Insinööritoimisto A-Insinöörit Oy, valvojana DI Seppo Suuriniemi

Transkriptio

1 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Rakennutekniikan koulutuohjelma Talonrakennutekniikka Opinnäytetyö TERÄSBETONIRAKENTEIDEN SUUNNITTELU VENÄLÄISEN RAKENNUSNORMISTON MUKAISESTI Työn ohjaaja Työn teettäjä Tampere 008 TkL Olli Saarinen Ininööritoimito A-Ininöörit Oy, valvojana DI Seppo Suuriniemi

2 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Rakennutekniikan koulutuohjelma Talonrakennutekniikka Lehtonen, Joni Teräbetonirakenteiden uunnittelu venäläien rakennunormiton mukaieti Opinnäytetyö 87 ivua + 1 liite (9 liiteivua) Työn ohjaaja TkL Olli Saarinen Työn teettäjä Ininööritoimito A-Ininöörit Oy, valvojana DI Seppo Suuriniemi Huhtikuu 008 Hakuanat rakenneuunnittelu, teräbetoni, Venäjä TIIVISTELMÄ Venäjälle kohdituvan vientiuunnittelun ongelmana on ollut uuden paikallien rakennunormiton heikko tunteminen ja uuimpien normikäännöten puuttuminen. Betoni- ja teräbetonirakenteiden uunnittelua on oin ovellettu vanhaa normitoa ja oin Suomen normitoa, minkä vuoki on ollut tarpeellita tehdä elvitytä uudituneita venäläiitä uunnitteluohjeita ja määräykitä. Työn tavoitteena oli perehtyä uuimman venäläien betoni- ja teräbetonirakenteiden uunnittelunormin SNiP /6/ ja en ohjeteoken SP /7/ mukaiiin määräykiin ja ohjeiiin. Tarkemman elvityken kohteena olivat normin elkeäti uudituneet ja käytännön uunnittelutyöä uein käytetyt oa-alueet. Suomenkielien lähdemateriaalin puutteeta johtuen työ uoritettiin epätarkan venäjä-englanti-tietokonekäännöken ja oittaiten venäjä-uomi-käännötektien avulla. Referenilähteinä käytettiin Suomen vataavia normeja ekä vanhaa venäläitä, Suomen Rakennuininöörien liitto RIL r.y:n käännättämää teräbetoninormia. Soveltamalla yhteen lähdeteokia ja kokeneilta vientiuunnittelijoilta aatua tietoa työn tulokeki aatiin uunnittelutyötä helpottava ohjeitu ja elvity venäläiitä betoni- ja teräbetonirakenteiden uunnitteluohjeita ja vaatimukita.

3 TAMK UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Contruction technology Building contruction Lehtonen, Joni Deigning of reinforced concrete tructure according to Ruian contruction tandard Engineering Thei 87 page, 1 appendice (9 appendix page) Thei Supervior Lic.Tech. Olli Saarinen Commiioning A-Ininöörit Plc, upervior: M.Sc. Seppo Suuriniemi April 008 Keyword tructural engineering, reinforced concrete, Ruia ABSTRACT The problem with exporting tructural deign to Ruia ha been poor knowledge of local contruction tandard and abence of newet updated tranlated code. Deign have been made partly according to old tranlated code and partly according to Finnih tandard. Becaue of thi it ha been neceary to make ome kind of clarification concerning new updated tandard. The object of thi engineering thei wa to get acquainted with updated Ruian concrete and reinforced concrete deign tandard SNiP /6/ and deign code SP /7/. Updated and mot commonly ued part of the tandard and the code were under more precie tudy. Due to lack of Finnih ource material, the tudy wa carried out with partial Ruia to Finnih - tranlation, Ruia to Englih - computer tranlation and reference text. Thi thei wa created a a reult of applying ource material and knowledge of experienced tructural engineer together. The main outcome of thi thei wa an intruction and clarification on regulation and directive of Ruian concrete and reinforced concrete deign tandard SNiP /6/ and deign code SP /7/.

4 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 3(87) ALKUSANAT Olen keätä 007 ati työkennellyt rakenneuunnittelijana A-Ininöörit Oy:llä ja lähe kaikki aikani on kulunut Venäjälle kohdituvaa vientiuunnittelua. Tämän vuoki oli luontevaa, että A-Ininöörit Oy tarjoi minulle vientiuunnitteluun kekittyvää tutkintotyötä marrakuua 007. Varinainen työproei lähti inteniivieti liikkeelle vata tammikuua, ja työ valmitui huhtikuua 008. Kiitän A-Ininöörit Oy:tä toimekiannota ekä kaikkia työn loppuunaattamiea mukana olleita henkilöitä. Erityikiitoket annan Elena Avaneyanille käännötekteitä, Seppo Suuriniemelle työn ohjaamieta ja tekniitä neuvoita ekä Olli Saarielle työn ohjaamieta TAMK:n puoleta. Liäki kiitän teknietä avuta ja neuvoita vientiuunnittelutiimin Kimmo Fabrinia, Harri Kivitöä, Jorma Paloa ja Alexander Pavlovia. Lopuki annan vielä erityikiitoken avovaimolleni Matleenalle ja tyttärelleni Sofialle korvaamattomata henkietä tueta. Tampereella

5 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 4(87) SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT ALKUSANAT SISÄLLYSLUETTELO....4 SYMBOLILUETTELO JOHDANTO...7 VENÄLÄINEN NORMIJÄRJESTELMÄ Venäjän federaation teknilliten normien järjetelmä /3,.1 8./...8. Tutkittavat normit ja niiden voimaantulo SUUNNITTELUN YLEISOHJEITA Betonipeitteen vähimmäiarvot Raudoituken vähimmäietäiyydet Pituuuuntainen vähimmäiraudoitu Poikittaiuuntainen vähimmäiraudoitu MATERIAALIOMINAISUUDET Betonin luokittelu Betonin lujuuominaiuudet Rakenneteräten luokittelu Rakenneteräten lujuuominaiuudet Betonin muodonmuutovakiot Betonin uhteelliet muodonmuutoket Teräken muodonmuutoominaiuudet MITOITUSTEORIA Raudoituken ankkurointi Ankkurointipituuden lakenta Ankkurointimitoitukea huomioitavat liäehdot Raudoituken jatkaminen Jatkopituuden lakenta Tankojen taivuttaminen Rakenteen halkeilu Halkeamien huomioimien tarpeelliuu Sallitut halkeamaleveydet ja niiden määrittelyperiaatteet Halkeamien leveyden määrity Leikkauvoimamitoitu Leikkauvoimamitoitu vinoia halkeamia Poikittairaudoituken huomioimien edellytyket Momenttien vaikutu vinoa halkeamaa MITOITUSESIMERKIT Vähimmäiraudoitu Raudoituken ankkurointi Raudoituken jatkopituu Halkeamien huomioimien tarpeelliuu Halkeamien levey Leikkauvoimamitoitu JOHTOPÄÄTÖKSET...85 LÄHTEET LIITTEET 1 Normien välinen lakentavertailu

6 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 5(87) SYMBOLILUETTELO α kerroin, joka huomioi rakenneratkaiun ekä betonin ja teräken jännitytilan α, α 1, α betonin ja teräken kimmokertoimien uhde γ varmuukerroin ε uhteellinen muodonmuuto η 1 kerroin, joka huomioi teräten pinnan vaikutuken tartunnaa betoniin η kerroin, joka huomioi teräken halkaiijan vaikutuken tartunnaa betoniin µ raudoitukerroin ν b,p betonin poikittaiuuntainen muodonmuutoken määrittävä Poionin vakio σ rakenneoaa vaikuttava jännity φ halkeilu- ja leikkauvoimatarkatelua eiintyvä kerroin ψ kerroin, joka huomioi raudoituken uhteellien muodonmuutoken epätaaien jakautumien halkeamien välillä a a a crc a crc,ult b c d d,red d on e e x h h 0 l 0,an l an l l l etäiyy betonin vedetyn puolen ulkoreunata vetoraudoitukeen kekipiteeeen pytyhalkeaman ja tuen välinen kohtiuora etäiyy kuormituken alaieen rakenneoaan yntyvä halkeamalevey allittu halkeamalevey rakennepoikkileikkauken levey vinohalkeaman pituuuuntainen projektio raudoituken nimellihalkaiija niputetun tankoryhmän lakennallinen kokonaihalkaiija raudoitutankojen taivutukea huomioitava tangon iäpuolinen taivutuhalkaiija vetoraitetun pitkittäiraudoituken painopiteen ja normaalivoiman N vaikutupiteen välinen etäiyy etäiyy vetoraituken N vaikutupiteetä vetoraitetulle alueelle, joa halkeaman muodotumita tarkatellaan rakennepoikkileikkauken korkeu rakennepoikkileikkauken tehollinen korkeu ankkuroinnin perupituu raudoituken ankkurointipituu raudoituken jatkopituu ankkurointitangon pään ja tarkateltavan poikkileikkaukeen välinen etäiyy

7 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 6(87) l n q w r w w,max t t u x x t y c y t z halkeamien välinen etäiyy terätankojen lukumäärä tankoryhmää vinoa halkeamaa olevan poikittairaudoituken kapaiteetti pituuykikköä kohti teräken nimelliäde poikittairaudoituken jakoväli poikittairaudoituken uurin allittu jakoväli einän pakuu uojabetonipeitteen pakuu ankkuroitavan tangon piiri nimellihalkaiijan mukaan betonipoikkileikkauken puritetun puolen korkeu betonipoikkileikkauken vedetyn puolen korkeu betonin puritetun reunan ja poikkileikkauken painopiteen välinen etäiyy betonin vedetyn reunan ja poikkileikkauken painopiteen välinen etäiyy puritetun betonipoikkileikkauken painopiteen ja vedetyn raudoituken painopiteen välinen etäiyy A E I red rakenneoan poikkileikkauken pinta-ala materiaalin kimmokerroin poikkileikkauken kokonaihitaumomentti painopiteen uhteen I, I, I betonin ekä veto- että purituraudoituken hitaumomentit M N Q R R bond S t,red W taivutumomentti akiaalivoima leikkauvoima materiaalin lujuu raudoituken ja betonin välien tartuntalujuuden lakennallinen arvo poikkileikkauken taattinen momentti betonin vetoraitetun reunan uhteen poikkileikkauken taivutuvatu

8 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 7(87) 1 JOHDANTO Suunnitteluviennin merkity on kavanut viime vuoina, ja nykyinen kehity näyttää liäävän vientiin panotamien tarvetta. Erityieti Venäjän lähialueet ovat vahvitaneet aemaana tärkeinä markkina-alueina, minkä vuoki paikallien rakennunormiton tunteminen on tärkeää. Vientiuunnittelua Venäjälle ohjaavat Venäjän federaation kanallinen rakentaminormito. Suomen Rakennuininöörien Liitto RIL r.y on kääntänyt oan näitä venäläiitä rakentaminormeita uomeki. RIL r.y on kuitenkin luopunut tätä tehtävätä, ja uuimpien normien uomenkieliiä verioita ei ole aatavilla, eikä elkeää uunnitteluohjeituta tämän vuoki ole. Vuonna 003 uuditettu normiaiakirja SNiP /6/ iältää rakentamimääräyket betoni- ja teräbetonirakenteille. Työä kekitytään tämän normin ääntökokoelman SP /7/ iältämiin ohjeiiin. Tavoitteena on käydä läpi ohjeiden uudituneet oat ja uunnittelun kannalta tärkeimmät kohdat. Aiakirjojen tutkiminen uoritettiin alkuperäien venäjänkielien tektin, epätarkan venäjä-englanti-tietokonekäännöken ekä oittaien venäjä-uomi-käännöken avulla. Selvitykeä käytettiin liäki apuna refereniteokia ekä vientiuunnittelijoiden tietämytä.

9 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 8(87) VENÄLÄINEN NORMIJÄRJESTELMÄ Venäläien normijärjetelmän peruiältö ei juuri eroa omatamme. Järjetelmä iältää uunnittelua ja tuotantoa kokevat määräyket, tuotteiden tandardit ekä ohjeidenomaiet ääntöaiakirjat. Erona meidän järjetelmäämme venäläinen järjetelmä iältää liäki lukuiia alueelliia normeja ekä hallintoalojen normeja..1 Venäjän federaation teknilliten normien järjetelmä /3,.1 8./ Teknilliet normit jakaantuvat hierarkkieti kolmeen eri taoon. Normiaiakirjahierarkian huipulla ovat Venäjän federaation normiaiakirjat. Seuraavaa luetteloa on litattu teknilliet normiaiakirjat ja niiden kekinäinen hierarkia. Sulkuihin kirjoitetut tektit ovat aiakirjojen venäläiiä nimiä, joiden kyrilliet aakkoet on korvattu latinalaiilla aakkoilla. 1. Venäjän federaation normiaiakirjat ovat: - Venäjän federaation rakennunormit ja määräyket (troitelnyi normy i pravila, SNiP) - Venäjän federaation rakennualan tandardit (goudartvennyi tandarty, GOST R) - uunnittelu- ja rakentamiäännöt (vody pravil po proektirovaniju i troiteltvy, SP) - normiaiakirjajärjetelmien ohjaavat aiakirjat (rukobodjahthie dokumenty item normativnyh dokumentov, RDS) - hallintoalojen normiaiakirjat (vedomtvennye troitelnyi normy, VSN, vedomtvennye normy proektirovanija, VNP, otralevie normy tehnologithekogo proektirovanija, VNTP, ). Venäjän federaation ubjektien normiaiakirjat ovat: - alueelliet rakennunormit (territorialnyi troitelnyi normy, TSN)

10 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 9(87) 3. Tuotanto- ja toimialakohtaiet normiaiakirjat ovat: - toimialakohtaiet tandardit (otralevye tandarty, OST) - yrityken tandardit (tandarty predprijatii) - julkiten yhteiöjen normiaiakirjat Federaation normiaiakirjojen laatimieta, kehittämietä, korjaamieta ja julkaiemieta vataa rakentamien, arkkitehtuurin ja auntopolitiikan valtionkomitea Gotroi. Sen toimeta laaditaan eimerkiki federaation rakennunormit ja määräyket (troitelnyi normy i pravila, SNiP). Sääntökokoelmia, joita ovat uunnittelu- ja rakentamiäännöt (vody pravil po proektirovaniju i troiteltvy, SP), puoletaan laativat tieteelliet tutkimulaitoket ekä yliopitot. Käytännön rakennu- ja rakenneuunnittelua tarvittavia aiakirjoja ovat perumääräyket ja vaatimuket iältävät SNiP-aiakirjat ja niitä täydentävät uunnittelun ohjeina ja käikirjoina toimivat SP-aiakirjat. SP:t toimivat ennen kaikkea apuna käytännön uunnittelua, ja niiden aema vataa Suomen aiakirjoihin verrattuna lähinnä Suomen Rakennuininöörien Liiton, RIL r.y:n julkaiuja. SNiP:n aema vataa puoletaan lähinnä Rakentamimääräykokoelmamme aemaa. Hierarkkieti federaation normiaiakirjojen alapuolella ijaitevat Venäjän federaation ubjektien, eli 86:n eri liittovaltion, normiaiakirjat. Subjektien normiaiakirjoja ovat alueelliet rakennunormit (territorialnyi troitelnyi normy, TSN). Näiä normeia huomioidaan alueiden maantieteellien ijainnin, luonnonolouhteiden ja erityiluonteen aiheuttamat vaatimuket ja annetaan niitä vataavat ohjeet. Alueelliet normit ovat ainoataan federaation normiaiakirjoja täydentäviä, eivätkä niiden määräyket aa olla kekenään ritiriidaa. Normihierarkiaa alimmaiena ovat tuotanto- ja toimialakohtaiet normiaiakirjat. Ne ovat toimialata riippuvaiia, yritykohtaiia normeja ja tandardeja, joita erilaiet yrityket ja tuotantolaitoket laativat.

11 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 10(87). Tutkittavat normit ja niiden voimaantulo Tää työä perehdytään betoni- ja teräbetonirakenteiden uunnitteluvaatimuket ja määräyket iältävään SNiP normiaiakirjaan /6/. Erityien tarkatelun kohteena ovat SNiP normiaiakirjan /6/ uunnittelu- ja ääntöaiakirjan SP /7/ mukaiet uunnitteluohjeet. SNiP /6/ iältää uunnitteluvaatimuket ja määräyket myö jännitetyille rakenteille, mutta niitä vataavat uunnitteluohjeet on eitetty SP ääntöaiakirjaa, jota ei käitellä tää työä. Työä käiteltävät aiakirjat SNiP /6/ ekä SP /7/ ovat tällä hetkellä voimaa olevat betoni- ja teräbetonirakenteiden uunnitteluun liittyvät normiaiakirjat Venäjällä. Normien uuiutumien on Venäjällä melko hidata, illä vuonna 003 voimaan tulleen SNiP /6/ edeltäjä, SNiP /5/, julkaitiin vuonna Pitkä aikaväli johtuu lähinnä normeja julkaievien tahojen rahoituken puutteeta ekä uuien normien käyttöönoton hitaudeta. Pahimmaa tapaukea yleieä käytöä voi olla uuimman normin liäki kaki en edeltäjää. Betoni- ja teräbetonirakenteiden oalta ongelmana on juuri vanhan ja uuden normin rinnakkaikäyttö, illä uuri oa venäläiitä uunnittelijoita käyttää vielä vanhaa normia, vaikka en käyttö rakenteiden uunnittelua on kielletty. Vanhan normin käyttö uomalaiten vientiuunnittelijoiden kekuudea on myö melko yleitä, illä ainoataan vanha normi on käännetty uomeki RIL r.y:n toimeta. /3; 1./

12 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 11(87) 3 SUUNNITTELUN YLEISOHJEITA 3.1 Betonipeitteen vähimmäiarvot Teräbetonirakenteia käytettävien teräten tulee olla uojattu betonipeitteellä. Riittävän pakulla betonipeitteellä varmitetaan: - teräken ja betonin yhteitoiminta - raudoituken ankkuroinnin toimivuu - teräten uojaaminen aggreiiviten aineiden aiheuttamaa yöpymitä vataan - teräten palonuojau ja paloturvalliuu. /14/ Betonipeitteen pakuudella tarkoitetaan etäiyyttä toimivan teräken ulkopinnata betonin ja itä ympäröivän ilman välieen rajapintaan. Tarvittavaan betonipeitteen pakuuteen vaikuttavat ympäritöolouhteiden ohella rakenneratkaiu, teräten toiminta rakenteea ekä teräten nimellihalkaiijat. Teräbetonirakenteia käytettävien toimivien päärakenneteräten betonipeitteiden vähimmäiarvot on eitetty taulukoa 1. /7; 14./ Taulukko 1 Betonipeitteen vähimmäipakuu toimiville rakenneteräkille /7; 10./ Rakenteen toimintaolouhde Suojaavan betonipeitteen pakuu (mm) 1. Suljetut tilat, joia on normaali tai alennettu ilman koteupitoiuu 0. Suljetut tilat, joia on normaalia korkeampi ilman koteupitoiuu (ilman erilliiä uojautoimenpiteitä) 3. Ulkoilma (ilman erilliiä uojautoimenpiteitä) 4. Maan alla (ilman erilliiä uojautoimenpiteitä) 5. Perutukien alaraudoituket (käytettäeä alutavaa betonitaoituta)

13 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 1(87) Taulukon 1 arvojen käytöä on liäki huomioitava euraavat aiat: - elementeiä betonipeitteen pakuutta voidaan pienentää 5 mm - työteräket voidaan uojata taulukkoarvoja 5 mm ohuemmilla betonipeitteillä - uojaavan betonipeitteen pakuuden on aina oltava vähintään uojattavan raudoituken halkaiijan d uuruinen. /10; 14./ 3. Raudoituken vähimmäietäiyydet Määräämällä raudoitutankojen ulkopintojen vähimmäietäiyydet eli viereiten tankojen vapaa väli, pyritään varmitamaan betonin ja raudoituken yhteitoiminta ekä betonin riittävä tiivityminen tankojen väliä valun aikana. Vähimmäietäiyyden uuruuteen vaikuttavat tankojen uunta ja poikkileikkaukea oleva tankorivien määrä (kuva 1) ekä tankojen halkaiijoiden uuruu. Raudoituken vähimmäietäiyydet on eitetty taulukoa. Taulukko Raudoitutankojen ulkopintojen vähimmäietäiyydet /9; 14./ Raudoitutilanne Tangot pytyuoraa tai vinoa aennoa. Raudoituken alaoa. Raudoitu yhdeä tai kahdea riviä. Tangot pytyuoraa tai vinoa aennoa. Raudoituken yläoa. Raudoitu yhdeä tai kahdea riviä. Tangot pytyuoraa tai vinoa aennoa. Raudoituken ala- tai yläoa. Raudoitu ueammaa kuin kahdea riviä. Vähimmäietäiyy (mm) Tangot vaakauoraa aennoa. 50 Huomio. Vähimmäietäiyyden tulee aina kuitenkin olla vähintään uurimman raudoitutangon halkaiijan d uuruinen. Tarvittaea raudoitutankoja voidaan niputtaa yhteen ryhmiki. Tankoryhmän ja muun raudoituken välien vähimmäietäiyyden tulee olla vähintään tankoryhmän

14 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 13(87) kokonaihalkaiijaa vataavan d,red arvon uuruinen. Tankoryhmän kokonaihalkaiija d,red voidaan määrittää yhtälön (1) avulla. n d, red d i (1) 1 joa d i ykittäien terätangon halkaiija ryhmää n terätankojen lukumäärä ryhmää /7; 8./ Kuva 1 Raudoituken vähimmäietäiyykiä 3.3 Pituuuuntainen vähimmäiraudoitu Vedetty tai puritettu rakenteen pääraituuuntaan nähden pituuuuntainen vähimmäiraudoitu määritetään kaikille teräbetonirakenteille betonin tehollien poikkileikkauken pinta-alan A c ja teräten poikkipinta-alan A uhteena yhtälön () mukaieti /14/. Yhtälöä () eiintyvä raudoitukerroin µ kertoo tarvittavan raudoituken määrän proentteina poikkileikkauken toiea pinnaa. Raudoitukertoimen µ mukainen raudoitumäärä ijoitetaan rakenteen jokaieen pintaan. Eimerkiki taivuturaitetuia ja epäkekeieti vedetyä einää rakenteen molemmia pinnoia raudoitukerroin on µ 0,1 %, joten koko poikkileikkaukeen laitetaan raudoitukerrointa µ 0, % vataava terämäärä /1/.

15 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 14(87) Raudoitukertoimen uuruu on: - 0,1 %, kun rakenneoa on taivutettu ja epäkekeieti vedetty tai kun rakenneoa on epäkekeieti puritettu ja hoikkuu l 0 /i 17 (uorakaidepoikkileikkaukilla rakenteen hoikkuuden on oltava l 0 /h 5) - 0,5 %, kun rakenneoa epäkekeieti puritettu ja hoikkuu l 0 /i 87 (uorakaidepoikkileikkaukilla rakenteen hoikkuuden on oltava l 0 /h 5). /8; 9./ Raudoitukertoimen µ väliarvot aadaan interpoloimalla. Kertoimen µ määrittämieen tarvittava termi l 0 on rakenneoan tehollinen pituu. Seiniä ja pilareia tehollinen pituu l 0 on nurjahdupituu. Termi h vataa poikkileikkauken korkeutta ja einärakenteia einän pakuutta. Hoikkuuden kaava l 0 /i pätee kaikia poikkileikkaukia, ja en lakemiea tarvittava termi i on poikkileikkauken jäyhyyäde. /8; 10; 1./ A µ 100% () bh 0 joa h 0 poikkileikkauken tehollinen korkeu (einärakenteia tehollinen pakuu) b poikkileikkauken levey (einärakenteia b 1 m) /7; 8; 10./ Betonirakenteia uoitellaan tietyiä tilanteia käytettäväki apuraudoituta rakenteen vahvitamieki, jolloin raudoitukertoimen µ uuruutena käytetään vähintään 0,05 %. Apuraudoituta käytetään: - paikoia, joia rakenteen dimenioihin tulee jyrkkä muuto - aukkojen ylä- ja alapuolella - epäkekeieti purituraitetuia rakenteia, joia ei ole huomioitu betoniin kohdituvaa paikallita vetoraituta. /14/ Pituuuuntaiten vähimmäiraudoituten tankojen kekikohtien välien etäiyyden tulee olla taulukon 3 mukainen. Raja-arvoilla varmitetaan betonin tehoka toiminta ekä raituten ja muodonmuutoten taainen jakautuminen. /14/

16 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 15(87) Taulukko 3 Pituuuuntaien vähimmäiraudoituken tankojen jakovälit Teräbetonirakenne Jakoväli (mm) Ehto 00 poikkileikkauken korkeu h 150 mm Palkit ja laatat 400 ja 1,5h poikkileikkauken korkeu h > 150 mm Pilarit 400 raudoitu taivutettuun taoon nähden kohtiuoraa 500 raudoitu taivutetun taon uuntainen Seinät 400 ja t raudoitu pytyuoraa (t einän pakuu) 400 raudoitu vaakauoraa Palkeia ja rivoia, joiden levey on 150 mm, poikkileikkaukeen tulee aentaa vähintään kaki pituuuuntaita pääterätä. Poikkileikkaukea riittää yki pituuuuntainen pääterä, kun rakenteen levey on 150 mm. /8; 14./ Teräbetonipalkeia, tukien välieä kentää käytettävätä terämäärätä A, tulee vähintään puolet ylettyä tuelle aakka (kuva ). Palkeia tulee liäki huomioida, että tuelle tulee yltää vähintään kaki tankoa. Vataavati teräbetonilaatoia, tukien välieä kentää olevata terämäärätä A, on tuotava tuelle vähintään kolmaoa (kuva ). Teräbetonilaatoia terämäärä A laketaan aina 1 m:n levyiellä alueella. /8; 1./ Kuva Tuelle tuotava vähimmäiterämäärä

17 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 16(87) 3.4 Poikittaiuuntainen vähimmäiraudoitu Rakenteen pääraituuuntaan nähden poikittaiuuntaita raudoituta käytetään kuormituten vataanottamieen, halkeamien rajoittamieen, pitkittäitankojen valun aikaieen paikalleen itomieen ekä purituraitetun pääraudoituken nurjahtamien etämieen. Poikittaiuuntainen raudoitu aennetaan aina rakenteen jokaieen pintaan, mikäli pinnan läheiyydeä on pituuuuntaita raudoituta. /14/ Poikittairaudoituken tankojen jakovälit määräytyvät rakenteen tyypin, koon ja rakenteeeen kohdituvan raituken mukaan. Poikittaiuuntaien vähimmäiraudoituken tankojen jakovälit on eitetty taulukoa 4. Taulukko 4 Poikittaien vähimmäiraudoituken tankojen jakovälit Teräbetonirakenne Jakoväli Ehto (mm) Rakenne yleenä 300 ja 0,5h 0 raudoitu ottaa vataan leikkauvoimaa betonin ohella Rakenne yleenä 300 puritetun pituuuuntaien raudoituken uhteellinen ja 10d ouu poikkileikkauketa > 1,5 % Palkit ei poikittai- ainoataan betoni vataanottaa leikkauvoimaa, raudoituta rakenteen korkeu < 150 mm Palkit ja rivat 500 ainoataan betoni vataanottaa leikkauvoimaa, ja 0,75h 0 rakenteen korkeu 150 mm Laatat 300 ja 1/3h 0 paikallinen purituraitu, läpileikkautumivyöhyke Moniripaiet laatat 500 ainoataan betoni vataanottaa leikkauvoimaa, ja 0,75h 0 rakenteen korkeu 300 mm Jatkuvat laatat ja moniripaiet laatat ei poikittairaudoituta ainoataan betoni vataanottaa leikkauvoimaa, rakenteen korkeu < 300 mm Sauvamainen rakenne 500 ja 15d epäkekeinen purituraitu tai rakenne on taivutettu h 0 poikkileikkauken tehollinen korkeu d puritetun pituuuuntaien raudoituken halkaiija Epäkekeien purituraituken alaien rakenteen poikittairaudoituken halkaiijan tulee olla vähintään 0,5-kertainen uurimman pituuuuntaien pääteräken halkaiijaan verrattuna. Poikittairaudoituken nimellihalkaiijan tulee kuitenkin

18 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 17(87) olla vähintään 6 mm, mikäli raudoitu on idottu käin toiiina idontalangan avulla. Rakenteen ollea taivutettu poikittairaudoituken halkaiijan tulee olla vähintään 6 mm. Hitaamalla yhditetyä raudoitukia poikittairaudoituken halkaiija määräytyy hitauolouhteiden ekä uurimman pituuuuntaien teräken ja poikittaiteräken välien hitin aettamien vaatimuten peruteella. /8; 14./ Epäkekeieti puritetuia auvamaiia rakenneoia pitkittäiteräkitä ainakin yhden tulee ijaita poikittaihakojen taivutukohdia. Hakojen taivutukohtien välinen etäiyy tulee olla alle 400 mm. Rakenneoan ivun leveyden ollea korkeintaan 400 mm ja pituuuuntaiten tankojen lukumäärän ollea enintään neljä tällä ivulla voidaan kyeiet tangot ympäröidä yhdellä haalla. Muua tapaukea oa pääteräkitä on ympäröitävä erikeen toiella haalla (kuva 3). Käytettävien hakojen ei tarvite olla umpihakoja, kuitenkin tietyiä kuormitutilanteia umpihakojen käyttöä uoitellaan. Eimerkiki vääntöraitetua rakenteea tulee käyttää aina umpihakoja pitkittäiteräten ympärillä. /8; 14./ Paikallien purituraituken alaiia rakenteia poikittairaudoituken ijainti valitaan purituken aiheuttaman kuormitualueen mukaan. Poikittairaudoitu voidaan tehdä joko tangoita tai käyttämällä työraudoituverkkoa. Lakennallieti poikittaiia voimia ja vääntöä vataanottava poikittairaudoitu tulee ankkuroida päitään hitaamalla, tai e on aennettava pitkittäiuuntaiten teräten ympärille iten, että liitoten ja hakojen lujuu on varmitettu. /14/ Kuva 3 Pääteräkiä ympäröivien hakojen määrä

19 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 18(87) 4 MATERIAALIOMINAISUUDET 4.1 Betonin luokittelu Suunniteltaea betoni- ja teräbetonirakenteita SP /7/ mukaan on käytettävä rakata, tiheydeltään vähintään 00 kg/m 3 ja korkeintaan 500 kg/m 3 olevaa betonia /13/. SNiP /6/ antaa määräykiä muillekin betonilaaduille ekä eijännitetyille teräbetonirakenteille, mutta niitä ei käitellä tää työä aihepiirin laajuuden vuoki. Betonilaadut luokitellaan erilaiten ominaiuukien eli parametrien avulla. Nämä parametrit ja niiden iältämät luokat ovat: a) puritulujuuluokitu B (B10, B15, B0, B5, B30, B35, B40, B45, B50, B55 ja B60) b) akiaalivetolujuuluokitu B t (B t 0,8, B t 1,, B t 1,6, B t,0, B t,4, B t,8 ja B t 3,) c) pakkaketävyyluokitu F (F50, F75, F100, F150, F00, F300, F400 ja F500) d) veitiiviyluokitu W (W, W4, W6, W8, W10 ja W1) /7; 14./ Luokituten käytöä on huomioitava että teräbetonirakenteia ei tulii käyttää puritulujuuluokitukeltaan heikompaa kuin B15 olevaa betonia. Tätä yytä luokan B10 käyttö rajoittuu täten ainoataan betonirakenteiiin. /5; 7; 14./ Pakkaenketävyyluokitu F määräytyy rakennukelle aetettavien vaatimuten, käyttöolouhteiden ekä ympäritön ominaiuukien mukaan. Maanpäälliillä rakenteilla betonin pakkaenketävyyluokitu tulee olla vähintään F75, jo ulkoilman lakennallinen lämpötila on ºC. Lämpötilan ollea yli -5 ºC, betonin pakkaenketävyyluokituta ei tarvite määrittää. Muia tapaukia pakkaketävyyluokitu määritellään erikoimääräyten mukaan. /5; 8; 14./

20 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 19(87) Betonin vedenketävyyluokitu W määritellään betonin käyttöolouhteiden, rakennukelle aetettavien vaatimuten ekä ympäritön ominaiuukien mukaieki. Maanpäälliillä rakenteilla, ulkoilman lakennallien lämpötilan ollea yli 40 ºC, vedenketävyyluokituta ei tarvite määrittää. Betonin vedenketävyyluokituta ei myökään tarvite määrittää lämmitetyn rakennuken rakennuoille. Muia tapaukia vedenketävyyluokitu määritellään tapaukohtaieti erikoimääräyten mukaieti. /8; 14./ 4. Betonin lujuuominaiuudet Poikkeukena meidän luokitujärjetelmäämme puritulujuuluokituken mukaien merkinnän lukuarvot eivät vataa uoraan uunnittelua käytettäviä betonin ominailujuukia. Tämä johtuu erilaiita lujuukien määrittämitavoita. Varinaiina betonin ominailujuukina pidetään primojen akiaalita puritulujuutta eli primalujuutta R b,n ekä akiaalita vetolujuutta R bt,n. Ominailujuuarvot ovat vakioita kullekin betonilaadulle (taulukko 5). Vetolujuuluokituken mukaien merkinnän lukuarvo vataa poikkeukellieti uuruudeltaan akiaalien vetolujuuden ominaiarvoa R bt,n. Taulukoia eitetyt ominai- ja lakentalujuudet on ilmoitettu ykiköä MPa (1 MPa 1 MN/m 1 N/mm ). Taulukko 5 Ominaiarvot ja lakentalujuudet toien ryhmän rajatiloille /14/ Lujuuden laji Akiaalipuritu R b,n, R b,er Akiaaliveto Betonin ominailujuudet R b,n ja R bt,n ekä lakentalujuudet R b,er ja R bt,er toien ryhmän rajatiloille (MPa) B10 B15 B0 B5 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 7,5 11,0 15,0 18,5,0 5,5 9,0 3,0 36,0 39,5 43,0 0,85 1,1 1,35 1,55 1,75 1,95,1,5,45,6,75 R bt,n, R bt,er Betonin lakentalujuudet enimmäien ryhmän rajatilaa, eli murtorajatilaa, ovat R b ja R bt (taulukko 7) ekä toien ryhmän rajatilaa, eli käyttörajatilaa, R b,er ja

21 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 0(87) R bt,er (taulukko 5). Mitoitukea käytettävät lakentalujuudet aadaan puritu- ja vetovarmuukertoimien (taulukko 6) avulla yhtälöiden (3) ja (4) mukaieti. Kertoimet ovat toien ryhmän rajatiloille γ b γ bt 1,0, joten lakentalujuudet ovat tällöin yhtä uuria kuin taulukon 5 mukaiet betonin ominailujuudet R b,n ja R bt,n. /14/ Taulukoa 7 eiintyvän akiaalivetolujuuluokituken B t mukaien betonin käyttö uunnittelua rajoittuu lähinnä rakenteiiin, joia halkeamien yntymien etäminen on eniarvoien tärkeää eikä betonilta vaadita merkittävää puritulujuutta. Tällaiia rakenteita ovat eimerkiki iilomaiet veiäiliöt. /15/ R b Rb, n (3) γ b joa R b,n betonin puritulujuuden ominaiarvo (taulukko 5) γ b purituvarmuukerroin (taulukko 6) /7/ R bt Rbt, n (4) γ bt joa R bt,n betonin vetolujuuden ominaiarvo (taulukko 5) γ bt vetovarmuukerroin (taulukko 6) /7/ Taulukko 6 Betonin purituvarmuukertoimet γ b ja vetovarmuukertoimet γ bt Varmuukertoimet betonille puritukea γ b ja vedoa γ bt Rakenteiden lakeminen enimmäien ryhmän rajatilojen (murtorajatilan) mukaan γ b γ bt Rakenteiden lakeminen toien ryhmän rajatilojen (käyttörajatilan) mukaan. Betonin luokituken ollea puritulujuuden mukaan määritelty Betonin luokituken ollea vetolujuuden mukaan määritelty γ b ja γ bt 1,3 1,5 1,3 1,0

22 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 1(87) Taulukko 7 Betonin lakentalujuudet enimmäien ryhmän rajatiloille Lujuuden laji Akiaalipuritu R b Akiaaliveto R bt Betonin lakentalujuudet R b ja R bt enimmäien ryhmän rajatiloille, puritulujuuluokituken mukaan määriteltynä (MPa) B10 B15 B0 B5 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 6,0 8,5 11,5 14,5 17,0 19,5,0 5,0 7,5 30,0 33,0 0,56 0,75 0,9 1,05 1,15 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Lujuuden laji Akiaaliveto R bt Betonin lakentalujuu R bt betonin luokituken ollea vetolujuuden mukaan määritelty (MPa) B t 0,8 B t 1, B t 1,6 B t,0 B t,4 B t,8 B t 3, 0,6 0,93 1,5 1,55 1,85,15,45 Lakentalujuudet joudutaan vielä tarvittaea kertomaan toimintaolouhdekertoimilla γ bi, jotka määräytyvät työn erityiluonteen, kuormituolouhteiden ekä ympäritön aettamien vaatimuten peruteella (taulukko 8). /7; 14./ Taulukko 8 Betonin toimintaolouhdekertoimet γ bi Toimintaolouhdekertoimen käyttöön vaikuttava tekijä 1. Staattien kuorman vaikutuken keto a) lyhytaikaiet kuormat b) pitkäaikaiet kuormat Toimintaolouhdekertoimet γ bi Merkintä Kertoimen lukuarvo. Betonirakenteet γ b 0,9 3. Betonointi pytyaennoa γ b3 0,9 4. Pakkaen vaikutu a) maanpäälliet rakenteet, lakennallien lämpötilan ollea γ b1 γ b1 γ b4 1,0 0,9 1,0 välillä 0 o C 40 o C. b) vuoroittaien ulamien ja jäätymien vaikutu tapaukohtaieti c) muut tapauket, rakenteiden käyttötarkoituketa ja ympäritöolouhteita riippuen γ b4 γ b4 1,0 erikoimääräyten mukaieti

23 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ (87) 4.3 Rakenneteräten luokittelu Teräbetonirakenteia voidaan käyttää rakenneteräkinä pintaprofiililtaan joko ileitä tai periodiprofiloituja harjateräkiä, joiden pintakuviointi noudattaa joko rengamaita tai puolikuun muotoita profiilia. Tämän ohjeen mukaan uunnitelluia teräbetonirakenteia voidaan käyttää nimellihalkaiijoiltaan mm:n kuumavalattuja ileitä teräkiä tai harjateräkiä mm:n termomekaanieti käiteltyjä harjateräkiä mm:n kylmämuokattuja harjateräkiä. /14/ Rakenneteräten luokittelu perutuu niiden valmitutapaan ja vetoketävyyteen, minkä vuoki rakenneteräten merkintä on kakioainen. Merkinnän enimmäinen tunnuoaoa johtuu valmitutavata. Rakenneteräket jaetaan kahteen luokkaan valmitutavan mukaieti: 1) kuumavalatut ja termomekaanieti käitellyt teräket (luokan tunnu A) ) kylmämuokatut teräket (luokan tunnu B) /14/ Rakenneteräten tunnumerkinnän jälkimmäinen oa on numeerinen ja kertoo teräken myötörajan. Teräbetonirakenteia käytettävien rakenneteräten tunnumerkinnät ovat euraavat: 1) ileä terä A40 (A-I) ) harjateräket A300 (A-II), A400 (A-III), A500, B500 /6; 7./ Suluia olevat merkinnät ovat vanhan normin SNiP /5/ mukaiia teräluokitukia, joiden käytötä on luovuttu uuden normin SNiP /6/ voimaantulon jälkeen. Käytännöä vanhat merkinnät ovat edelleen käytöä, ja niitä onkin yytä vielä käyttää uuien merkintöjen ohella. Näin menetellen ehkäitään mahdolliet ekaannuket työmailla. /15/

24 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 3(87) Elementtien notolenkeiä uoitellaan käytettäväki luokan A40 ileää terälaatua. Tavalliia teräbetonirakenteia tulii käyttää vallitevana terälajina joko luokan A500 tai luokan A400 terätä. Luokan B500 terätä uoitellaan käytettäväki hitatuia verkoia ja oia. Luokan B500 ohella kaikki muutkin teräluokat ovat hitattavia. Talonrakentamiea käytetyin terälaji on luokan A400 terä, mutta luokan A500 terätä käytetään yhä enemmän. Tää yhteydeä merkitemättömien korkealuokkaiten terälajien käyttö on myö allittu. Korkealuokkaiia terälaatuja käytetään kuitenkin ainoataan illoin, kun e on taloudellieti peruteltua. /1; 13; 14./ 4.4 Rakenneteräten lujuuominaiuudet Teräbetonirakenteia käytettävien rakenneteräten ominailujuukien R,n arvot vataavat tandardien mukaita myötövetolujuutta /14/. Ominailujuuden uuruu pyyy amana vain tietyillä poikkileikkaukilla, taulukoa 9 on eitetty teräten vetolujuukien ominaiarvot ekä vataavat tankojen halkaiijat. Teräten lakentavetolujuudet enimmäien ryhmän rajatilaa, eli murtorajatilaa, ovat R ja toien ryhmän rajatilaa, eli käyttörajatilaa, ovat R,er. Lakentavetolujuudet R aadaan varmuukertoimien γ avulla yhtälön (5) mukaieti. Taulukoa 10 on eitetty varmuukertoimien γ arvot. Varmuukertoimet ovat toien ryhmän rajatiloille γ 1,0, joten lakentalujuudet ovat tällöin amanuuruiia kuin teräten ominaivetolujuudet (taulukko 9). Taulukko 9 Ominaivetolujuudet ja lakentalujuudet toien ryhmän rajatiloille /7/ Teräten luokka Teräten halkaiija (mm) Teräten ominaivetolujuudet R,n ekä lakentalujuudet R,er toien ryhmän rajatiloille (MPa) A A A A B

25 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 4(87) R R, n (5) γ joa R,n rakenneteräken ominaivetolujuu (taulukko 9) γ teräken luokata johtuva varmuukerroin (taulukko 10) /7/ Taulukko 10 Varmuukertoimen γ lukuarvot Kertoimen käyttöön vaikuttava tekijä Kertoimen γ uuruu Käytetään luokan A40, A300 tai A400 terätä 1,1 Käytetään luokan A500 terätä 1,15 Käytetään luokan B500 terätä 1, Lakenta uoritetaan toien ryhmän rajatilaa 1,0 Teräten lakentapuritulujuukien R c arvot voidaan olettaa yhtä uuriki kuin lakentavetolujuukien R arvot. Lakentapuritulujuukien arvot eivät kuitenkaan voi olla yli 400 MPa, kun puritava kuormitu on lyhytaikainen. Pitkäaikaiille kuormitukille puritulujuuden arvo ei aa olla yli 500 MPa. Liäehtona luokan B500 teräken puritulujuutta pienennetään kertoimella 0,9, teräken laaduta johtuen. Näillä ehdoilla varmitetaan rakenteen ketävyy, vaikka teräkiä ympäröivään betoniin yntyii muodonmuutokia ja puritava voima iirtyii kokonaiuudeaan teräkiin (taulukko 11). /7; 14./ Lujuuarvoja pienennetään tarvittaea toimintaolouhdekertoimella γ i. Tämän kertoimen käyttö tulee eiin lähinnä poikittaiteräten eli hakojen ja taivutettujen tankojen lujuukien R w määritykeä. Poikittaiteräten vetolujuu laketaan pitkittäien lakentavetolujuuden lukuarvojen kautta kertomalla lakentavetolujuuden arvo toimintaolouhdekertoimella γ 1, jonka uuruu on 0,8. Lujuu R w kuitenkaan ei aa ylittää arvoa 300 MPa. Pyöritetyt poikittaiteräten lujuukien lakentaarvot on merkitty taulukkoon 11. /7; 14./

26 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 5(87) Taulukko 11 Teräten lakentalujuudet enimmäien ryhmän rajatiloille /7; 14./ Teräten luokitu Teräten lakentalujuudet (MPa) enimmäien ryhmän (murtorajatilan) mukaan Vetolujuu pitkittäinen poikittainen Puritulujuu R c R (haat ja taivutetut tangot) R w A A A A (400) B (360) Huomio. Suluia olevat puritulujuuden R c arvoja käytetään kuormituken ollea lyhytaikaita 4.5 Betonin muodonmuutovakiot Betonin kimmokertoimen uuruu riippuu käytettävän betonin luokata ja rakenteeeen kohdituvan kuormituken ketota. Rakenteeeen kohdituvan kuormituken ollea lyhytaikaita käytetään taulukon 1 mukaiia alkukimmokertoimien E b arvoja. Kuormituken ollea pitkäaikaita betonin kimmokerroin pienenee viruman vaikutuketa. Viruman vaikutu huomioidaan virumakertoimien φ b,cr avulla (taulukko 13). Pitkäaikaien kuormituken alaien betonin kimmokertoimen E b,τ uuruu voidaan lakea yhtälön (6) peruteella. Taulukkoon 14 on lakettu yhtälön (6) mukaan määritetyt pitkäaikaien kimmokertoimen E b,τ lukuarvot. Taulukoa 14 eitetyt lukuarvot on pyöritetty alapäin. /7; 14./ E E b b, τ 1 + ϕ (6) b, cr joa E b alkukimmokerroin (taulukko 1) φ b,cr virumakerroin (taulukko 13) /7; 14./

27 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 6(87) Taulukko 1 Betonin alkukimmokertoimet veto- tai purituraitukea /7/ Puritu- tai vetoraitetun betonirakenteen alkukimmokertoimet E b 10-3 MPa Betonin luokka B10 B15 B0 B5 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 19,0 4,0 7,5 30,0 3,5 34,5 36,0 37,0 38,0 39,0 39,5 Taulukko 13 Betonille määritetyt virumakertoimet /7/ Ympäröivän Betonin puritulujuuluokituken mukaan määritetyt virumakertoimet ilman uhteellinen koteu (%) B10 B15 B0 B5 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 > 75,8,4,0 1,8 1,6 1,5 1,4 1,3 1, 1,1 1, ,9 3,4,8,5,3,1 1,9 1,8 1,6 1,5 1,4 < 40 5,6 4,8 4,0 3,6 3, 3,0,8,6,4,,0 Huomio. Ympäröivän ilman uhteellinen koteu määritetään alueen lämpimimmän kuukauden kekimääräien uhteellien ilmankoteuden peruteella, SNiP 3-01 ohjeiden mukaieti. φ b,cr Taulukko 14 Pitkäaikaien kuormituken alaien betonin kimmokertoimet Ympäröivän ilman Betonin kimmokerroin pitkäaikaiea kuormitukea E b,τ 10-3 MPa uhteellinen koteu (%) B10 B15 B0 B5 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 > 75 5,0 7,0 9,1 10,7 1,5 13,8 15,0 16,0 17, 18,5 19, ,8 5,4 7, 8,5 9,8 11,1 1,4 13, 14,6 15,6 16,4 < 40,8 4,1 5,5 6,5 7,7 8,6 9,4 10, 11,1 1,1 13,1 Huomio. Ympäröivän ilman uhteellinen koteu määritetään alueen lämpimimmän kuukauden kekimääräien uhteellien ilmankoteuden peruteella, SNiP 3-01 ohjeiden mukaieti. Kimmokertoimen liäki betonille voidaan pitää vakiona lämpötilankertoimen arvoa, kun lämpötila on ºC. Lämpötilakerroin on tällöin α ºC 1. Betonille ominainen Poionin vakio ν b,p, jonka avulla voidaan määrittää akiaalien voiman aiheuttama betonin poikittaiuuntainen muodonmuuto, on vataavati uuruudeltaan ν b,p 0,. /14/

28 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 7(87) 4.6 Betonin uhteelliet muodonmuutoket Betonille on määritetty kaki erilaita, mitoituken perutana olevaa, jännitymuodonmuutokuvaajaa, joita molempia voidaan käyttää betoniin yntyneiden uhteelliten muodonmuutoten ε b mukaiten jännityten σ b määrittämieä ja päinvatoin (kuva 4). Kuvan 4 ylempää kuvaajaa käytetään perutana halkeamien, muodonmuutoten ekä iirtymien lakennaa, eli käytännöä toien ryhmän rajatilojen määrittämieä. Kuvan 4 alempi kuvaaja toimii vataavati lujuulakennan, eli enimmäien ryhmän rajatilojen, perutana. /1; 14; 15./ Todelliuudea kuvaajat eivät ole lineaariia vaan käyriä. Käyrät oat on korvattu uorilla viivoilla, jotta mallit oliivat mahdolliimman ykinkertaiia. Ylempi kuvaaja on muodoltaan lähempänä jännityken alaien betonin todellita käyttäytymitä, ja iinä on huomioitu betonin platien muodonmuutoken vaikutu. Lujuulakennan perutana toimivaa alempaa kuvaajaa on ykinkertaitettu lakennan helpottamieki. /1; 15./ Kuvan 4 ylemmää kuvaajaa on havaittavia kolme lineaarita aluetta. Enimmäinen alue, joka ijoittuu välille 0 ε b1, on kimmoinen alue. Suhteellinen muodonmuuto ε b1 vataa alemman myötörajan mukaita uhteellita muodonmuutota. Ylempää myötörajaa vataa uhteellinen muodonmuuto ε b0 ja murtorajaa ε b. Alemman myötörajan yläpuolella yntynyt muodonmuuto on platita eli pyyvää, kun vataavati kimmoiella alueella muodonmuuto palautuu kuorman poituttua. Alempaa myötörajaa vataava uhteellinen muodonmuuto ε b1 voidaan lakea yhtälön (7) mukaan. Suhteellinen muodonmuutoken ε b mukainen jännity betonia σ b välillä 0 ε b1 voidaan vataavati lakea yhtälön (8) peruteella. σ b1 ε b1 (7) Eb joa σ b1 alempaa myötörajaa vataava jännity (σ b1 0,6 R b ) E b betonin alkukimmokerroin (taulukko 1) /7/

29 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 8(87) σ b E b ε b (8) joa ε b uhteellinen muodonmuuto /7/ Ylempää myötörajaa vataavan uhteellien muodonmuutoken ε b0 arvo muuttuu kuormituken keton mukaan. Lyhytaikaiea puritavaa kuormitukea betoniin kehittyvien uhteellien muodonmuutoken arvona pidetään ε b0 0,00. Pitkäaikaikuormitukea uhteellien muodonmuutoken uuruuteen vaikuttaa ympäröivän ilman uhteellinen koteu (taulukko 15). Ylemmän ja alemman myötörajan välillä (ε b1 ε b0 ) betoniin yntyvät jännityket voidaan määrittää yhtälön (9) mukaieti. /14/ σ b σ b b b b R Rb b b Rb 1 ε ε 1 σ ε 0 ε 1 b (9) joa σ b1 alempaa myötörajaa vataava jännity (σ b1 0,6 R b ) R b betonin lakentapuritulujuu (taulukko 7) /7; 14./ Taulukko 15 Pitkäaikaikuormien aiheuttamat uhteelliet muodonmuutoket /7/ Ympäröivän ilman uhteellinen koteu (%) Pitkäaikaiten kuormien aiheuttamat uhteelliet muodonmuutoket Purituraitu Vetoraitu ε b ε b 10-3 ε b1,red 10-3 ε bt ε bt 10-3 ε bt1,red 10-3 > 75 3,0 4,,4 0,1 0,7 0, ,4 4,8,8 0,4 0,31 0, < 40 4,0 5,6 3,4 0,8 0,36 0,6 Huomio. Ympäröivän ilman uhteellinen koteu määritetään alueen lämpimimmän kuukauden kekimääräien uhteellien ilmankoteuden peruteella, SNiP 3-01 ohjeiden mukaieti. Kuormituken keto vaikuttaa murtorajan mukaieen uhteellieen muodonmuutokeen ε b. Lyhytaikaiea kuormitukea uhteellien muodonmuutoken arvona murtorajalla pidetään ε b 0,0035. Pitkäaikaiea kuormitukea on huomioi-

30 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 9(87) tava rakennetta ympäröivän ilman uhteellinen koteu ekä akiaaliraituken vaikutuuunta taulukon 15 mukaieti. /14/ Platinen alue Kimmoinen alue Kimmoinen alue 0,0015 0,000 0,0035 Platinen alue 0,000 0,0035 Kuva 4 Betonin jännity-muodonmuutokuvaajat ja uhteellien muodonmuutoken arvot lyhytaikaien purituraituken alaiea rakenteea /7,. 16./ Kuvan 4 alempi kuvaaja vataa paremmin Suomea käytettävää betonin jännitymuodonmuutokuvaajaa. Ylemmän ja alemman myötörajan väli on korvattu vaakaviivalla, jolloin näitä uhteelliia muodonmuutokia vataavat jännityket ovat amanuuruiia. Suhteellinen muodonmuuto ε b1 alemmalla myötörajalla voidaan lakea yhtälön (10) peruteella. Suhteellinen muodonmuutoken ε b mukainen jännity betonia σ b välillä 0 ε b1, eli kimmoiella alueella voidaan vataavati lakea yhtälön (11) peruteella. /14/

31 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 30(87) R b ε b1 (10) Eb, red joa R b betonin lakentapuritulujuu (taulukko 7) E b,red betonin reduoitu kimmokerroin (yhtälö 1) /7/ σ b E b,red ε b (11) joa ε b tarkateltavan kohdan uhteellinen muodonmuuto /7/ E b, red R b (1) ε b1, red joa ε b1,red reduoitu uhteellinen muodonmuuto - lyhytaikaiia kuormia ε b1,red 0, pitkäaikaiia kuormia taulukon (15) mukaan /7/ Yhtälöt (10) ja (1) voidaan yhditää, jolloin lakentapuritulujuuden R b arvot upituvat poi. Tulokena uhteellieta muodonmuutoketa alemmalla myötörajalla ε b1 tulee yhtä uuri kuin taulukota (15) löytyvä reduoitu uhteellien muodonmuutoken arvo ε b1,red. Ylemmän myötörajan ekä murtorajan uhteelliet muodonmuutoket ε b0 ja ε b ovat amanuuruiia kuin edellä ylemmää kuvaajaa. Betonin ollea vetoraitettu kaavoia käytettävä puritulujuuden R b arvot korvataan vetolujuuden R bt arvoilla. Liäki on määriteltävä vetoalkukimmokerroin E bt. Murtorajan uhteellien muodonmuutoken uuruutena vetokuormitukea pidetään ε bt 0,00015 ja ylemmän myötörajan uuruutena ε bt0 0,0001 lyhytaikaiea vetokuormitukea. Kuvan 4 alemman kuvaajan lakelmia käytettävän reduoidun uhteellien muodonmuutoken uuruu on ε bt1,red 0,00008 lyhytaikaiia kuormitukia. Muita muutokia kuvaajien tulkitemieen ei tule ja eri arvojen määrittäminen tapahtuu kuten edellä purituraituken alaiea betonia. /14/

32 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 31(87) 4.7 Teräken muodonmuutoominaiuudet Teräbetonirakenteia käytettävän raudoituken kimmokertoimen uuruutena pidetään E, MPa. Puritu- ja vetoraitukea teräkellä on ama kimmokerroin. Vedetyllä teräkellä uhteellien muodonmuutoken ε 0 uuruu voidaan lakea kimmokertoimen ja lakentavetolujuuden avulla yhtälön (13) mukaieti. /14/ R ε 0 (13) E joa R teräken lakentavetolujuu E teräken kimmokerroin /7/ Yhtälön (13) peruteella määritelty uhteellien muodonmuutoken ε 0 uuruu vataa uhteellita muodonmuutota teräken myötörajalla (kuva 5). Vataavati murtorajan mukainen uhteellinen muodonmuuto ε on aina uuruudeltaan 0,05. Myötörajan alapuolella terä toimii kimmoieti, eli yntyvät muodonmuutoket palautuvat kuorman poituttua. Teräkeen yntyneen uhteellien muodonmuutoken ε ylittäeä myötörajan, yntyvä muodonmuuto on platita, eli muodonmuutoket ovat pyyviä. /7; 14./ Platinen alue Kimmoinen alue 0,05 Kuva 5 Teräken jännity-muodonmuutokuvaaja /7,. 4./

33 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 3(87) Teräkeä vaikuttava jännity σ voidaan määrittää uhteelliten muodonmuutoten avulla murtorajaan ati. Kimmoiella alueella teräkeen kohdituva jännity σ voidaan lakea teräkeen yntyneen muodonmuutoken ja kimmokertoimen avulla yhtälön (14) mukaan. Myötörajan ylittyeä jännityken σ uuruu vataa teräken lakentavetolujuutta R (kuva 5). σ ε E (14) joa ε teräkeen yntynyt uhteellinen muodonmuuto E teräken kimmokerroin (E, MPa) /7/

34 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 33(87) 5 MITOITUSTEORIA Venäjällä rakenteiden mitoituken perutana on rajatilamenetelmä. Suomea rajatilamenetelmää käytettävät termit murto- ja käyttörajatila on Venäjällä korvattu termeillä enimmäien ja toien ryhmän rajatila. Enimmäien ryhmän rajatila vataa murtorajatilatarkatelua, joa turvataan rakenteen kantokyky murtumita ja tabiiliuden menettämitä vataan. Toien ryhmän rajatilalla tarkoitetaan vataavati käyttörajatilaa, joa etetään rakenteen liiallinen halkeilu, liian uuret muodonmuutoket ja iirtymät. Tähän kappaleeeen on iällytetty uuden normin oat, joia on havaittu olevan elviä muutokia vanhaan normiin nähden. Työä ei läpikäydä eimerkiki taivutumomentti- eikä taipumamitoituta, illä SNiP :n /6/ mitoituperiaatteet verrattuna vanhaan normiin SNiP /5/ eivät ole elkeäti muuttuneet. 5.1 Raudoituken ankkurointi Raudoitu voidaan ankkuroida yhdellä euraavita tavoita tai niiden yhditelmällä: - ankkurointi uorilla tangoilla (uora ankkurointi) - päitään taivutetuilla tangoilla ankkurointi (eimerkiki täyi koukku, lenkki tai uorakulmakoukku) - ankkurointi hitaamalla tai aentamalla poikittaitankoja - ankkurointi tangon päähän aennettavan erityien ankkurointilaitteen avulla Harjateräket voidaan ankkuroida kaikilla edellä mainituilla tavoilla. Sileää tankoa ei aa ankkuroida uoraan eikä uorakulmakoukun avulla. Muut edellä mainitut ankkurointitavat oveltuvat ileän tangon ankkurointiin. Suorakulmakoukkujen ekä täyien koukkujen ja lenkkien käyttöä ei uoitella puritetua raudoitukea. Purituraituken alaiea ileää raudoitteea voidaan kuitenkin käyttää poikkeukellieti täyiä koukkuja ekä lenkkejä, jo raudoitukeen voi kohditua veto-

35 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 34(87) raituta tietyiä kuormitutilanteia. Tällainen kuormitutilanne voi yntyä eimerkiki elementtien notolenkeiä noton aikana kuorman heilahdellea. /8/ Ankkurointipituuden lakenta Raudoituken ankkurointipituuden lakemiea on huomioitava raudoituken luokka, profiili ekä nimellihalkaiija. Lakennaa huomioidaan liäki ankkurointitavan vaikutu, betonin vetolujuu ja jännitytila ekä ankkurointialueen kontruktointi eli käytännöä tankojen ijainti ekä mahdolliten poikittairaudoituken vaikutu. Näiden muuttujien huomioiminen lakennaa tapahtuu erilaiten kertoimien ja ominaiarvojen avulla. /8; 14./ Ankkuroitavaa raudoitukea vaikuttavan akiaalivoiman iirtämieki kokonaiuudeaan betoniin tarvitaan riittävä ankkuroinnin perupituu l 0,an, joka laketaan raudoituken täyden lakentavetolujuuden R avulla yhtälön (16) mukaieti. Ankkuroinnin perupituuden määrittämieä tarvitaan raudoituken ja betonin välien tartuntalujuuden lakennallinen arvo R bond. Tartuntalujuuden lakenta-arvon voidaan olettaa jakautuneen taaieti koko ankkurointimatkalle, ja e voidaan lakea yhtälön (15) peruteella. /8; 14./ R bond η 1 η R bt (15) joa η 1 kerroin, joka huomioi teräten pinnan vaikutuken euraavati 1,5 ileä raudoitu (luokka A40),0 kylmämuokattu harjaterä (luokka B500),5 kuumavalattu tai termomekaanieti käitelty harjaterä (luokat A300, A400 ja A500) η kerroin, joka huomioi teräten halkaiijan euraavati 1,0 raudoituken halkaiija d 3 mm 0,9 raudoituken halkaiija d 36 mm tai d 40 mm R bt betonin lakentalujuu akiaalielle vedolle (taulukko 7) /7; 8./

36 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 35(87) l R A 0, an (16) Rbondu joa R teräken lakentavetolujuu (taulukko 11) A ankkuroitavan tangon pinta-ala nimellihalkaiijan mukaan R bond raudoituken ja betonin välien tartuntalujuuden lakennallinen arvo u ankkuroitavan tangon piiri nimellihalkaiijan mukaan /7/ Raudoituken ankkuroinnin tarpeellien lakentapituuden l an lakennaa huomioidaan rakenneratkaiu ekä betonin ja teräken jännitytila ankkurointialueella. Tämä onnituu käytännöä kertoimen α avulla. Kertoimen uuruu on puritetuilla tangoilla α 0,75. Vetoraitettujen uorien harjateräten ankkuroinnia kerroin aa arvon α 1,0. Sileiä vetoraitetuia raudoitukia kerroin α 1,0, kun ankkurointi toteutetaan täyin koukuin tai lenkein ilman liäankkurointilaitteita. Lakennallinen ankkurointipituu l an voidaan määrittää yhtälön (17) mukaieti. /7; 14./ A, cal l an αl0, (17) an A, ef joa l 0,an ankkuroinnin perupituu (yhtälö 16) A,cal lakelmia vaadittu raudoituken poikkileikkaupinta-ala A,ef toteutukea aavutettu raudoituken poikkileikkaupinta-ala /7; 8./ Ankkurointipituuden lakennaa tarvittavat kolme yhtälöä voidaan yhditää yhdeki yhtälöki (19) lakennan ykinkertaitamieki. Lakennallien tartuntalujuuden R bond yhtälö (15) voidaan ijoittaa ankkuroinnin perupituuden l 0,an kaavaan (16), jolloin tulokena aadaan yhtälö (18). Saatu yhtälö (18) voidaan ijoittaa edelleen lakennallien ankkurointipituuden l an yhtälöön (17), joka upituu yhtälön (19) muotoon, kun terämäärien A,cal ja A,ef uhteen oletetaan olevan 1. l R A 0, an (18) η1η Rbtu

37 TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU OPINNÄYTETYÖ 36(87) R A l an α η 1 η Rbtu (19) Johdettua yhtälöä (19) voidaan kehittää edelleen ijoittamalla terätangon poikkileikkaupinta-ala A πr ekä tangon piirin pituu u πr aatuun yhtälöön ja upitamalla ylimääräiet termit poi. Ankkurointipituuden kaava aa tällöin lopullien muotona yhtälön (0) mukaieti, kun uunnittelua vaaditun A,cal ja todelliea rakenteea aavutetun terämäärän A,ef uhteen oletetaan olevan 1, muua tapaukea ankkurointipituu on lakettava käyttäen kaavoja (15), (16) ja (17). Rr l an α η η R 1 bt (0) joa α kerroin, joka huomioi rakenneratkaiun ekä betonin ja teräken jännitytilan R teräken lakentavetolujuu (taulukko 11) r teräken nimelliäde η 1 kerroin, joka huomioi teräten pinnan vaikutuken η kerroin, joka huomioi teräken halkaiijan vaikutuken R bt betonin lakentalujuu akiaalielle vedolle (taulukko 7) /7; 14./ Ankkurointipituuden määrittämien ohella voidaan liäki määrittää ankkuroitavaa raudoitukea vaikuttavan akiaalien voiman N uuruu yhtälön (1) mukaieti, mikäli e on tarpeellita. N l R A R A (1) lan joa A raudoituken poikkipinta-ala l ankkurointitangon pään ja tarkateltavan poikkileikkaukeen välinen etäiyy l an yhtälön (17) mukainen ankkurointipituu, kun (A,cal / A,ef ) 1 /7; 14./