LUENTO 2 Kuormat, rungon jäykistäminen ja rakennesuunnittelu

Transkriptio

1 LUENTO 2 Kuormat, rungon jäykistäminen ja rakennesuunnittelu RAKENNETEKNIIKAN PERUSTEET P, 3 op Jaakko Vänttilä, diplomi-insinööri, arkkitehti jaakko.vanttila@oulu.fi Rakennetekniikka Rakennetekniikkaa sovelletaan rakennusten ja muiden rakenteiden suunnitteluun Talot, sillat, satamat yms. Vaatimukset Varmuus, turvallisuus Käyttökelpoisuus Taloudellisuus Kestävyys, pysyvyys Rakenteeseen kohdistuvia voimia Rakenteeseen kohdistuvia voimia Runkorakenteen on otettava vastaan kaikki niihin kohdistuvat kuormat Mekaaniset rasitukset Lämpö- ja kosteusoloista ja niiden muutoksista aiheutuvat rasitukset Eli niillä tulee olla riittävä varmuus murtumista, muodonmuutoksia, halkeamia yms. vastaan Mitoitusta varten rakenteisiin kuormista aiheutuvat rasitukset määritetään statiikan keinoin Luvanvaraisessa rakentamisessa noudatetaan runkorakenteiden osalta seuraavia määräyksiä ja ohjeita Suomen rakentamismääräyskokoelma, osa B2 (1990) Kantavat rakenteet, määräykset Näitä täydentäen RIL 144, rakenteiden kuormitusohjeet Materiaalien osalta RIL julkaisut puu-, betoni-, teräs-ja muurattujen rakenteiden suunnitteluohjeet ja käsikirjat 1

2 Kuormat Kuormaksi katsotaan jokainen fysikaalinen ilmiö, joka aiheuttaa rakenteeseen jännitystilan Rakenteen suunnittelussa huomioon otettavat kuormat jaetaan pysyviin kuormiin ja muuttuviin kuormiin Pysyvät kuormat suunnaltaan, suuruudeltaan ja sijainniltaan muuttumattomiksi katsotut kuormat Muuttuvat kuormat vaikutusajan perusteella: pitkäaikaiset kuormat tai lyhytaikaiset kuormat sijainnin ja/tai suunnan perusteella: kiinteät kuormat tai liikkuvat kuormat Kuormitukset Useat erityyppiset kuormat voivat rasittaa rakenteita ja rakenneosia samanaikaisesti Rakennetta samanaikaisesti rasittavien kuormien yhdistelmä = kuormitus Kuormitusten ryhmittely Tavallinen kuormitus(otettava aina mitoituksessa huomioon) Harvinainen kuormitus(tarkalleen tunnettu, poikkeuksellinen ylikuormitus-> mitoituksessa käytetään alennettuja varmuuskertoimia ja korotettuja sallittuja jännityksiä) Poikkeuksellinen kuormitus(katastrofikuorma -> normien mukaan, vaikutus pyritään minimoimaan) Rakenteet mitoitetaan kestämään pahimmat kuormitustapaukset RakMK: Useiden kuormien vaikuttaessa samanaikaisesti valitaan kuormayhdistelmätja varmuuskertoimet sekä kuormien sijoittelu siten, että eri rakenteille ja rakenneosille tulee suurimmat mahdolliset vaikutukset Kaikkia kuormitustapauksia ei voida käytännössä mitoittaa Rakennesuunnittelija valitsee mitoitettavat kuormitustapaukset, eli kuormayhdistelmät sekä kuormituksen sijainnit niin, että ne riittävällä varmuudella edustavat rakenteita eniten rasittavia kuormayhdistelmiä ja kuormien sijainteja Kuorman vaikutusala Kuormatyypit 2

3 Hyötykuormat Oleskelukuorma I 1,5 kn/m2 asunnot, potilashuoneet Oleskelukuorma II 2,0 kn/m2 toimistot, luokkahuoneet Kokoontumiskuorma 2,5 kn/m2 luentosalit, kokoushuoneet Tungoskuorma 4,0 kn/m2 voimistelu- ja juhlasalit, myymälät, tanssisalit, katsomot Tavarakuormat todellisten olosuhteiden mukaisesti Arkistokuormat kiinteät hyllyt 6 kn/m2 liukuhyllystö 12 kn/m2 Lumikuorma Lumikuorman ominaisarvo oheisesta RakMK kartasta Katon lumikuorman ominaisarvo = lumikuorman ominaisarvo * katon muotokerroin Katon muotokerroin ottaa huomioon tuulen, lämpötilan ja katon muodon vaikutuksen lumen painoon katon eri osilla Kun on odotettavissa, että katolla oleva lumi ei jakaudu tasaisesti, on muotokerroin valittava asianmukaisesti Lappeiden porrastukset Lappeiden sisäjiirit Tasakattojen ja loivien kattojen ulkonemat ja esteet Lumiesteet Lumikuorma katon muotokertoimet Oheisessa kuvassa on esitelty pulpetti-, harja-ja sahakatoilla käytettyjä muotokertoimia μi Muotokerrointa μ1 käytetään, kun lasketaan katon kinostumatonta lumikuormaa Muotokerrointa μ2 käytetään tämän kaavion mukaisesti, kun lasketaan katon kinostunutta lumikuormaa Muotokertoimet ovat riippuvaisia lappeen kattokaltevuudesta Jos katolta lumen liukuminen alas on estetty, käytetään muotokertoimella vähintään arvoa 0.8 Sisäjiirin muotokerroin lasketaan niin kuin sahakaton muotokerroin 3

4 Tuulikuorma Tuuli aiheuttaa rakennuksen pintoihin kohdistuvan paineen Pintaan kohdistuvan tuulikuorma = Tuulen nopeuspaine * Painekerroin Nopeuspaineeseen vaikuttavat tekijät ovat Säätieteellisesti havaittu tuulen nopeus Ympäristön maastoluokka Rakenteen korkeus maanpinnasta Painekertoimeen vaikuttavat tekijät ovat Rakennuksen muoto Tuulen suunta Tuulen nopeuspaine Painekertoimet, seinät Painekertoimet, katot 4

5 Painekertoimet, katokset Muut kuormat Muita kuormia ovat esim. maanpainekuorma, vedenpainekuorma, muodonmuutoskuormat, jäänpainekuorma ja muut luonnonkuormat Maanpainekuorma Rakenteen ja sitä vastassa olevan maan kosketuspinnassa vaakasuorana kuormituksena vaikuttava voima Riippuu maan laadusta, maassa olevan veden paineesta ja rakenteen muodosta Usein määräävä kuorma perusmuurien ja tukimuurien mitoituksessa Muodonmuutoskuormat Lämpötilan muutokset aiheuttavat materiaaleihinmuodonmuutoksia, jotka edelleen synnyttävät rakenteissa jännityksiä ja näin kuormia Materiaalien kutistuminen(esim. betonirakenteet) aiheuttaa rakenteisiin jännityksiä ja kuormia Samoin kosteuden muutokset Jäänpainekuorma Kiinteän jääpeitteen aiheuttama jäänpaine Liikkuvan jään aiheuttamat sysäykset Rakenteisiin tarttuva jää Muut kuormat otetaan mitoituksessa huomioon olosuhteiden mukaan Onnettomuuskuormat harkitaan tapauskohtaisesti Erilaisia kuormia 5 perustapaa, joilla kuormat rasittavat rakenteita Puristus Veto Leikkaus Taivutus Kierto 5

6 Kuormien siirto maaperään Kuormien rakenteisiin aiheuttamat voimat pyritään siirtämään rungon kautta perustuksiin ja sitä kautta maaperään Kuormien siirto maaperään Kuormien rakenteisiin aiheuttamat voimat pyritään siirtämään rungon kautta perustuksiin ja sitä kautta maaperään Palkit Pilarit Laatan yläpintaan kohdistuva pintakuorma 3 kn/m2 Muuntuu palkeille viivakuormaksi 2m x 3 kn/m2 = 6 kn/m joka taas muuntuu pilareille pistekuormaksi 5m / 2 x 6 kn/m = 15 kn Pystykuormien siirto Vaakakuormien siirto vaakasuunnassa 6

7 Vaakakuormien siirto pystysuunnassa perustuksiin eli rungon jäykistys Rungon jäykistäminen Rungon jäykistäminen Rungon jäykistäminen 7

8 Erilaisia jäykistystapoja Erilaisia jäykistystapoja Mastojäykistys Kehäjäykistys Ristikkojäykistys Levyjäykistys Erilaisia jäykistystapoja Ristikkojäykistyksen periaate Tornijäykistys Tornijäykistys, jota on täydennetty levymastoilla 8

9 Erilaisia jäykistystapoja Kehä jäykistys Ristikkojäykistys Ristikkojäykistys Levyjäykistys Korkean rakennuksen jäykistäminen Mastojäykistys Ristikkojäykistys Korkean rakennuksen jäykistäminen 9

10 Rakennesuunnittelu 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 15