätylevyn ja alapaarteen välisen hitsin avulla pääpilariin hitsattuun levyyn normaalivoimana. Tämä levy välittää hitsin välityksellä tämän voiman pääpilarille. Katso kuva 66 Ristikon alapaarteen liitos pääpilariin. Pääpilarin ja ristikon alapaarteen väliin jätetään -3 asennuspalan verran tilaa. Kuva 66. Ristikon alapaarteen liitos pääpilariin Ruuvien tulee olla läpimitaltaan riittävän suuria, jotta ne kestävät palkin kiertymisestä tuella aiheutuvat pakkovoimat murtumatta. Käytettäessä 8.8 ruuveja tulisi ruuvien nimellishalkaisijan (d) toteuttaa seuraava ehto:,5t d n p,5 5mm d d,5mm d = 4mm jossa t p = pilarin päätylevyn paksuus n = ruuvien lukumäärä yhdellä puolella palkin uumaa (tavallisesti n = ). Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

99 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 77/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Päätylevyn kestävyys b = 8mm t = 5mm R d = 47kN f y = 355N/mm (päätylevyn leveys) (päätylevyn paksuus) (päätylevyyn kohdistuva voima) (teräksen myötölujuus) f f 355N / mm y d = = = γ M, 33N / mm bt R f d d 47N 8 mm 5mm 4mm 33N / mm 765mm ok Lommahduksen estämiseksi tulee päätylevyn paksuuden olla vähintään. b f y 8mm 33 t t t 9mm ok Päätylevyn ja ristikon alapaarteen välisen pienahitsien kestävyys lasketaan seuraavalla kaavalla käyttäen a-mittana 3mm: f u F = a βwγ Mw 3 L w Päätylevyn ja alalaipan välisille hitseille valitaan sama a-mitta (a f ), mutta päätylevyn ja ylälaipan välisille hitseille riittää a = 3 mm. Mitoituksessa otetaan toimivaksi vain pystyhitsit ja alempi vaakahitsi. Laskenta suoritetaan pienimmällä a-mitalla (3mm). Näin varmistutaan liitoksen kestävyydestä vaikka konepajalla hitsattaisiin koko liitos samalla a-mitalla. Kuva 67. Voimia välittävän hitsisauman pituus. 5N / mm = 3mm 43,9,5 3 F w. Rd π ( 6 3+ ) mm = 35kN > kn ok Pääpilariin hitsatussa levyssä vastaava L w on 46mm (5+5+6), mikä antaa hitsin välityskyvyksi 334kN > 43kN kestää. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

100 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 78/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Käyttörajatila: Muodonmuutokset ja kestävyydet 5.. Taipuma Ristikkoa tarkasteltaessa kokonaisuutena, se ei ylitä taipumarajoja. 5.. Värähtely Koska kyseessä ei ole välipohja, värähtely tarkastelua ei suoriteta Kestävyys Rasituksia ei laskettu plastisuusteorialla, joten kestävyystarkastelua ei tarvitse tehdä käyttörajatilassa. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

101 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 79/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 D HLLIN TOIMINT PITUUSSUUNTN. Rakennemalli.. Rungon päämitat Kuva 68. Rungon päämitat ja pituussuuntaisen jäykistyksen havainnekuva. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

102 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Jäykistys ja staattinen tasapaino Hallin pituussuuntainen vakavuus varmistetaan viemällä hallia kaatavat voimat vinoja tuulisiteitä ja ristikoiden välisiä tuuliorsia käyttäen. Nämä mitoitetaan nurjahdukselle nivelisellä kiinnityksellä päätyyn tulevaa tuulta ja epäkeskeisyydestä aiheutuvia vaakavoimia vastaan. Katon tuulisiteet mitoitetaan kestäväksi yhdellä siteellä ilman muotopellin jäykistävää vaikutusta, mutta asennuksessa käytetään tuulisiteitä hallin kummassakin päässä. Kehä-ristikon pääpilarit on kiinnitetty pulttiliitoksella jäykistämättömään levyyn. Laskennallisesti ne toimivat nivelisinä liitoksina..3. Liitostyypit Kuva 69. Pääpilareiden tuulisiteet. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

103 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Profiilityyppi ja teräslaji Tuulisiteinä käytetään S355JH **5 CFRHS putkipalkkia..5. Kuormitus Hallin päätyyn painava tuulikuorma otetaan määräävänä luonnonvoimana (%). Kehän epäkeskeisyydestä välittyy pystykuorma vaaka- ja pystykomponenteiksi. Pystykuormana käytetään rakennekuormaa ja sekundääristä luonnonvoimaa (lumikuormaa 7%). TUULI Kuva 7. Momentin laskennan staattinen malli. q tk = =,5kN / m,8 +,5kN / m,3,55kn / m m Ra Ta = Ra m,5m,55kn / m,5 T k = = = 33, 8kN a 8,976m Taulukko 6. Kuvan 7:n mitoitusarvot. tekijä arvo/yksikkö selite a 5,5m Tuulikuorman resultantin korkeus a 8,976m Päätykehän tukipisteen (tuuliorsi) korkeus a3,5m Tuulikuorman korkeus R 57,75kN Tuulikuorman resultantti Tk 33.8kN Päätykehän tukipisteen aiheuttama tukivoima q,55kn/m Tuulikuorma M knm TSP ehdon momentti pisteen ympäri Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

104 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 8/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Voimia välittävät vinositeet on n. 45 asteen kulmassa voimaan nähden. Kuva 7. Tuulen kuormitusalue. Mitoitettavaa profiilia puristava voima saadaan kaavasta: N = T = T γ = 33,8kN,5 = 7, kn sd d k 7.6. Profiilikoot alustavasti Profiilikoot katon vinositeille Vinositeen liitos on nivelinen (Lc =,*L). Nurjahdusvoimaa verrataan putkipalkkikäsikirjan antamiin arvoihin **5 putkipalkille, kun nurjahduspituus on 6,57 m ( 7m sarake) N b.rd = 85,33kN. N > b. Rd Nsd Katon tuuliside **5 kestää nurjahtamatta. EPÄKESKEISYYS Kehän epäkeskeisyydestä aiheutuva kaatava normaalivoima koostuu rakennepainosta ja sekundäärisestä luonnonvoimasta 7% lumi. Kuva 7. Epäkeskeisyyden ja pystykuorman aiheuttama vaakavoima. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

105 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 83/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Pilareita, jotka kantavat pystysuoraan vaikuttavan kuorman N Sd, joka on pienempi kuin 5 % tarkasteltavan tason pilaria kohti olevasta pystysuoraan vaikuttavien kuormien keskiarvosta, ei saa ottaa mukaan arvoon n c. Tällöin jätetään päätykehäristikoiden pilarit huomioimatta ja näin saadaan kpl tehokkaita pilareita. k c =,5 + =,5 + =,74 n c k s =, + =, + =,954 nk φ =/ φ = k cksφ =,378 d ( g γ + q, γ ) φ F = φ 7 g l lumi ja omapaino kertyy jännevälin puolet kertaa hallin pituus. ( = mx5,8m = 58m ) q φ F d =,378 58m (,43kN / m, +,4kN / m,7,5) = 5, 94kN φ F k =,378 58m (,43kN / m +,4kN / m x,7) = 4, 3kN Seinän vinositeet välittävät perustuksiin tuulen sekä epäkeskisyyden aiheuttamat voimat. Tilanne tarkistellaan puristuksena. N = F + F = 7,7kN + 5,94kN = 77, kn sd t e 64 Profiilikoot seinän vinositeille Rasitusta verrataan putkipalkkikäsikirjan antamiin arvoihin **5 putkipalkille, kun nurjahduspituus on 6,93 m ( 7m sarake) N b.rd = 85,33kN. N > b. Rd Nsd Katon tuuliside **5 kestää nurjahtamatta. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

106 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 84/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Murtorajatila, Rasitukset Kuormitukset määritetty alustaville profiilikoille. 3. Käyttörajatila Taipumarajat alittuvat, koska hallin pituussuuntainen kuormitus otetaan vastaan tuulisiteillä. 4. Murtorajatila, kestävyydet 4.. Kehät 4.. Kehän stabiilius 4.. Staattinen tasapaino 4..3 Ristikon sauvojen kestävyys Tuulisiteiden ja orsien kestävyydet on mitoitettu rautaruukinputkipalkkikäsikirjan taulukon 9.. mukaan. Kuormitus Seinän vinositeet välittävät perustuksiin tuulen sekä epäkeskisyyden aiheuttamat voimat. Tilanne tarkistellaan puristuksena. N = F + F = 7,7kN + 5,94kN = 77, kn sd t e 64 Nurjahduspituus pahimmassa tapauksessa on 6,5m. CFRHS**5, nurjahduskapasiteetti 7 metrillä. N b. Rd = 85,33kN > 77, 64kN kestää 9% kapasiteetilla. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

107 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 85/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Liitosten kestävyys Vinositeen liittyminen pilarin Kuva 73. Tuulisiteiden liitos pääpilariin. Kuva 74. Tuulisiteen liitos pääpilarin juureen. Kuormitus Seinän vinositeet välittävät perustuksiin tuulen sekä epäkeskisyyden aiheuttamat voimat. Tilanne tarkistellaan puristuksena. N = F + F = 7,7kN + 5,94kN = 77, kn (38,84kN/pultti) sd t e 64 Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

108 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 86/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Liitoslevyn kestävyys stabiiliuden suhteen: Koska diagonaalissa ja sen pään liitoslevyissä on puristusta pitää tarkistaa pilariin liittyvän levyn kestävyys stabiiliuden suhteen. Levy on toisesta päästään jäykästi kiinni pilariputken ja pohjalevyn kulmassa, mutta ruuvit eivät estä levyn liikemahdollisuutta levyn heikommassa suunnassa. Liitosruuvit ovat 6 mm:n etäisyydellä liitoslevyn alapäästä, joten levy toimii 6 mm korkeana mastopilarina. vastaavasti pääpilarin ja tuulisiteen yhdistävät liitoslevyt toimivat 45mm korkeana molemmista päistä nivelisesti kiinnitettynä pilarina. Näistä tapauksista kahden levyn yhdistelmä on nurjahduspituudeltaan mitoittava tapaus. Kuva 75. Lappuliitos tuulisiteeseen. Taulukko 7. Nurjahdus käyrän määritys Taulukko 8. Epätarkkuustekijä Nurjahduskäyrä a b c d Epätarkkuustekijä α,,34,49,76 Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

109 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 87/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 LÄHTÖTIEDOT: L c = 45mm t = mm b = mm f y = 355N/mm E = N/mm α =,49 β = γ M =, (nurjahduspituus) (levyn paksuus) (levyn leveys) (teräksen myötölujuus). (kimmokerroin) (epätarkkuustekijä umpinaisella poikkileikkauksella) (PL:,,3) (materiaalin varmuuskerroin) ( mm) 3 b t mm W b = = = mm 6 6 i =,9 t =, 9mm Leff λ = π i f y E 45mm = π,9mm 355 =,654 [ + α ( λ,) + ] =,5 [ +,49(,654,) +,654 ] =, 854 φ =,5 λ χ = φ + φ λ =,854 +,854,654 =,757 = b t = mm mm = mm N b. Rd f y 355N / mm = χβ =,757 mm = 9,5kN > 77, 64kN ok γ, M Liitoslevyt kestää nurjahtamatta. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

110 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 88/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Seuraavaksi tarkastellaan ruuviliitoksen kestävyys. Pulteiksi on valittu kpl 6mm 8.8 pultteja. Mitoituksen kannalta kriittisiä mittoja on kerätty kuvaan 69. Taulukko 9. Ruuvin lujuusarvoja Ruuvin lujuusluokka 8.8 fyb (N/mm) nimellinen myötölujuus 64 fub (N/mm) nimellinen vetomurtolujuus 8 Ruuvin leikkauskestävyys πd π (6mm) s =,78 =,78 = 57mm 4 4 fub 8N / mm Fv. Rd =,6 s =,6 57mm = 6, kn γ,5 Mb F v.rd s yhden ruuvin leikkauskestävyys leikkaustasonleikettä kohti ruuvin tehokas poikkipinta-ala kierteisellä alueella f ub ruuvin vetomurtolujuus (8.8 pultilla 8 N/mm ) γ Mb osavarmuustekijä (liittimissä,5) d ruuvin halkaisija (6 mm) Jos leikkausta ja reunapuristusta siirtävät ruuvit menevät täytelevyjen läpi, joiden kokonaispaksuus tp on suurempi kuin yksi kolmasosa nimellisestä halkaisijasta d, on leikkauskestävyyden mitoitusarvoa pienennettävä kertomalla se pienennystekijällä β p, joka lasketaan seuraavasta kaavasta β p 9d = 8d + 3t p β p F 9 6mm = =,9 8 6mm + 3 mm = F = 54,86kN > 38, 84kN ok v. Rd. eff v. Rd β p Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

111 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 89/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Ruuvin reikien asema Ruuvien reiät tulee sijoittaa siten, että vältetään korroosio ja paikallinen lommahdus sekä helpotetaan ruuvien asentamista. Reikien aseman tulee myös täyttää ruuvien kestävyyksien mitoitusarvojen määrittämissääntöihin liittyvät rajoitukset. Päätyetäisyyden e ruuvin reiän keskiöstä minkä tahansa viereisen osan reunaan, mitattuna siirrettävän voiman suunnassa (ks. kuva 76), tulee olla vähintään,*d (d = reiän halkaisija). Päätyetäisyyttä kasvatetaan tarvittaessa riittävän reunapuristuskestävyyden saavuttamiseksi. Reunaetäisyyden e ruuvin reiän keskiöstä minkä tahansa viereisen osan reunaan, mitattuna kohtisuoraan siirrettävään voimaan nähden tulee olla vähintään,5*d. Reunaetäisyyttä voidaan pienentää enintään arvoon,*d, jos reunapuristuskestävyyden mitoitusarvoa pienennetään vastaavasti. Mikäli sauvat ovat alttiita säälle tai muille korroosion vaikutuksille, kummankaan reunaetäisyyden suurin arvo ei saa ylittää arvoa 4 mm + 4 t (t = pienempi liitettävien osien paksuuksista). Muulloinkaan nämä etäisyydet eivät saa ylittää suurempaa arvoista *t tai 5 mm. Kuva 76. Kiinnittimien välisten etäisyyksien merkinnät. Reunapuristuskestävyys Reunapuristuskestävyys voiman suunnassa reikää ja ruuvin vartta kohti lasketaan kaavasta fu Fb. Rd =,5α dt γ Mb t tarkasteltavan osan paksuus d ruuvin halkaisija f u perusaineen murtolujuus (perusaineen lujuus < kuin ruuvin lujuus) α pienin arvoista e P fub ; ; ;, 3d 3d 4 fu reiän halkaisija d Kaava on voimassa vain jos voimaa vastaan kohtisuora etäisyys e on vähintään,5*d ja voimaa kohtisuoraan mitattu etäisyys P on vähintään 3*d. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

112 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 e P ; 3d 3d α e ; 4 f f ub u ;, 3mm = 3 mm = = 3d,5 P α = vain yksi pultti rivi => P ei ole => ei huomioida tätä laskentaa. d 4 α 3 f 8N / mm = 5N / mm ub 3 = = fu α =, 4 α =,5 F b. Rd,57 5N / mm =,5,5 6mm mm = 8,6kN > 38, 84kN ok,5 Levyn perusainekestävyys Kestävyys ehjän levyn kohdalla: f y ( mm mm) 355N / mm N pl, Rd = = = 387kN γ M, Kestävyys ruuvin reikien kohdalla:,9 net fu,9 mm ( mm 4mm) 5N / mm Nu, Bd = = = 93, 76kN γ,5 M Taulukko. Kestävyyksien ja kuormien koonti. kestävyydet rasitus status selostus F v.rd 54,86 kn > 38,84 kn kestää Leikkauskestävyys F b.rd 8,6 kn > 38,84 kn kestää Reunapuristuskestävyys N pl.rd 387 kn > 38,84 kn kestää Levyn perusaine kestävyys N u.bd 94 kn > 38,84 kn kestää Levy reikien kohdalta Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

113 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 E PÄÄTYKEHÄ. Rakennemalli.. Rungon päämitat Kuva 77. Rakennemalli päätykehä... Jäykistys ja staattinen tasapaino.3. Liitostyypit Kuva 78. Detalji. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

114 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 9/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Kuva 79. Detalji. Kuva 8. Detalji 3.4. Profiilityyppi ja teräslaji Tuulisiteinä käytetään S355JH **5 CFRHS putkipalkkia. Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

115 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 93/ Teräsrakenteiden jatkokurssi Kuormitus.5. Ominaiskuormat ja -kuormitus PLKILLE Kuva 8. Palkin kuormitusalue. Statiikka Poimulevyn välittämä kuormitus ristikoille on laskettu 3-aukkoisuuden tuoman korotetun tukireaktion avulla. Vastaavasti reunoilla tukireaktiota voitaisiin laskea samalla menetelmällä. Toisaalta hallin kantavien kehien jako ei ole 3-aukkoisesti jaollinen, joten päätyyn tulee varmasti erilainen kuormitus. Palkin mitoittamiseksi käytetään pahinta eli -aukkoisen profiilipellin kuormitusta. Palkiksi on valittu opettajan ohjeistama -aukkoinen IPE. Rakennekuorma g k =,43kN / m (sis. poimulevyn, eristeet ja bitumikermin) P P gk = a gk + gipe =,463m,43kN / m +,kn / m =,8kN / m = γ P =,,8kN / m =,54kN m gd gk / Lumikuorma katolta q lk =,4kN / m P qk = a qlk =,463m,4kN / m = 5,9kN / qd = γ Pqk =,5 5,9kN / m = 8,87kN / m P m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

116 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 94/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 PÄÄTYPILRILL Rakenne kuorma katolta Kuva 8. Kuormitusalue katolta. Statiikka -aukkoinen IPE välittää rakenne ja hyötykuorman päätypilarille. -aukkoisuus aiheuttaa,5 -kertaisen tukireaktion -aukkoiseen verrattuna. Rakennekuorma g k =,43kN / m gk ( g + a g ) N = Ω k IPE ((5m,463m),43kN / m + 5m,kN / m ) = 8, kn N gk =,5 N gd = γ N gk =, 8,kN = 9, 6kN Lumikuorma katolta q lk =,4kN / m N N = Ω ( q ) =,5 ((5m,463m),4kN / m ) = 36, kn qk lk 95 qd = γ Nqk =,5 36,95kN = 55, 43kN Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto

117 HRJOITUSTYÖ: Teräshallin mitoitus 95/ Teräsrakenteiden jatkokurssi 8..6 Tuuli hallin pituussuunnassa Kuva 83. Päätypilarin staattinen malli. Kuva 84. Päätypilarin kuormitusleveys. q = q C + q C w tk p tk q w = = q pi,5kn / m,8 +,5kN / m,5,65kn / m = q a3 =,65kN / m 5m = 3,5kN tk w / m Tekijä: Ville Jokela I3-5 Valvoja: Lilja Risto