SIPOREX-HARKKOSEINÄÄN TUKEUTUVIEN TERÄSPALKKIEN SUUNNITTELUOHJE

Transkriptio

1 SIPOREX-HARKKOSEINÄÄN TUKEUTUVIEN TERÄSPALKKIEN SUUNNITTELUOHJE Tämä päivitetty ohje perustuu aiempiin versioihin: AKN AKN/ks SISÄLLYS: 1. Yleistä Mitoitusperusteet Kuormat Taivutuskestävyys Taipumatarkastelu Jäykkyystarkastelu Tukipaine Tukipinnan pituus Lähteet... 6 LIITTEET: Liite I Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5) 1 s. Liite II Palkin tuenta 2 s. Liite III Mitoitustaulukot 4 s PKä H+H Siporex Oy Helsingin konttori Teikankaantie 256 Puhelin Eskolantie 1 Puhelin siporex@siporex.fi Ikaalinen Faksi Helsinki Faksi

2 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 2 (13) 1. Yleistä Ohje perustuu siporex-tukipintakokeisiin (1987 ja 1988, AKN). Tulokset kokeista on esitetty koekuormitusyhteenvedossa (AKN, ). Lisäksi osa teräsprofiileista on mallinnettu ja kuormituskestävyys tarkistettu FEM-ohjelmistolla Finnmap Consulting Oy:ssä 5/2005. Mitoitustaulukot soveltuvat perustapausten mitoitukseen. Mikäli rakenteissa on suurta epäkeskisyyttä, vääntöä tai palkissa on olemassa kiepahdusmahdollisuus on mitoitus suoritettava tarkemmilla menetelmillä. Teräspalkki mitoitetaan RakMk B7 (1996) ohjeiden mukaisesti. Siporexin osalta mitoitus tapahtuu RakMk B5 (1987) mukaisten ohjeiden mukaan. Rakenteiden kuormitukset lasketaan RakMk B1 (1998) mukaisesti. 2. Mitoitusperusteet 2.1. Kuormat Tässä ohjeessa esitettyjen kuormaluokkien arvot vastaavat käyttörajatilakuormia (ominaiskuormia). Teräspalkkien mitoituksessa käytetty murtorajatilakuorma on saatu kertomalla käyttörajatilakuorma varmuuskertoimella 1,6, jolloin koko kuormitus on oletettu muuttuvaksi kuormaksi. Tarkemmassa laskennassa voidaan pysyvä ja muuttuva kuorma erottaa toisistaan, jolloin kokonaisvarmuuskerroin on yleensä hivenen pienempi Taivutuskestävyys Teräspalkin taivutuskestävyys M R, kun kiepahdus ei ole määräävä, lasketaan kaavasta: M = R fd W (1) missä W on kimmoinen taivutusvastus η on 1,0 poikkileikkausluokassa 3 (hoikissa poikkileikkauksissa laskettava tarkemmin) f d on myötörajan laskenta-arvo Taulukko 1. Teräslaatujen myötörajan ominaisarvot Lujuusluokka f y [N/mm 2 ] S235 (Fe 360) 235 S275 (Fe 430) 275 S355 (Fe 510) 355 Staattisesti kuormitetuille teräsrakenteille aineosavarmuuskerroin γ m = 1,0 murto- ja käyttörajatiloissa sekä palomitoituksessa.

3 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 3 (13) 2.3. Taipumatarkastelu Taipumatarkastelu suoritetaan käyttörajatilakuormilla. Siporex-rakenteisiin tukeutuvien teräspalkkien tulee täyttää seuraava ehto: L v (2) 400 missä L = 1,05 x L 0 L on jänneväli L 0 on palkin vapaa-aukko Suunnittelijan on tapauskohtaisesti harkittava, onko aihetta tiukempien vaatimusten käyttöön. Yksiaukkoisen palkin taipuman laskenta: qk L0 5 Mk L0 v = = (3) 384 E I 48 E I missä q k on käyttörajatilakuorma L 0 on palkin vapaa-aukko E on teräspalkin kimmomoduuli ( MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti M k on käyttörajatilaa vastaava momentti RakMk B7 mukaan teräspalkin alkukäyryyden (f p ) tulee olla L/650, kuitenkin enintään 40 mm. Alkukäyryys voidaan jättää huomioimatta, jos siitä ei katsota olevan haittaa rakenteiden toiminnalle eivätkä valmistustoleranssit ylitä sallittua alkukäyryyttä. Tämän ohjeen mitoitustaulukoissa alkukäyryyttä ei ole huomioitu Jäykkyystarkastelu Teräspalkin tukeutuessa siporex-harkkoseinän päälle, on tarkistettava, että teräspalkki on riittävän jäykkä suhteessa jänneväliin. Jäykkyys on riittävä, kun seuraava ehto toteutuu: L EI kN (4) missä E on teräspalkin kimmomoduuli ( MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti L 0 on palkin vapaa-aukko

4 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 4 (13) 2.5. Tukipaine Paikallisen puristuskapasiteetin (leimapaineen) tarkistamiseksi on seuraavan ehdon oltava voimassa: max k f cd (5) missä δ max on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa f cd on siporex-harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo Taulukko 2. Tukipinnan pituudesta riippuva kerroin k. Väliarvot voidaan tarvittaessa interpoloida suoraviivaisesti. Jäykkyysehto Tukipinnan pituus [mm] k [-] EI/L kn > 200 0,8 EI/L kn Taulukko 3. Siporex-harkkoseinän puristuslujuudet (RakMk B5) Massan tiheys [kg/m 3 ] Ominaislujuus f ck [MPa] Laskentalujuus f cd [MPa] 400 1,19 0, ,61 0, ,1 1,05 Teräspalkin ollessa merkittävästi vääntörasitettu tai väännön rasittaessa eniten harkkoseinän reuna-aluetta (kuva 1), tulee väännön aiheuttamat jännitykset ottaa huomioon maksimipuristusjännitystä (δ max ) määrättäessä (kaava 6). Laskelmissa tukipinnan maksimipituus saa enintään olla 300 mm. Fd e max = + (6) 2 b h h missä δ max on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa F d on palkin tukireaktio b on kuormituspinnan pituus h on kuormituspinnan leveys e on kuormituksen epäkeskisyys

5 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 5 (13) PALKKI e F d b h Kuva 1. Vääntörasitus tukipinnassa. RakMk B5 kaavan 3.17 mukaista korotettua puristuslujuuden laskenta-arvoa (1 1,5 x f cd ) voidaan käyttää liitteessä 1 esitetyissä tapauksissa. Mikäli puristuskapasiteetti tulee rajoittavaksi, voidaan sitä parantaa käyttämällä kuormitusta jakavia teräslevyjä, betonia yms. Tällöin laskenta on suoritettava erikseen Tukipinnan pituus Suositeltava tukipinnan pituus on 300 mm, kuitenkin vähintään 200 mm. Pitkä tukipinta antaa lisävarmuutta tuelle syntyvän tukimomentin ansiosta. Lyhyempää tukipinnan pituutta voidaan käyttää kuvassa 2 esitetyssä tapauksessa. 100 TUKIPINTA 150 PALKKI Kuva 2. Lyhyen, 150 mm pitkän tukipinnan käyttö.

6 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 6 (13) 3. Lähteet /1/ Suomen rakentamismääräyskokoelma osat B1 (1998), B5 (1987) ja B7 (1996). /2/ Siporex Suunnittelijan käsikirja, /3/ Teräsrakenteiden suunnittelu. Kinnunen, J. et al. Teräsrakenneyhdistys r.y. Vammala s. /4/ Rakentajain kalenteri /5/ Rautaruukin putkipalkkikäsikirja. Kerava /6/ Varastoluettelo Kontino

7 PKä Liite I 1/1 Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5)!" #$%& '!( '" #$%#& Kun puristusrasitus kohdistuu vain osalle siporex-pinnasta, voidaan puristuslujuuden laskenta-arvona käyttää korotettua arvoa. Edellä esitetyissä tapauksissa paikallinen puristuskestävyys N u lasketaan RakMk B5 (1987) kaavan 3.17 mukaan N A cl 3 u = A co fcd 1,5 A co fcd, (7) A co missä f cd on siporex -harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo.

8 PKä Liite II 1/2 Palkin tuenta; TUENTATAPA A:!*+, -. ) -.!*+, + Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a a a 1 + a 2 2,4 x h

9 PKä Liite III 2/4 Palkin tuenta; TUENTATAPA B:!* +, -. ) Palkin tuenta; TUENTATAPA C: -. ) -. + Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a a a 1 + a 2 2,4 x h

10 PKä Liite III 1/4 MITOITUSTAULUKOT Taulukko 1 Taulukko 2 Taulukko 3 L-profiili, siporex-harkkoseinän tukipintakriteeri mukana T-profiili, siporex-harkkoseinän tukipintakriteeri mukana L- ja T-profiili, ei kriteeriä siporex-harkkoseinästä Taulukot ovat viitteellisiä. Mitoitus on tehty perustapauksille. Mitoituksessa ei ole huomioitu tapauksia, joissa voi käyttää paikallisen puristuskestävyyden korotettua arvoa. Teräksen myötörajan ominaisarvona on käytetty arvoa 235 N/mm 2 Teräspalkkien mitoituksessa käytetty murtorajatilakuorma on saatu kertomalla käyttörajatilakuorma varmuuskertoimella 1,6, jolloin koko kuormitus on oletettu muuttuvaksi kuormaksi. On suositeltavaa käyttää pienintä (kevyintä) mahdollista profiilia Taulukoiden kuormaluokka (KL) on käyttörajatilassa oleva viivakuorma (kn/m).

11 PKä Liite III 2/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ), L-profiili Tukipintakriteeri mukana Siporex 400 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL Siporex 450 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL Siporex 500 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL

12 PKä Liite III 3/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ), T-teräs (2xL yhteenhitsattuna) Tukipintakriteeri mukana Siporex 400 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL Siporex 450 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL Siporex 500 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL

13 PKä Liite III 4/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ) Ei kriteeriä siporex-harkkoseinästä Mitoitus teräksen lujuuden perusteella KL 12 KL 15 KL