MAASEUTURAKENTAMISEN SUUNNITTELUN AJANKOHTAISPÄIVÄ, SEMINAARI HOTELLI SCANDIC, JYVÄSKYLÄ RAKENNESUUNNITELMIEN KOLMANNEN OSAPUOLEN TARKASTUS

Transkriptio

1 MAASEUTURAKENTAMISEN SUUNNITTELUN AJANKOHTAISPÄIVÄ, SEMINAARI HOTELLI SCANDIC, JYVÄSKYLÄ RAKENNESUUNNITELMIEN KOLMANNEN OSAPUOLEN TARKASTUS

2 ESITYKSEN SISÄLTÖ YLEISTÄ RAKENTEEN VAURIONSIETOKYKY JA SITKEÄ TOIMINTA MITOITUSTILANTEET(SFS-EN ) SEURAAMUSLUOKAT JATKUVAN SORTUMAN ESTÄMINEN LIITOKSET SUUNNITELMAPUUTTEET MUITA ASIOITA

3 YLEISTÄ MRL: 117, 119, 151 JA 166

4 YLEISTÄ

5 RAKENTEEN VAURIONSIETOKYKY JA SITKEÄ TOIMINTA MRL 117 d : Rakennus on suunniteltava ja rakennettava siten, että ulkoisen syyn rakenteille aiheuttama vaurio ei ole suhteettoman suuri sen aiheuttaneeseen tapahtumaan verrattuna Suomessa on perinteisesti rakennesuunnittelu perustunut ajatukselle, että rakenteet suunnitellaan kestämään rakennuksen suunnitellun käyttöiän ajan siihen kohdistuvat kuormat Kuitenkin riski, että rakenteisiin kohdistuu mitoituskuormaa suurempi kuormitus on olemassa (esimerkkinä luonnonkuormat; esiintymistodennäköisyys kerran viidessäkymmenessä vuodessa = 1/50 = 2 %) Rakenteen käyttäytymistä kuormitustilanteessa, silloin kun jokin rakenneosan paikallinen kestävyys ylittyy syystä tai toisesta, ei ole Suomessa juurikaan suunnitelmissa tarkasteltu Rakenneosien vauriomuotojen määrittämisessä pitäisi aina pyrkiä siihen, että rakenne käyttäytyy sitkeästi, ei murru äkillisesti, varoittamatta eikä menetä sille kertynyttä kuormaa Koko rakenteen vaurionsietokyvyn ja stabiiliteetin kannalta rakenteen staattinen määräämättömyys on keskeinen tekijä

6 RAKENTEEN VAURIONSIETOKYKY JA SITKEÄ TOIMINTA Rakenteiden kestävyyteen perustuva mitoituskriteeri: a)rakenteen tai liitoksen muoto valitaan joko sattumanvaraisesti tai perustuen aiempaan kokemukseen tai muihin hyväksi koettuihin tai ennalta valittuihin rakenneosiin, tuotteisiin tai ratkaisuihin perustuen, ja b)suunnittelija laskee rakenteen kullekin murtotavalle ominaisen murtorajatila- arvon ja rakenteen muoto hyväksytään jos pienin määritetyistä arvoista on suurempi kuin rakenteeseen kohdistuva rasitus, tai riittävän suuri. Rakenteen sitkeyteen perustuva mitoituskriteeri: (vrt. seisminen suunnittelu) edellä mainittujen lisäksi: c) Suunnittelija tarkastaa, että rakenteen tai liitoksen kestävyydeltään pienin murtumismuoto on sitkeä, eli rakenne käyttäytyy plastisesti, jolloin sen yhteen tai useampaan osaan voi muodostua plastisia niveliä. Tällöin liitos ei heti menetä koko kestävyyttään ja rakenne sille kertynyttä kuormaansa.

7 RAKENTEEN VAURIONSIETOKYKY JA SITKEÄ TOIMINTA vaurionsietokyky, rakenteen kyky vastustaa sellaisia tapauksia kuten tulipaloa, räjähdyksiä, törmäystä tai inhimillisen virheen seurauksia vahingoittumatta alkuperäiseen syyhyn nähden suhteettoman laajasti (SFS-EN ) onnettomuustilanteessa voi syntyä paikallisia vaurioita, jotka eivät kuitenkaan saa aiheuttaa koko rakenteen sortumista; tällöin saavutetaan riittävä vaurionsietokyky vaurionsietokykyä voidaan lisätä suunnittelemalla rakenteet niin, että: rakenteen stabiiliuden kannalta keskeiset rakenteet todennäköisesti säilyttävät käyttökelpoisuutensa onnettomuustilanteessa niillä on riittävästi sitkeyttä absorboimaan muodonmuutosenergiaa murtumatta saavutetaan riittävä staattinen määräämättömyys, jolloin yksittäisen rakenneosan plastisoituessa kuormien uudelleen jakautuminen ja siirtyminen vaihtoehtoisia reittejä pitkin rakenteessa on mahdollista ja rakenteen stabiliteetti ei vaarannu esimerkki kehärakenteesta seuraavalla sivulla

8 RAKENTEEN VAURIONSIETOKYKY JA SITKEÄ TOIMINTA

9 MITOITUSTILANTEET (SFS-EN ) toimintaperiaatteet onnettomuustilanteessa, kaksi mitoitustilannetta, molemmat mitoitustilanteet huomioitava suunnittelussa

10 MITOITUSTILANTEET MÄÄRITETTÄVISSÄ OLEVIIN ONNETTOMUUSKUORMIIN PERUSTUVAT TOIMINTAPERIAATTEET o o o o o onnettomuudet ovat harvinaisia mutta rakennuksen käyttötarkoituksesta tai sijainnista johtuen ilmeisiä ja ennustettavissa tunnistetaan ennalta onnettomuustilanne kuten törmäykset, räjähdykset, tulipalot ja inhimilliset erehdykset ymmärretään onnettomuustilanteen aiheuttamat seuraukset rakenteelle, vaikkakaan onnettomuuskuorman suuruutta ei aina voi ennustaa määritetään hyväksyttävä riskitaso rakenteen seuraamusluokka huomioiden riskitason pienentäminen; riski = todennäköisyys x seuraukset pienennetään ennalta ennustettavan onnettomuuden vaikutusta rakenteeseen (kuorman esiintyminen, suuruus) suunnitellaan rakenne niin, että se kestää määritetyn onnettomuuskuorman vaikutuksen suunnitellaan rakenne niin, että sillä on riittävä vaurionsietokyky

11 MITOITUSTILANTEET o hyväksyttävän riskitason määrittäminen: Vähintäänkin on aina turvattava ihmisten turvallisuus rakennuksesta poistumiseen onnettomuustilanteessa SFS-EN mukaan onnettomuuskuormien aiheuttamaa paikallista vauriota voidaan pitää hyväksyttävänä määriteltävissä oleville onnettomuustapauksille, mikäli se ei vaaranna koko rakennuksen stabiiliutta, ja jos rakenteen kestävyys säilyy ja sallii välttämättömien pelastustoimenpiteiden suorittamisen. ilman viranomaisen suostumusta määriteltävissä oleville onnettomuuskuormille ei voi soveltaa hankekohtaisesti pienempiä riskitasoja kuin mitä standardissa SFS-EN ja sen kansallisessa liitteessä on esitetty.

12 MITOITUSTILANTEET PAIKALLISEN VAURION LAAJUUDEN RAJOITTAMISEEN PERUSTUVAT TOIMINTAPERIAATTEET o o o onnettomuustilanteita mitoittaessa ei kaikkia skenaarioita osata ja/tai voida arvioida suunnittelussa tulee rajoittaa määrittelemättömästä syystä aiheutuvaa rakenteen mahdollista vaurioitumista määrittelemättömästä syystä aiheutuvan rakenteen vaurioitumisen rajoittamiseksi rakenteet tai rakenneosat suunnitellaan niin, että: rakenteen stabiiliuden kannalta keskeiset rakenteet estävät määräämättömästä syystä johtuvan onnettomuuskuorman Ad vaikutukset (avainasemassa olevat rakenneosat) rakenteen yksittäisen rakenneosan vaurioituminen ei vaaranna koko rakenteen stabiliteettia (paikallisen vaurion hyväksyttävät raja-arvot määritetty SFS-EN kansallisessa liitteessä) rakenteen yksityiskohdilla saavutetaan hyväksyttävä vaurionsietokyky (rakenneosien sitkeys, monoliittisuus ja muodonmuutoskyky)

13 MITOITUSTILANTEET rakenteiden sidontaan perustuva toimintaperiaate toimintaperiaate perustuu puhtaasti lujuusmitoitukseen ja ei näin varsinaisesti estä jatkuvan sortuman muodostumista, koska toimintaperiaate ei sisällä liitosten sitkeyteen ja/tai muodonmuutoskykyyn liittyviä vaatimuksia seuraamusluokan 2 sidevoimat vastaavat standardissa SFS-EN (betoni- EC) esitettyjä arvoja seuraamusluokassa 3 sidevoimat määritettävä perusteellisemmin ja ovat lähtökohtaisesti suurempia kuin seuraamusluokassa 2

14 MITOITUSTILANTEET avainasemassa olevan rakenneosan toimintaperiaate standardin SFS-EN mukaan avainasemassa olevan rakenneosan tulee kestää onnettomuuskuorma Ad, jonka mitoitusarvo on 50 kn kuorma Ad vaikuttaa avainasemassa olevaan rakenneosaan vaakasuunnassa vapaan kerroskorkeuden puolessa välissä avainasemassa oleva rakenne; kantava rakenneosa, josta rakenteen stabiilius on riippuvainen

15 MITOITUSTILANTEET hyväksyttävän paikallisen vaurioitumisen toimintaperiaate paikallisen vaurioitumisen hyväksyttävä raja riippuu rakennustyypistä kun rakenteesta poistetaan mikä tahansa tukipilari, pilaria tukeva palkki tai kantavan seinän lohko rakennuksen stabiliteetti säilyy ja paikallinen sortuma ei ylitä hyväksyttävää raja- arvoa monikerroksisessa rakennuksessa vaurion laajuus saa olla max. 15% kerroksen lattian pinta-alasta ja max. 100 m2, vaurio voi tapahtua kahdessa päällekkäisessä kerroksessa hallimaisille rakennuksille pilarin vaurioituessa vaurion laajuus saa olla pilariin tukeutuvien pääkannattajien väli kerrottuna kahdella pääkannattajien ollessa ulkoseinälinjalla hyväksyttävä vaurioalueen laajuus saa olla puolet edellä mainitusta pinta-alasta hyväksyttävän rajan ylittävän vaurion seurauksena rakenneosa suunnitellaan avainasemassa olevaksi kestämään määrittelemättömästä syystä aiheutuva onnettomuuskuorma A d

16 SEURAAMUSLUOKAT SEURAAMUSLUOKKIA KÄYTETÄÄN (AINAKIN) KOLMESSA ERI ASIAYHTEYDESSÄ: Seuraamusluokat S (1-3); käytetään RakMk A- sarjan mukaisessa erityismenettelyssä, jonka tarpeeen ja laajuuden määrittää rakennusvalvontaviranomainen rakennushankkeeseen ryhtyvän laatiman rakenteellisen turvallisuuden alustavan riskinarvio- analyysin perusteella, A- sarja tarvinnee jatkossa päivitystä seuraamusluokituksen ja rakenneluokkien (B- sarja) osalta Seuraamusluokat CC (1-3); käytetään murtorajatilassa standardin SFS-EN 1990 normaalisti vallitsevien ja tilapäisten mitoitustilanteiden mukaisissa kuormayhdistelmissä (CC- luokituksen kautta määräytyvät luotettavuusluokat (RC), kuormakertoimet (KFI) sekä toteutusluokat (EXC)) Seuraamusluokat 1,2(a,b),3(a,b); käytetään standardin SFS-EN paikallisen vaurion laajuuden rajoittamiseen liittyvien toimintaperiaatteiden määrittämiseen HUOM! em. seuraamusluokat eivät ole yhteneviä eikä niitä saa käyttää ristiin!!! käytännössä seuraamusluokat sotketaan toisiinsa ja niitä käytetään väärissä asiayhteyksissä

17 SEURAAMUSLUOKAT SFS-EN 1990, Liite B (EUROCODE, Rakenteiden suunnitteluperusteet) SFS-EN 1990 NA jako seuraamusten perusteella seuraamusluokat CC1,CC2 ja CC3 NA:n taulukko poikkeaa alkuperäisestä SFS-EN 1990, Liite B, taulukko B1 (alkuperäinen teksti) NA SFS-EN 1990, Liite B, taulukko B1 (kansallinen liite)

18 SEURAAMUSLUOKAT Standardin SFS-EN liite A sekä NA SFS-EN standardia täydentävä, liitteen A korvaava asiakirja, Rakennusten suunnittelu määrittämättömästä syystä aiheutuvan paikallisen vaurion seuraamusten varalta poikkeavat toisistaan SFS-EN , Liite A, taulukko A (alkuperäinen teksti) NA SFS-EN , rakennusten suunnittelu määrittämättömästä syystä aiheutuvan paikallisen vaurion seuraamusten varalta (kansallinen liite)

19 JATKUVAN SORTUMAN ESTÄMINEN TOIMINTAPERIAATTEET JATKUVAN SORTUMAN ESTÄMISEKSI: o Huom! toimintaperiaatteet eivät ole jatkuvan sortumisen estämisen kannalta materiaalispesifejä

20 LIITOKSET Liitoksen vaurionsietokyvyn kannalta sekä liitoksen sitkeän toiminnan arvioimisessa on erittäin keskeistä, että suunnittelija: tunnistaa liitoksen liitoskomponentit ja niiden vauriomuodot määrittelee liitoksen vauriomuotoja vastaavat kestävyydet valitsee liitoskomponentit siten, että liitoksen heikoin osa käyttäytyy sitkeästi varmistaa, että liitoksen otaksuttu rakennemalli vastaa todellista tilannetta, sisäisten voimien jakauma on todellinen/ todennettavissa esimerkiksi koetuloksin/ fysikaalisesti mahdollinen

21 LIITOKSET Liitosesimerkki: kuvassa tyypillinen teräsrakenteiden pilari- palkki/ palkki- palkki liitos Taulukossa esitetty vastaavan liitoksen liitoskomponenttien vauriomuodot Vauriomuoto Kestävyyden merkintä Vaurion tyyppi Standardi soveltamissääntö Ruuvien leikkauskestävyys N Rd,u,1 hauras SFS-EN , taulukko 3.4 Liitoslevyn leikkauskestävyys N Rd,u,2 sitkeä SFS-EN , taulukko 3.4 Liitoslevyn palamurtuminen N Rd,u,3 hauras SFS-EN (2) Liitoslevyn vetovoimakestävyys N Rd,u,4 sitkeä SFS-EN (2) Palkin uuman leikkauskestävyys N Rd,u,5 sitkeä SFS-EN , taulukko 3.4 Palkin uuman palamurtuminen N Rd,u,6 hauras SFS-EN (2) Palkin uuman vetokestävyys N Rd,u,7 sitkeä SFS-EN (2) Pilarin uuman poikittainen vetokestävyys N Rd,u,8 sitkeä Hitsausliitosten kestävyydet - sitkeä

22 TYYPILLISET PUUTTEET SUUNNITELMISSA - Rakenteiden suunnitteluperusteita ei ole dokumentoitu - Rakenteiden suunnitteluperusteet on dokumentti joka; kertoo lyhyesti miten suunnittelu tullaan toteuttamaan; jäättää jälkipolville informaation suunnittelun lähtöotaksumista (kuormat, materiaalit, suunnittelunormit, rakenteen seuraamusluokat, jne ); toimii lähtötietoaineistona muiden suunnittualojen toimeksiannoille (esimerkiksi valmisosatoimittajat ja -suunnittelujat). - Rakennelaskelmia ei ole dokumentoitu tai niitä ei ole tai niitä ei pyynnöstä huolimatta toimiteta. - Suunnitteluohjeiden sekakäyttö; RakMk B-sarja - Eurokoodit Eurokoodien NA:t - joku muu ulkomainen kansallinen suunnittelunormi - Rakenteen kestävyys yliarvioidaan- kuormien vaikutus ala-arvioidaan (erityisesti design & build toimeksiannoissa)

23 TYYPILLISET PUUTTEET SUUNNITELMISSA - Karkeat inhimilliset kertalukuvirheet (vrt. N/m vai kn/m 10³- kertainen ero) - Valmisosasuunnittelijoiden tekemiä muutoksia ei valvota eikä muutoksia huomioida päälaskentamallissa (esim. Jos kantavat kattoelementit muutetaan 1- aukkoisista 2- aukkoisiksi siksi, että halutaan vähentää asennusaikaisia nostoja, aiheutetaan samalla 25% kuormituksen lisäys keskitukena toimivalle rakenteelle) - Vaativia kehärakenteita suunnitellaan yksinkertaisilla 2D- tasomalleilla, jolloin koko rakenteen siirtymät, muodonmuutokset sekä kuormituskeskittymät jäävät yleensä huomioimatta rakenteen stabiliteetti puutteellinen tai sitä ei ole lainkaan tarkasteltu - Ristikkorakenteissa puristettujen parteiden nurjahduspituutena on käytetty solmupisteiden etäisyyttä molemmissa suunnissa (1- aukkoisissa kattoristikoissa periaatteessa ok, mutta ei jäykkänurkkasissa kehärakenteissa) - Suunnittelutoimeksiantojen yhteensopivuus; kun asiakkaan oma konsultti suunnittelee perustukset, runkotoimittaja suunnittelee kantavat rakenteet, kattoelementtitoimittaja suunnittelee vesikattorakenteet ja kuoritoimittaja suunnittelee seinärakenteet, niin kenellä on kompetenssia kantaa vastuu kokonaisuudesta rakenteen lujuuden ja stabiliteetin osalta?

24 MUITA ASIOITA Esimerkki rakenteiden suunnitteluperusteetasiakirjan sisällöstä

25 MUITA ASIOITA Rakennusvalvontaviranomainen voi hankekohtaisesti sallia suunnittelussa käytettävän myös muita suunnittelujärjestelmiä (kuin eurokoodi) mikäli rakennushankkeeseen ryhtyvä pystyy osoittaamaan riittävän vaadittavan turvallisuustason täyttyvän... Mutta tarjoaako jokin vaihtoehtoinen suunnittelujärjestelmä luotettavaa instrumenttia jatkuvan sortuman estämisen toimintaperiaatteiden osalta seuraamusluokissa 2(a,b) ja 3(a,b) ja mikä on siinä tapauksessa saavutettava luotettavuustaso???

26 MUITA ASIOITA RakMk:n B-sarjan tilanne jälkeen.

27 MUITA ASIOITA o o RakMk:n B-sarja ei voimassa jälkeen, A- sarjan viittaukset vanhentuneita näiltä osin vanhentuneita, miten sovelletaan? RakMK A2 vaativuusluokitus on materiaalispesifin runkorakenteiden osalta, eli esimerkiksi puurakenteiden AA- vaatimus täyttyy kun kerrosluku on 3, teräksen ja betonin osalta 9. kerroksen kohdalla

28 KIITOS. Pertti Palokangas Ramboll DI, Yksikönpällikkö Kiinteistöt ja Rakentaminen M pertti.palokangas@ramboll.fi