EC 5 tutuksi vertailulaskelmien avulla

Transkriptio

1 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Pekka Tölli Opinnäytetyö EC 5 tutuksi vertailulaskelmien avulla Työn ohjaaja Työn teettäjä Tampere 5/009 DI Raimo Koreasalo Tampereen Taloteko Oy, valvojana rak.ins. Eija-Riitta Heinonen

2 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma, Talonrakennustekniikka Pekka Tölli EC 5 Tutuksi vertailulaskelmien avulla 54 sivua + 5 liitesivua 4/009 Työn ohjaaja Työn teettäjä DI Raimo Koreasalo Tampereen Taloteko Oy valvojana rak.ins. Eija-Riitta Heinonen Tiivistelmä Työn tarkoituksena on antaa Tampereen Taloteko Oy:n rakennesuunnittelijalle tietoa eurokooin mukaisesta mitoituksesta mitoitettaessa tavanomaisia puurakenteita kuten pientaloja. Työssä on mitoitettu yhestä Taloteko Oy:n suunnittelemasta ja valmistuneesta rakennuskohteesta muutamia rakenneosia sekä eurokooin että Suomen rakentamismääräyskokoelman mukaisesti. Esimerkkitalon kuvia on liitteissä 1-5. Esimerkkikohe on 1½-kerroksinen kehäristikoilla toteutettu pientalo. Kehäristikoien tukireaktiot on saatu WinStatik-kehäohjelmasta sillä tarkkuuella, kuin se on tarkoituksenmukaista esimerkinomaisissa laskelmissa. Laskelmat näyttävät kuormitusten sekä mitoitettavien rakenteien kapasiteettien suuruusluokat molemmilla mitoitusmenetelmillä. Tulokset antavat kuvan mitoitusmenetelmien eroista. Yleensä molemmilla mitoitusmenetelmillä saaaan samaa suuruusluokkaa oleva lopputulos. Suurimmat eroavaisuuet ovat tukipintojen suuruuessa sekä välipohjan käyttörajatilamitoituksessa. Eurokooien myötä välipohjarakenteet tulevat muuttumaan jäykemmiksi. Avainsanat Eurokooi 5, rakennelaskelmat, vertailu

3 Tamk University o Applie Sciences Builing Engineering programme Pekka Tölli Eurocoe 5 known with example calculations 54 pages + 5 appenices 5/009 Thesis Supervisor Co-operation Company Raimo Koreasalo (Master o Science in Technology) Tampereen Taloteko Oy Inspector Eija-Riitta Heinonen ( the Structural Engineer) Abstract The purpose o this thesis is to give inormation about Eurocoe 5 to the structural engineer o Tampere Taloteko when he esigns the usual structural members as or example wooen houses. In this thesis has been esigne a ew structural members accoring to both Eurocoe 5 an Finlan s stanar. The pictures o the example house are shown appenices rom one to ive. The example object is one an a hal loor single amily house, which is execute by truss. The support reaction o the truss have been got accoring to the WinStatikprogram at such precision what is meaningul at this kin o examples. The structural calculations show the loa an the material capacity accoring to Eurocoe 5 an Finlan s stanar. The results o this thesis show ierences between Eurocoe 5 an Finlan s stanar. In general the results are same i using Eurocoe 5 or Finlan s stanar. The biggest ierences are in the bearing areas an the ibration o the intermeiate loors. The consequence o Eurocoe 5 is that intermeiate loors will change more sti than is now. Keywors Eurocoe 5, structural calculation, comparison

4 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Sisällysluettelo 1 Johanto...8 Eurokooi 5:n soveltamisala Suunnitteluperusteet Yleistä Murtorajatila Käyttörajatilat Kuormat Omapaino Hyötykuorma Lumikuorma Tuulikuorma Materiaaliominaisuuet Rakenneosien mitoitusesimerkit Pientalon runkotolpan mitoitusesimerkki (murtorajatila) Pientalon kannatinpalkin mitoitusesimerkki (murtorajatila) Liimapuupalkin mitoitusesimerkki (murtorajatila) Liimapuupalkin mitoitusesimerkki (käyttörajatila) Ristikon tukipinnan mitoitusesimerkki Värähtelymitoitus Yleistä Välipohjan värähtelymitoitusesimerkki Tulosten arviointi ja yhteenveto...51

5 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Lähteet...54 Liitteet...55 Liite 1 Liite 1. kerroksen runko kerroksen runko...56 Liite 3 Välipohja...57 Liite 4 Julkisivut luoteeseen ja kaakkoon...58 Liite 5 Julkisivut koilliseen ja lounaaseen...59

6 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Symboliluettelo B10 γ m materiaalin osavarmuuskerroin b bk c ck v vk c taivutuslujuus, murtorajatila ominaistaivutuslujuus puristuslujuus, murtorajatila ominaispuristuslujuus leikkauslujuus, murtorajatila ominaisleikkauslujuus kohtisuora puristuslujuus, murtorajatila c k kohtisuora ominaispuristuslujuus E kimmomouuli Ek kimmomouuli, käyttörajatila Jännitykset b c v taivutusjännitys puristusjännitys leikkausjännitys Kuormitus F pistekuorma q muuttuva tasainen kuorma (kn/m) g pysyvä tasainen kuorma (kn/m) γ q γ g muuttuvan kuorman osavarmuuskerroin pysyvän kuorman osavarmuuskerroin EC5 EC5 γ m materiaalin osavarmuuskerroin, taivutuslujuus, murtorajatila m m, k c, ominaistaivutuslujuus, 0 puristuslujuus, murtorajatila c,, 0 k ominaispuristuslujuus, leikkauslujuus, murtorajatila v, ominaisleikkauslujuus v k c 90,, kohtisuorapuristuslujuus, murtorajatila c 90, k, kohtisuora ominaispuristuslujuus E kimmomouuli, murtorajatila 0,05 Emean Jännitykset b c v kimmomouuli, käyttörajatila taivutusjännitys puristusjännitys leikkausjännitys Kuormitus F pistekuorma q muuttuva tasainen kuorma (kn/m) qre g γ q yksikkökuorma (1kN/m) pysyvä tasainen kuorma (kn/m) muuttuvan kuorman osavarmuuskerroin γ pysyvän kuorman osavarmuuskerroin g

7 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka p kuormitus (kn/m) V M N R momentti (knm) leikkausvoima (kn) normaalivoima (kn) tukireaktio p kuormitus (kn/m) M V N R momentti (knm) leikkausvoima (kn) normaalivoima (kn) tukireaktio Muut merkinnät b poikkileikkauksen leveys( mm) h poikkileikkauksen korkeus( mm) v taipuma ( mm) t paksuus ( mm) 4 I hitausmomentti ( ) mm 3 W taivutusvastus ( ) A ala ( ) L h Lc λ ks mm jänneväli pilarin pituus nurjahuspituus hoikkuus nurjahuskerroin mm Muut merkinnät b poikkileikkauksen leveys ( mm) h w t paksuus ( mm) poikkileikkauksen korkeus ( mm) taipuma ( mm) 4 I hitausmomentti ( ) mm 3 W taivutusvastus ( ) A ala ( ) L h Lc λ kc mm jänneväli pilarin pituus nurjahuspituus hoikkuus nurjahuskerroin mm

8 1 Johanto Puurakenteien suunnittelustanari Eurokooi 5 otettiin käyttöön Suomessa vuoen 007 syksyllä. Tällä hetkellä voiaan käyttää myös kansallista suunnittelustanaria, Suomen rakentamismääräyskokoelman osaa B10, joka poistuu käytöstä vuoen 010 aikana. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL on julkaissut Eurokooi 5:n esistanariin ENV perustuvan kantavien rakenteien suunnitteluohjeen RIL Puurakenteien suunnitteluohje. Tämä ohje jakautuu kahteen osaan. Ensimmäinen osa RIL perustuu stanariin Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt sekä niien kansallisiin liitteisiin, ja toinen osa RIL pohjautuu stanariin EN Puurakenteien palomitoitus. Näitä suunnitteluohjeita käytetään yhessä muien eurokooien kanssa, eikä muien määräysten, normien tai ohjeien kanssa, ellei tätä erikseen sallita. Opinnäytetyö käsittelee puurakenteien mitoitusta Eurokooi 5:n mukaan. Työssä käsitellään yksinkertaisin laskuesimerkein EC5 ja RakMK B10 eroavaisuuksia tavanomaisia rakenteita mitoitettaessa. Vertailuesimerkeissä mitoitetut rakenneosat ovat Tampereen Taloteko Oy:n suunnittelemasta ja toteutuneesta pientalosta, josta on kuvia liitteissä 1-5. Työn tarkoitus on opastaa Tampereen Taloteko Oy:n rakennesuunnittelijaa eurokooin mukaiseen mitoitukseen, joka on huomattavasti teoreettisempaa, kuin RakMK B10:n mukainen mitoitus.

9 9 (59) Eurokooi 5:n soveltamisala Eurokooi 5 (EN 1995) käsittelee rakennusten sekä maa- että vesirakenteien suunnittelua, kun rakennusmateriaaleina käytetään puisia rakennustuotteita. Eurokooi 5 nouattaa Eurokooi 0:n (EN1990;00) mukaisia rakenteien käyttökelpoisuuen, varmuuen ja vaatimusten periaatteita. (Kevarinmäki 007, 15.) Eurokooi 5:ssa käsitellään ainoastaan puurakenteien mekaanista kestävyyttä, säilyvyyttä, käyttökelpoisuutta sekä palonkestävyyttä. Se ei käsittele esimerkiksi lämmön- ja ääneneristävyyttä. (Kevarinmäki 007, 15.) 3 Suunnitteluperusteet 3.1 Yleistä Eurokooi 5:n mukaan puurakenteet suunnitellaan siten, että täytetään stanarin EN 1990:00 ja siihen liittyvän kansallisen liitteen perusvaatimukset. Nämä täyttyvät, kun käytetään rajatilamitoitusta ja osavarmuuslukumenetelmää Eurokooi 0:n ja siihen liittyvän kansallisen liitteen mukaan. Kuormat ja kuormitukset määritellään Eurokooi 1:n ja siihen liittyvän kansallisen liitteen mukaan. Kestävyys, säilyvyys ja käyttökelpoisuus osoitetaan Eurokooi 5:n ja sen kansallisen liitteen mukaan. (Kevarinmäki 008, 8.) Suomen Rakennusinsinöörien liitto on tehnyt erilaisia julkaisuja, joita on mahollista käyttää virallisten Eurokooin sijaan. Esimerkiksi stanarin SFS-EN 1995 ja siihen liittyvän kansallisen liitteen korvaa RIL Puurakenteien suunnitteluohjeet. Myös stanarien EN 1990 ja EN 1991 ja näien kansallisten liitteien sijasta on mahollista käyttää RIL Suunnitteluperusteet ja rakenteien kuormat.

10 10 (59) Tavanomaisia puurakenteita suunniteltaessa on mahollista käyttää puurakenteien lyhennettyä suunnitteluohjetta. Lyhennetty suunnitteluohje on yksinkertaisempi ja tulokset ovat varmemmalla puolella verrattuna EN stanareihin. Lyhennetty suunnitteluohje on saatavilla puuinosta ja se on myös RIL liitteessä b. (Kevarinmäki 008, 8-9.) Suomessa kantavat puurakenteet jaetaan neljään eri vaativuusluokkaan. Ne nimetään AA-, A-, B- ja C-luokaksi. Suunnittelijalla on oltava suunnittelukohteen vaatimuksen mukainen pätevyys. Suunnittelutehtävän vaativuuen määrittelee rakennusvalvontaviranomainen rakennuslupakohtaisesti. (Kevarinmäki 008, 9.) 3. Murtorajatila Murtorajatilamitoituksessa käytettävät jäykkyysominaisuuet on mietittävä tapauskohtaisesti. Esimerkiksi jäykkyysominaisuuksien keskimääräisiä arvoja käytetään, kun rakennemallissa sauvojen ajasta riippuvat ominaisuuet ovat samanlaiset. Liittorakenteien kohalla näin ei ole. Murtorajatilan kuormitusyhistelmät ovat erilaisia, kun haetaan rakenteen kestävyyen-, rakenteen staattisen tasapainon- tai onnettomuustilanteen kuormitusyhistelmää. Mitoituskuorma lasketaan seuraavilla kuormitusyhistelmillä, kun tarkastellaan rakenteen kestävyyttä: (Kevarinmäki 007, 4-5.) Pysyvä aikaluokka: 1,35G kj (1) Muuttuvien kuormien aikaluokat: max 1,15K FIGkj + 1,5 K FIQk, 1+ 1, 5K FI ψ 0,1Qk, i, () i> 1

11 11 (59) missä G kj on pysyvien kuormien ominaisarvo G k,1 määräävän muuttuvan kuorman ominaisarvo G, muun muuttuvan kuorman ominaisarvo k i K FI seuraamusluokasta riippuva kuormakerroin ψ 0,i muuttuvan kuorman yhistelykerroin. (Kevarinmäki 007, 4-5.) Esimerkki 1: Tavanomaista rakennetta, joka kuuluu seuraamusluokkaan CC rasittaa omapaino, hyöty- ja lumikuorma. Mitoittava kuormitusyhistelmä keskipitkässä aikaluokassa saaaan yhistelystä: 1,15G kj + 1,5 Qk, 1+ 1, 05Qk, Missä max{ Q Q } Q k, 1 lumi, k ; hyöty, k (3) (Kevarinmäki 007, 5.) Lyhennetyssä suunnitteluohjeessa kaavat ovat yksinkertaisempia, koska kuormien yhistelykertoimet on haettu valmiiksi. Lyhennetyn suunnitteluohjeen mukaan kuormitusyhistelmät murtorajatilassa eri aikaluokissa ovat seuraavat: (Kevarinmäki 008, 9). Pysyvä aikaluokka: 1,35G kj Keskipitkä aikaluokka: 1,15G kj + 1,5 Qk, 1+ 1, 05Q k, Hetkellinen aikaluokka: 1,15G max 1,15G kj kj + 1,5 Q + 1,5 Q k, t k,1 + 1,05Q + 1,05Q k,1 k, + 1,05Q + 0,9Q k, k, t, (4)

12 1 (59) missä G kj on pysyvien kuormien ominaisarvo G k,1 on lumi- ja hyötykuorman ominaisarvoista suurempi G k, on lumi- ja hyötykuorman ominaisarvoista pienempi Q k, t on tuulikuorman ominaisarvo (Kevarinmäki 008, 9.) Jos pysyvien kuormien yhteisvaikutus lisää kestävyyttä, pysyvien kuormien kerroin muutetaan 0,9:ään kertoimen 1,15 sijaan. (Kevarinmäki 008, 9). 3.3 Käyttörajatilat Rakenteen kuormien ja rasitusten aiheuttamien muoonmuutosten täytyy pysyä riittävän pieninä, ettei vahinkoa aiheuu pintamateriaaleille ja muille rakenteille. Käyttörajatilatarkasteluissa käytetään kimmo-, liuku- ja siirtymäkertoimien keskiarvoja. Hetkellinen taipuma w ja muoonmuutostila u lasketaan seuraavalle inst kuormitusyhistelmälle. inst G kj + Q k,1 + i> 1 ψ 0, i Q k, i missä muuttujat ovat samat, kuin kohassa 3. (Kevarinmäki 007, 7.), (5)

13 13 (59) Kokonaistaipuma w ja muoonmuutostila u lasketaan kaavalla 6, kun materiaalien in viruma on samanlainen. in u in u in, G + u in, Q,1 + u in, Q, i, (6) missä u u 1+ ( ke ), Q,1( +, ke ) ( ψ + k ) in, G inst, G pysyvästä kuormasta G u in, Q,1 uinst 1 ψ 1 määräävästä muuttuvasta kuormasta Q1 u in, Q, i uinst, Q, i 0, i ψ, i muusta samanaikaisesta muuttuvasta kuormasta Qi,1 ja ψ, i e ψ muuttuvien kuormien pitkäaikaisarvon yhistelykertoimia ψ 0, i ominaisyhistelyssä käytettävä muuttuvan kuorman yhistelykerroin k e virumaluku (Kevarinmäki 007, 8.) Esimerkki : Puurakennetta rasittavat lumikuorma sekä A-luokan hyötykuorma. Kokonaistaipuma käyttöluokassa ( k 0, 8) lasketaan kaavalla 7. Muuttuvien kuormien yhistelykertoimet saaaan RIL :n taulukosta.. e hyötykuorma luokka A: ψ,7 ja ψ 0, kn lumi, kun s k <,75 ψ 0,7 0, 0 ja ψ m w in 1,8 winst, G + 1,16winst, lumi + 0,94winst, hyöty max (7) 1,8 winst, G + 1,4winst, hyöty + 0,86winst, lumi (Kevarinmäki 007, 8.) Lyhennetyn suunnitteluohjeen mukaan hetkellinen taipuma w inst lasketaan seuraavien ominaiskuormien yhistelmille, kun käytetään kimmo-, liuku ja siirtymäkertoimien keskiarvoja.

14 14 (59) Kun hyöty- tai lumikuorma on määräävä muuttuva kuorma: kj k, 1 0, 7Qk, G + Q + (8) Kun tuulikuorma on määräävä muuttuva kuorma: kj k, t + 0,7Qk,1 0, 7Qk, G + G + (9) (Kevarinmäki 008, 10.) Lyhennetyn suunnitteluohjeen mukaan kokonaistaipuma w in lasketaan kaavalla 10. w in ( 1+ k ) ( ) ( ) ( e w ) inst, G ,k ( e w + ) inst, lumi 0,7 0,3k + ( e w 1 k w 1 0,3k w 0,7 + 0,k ) max (10) w e inst, G (Kevarinmäki 008, 10.) e inst, hyöty e inst, hyöty inst, lumi Lyhennetyn suunnitteluohjeen kaavat pätevät, jos rakenteen sauvoilla on sama virumaluku ja rakennetta kuormittavat korkeintaan omapaino, lumi, tuuli ja yksi A, B tai C-luokan hyötykuorma. (Kevarinmäki 008, 10.) Kokonaistaipuma w in koostuu kuvion 1 mukaisesti Kuvio 1: Taipuman muoostuminen. (Kevarinmäki 008, 1) missä w c esikorotus w inst hetkellinen taipuma w creep viruman aiheuttama lisätaipuma w, lopputaipuma net in Lopputaipuma: w w + w w net, in inst creep c (11)

15 15 (59) Käyttörajatilan muoonmuutokset rajoitetaan taulukon 1 mukaisiksi. On myös mahollista käyttää muita arvoja, jos ne soveltuvat käyttötarkoitukseen paremmin. (Kevarinmäki 008, 1.) Taulukko 1: Taipumien ja rakennuksen vaakasiirtymien maksimiarvot. Ulokkeen taipuma saa olla kaksinkertainen jännevälin suhteen. (Kevarinmäki 008, 1) 3.4 Kuormat Omapaino Rakennuskohteen omapaino lasketaan nimellismittojen ja nimellisten tilavuuspainojen mukaan. Omapainoon lukeutuvat kaikki kiinteät rakenteet, laitteet ja maakerroksien painot. Siirrettävien väliseinien kuormat voiaan käsitellä hyötykuormina. Keveien väliseinien omapainon voiaan olettaa tasaiseksi lattiakuormaksi g k 0,3kN / m. Tätä pienempää arvoa ei saa käyttää. Nimellismitat ovat ne mitat, jotka esitetään piirustuksissa. Tehasvalmisteisien laitteien ja rakennusosien tieot saaaan valmistajalta. (Kevarinmäki 007, 31.) Rakennusmateriaalien nimellistilavuuspainoja ja varastoitavien tuotteien nimellistilavuuspainoja on esimerkiksi annettu RIL :n liitteessä A.

16 16 (59) 3.4. Hyötykuorma Tilojen käyttötarkoitus aiheuttaa erilaisia hyötykuormia, jotka oletetaan liikkuvaksi kuormaksi. Yleisimmät hyötykuormat on esitetty taulukossa. Hyötykuorman oletetaan vaikuttavan rakenteen epäeullisimmassa kohassa. Pistekuormaa ei yhistetä muihin muuttuviin kuormiin. Kun pistekuorman Q k kn 50x50 mm², muuten 100x100 mm². (Kevarinmäki 008, 11.), sen kuormitusalaksi oletetaan Kun kaiteiseen vaikuttaa vaakasuuntainen viivakuorma, se vaikuttaa kaiteen korkeuella, mutta maksimissaan 1, m:n korkeuella. (Kevarinmäki 008, 11.) Taulukko : Yleisimpien hyötykuormien ominaisarvot. (Kevarinmäki 008, 11) Lumikuorma Maanpinnan lumikuormat ( s k ) eri puolilla Suomea on nähtävissä kuviossa. Katon ominaislumikuorma q saaaan kertomalla ominaislumikuorma muotokertoimella μ, k joka saaaan kuvioista 3 ja 4 (Kevarinmäki 008, 11.)

17 17 (59) Kuvio : Maanpinnan lumikuorman ominaisarvot s k (Kevarinmäki 008, 11) Paikkakuntakohtaiset lumikuormat on myös taulukoitu RIL :n sivuille liitteeseen F. Kuvio 3: Kattojen muotokertoimet: a) pulpettikatto b)harjakatto c) sahakatto (Kevarinmäki 008, 1)

18 18 (59) Kuvio 4: Lumikuorman muotokertoimet (Kevarinmäki 008, 1) Kuviosta saatava arvo on likiarvo. RIL :n mukaan muotokerroin voiaan myös laskea kaavojen avulla, jotka on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3: lumikuormien muotokertoimet. (Sumkin, Mononen & Kärnä., 008, 95) Kuvien 3 ja 4 sekä taulukon 3 mukaiset muotokertoimet ovat voimassa, kun lumen putoamista katolta ei estetä. Käytettäessä lumiesteitä tai muita liukumisen esteitä muotokertoimena on käytettävä vähintään arvoa 0,8. Lumen kasautuminen erilaisista syistä katoille on myös otettava huomioon mitoituksessa. Syitä kinostumiseen voivat olla kattojen tasoerot, ulkonemat tai esteet. (ks.ril tai RIL kohta.3.1.4) (Kevarinmäki 008, 1.) Tuulikuorma Tuulikuorman yksinkertaistettua menettelyä voiaan käyttää tavanomaisten rakennusten tuulikuorman laskemiseen. Tuulikuorman suuruuteen vaikuttavat erilaiset maastoolosuhteet on jaettu viiteen eri maastoluokkaan, jotka on esitetty taulukossa 4. (Kevarinmäki 008, 1.)

19 19 (59) Taulukko 4: Maastoluokat (Kevarinmäki 008, 1) Tuulen nopeuspaineen ominaisarvo (h) määritetään rakennuksen korkeuen ja q k maastoluokan mukaan. Nopeuspaineen ominaisarvot esitetään kuviossa 5. Kuvio 5: Tuulen nopeuspaineen ominaisarvot eri maastoluokissa. (Kevarinmäki 008, 13) Mitoitettaessa rakenteita tuulikuormalle erotetaan mitoitustapaukset A ja B: A) rakennuksen tuulta jäykistävien rakenteien mitoitus kokonaistuulikuormalle (rakennuksen kokonaisstabiliteetti) B) rakennuksen tai rakenteen osapintojen ja niien kiinnitysten mitoitus paikalliselle tuulenpaineelle. (Kevarinmäki 008, 1). Yleensä tuulikuormaa ei tarvitse tarkastella muien muuttuvien kuormien kanssa. Kantavien ja tuulta vastaan jäykistävien rakenteien mitoituksessa tuulikuorma kuitenkin tarkastellaan yhessä muien muuttuvien kuormien kanssa. (Kevarinmäki 008, 13. )

20 0 (59) Rakennuksen kokonaistuulikuorma lasketaan kaavalla 1. Rakenteen voimakertoimet on esitetty taulukossa 5. Tapaus A) F c q ( h) A w, k k re, (1 missä c rakenteen voimakerroin q k (h) tuulen nopeuspaine korkeuella h A re tuulta vastaan kohtisuora pinta-ala Kokonaistuulikuorman resultantti vaikuttaa 0,6 h:n korkeuella maasta (Kevarinmäki 008, 13.) Taulukko 5: Yksinkertaistetussa menettelyssä käytettävät rakenteen voimakertoimet. (Kevarinmäki 008, 13) Paikallinen tuulenpaine lasketaan kaavalla 13. Osapinnan nettotuulenpainekertoimet on esitetty taulukossa 6. Tapaus B) qw k c p net qk ( ), (13),, h missä c, on nettotuulenpainekerroin p net q k (h) on tuulen nopeuspaine korkeuella h (Kevarinmäki 008, 13.)

21 1 (59) Taulukko 6: Ulkoseinien nettopainekertoimet 1) nurkka-alue ulottuu molempiin suuntiin e/5, jossa emin(b;h), h on rakennuksen korkeus ja b on rakennuksen sivumitoista suurempi. (Kevarinmäki 008, 14) Nettopainekertoimen suuruus riippuu tarkasteltavan pinta-alan suuruuesta. Esimerkiksi julkisivujen kiinnitysten mitoituksessa käytetään alle 1 m²:n alueen kerrointa.1 m²:n ja 10 m²:n väliarvot voi interpoloia lineaarisesti.(kevarinmäki 008, 14.) 4 Materiaaliominaisuuet Materiaalin laskentalujuuksiin vaikuttavat kuormituksen kesto, ympäröivät kosteusolosuhteet sekä itse materiaali. Kosteuen ja kuorman keston yhteisvaikutus otetaan huomioon muunnoskertoimella kmo, joka on esitetty taulukossa 7. (Kevarinmäki 008, 16.) Taulukko 7: kmo muunnoskertoimet (Kevarinmäki 008, 17) Lyhennetyn suunnitteluohjeen mukaan rakenteien kuormat jaetaan kolmeen eri aikaluokkaan. Kuormitusyhistelmän kuuluessa eri aikaluokkiin lyhytaikaisin aikaluokka on määräävä. Kuormien aikaluokat on esitetty taulukossa 8. (Kevarinmäki 008, 14,16.)

22 (59) Puurakenteien suunnitteluohjeessa RIL aikaluokat on jaettu viiteen eri luokkaan, joten sen mukaisesti myös kmo-kertoimia on enemmän. Taulukko 8: Kuormien aikaluokat (Kevarinmäki 008, 14) Ympäristöolosuhteet otetaan huomioon jaottelemalla rakenteet käyttöluokkiin, jotka eurokooimitoituksessa ovat 1, ja 3: Käyttöluokka 1. Rakenne, joka on sisätiloissa tai lämmöneristekerroksessa. Käyttöluokka. Ulkokuiva puurakenne katetussa ja tuuletetussa tilassa Käyttöluokka 3. Säälle alttiina olevat rakenteet. (Kevarinmäki 008, 15.) Materiaalin laskentalujuuen määritykseen vaikuttaa materiaalin ominaisuuesta riippuva osavarmuusluku, joka on erilainen eri puutuotteilla. Nämä osavarmuusluvut on esitetty taulukossa 9. Taulukko 9: Suomessa käytettävät materiaalin osavarmuusluvut (Kevarinmäki 008, 15)

23 3 (59) Lujuusominaisuuen mitoitusarvo lasketaan kaavalla 14. X k X k mo, (14) γ M missä X k on lujuusominaisuuen ominaisarvo γ M on materiaalin osavarmuusluku k mo on muunnoskerroin (Kevarinmäki 008, 15.) Esimerkki 3. Lämpimässä sisätilassa olevaa puurakennetta C 4 rasittavat omapaino ja hyötykuorma. 1,15Gkj ( omapaino) + 1,5 Qk ( hyöty). Kyseisen sahatavaran C4 laskentataivutuslujuus lasketaan seuraavasti, kun ominaistaivutuslujuus m, k 4N/mm². - lyhytkestoisin kuorma eli hyötykuorma kuuluu keskipitkään aikaluokkaan - lämmin sisätila kuuluu käyttöluokkaan 1 > kmo 0,8 (lyhennetty suunnitteluohje 008.taul.3.9) - sahatavaran osavarmuusluku 1,4 (lyhennetty suunnitteluohje 008.taul.6) 4N / mm 0 mm 1,4 m,,8 13,7 N / (Kevarinmäki 008, 15, 17.)

24 4 (59) 5 Rakenneosien mitoitusesimerkit Mitoitusesimerkit on pyritty tekemään mahollisimman yksinkertaisiksi. Näin tiettyjä kohtia laskelmista ja kuormista on pelkistetty. Esimerkiksi kehäristikko mallinnettiin WinStatik-kehäohjelmaan sillä tarkkuuella, kuin se on tarkoituksenmukaista esimerkinomaisiin laskelmiin. Ikkunatolpan ja kannatinpalkin laskuesimerkeissä välipalkkien kuormat sisältyvät ristikon tukireaktioihin. Mitoitusesimerkkien EC 5 kuormitusyhistelmät ja kuormat perustuvat lyhennettyyn suunnitteluohjeeseen. RakMK laskelmien kuormitusyhistelmät ja kuormat perustuvat RIL Mitoitusta ei kannata tehä eurokooien myötä hankalaksi, sillä statiikka ei ole muuttunut uuen suunnittelustanarin myötä, ainoastaan mitoituksen teoria. Tietyt asiat Eurokooi 5:ssä ovat kuitenkin monimutkaisia. Alan ammattilaiset, jotka ovat perehtyneet siihen sanovat sen olevat monimutkaista tietyin osin. Esimerkiksi kuormitusyhistelmien hakeminen on tehty vaikeaksi. Suunnittelija viimein tekee omat tulkintansa ja voi yksinkertaistaa vaikeita asioita. 5.1 Pientalon runkotolpan mitoitusesimerkki (murtorajatila) Oletukset: - rakennuksessa on lumiesteet, joten lumikuorman muotokerroin μ 1 0, 8 - rakennus sijaitsee maastoluokassa 3 - kattotuolit k 900 mm (kuviot 6 ja 7 ) - runkotolpat k 600 mm, ikkunatolppa oletettu laskelmissa nurkka-alueelle - ikkunatolpan pituus h 800 mm - tuulikuoman leveys ikkunatolpalle L1 913 mm (15/ + 600/) - tuulikuorman laskennassa käytetty paikallisia tuulen nettopainekertoimia - alapaarteen kuormitusleveytenä käytetty 675 mm - kuormitus oletettu keskeisesti pilarille - nurjahus heikompaan suuntaan estetty - staattinen lähtökohta (kuviot 8, 9 ja 10)

25 5 (59) Kuvio 6: Kehäristikon päämitat Kuvio 7: Kehäristikon kuormat Kuvio 8: Ikkunatolpan Kuvio 9: Leikkaus A-A Kuvio 10: Ristikoien paikat rakennemalli kuviosta 8

26 6 (59) Ristikon tukireaktiot eri kuormitusyhistelmillä on laskettu WinStatik-kehäohjelmalla. Laskennan helpottamiseksi alapaarteen kuormitusleveytenä on käytetty 675 mm. Ristikko on mallinnettu siten, että paarteet ovat jatkuvia ja sauvat kiinnittyvät nivelinä. Eurokooin mukaan runkotolppa tulee mitoittaa pysyvässä, keskipitkässä ja hetkellisessä aikaluokassa. Maholliset kuormitusyhistelmät murtorajatilassa EC5:n puurakenteien lyhennetyn suunnitteluohjeen mukaan ovat seuraavat: KY1: Pysyvä aikaluokka 1,35, ( pysyvä) G k j KY: Keskipitkä aikaluokka,15gk, j ( pysyvä) + 1,5 Qk,1( lumi) + 1,05Qk, ( hyöty) 1 KY3: Keskipitkä aikaluokka 1,15Gk, j ( pysyvä) + 1,5 Qk,1( hyöty) + 1,05Qk, ( lumi) KY4: Hetkellinen aikaluokka 1,15Gk, j ( pysyvä) + 1,5 Qk, t ( tuuli) + 1,05Qk, ( lumi) + 1,05Q k, ( hyöty) KY5:Hetkellinen aikaluokka 1,,15Gk, j ( pysyvä) + 1,5 Qk,1( lumi) + 1,05Qk, ( hyöty) + 0,9Q k t ( tuuli) KY6: Hetkellinen aikaluokka 1,,15Gk, j ( pysyvä) + 1,5 Qk,1( hyöty) + 1,05Qk, ( lumi) + 0,9Q k t ( tuuli) ( Puuino 009a) Tutkitaan seuraavista kuormitusyhistelmistä KY1, KY, KY4 ja KY5 Maholliset kuormitusyhistelmät murtorajatilassa RIL mukaan ovat seuraavat: KY1: Aikaluokka B: 1,( pysyvä ) + 1,6( hyöty) + 1,6( lumi) KY: Aikaluokka C: 1,( pysyvä ) + 1,6( hyöty) + 1,6( lumi) + 0,8 ( tuuli ) KY3: Aikaluokka C: 1,( pysyvä ) + 1,6( hyöty) + 1,6( tuuli) + 0,8 ( lumi) (RIL , )

27 7 (59) B 10 Kosteusluokka YP-rakenteen omapaino 0,6kN/m² AP-rakenteen omapaino 0,50 kn Lattian omapaino 0,5kN/ m² Lumi katolla 1,8 kn/m² Lattian hyötykuorma 1,5 kn/m² EC 5/ RIL 05 liite b Käytöluokka YP-rakenteen omapaino 0,6kN/m² AP-rakenteen omapaino 0,50 kn Lattian omapaino 0,5kN/ m² Lumi katolla,0 kn/m² Lattian hyötykuorma,0 kn/m² Laskentalujuuet: T4 73x147 Aikaluokka B: ( 19 /1,3) 14,6N / mm c Aikaluokka C: ( 0 /1,3 ) 1,3 0N / mm ( 19 /1,3) 1,3 19N / mm b c Hoikkuus: L 800 λ c 65,9 i 0, Laskentalujuuet: C4 73x147 Aikaluokka pysyvä: kmo0,6 (Lyhennetty suunnitteluohje. Taulukko 3.1 ) 9,0N / mm c, o, Aikaluokka keskipitkä: kmo0,8 1,0N / mm c, o, Aikaluokka hetkellinen: kmo1,1 c, o,,5n / 16 mm m,,8n / 18 mm k s 0,4 Normaalivoima N: N 1 R 1,5m + R 1,5m 0,35m Hoikkuus: L 800 λ c 65,9 i 0, k c 0,6 (kuva 5.6 s.7 Lyh.suunnitteluohje) Tuulikuorman aiheuttama momentti: C p 1,5 rakennuksen seinän nurkka-alueelle kohistuva tuulenpaineen suurinpainekerroin. M wk ( c q ( h) ) M wk 0, 6kNm p k 8 L 1 h N Normaalivoima N: 1 R 1,5m + R 1 1 1,5m 0,35m

28 8 (59) KY 1: aikaluokka B (hyöty 100% lumi 100% ) Ristikon tukireaktio R13,3 kn Maksimi normaalivoima N1 9,5kN Puristusjännitys: N c c k. s c A b +,75N / mm b KY : aikaluokka C 0,448 1 (45 %) (hyöty 100% lumi 100% tuuli 50%) Ristikon tukireaktio R 1 3, 3kN Maksimi normaalivoima N 1 9, 5kN Puristusjännitys: N c A,75N / mm Taivutusmomentti: M 0,8 Mwk 0, 48kNm Taivutusjännitys: M W b 1,83 Mitoitusehto: c k. s c b + b N mm 0,436 1 (44%) Tuulikuorman aiheuttama momentti: c p, net 1,7 tuulen nettopainekerroin nurkkaalueella Arvoa ei ole interpoloitu yksinkertaistuksen vuoksi. M w, k M k ( c q ( h) L ) p, net w, 0, 64kNm KY 1: pysyvä k 8 Ristikon tukireaktio Maksimi normaalivoima Puristusjännitys: N c, 0,,578N / 0 mm A Mitoitusehto: k c,0, m, + c. c,0, m, KY : keskipitkä (lumi 100% hyöty 70%) Ristikon tukireaktio Maksimi normaalivoima Puristusjännitys: N c, 0,,79N / mm A Mitoitusehto: k c,0, m, + c. c,0, m, 1 h R 1 4, 9kN N 16, kn 0,107 1 (11%) R 1 3, 6kN N 19, 9kN 0,388 1 (39%)

29 9 (59) KY 3: aikaluokka C (hyöty 100% tuuli 100% lumi 50%) Ristikon tukireaktio Maksimi normaalivoima N 118, 9kN R 1 14, 9kN KY 4: hetkellinen (tuuli 100% lumi 70% hyöty 70%) Ristikon tukireaktio Maksimi normaalivoima R 1 18, 4kN N 13, 3kN Puristusjännitys: N c A 1,76N / mm Puristusjännitys: N c, 0,,17N / A mm Taivutusmomentti: M 1,6 M k 0, 96kNm Taivutusmomentti: M 1,5 M w, k 0, 96kNm Taivutusjännitys: M W b 3,65 N mm Taivutusjännitys: M m, 3, 65 W N mm Mitoitusehto: s c k. c b + b 0,403 1 ( 40%) Mitoitusehto: k c,0, m, + c. c,0, m, 0,413 1 ( 41%) (RakMK B10 001, 7,9.) (Leivo, Nupponen & Pitkänen 1997, ) (RIL ,6-38, ) KY 5: hetkellinen (lumi 100% hyöty 70% tuuli 60%) Ristikon tukireaktio Maksimi normaalivoima R 1 3, 6kN N 19, 9kN Puristusjännitys: N c, 0,,79N / A mm Taivutusmomentti: M 0,9 M w, k 0, 576kNm

30 30 (59) Taivutusjännitys: M m,, 19 W N mm Mitoitusehto: k c,0, m, + c. c,0, m, 0,398 1 ( 40%) (Kevarinmäki 008, 11,13,14,17.) (Leivo ym., 1997, ) (Puuino 009a.)

31 31 (59) 5. Pientalon kannatinpalkin mitoitusesimerkki (murtorajatila) Mitoittava kohta sisäänkäynnin puoleisella seinällä on kantavan seinän suurimman ikkunan kohalla (L 15 mm). Suurin leikkausjännitys palkille saaaan kuormitustapauksesta 1, joka on esitetty kuviossa 11. Suurin taivutusjännitys saaaan kuormitustapauksesta, joka on esitetty kuviossa 1. Palkki on laskettu yksiaukkoisena. Kuvio 11: Kuormitustapaus 1. Kuvio 1: Kuormitustapaus, joka vastaa lähinnä toteutunutta tilannetta Ristikon tukireaktio R1 on saatu WinStatik-kehäohjelmasta. Kannatinpalkin päälle ikkuna-aukon kohalle alapaarteelta ja välipalkeilta kuormaa voi kertyä yhteensä 450 mm mm mm 1350 mm alueelta. Tämä on huomioitu ristikon alapaarteen kuormitusleveytenä. Kuormitustapauksessa 1 ristikon alapaarteen kuormitusleveytenä on käytetty 675mm ja kuormitustapauksessa alapaarteen kuormitusleveytenä on käytetty 1350mm. Näin on otettu huomioon välipalkkien kuormat.

32 3 (59) B10 1, g q + q missä EC5/ RIL 05 liite b G Q ,6 1 1, 6, 1,15 kj + 1,5 k, 1 1, 05 k, g1 pysyväkuorma missä G kj pysyväkuorma q1 hyötykuorma Q k, 1 lumikuorma q Q k, lumikuorma R 1 3, 3kN, kun alapaarteen kuormitusleveys 675mm R 1 6, 5kN, kun alapaarteen kuormitusleveys 1350mm hyötykuorma Q R 1 3, 6kN, kun lapaarteen kuormitusleveys 675mm R 1 6, 5kN, kun alapaarteen kuormitusleveys 1350mm Kuormitustapaus 1, leikkausvoima V : Kuormitustapaus 1, Leikkausvoima V : R1 + R1 R1 + R1 V 3, 3kN V 3, 6kN Momentti M : Momentti M : M R 1 3,79kNm 0,45m+ A 0,615m M R1 0, 45 m+ A 0,615m 3, 84kNm Kuormitustapaus M: Kuormitustapaus M: leikkausvoima V : leikkausvoima V : R 1 / 13, 3kN R / 13, 3kN Momentti M 1 Momentti M: R1 L M 8, 1kNm R1 L M 8, 1kNm 4 4 Materiaali: Kerto-S 51x00 Materiaali: Kerto-S 51x00 Kosteusluokka: Käyttöluokka: Aikaluokka: B Aikaluokka: keskipitkä

33 33 (59) Laskentalujuuet: Laskentalujuuet: 37 b 8,5N / mm 1,3 3,5 v,7n / mm 1,3 7 1,3 c 5,4N / mm Kuormitustapaus 1 0,8 44 1, m, 9,3N / 0,8 4,1 1, v,,7n / 0,8 6 1, c, 90, 4,0N / Kuormitustapaus 1 mm mm mm Taivutusjännitys: M b 11,15N / mm (39%) w Leikkausjännitys: 1,5 V v, 3,43N / (17%) A mm Taivutusjännitys: m, M 11,9N / mm (39%) w Leikkausjännitys: 1,5 V A v, 3,47N / mm (19%) Tukipinta: (b51mm) V L b c,90, 115,7mm Tukipinta:(b51mm) V L b c 84,6mm Kuormitustapaus Taivutusjännitys: M m, 3,88N / mm (84%) w Leikkausjännitys: 1,5 V v, 1,96N / mm ( A Tukipinta: (b51mm) V L b c 48,3mm 73%) Kuormitustapaus Taivutusjännitys: m, M 3,88N / mm (8%) w Leikkausjännitys: 1,5 V A v, 1,96N / mm (73%) Tukipinta: (b51mm) V L b c,90, 65,mm

34 34 (59) (L eivo ym., 1997, ) (Leivo ym., 1997, ) (Kevarinmäki 004, 41.) (Kevarinmäki 008, 9,11, 17,18.) (RIL , 71,1, ) 5.3 Liimapuupalkin mitoitusesimerkki (murtorajatila) Esimerkkinä käytetään liimapuupalkin ( 90x315) mitoitusta ruokailutilan kohalla. Liimapuupalkin päälle tulevat kuormat on esitetty kuviossa 13. Kuvio 13: Liimapuupalkille tulevat kuormat. Oletuksena pietään, että liimapuupalkin päälle tukeutuvat välipalkit jaolla k 450mm. Tässä esimerkissä välipalkkeja on seitsemän kappaletta liimapuupalkin päällä. Kuormitustieot on laskettu PUPAX-mitoitusohjelmalla. Toellisessa tilanteessa joka toinen palkki olisi välipalkki ja joka toinen ristikon alapaarre. Välipalkeista aiheutuvat pistekuormat, joita on seitsemän kappaletta, muutetaan tasaiseksi kuormaksi liimapuupalkin päällä kuvion 14 mukaiseksi. Kuvio 14: Liimapuupalkin kuormitus

35 35 (59) B10 EC5/RIL 05 liite b Materiaali L40 (90X315) Kosteusluokka: 1 Aikaluokka: B AP:n omapaino 0,5kN/m² Lattian omapaino 0,5kN/m² Lattian hyötykuorma 1,5kN/m² MateriaaliGL3 c (90X315) Käyttöluokka: 1 Aikaluokka: Keskipitkä AP:n omapaino 0,5kN/m² Lattian omapaino 0,5kN/m² Lattian hyötykuorma,0kn/m² Laskentalujuuet: 31 b 3,85N / mm 1, 3,4 v 1,85N / mm 1,3 4,3 1,3 c 3,31N / mm Voimasuureet: P18,17kN/m P L M, 39 knm 8 P( L h) V, 80 kn Laskentalujuuet: 0,8 3 m, 1,33N / mm 1, 0,8 3, 1, v,,13n / 0,8 3,0 1, c, 90,,0N / mm mm Voimasuureet: P0,91kN/m P L M 5, 77kNm 8 P( L h) V 6, 4kN Taivutuskestävyys: M m 15,04N / mm (63%) W Taivutuskestävyys: M m, 17,31N / mm (81%) w Leikkauskestävyys: 1,5 V A v 1,1N / mm (65%) Leikkauskestävyys: 1,5 V v, 1,39N / mm (65%) A Tuen leveys: (b90mm) V L b c 76,5mm Tuen leveys: (b90mm) V L b c,90, 145,8mm

36 36 (59) (Leivo ym., 1997, ) (RakMk B10 001, 7.) (RIL , 71.) (Leivo ym., 1997, ) (Kevarinmäki 008, 11,17.) 5.4 Liimapuupalkin mitoitusesimerkki (käyttörajatila) Mitoitetaan kuvion 15 mukainen liimapuupalkki käyttörajatilassa keittiön ruokailutilan kohalla. Kuvio 15: Liimapuupalkin kuormitus B10 Materiaali L40 90x315 E 8500 N/mm² p k 1,6 kn/m bh I 1 Taipuma: 3 8 4,34 10 mm 4 5pk L v 8mm 384EI < L/300 (76 %) (Leivo ym., 1997, 133. ) (Rak.Mk B10 001,7.) EC 5/ RIL 05 liite b Materiaali GL 3c Käyttöluokka 1 E mean N / mm k, 5,1 kn / m p pysyvä p k, hyöty 10kN / q re 1,0kN / m k e 0,6 m (Lyhennetty suunnitteluohje.taulukko 3.) Taipuma yksikkökuormasta: u 5qre L 384E 4 re 0, 395 meani Hetkellinen taipuma: mm winst, G pk( pysyvä ) ure, 0mm w, hyöty pk( hyöty ure 3,95mm inst )

37 37 (59) Kokonaistaipuma: w win ( 1+ ke ) winst, G + (1 + 0,3k e ) winst ( hyöty) 7,9mm <L/300 (75 %) (Leivo., 1997, 13.) (Kevarinmäki 008, 10.) 5.5 Ristikon tukipinnan mitoitusesimerkki Tarkastellaan ristikon tukipinnan puristuslujuutta kuvion 16 mukaisessa tapauksessa. Oletukset: - tukipalkki Kerto-S 51x00 - yläsiepuu 48x147 C4 - R3 ristikon suurin tukireaktio terassin puoleisella seinällä - b toimiva tukipinta 99mm - l ristikon leveys 4mm - h yläsiepuun korkeus 48mm - a yläsiepuun jatkoksen etäisyys puristuspinnasta

38 38 (59) Kuvio 16: Ristikon tukeutuminen seinärunkoon (Koreasalo 008) Ristikon alapaarteen kuormitusleveytenä on käytetty 450 mm, kuten se toellisuuessakin on. Ristikon tukireaktio on saatu Win-Statik-kehäohjelmalla seuraavilla kuormitusyhistelmillä. B10 R3,6kN c ( 3,1/1,3 ),38N / mm Oletus: a 100 mm kiskopainekerroin k: 150 l k 1 + 1,7 150 EC 5/ RIL 05 liite b R3,9kN (0,8,5) 1,4 c, 90, 1,43N / Oletus: a 48mm mm korotuskerroin kc,90: Mittaluku H min.seuraavista

39 39 (59) Puristusjännitys: R 3 c b l Mitoitusehto: 5,44N / mm k 4,09 (133%) c c Vaaittu tukipinta: A R 3 tp, vaa 551mm k c h min. 96 mm 5b Kun H96 mm ja l4mm > k, 6 c, 90 (Lyhennetty suunnitteluohje. Kuva 5.4) Puristusjännitys: R 3 c, 90,,51N / b l Mitoitusehto: 5 mm k 3,7 (148%) c, 90 c,90 c,90, l A tp, vaa tp, vaa 131, 5 (RakMkB10 001, 7-8.) (Koreasalo 008.) l mm Vaaittu tukipinta: A l R 3 tp, vaa 6159mm kc,90 c,90 A tp, vaa tp, vaa 146, 6 l mm (Kevarinmäki 008, 4-5.) (Koreasalo 008.)

40 40 (59) 6 Värähtelymitoitus 6.1 Yleistä Merkittävä muutos eurokooimitoituksessa verrattuna rakentamismääräyskokoelman mukaiseen mitoitukseen on värähtelyn huomioiminen. Aikaisemminhan värähtelyä ei ole tarvinnut huomioia ja siksi välipohjarakenteet tulevat muuttumaan. Talonrakennuskohteissa värähtelyä aiheutuu kävelystä, mikä otetaan huomioon käyttörajatilamitoituksessa. Alin ominaistaajuus täytyy olla 9Hz. Lisäksi tarkastellaan 1 kn:n staattisen pistevoiman aiheuttaman taipuman suuruus lattiapalkin kohalla joka saa olla enintään 0,5mm, jos ei rakennuttajan kanssa sovita muuta. Kun huoneen koko on pieni taipuman saa kertoa korotuskertoimella, joka on esitetty kuviossa 17. (Kevarinmäki 007, 91-9.) Kuvio 17: Huoneen koosta riippuva taipumarajoituksen korotuskerroin k (Kevarinmäki 007, 91) Ominaistaajuuen laskukaava muuttuu sen mukaan, onko lattiarakenne yhteen vai kahteen suuntaan kantava. Yhteen suuntaan kantavan lattiarakenteen ominaistaajuus lasketaan kaavalla π l ( EI) m l (15) ( Kevarinmäki 007, 9.)

41 41 (59) Kahteen suuntaan kantavan lattiarakenteen ominaistaajuus lasketaan kaavalla 16. π l 4 ( EI) l l l ( EI) B 1+ + m B B ( EI) l 1, (16) missä l B ( EI) l on lattiarakenteen jänneväli [m] on lattiarakenteen leveys [m] on lattian kantavaa suuntaa l vastaava taivutusjäykkyys leveysyksikköä kohti [Nm²/m] (E I ) l on lattian poikkisuuntaa B vastaava taivutusjäykkyys leveysyksikköä kohti[nm²/m] m on lattian oman painon ja pitkäaikaisen hyötykuorman ( ψ q k ) pinta-alayksikköä kohen yhteen laskettu massa ( Kevarinmäki 007, 9.) Välipohjan kaikki rakennusmateriaalit voi hyöyntää taivutusjäykkyyen laskennassa. Esimerkiksi koolaukset, levyt, pintabetonilaatan ja niin eelleen. Jos välipohjassa on poikittaisjäykistelinja, se otetaan huomioon (EI)B:ssa. Pistekuormasta (F1kN) aiheutunut taipuma lasketaan kaavalla 17, kun lattiarakenne on yhteensuuntaan kantava. Neljältä sivulta tuetun laatan k δ kerrointa ei tarvitse rajoittaa. (Kevarinmäki 007, 9-93.) F l 4 kδ ( EI) l δ min 3 F l 48 s ( EI) l, missä s on lattiapalkkien etäisyys k δ 4 ( EI) ( EI) B l B kδ l (17) ( Kevarinmäki 007, 9-93.)

42 4 (59) Lyhennetty suunnitteluohje antaa myös värähtelymitoitukseen yksinkertaistetun menettelyn. Värähtelymitoitus on helpoin tehä ohjelmalla, koska sellainen on saatavilla Puuinon sivuilta osoitt eesta: 6. Välipohjan värähtelymitoitusesimerkki Tarkastellaan esimerkkitalon kuvioissa 18 ja 19 olevaa välipohjaa Puuinon tekemällä värähtelymitoitusohjelmalla. Mitoittavin kohta värähtelyn kannalta on keskellä taloa, jossa hyötykuorman kuormitusalue on ulkoseinästä ulkoseinään. Myös huoneen suurin mitta seinästä seinään on suurimmillaan talon keskellä. Ohjelma ei ota huomioon jatkuvia palkkeja, vaan ne lasketaan yksiaukkoisena. Toellisen rakenteen värähtelymitoituksen tulokset on esitetty taulukoissa 10, 11 ja 1. Vaihtoehtoisen rakenteen värähtelymitoituksen tulokset on esitetty taulukoissa 13, 14 ja 15. Kuormitus: - omapaino 1kN/m² - hyötykuorma kn/m² Välipohjan materiaalit: - kipsilevy 13 mm - lattialämmitysputket - kipsilevy 13mm - havuvaneri 15 mm:n paksuviiluinen 3,0 mm (ruuvikiinnitys 4,0x50 k 150) - välipohjapalkit C30 4x3 k 450 Ohjelmassa on valmiiksi palkkien ja lattialevyjen poikkileikkaussuureita. Esimerkissä käytetty 15mm paksuviiluisen havuvanerin poikkileikkausarvot saatiin vanerikäsikirjasta UPM-kymmenen www-sivuilta. (UPM-kymmene 009).

43 43 (59) Kuvio 18: Esimerkkitalon välipohja (Tampereen Taloteko Oy 008) Kuvio 19: Esimerkkitalon.kerros pohjakuva (Tampereen Taloteko Oy 008)

44 44 (59) Taulukko 10: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset. (Puuino 009b)

45 45 (59) Taulukko 11: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset. (Puuino 009b)

46 46 (59) Taulukko 1: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset. (Puuino 009b)

47 47 (59) Mitoituksen tuloksista taulukoista 11 ja 1 huomataan, että värähtely on alle 9Hz ja taipumaraja ei täyty. Vertaillaan rakennetta muuttamalla välipalkit C30 4x3 kerto-s 39x60 ja asentamalla kaksi kuvion 0 mukaista jäykistelinjaa jännevälin keskelle metrin etäisyyelle toisistaan. Näien muutosten seurauksena huomataan taulukoista 14 ja 15, että värähtely on 9,3 Hz ja taipuma on 0,5 mm. Kuvio 0: Poikittaisjäykistetty palkkirakenteinen välipohja (Kevarinmäki 008, )

48 48 (59) Taulukko 13: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset (Puuino 009b)

49 49 (59) Taulukko 14: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset (Puuino 009b)

50 50 (59) Taulukko 15: Esimerkkitalon välipohjan värähtelymitoituksen tulokset (Puuino 009b)

51 51 (59) 7 Tulosten arviointi ja yhteenveto Ikkunatolppa: Ikkunatolpan kohalla eurokooin ja Rakentamismääräyskokoelman mukaiset tulokset eivät poikkea paljon toisistaan. Laskennan tulokset on esitetty taulukossa 16. Tässä tapauksessa tulokset ovat varmalla puolella verrattuna toteutuneeseen tilanteeseen, koska tämä esimerkki laskettiin siten, että ristikot ja välipalkit aiheuttaisivat maksimaalisen rasituksen runkotolpalle. Taulukko16: Ikkunatolpan vertailutaulukko Ikkunatolppa 73x147 (T4 / C4) B 10 käyttöaste % KY 1 aikaluokka B (hyöty 100% lumi 100%) 45 % KY aikaluokka C (hyöty 100% lumi 100% tuuli 50%) 44 % KY 3 aikaluokka C (hyöty 100% tuuli 100% lumi 50%) 40 % EC 5 KY 1 pysyvä 11 % KY keskipitkä (lumi 100% hyöty 70 %) 39 % KY 4 hetkellinen (tuuli 100% lumi 70% hyöty 70%) 41 % KY 5 hetkellinen (lumi 100% hyöty 70 % tuuli 60%) 40 % Kannatinpalkki: Kannatinpalkin mitoituksen tulokset eroavat merkittävästi ainoastaan tukipinnan pituuen osalta. Tulokset on esitetty taulukossa 17. Tämä johtuu siitä, että rakentamismääräyskokoelman mukainen mitoitus antaa selkeästi suuremman poikittaisen puristuslujuuen arvon kerto-s -puutavaralle. Kuormitustapaus vastaa lähinnä toteutunutta tilannetta. Kuormitustapaus 1 on laskettu sen takia, koska se voisi olla mahollinen tilanne, jos ristikoien paikat muuttuisivat. Kannatinpalkki oletettiin yksiaukkoiseksi ja molemmista päistään nivelisesti tuetuksi. Leikkausvoima saa suurimman arvonsa silloin, kun ristikon tukireaktio on palkin korkeuen etäisyyellä tuesta. Esimerkissä ristikon tukireaktio on lähempänä tukea, mutta leikkausvoimaan ei ole tehty vähennystä.

52 5 (59) Toellisuuessa kannatinpalkki voi mennä jatkuvana aukon yli, jolloin molemmat päät voiaan olettaa jäykästi kiinnitetyiksi ja tällöin kenttämomentin arvo olisi pienempi esimerkkiin verrattuna. Tilanne voi olla myös se, että kannatinpalkki menee jatkuvana yli toiselta tuelta, mutta toisella tuella olisi jatkos, jolloin toinen pää olisi jäykkä ja toinen nivel. Tällöin maksimi leikkausvoima olisi suurempi esimerkkiin verrattuna. Taulukko17: Kannatinpalkin vertailutaulukko Kannatinpalkki kerto-s 51x00 B 10 EC 5 KT 1 Taivutuskestävyys: 39 % 39 % KT 1 Leikkauskestävys 17 % 19 % KT 1 Tukipinta 84,6 mm 115,7 mm KT Taivutuskestävyys: 84 % 8 % KT Leikkauskestävys 73 % 73 % KT Tukipinta 48,3 mm 65, mm Liimapuupalkki. Liimapuupalkin tuloksissa merkittävä ero syntyi tukipinnan vaatiman pituuen osalta. Tulokset on esitetty taulukossa 18. Rakentamismääräyskokoelman mukainen mitoitus antaa esimerkin mukaisissa olosuhteissa noin 65 % paremman laskennallisen poikittaisen puristuslujuuen arvon eurokooimitoitukseen verrattuna. Taulukko 18: Liimapuupalkin vertailutaulukko Liimapuupalkki 90x315 (L40/GL3c) B 10 EC 5 Taivutuskestävyys: 63 % 81 % Leikkauskestävys 65 % 65 % Tukipinta 76,5 mm 145,8 mm Taipuma 76 % 75 %

53 53 (59) Ristikon tukipinta: Eurokooin mukaisessa laskennassa oletettiin puristuspinnan etäisyyeksi palkin päästä a 48 mm. Rakentamismääräyskokoelman mukaisessa mitoituksessa oletettiin, että puristuspinnan etäisyys palkin päästä a 100 mm. Näillä oletuksilla tukipinnan puristuslujuuen arvoissa ei ole i soa eroa. Tulokset on esitetty taulukossa19. Palkin pää tarkoittaa yläsiepuun jatkoskohtaa. Taulukko 19: Ristikon tukipinnan puristuslujuuen vertailutaulukko Ristikon tukipinnan puristuslujuus B 10 EC 5 Puristuslujuus: 133 % 148 % Tukipinta: 131,5 mm 146,6 mm Välipohjan värähtelymitoitus: Värähtelymitoitusohjelmalla on nopea ja helppo tehä tarkasteluja vaihtamalla esimerkiksi palkistoa, levytystä ja lisäämällä jäykistelinjoja. Täytyy muistaa, että ohjelma ei tee lujuustarkasteluja, vaan ne on tehtävä erikseen. Esimerkin tuloksista taulukoista huomataan, että muuttamalla palkkeja ja lisäämällä kaksi jäykistelinjaa saaaan välipohja eurokooin mukaiseksi.

54 54 (59) Lähteet Painetut lähteet: Kevarinmäki, Ari 004. RIL Puurakenteien suunnitteluohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Hakapaino Oy 004. Kevarinmäki, Ari 007. RIL Puurakenteien suunnitteluohje. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Dark Oy 008. Kevarinmäki, Ari 008. Puurakenteien sunnittelu Lyhennetty suunnitteluohje. Puuino Oy 008. Koreasalo, Raimo 008. Puurakenteien jatkokurssin opetusmateriaali. Tampereen ammattikorkeakoulu, Tampere. Leivo, Mika, Nupponen, Aki, Pitkänen, Jani Eurocoe 5 esimerkkilaskelmat Woo Focus Oy. RIL Rakenteien kuormitusohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Pikapaino Paatelainen Oy Helsinki 008. Sumkin, Hemmo, Mononen, Esko & Kärnä, Tuomo 008. RIL Suunnitteluperusteet ja rakenteien kuormat. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Hansaprint Oy 008. Sähköiset lähteet: Puuino Oy a. EC5 sovelluslaskelmat Asuinrakennus, Ensimmäinen painos [p-tieosto].[viitattu ] Saatavissa: eurokooi_5/sovelluslaskelmat/ Puuino Oy b. Puuvälipohjan värähtelymitoitusohjelma, Versio 1.1., [exel-tieosto]. [viitattu ] Saatavissa: eurokooi_5/mitoitusohjelmat/ Suomen Rakentamismääräyskokoelma B10, Puurakenteet, Ohjeet 001, Helsinki [p-tieosto].saatavissa: Upm-kymmene Oy. Vanerikäsikirja 006 [p-tieosto]. [viitattu ] Saatavissa: 7AAECB0AC56F4F0031D78A?OpenDocument&qmmenu,,1,0&smt itlerakenne-%0ja%0julkisivuvanerit

55 55 (59) Liitteet Liite 1 1. kerroksen runko (Tampereen Taloteko Oy 008)

56 56 (59) Liite. kerroksen runko (Tampereen Taloteko Oy 008)

57 57 (59) Liite 3 Välipohja (Tampereen Taloteko Oy 008)

58 58 (59) Liite 4 Julkisivut luoteeseen ja kaakkoon (Tampereen Taloteko Oy 008)

59 59 (59) Liite 5 Julkisivut koilliseen ja lounaaseen (Tampereen Taloteko Oy 008)