STRUCTURAL ENGINEERING I RAKENNESUUNNITTELUSTA. TIMBER STRUCTURES - PUURAKENTEET Study Book part 1 Timber Frame Houses

STRUCTURAL ENGINEERING I RAKENNESUUNNITTELUSTA TIMBER STRUCTURES - PUURAKENTEET Study Book part 1 Timber Frame Houses 1

PUURAKENTEET Seuraavassa on otteita VirtuaaliAmk:n Rakennustekniikka-renkaan Puurakenteet- teeman 30.08.2005 työn alla olevasta materiaalista. Materiaali sijaitsee osoitteessa http://www.amk.fi/tekniikka ja sen on tarkoitus palvella esim Rakennetekniikan ja Talonrakennuksen opintojaksoja. Opettaja voi hyödyntää verkkomateriaalia esim oppimisympäristössä toteutettaessaan opintojaksoja. Ks Esim opintojaksot: Rakennetekniikka, Puurakenteet Luentoaineisto: - Materiaalia täydennetään Puurakenteet-materiaalilla/ opettajan äänitiedostolla / kieliversioilla 2 Kirjallisuus: - SFS EN 1995-1-1 - RIL 205-2006 - EC5 esimerkkilaskelmat - Ks RATEKO-ops Oheismateriaali: - RunkoRYL2000 - RakMK B10 - RT- ohjetietokortit - www.woodfocus.fi - tuotetietous Tehtävät Opiskelija ottaa osaa purakenteiden suunnitteluun. Tehtävä määritetään tarkemmin oppimisympäristössä. Puurakenteet- teema jakautuu mm seuraaviin osioihin : - Puutuotteet - Mitoitusperusteet - Pientalot - Puuhallit - Puukerrostalot - Erikoisrakenteet - Työmaatekniikka Ks Puurakenteet-teeman käsikirjoitus on osoitteessa: https://www.virtuaaliamk.fi/bin/get/eid/51ipolzc3/puurakenteetkirjoitus oppimisaihioille.pdf

Materiaali sisältää jatkossa oppimisaihioita mm seuraaviin opintojaksoihin: - Tuotemallinnus - Rakennussuunnittelu - Rakennetekniikka - Puurakenteet - Mekaniikka 3.

4 Kuva: Aloituspäivä

5 Kuva: Teemapäivä : Johdanto puurakenteisiin

6 Kuva: Teemapäivä Pientalot

7 Kuva: Teemapäivä Levyjäykisteinen halli

8 Kuva: Teemapäivä Puukerrostalo

9 Kuva: Teemapäivä Puuhallit

PUUTUOTTEET- osio Puutuotteet osio jakautuu seuraaviin aiheisiin: - Yleistä - Sahatavara - Liimapuu - Kertopuu - Insinöörirakenteet - Puurakennusjärjestelmät 10 Kuva: Puurakentamisen perustieto: Puutuotteet

11 Kuva: Puurakentamisen perustieto: Puutuotteet ja laatuluokat Kuva: Puurakentamisen perustieto: Insinöörituotteet

12 Kuva: Puutavaran laadut ja mitat Kuva: Sahatavarasta

13 Kuva: Liimapuu-käsikirja: Liimapuusta Kuva: Finnforest: Kertopusta

14 Kuva: Puuristikoista ja kehistä Kuva: Rakennusjärjestelmistä

15 MITOITUSPERUSTEET- osio Mitoitusperusteet- osio jakautuu seuraaviin aiheisiin: - Kuormitukset ja osavarmuuskerroinmenettely - Palkit - Pilarit - Ristikot - Kehät - Erikoisrakenteet

Kuormitukset ja osavarmuuskerroinmenettely: 16 Kuva: Määräykset ja ohjeet TRY ry:n / Risto Liljan Oppimisympäristö

17 Kuva: Rajatilamitoitus TRY ry:n / Risto Liljan Oppimisympäristö Kuva: Kuormat TRY ry:n / Risto Liljan Oppimisympäristö

18 Kuva: Kuormat TRY ry:n / Risto Liljan Oppimisympäristö Kuva: Kuormat TRY ry:n / Risto Liljan Oppimisympäristö

19 Kuva ENV 1991 1 2 Kuva ENV 1991 1 2

20 Ks Liite Lecture 2 : Introduction to EC1 1. Scope and structure of EC1 2. Definitions and notation 3. Eurocode 1 Part 2.1 3.1 Dead loads 3.2 Imposed loads 4. EC1 Part 2.3 Snow loads 4.1 Determination of snow loads 5. EC1 Part 2.4 Wind loads 5.1 Determination of wind loads 6. Load cases 6.1 Design values of loads 6.2 Combination values 6.3 Simplified treatments 7. Worked Examples 7.1 Dead loads 7.2 Imposed loads 7.3 Snow loads 7.4 Wind loads 7.5 Load combinations 7.5.1 3-span continuous beam (ULS for failure of structure) 7.5.2 2-storey building - single bay with balcony (ULS - loss of equilibrium) 8. Concluding Summary

Dead loads 21 Kuva NAD1.1 omapaino ja hyötykuormat Snow load Kuva NAD1.3 lumikuorma

22 Kuva ENV 1991 1 3: lumikuorma Snow load-example (FCSA-example) Only the uniform loading case will be considered, because it is the most severe for the structure. The basic snow load on the earth is supposed to be sk = 2.5 kn/m/m (typical to north of Tampere in the middle of Finland) and the basic snow load s [kn/m/m] on the roof is in this case s = µ1 * Ce * Ct * sk where µ 1 is the shape factor and the factors Ce and Ct can be set to 1.0. The shape factor in the middle of the flat (0o < roof angle < 30o) roof is µ1 = 0.8 and near the eave (height h = 0.6 m) the maximum load factor is µ2 = γ * h / sk = 2 * 0.6 / 2.5 = 0.48 < 0.8 => µ2 = 0.8 where it is supposed that the density of the snow is γ = 2 kn/m/m. It can be seen, that the eave height must be more than 1 m before the shape factor µ2 becomes larger than 0.8 (i.e. shape factor µ 1) in this case. The imperfection loads due to snow are given later.

Wind load 23 Kuva ENV 1991 1 4: Tuulikuorma Kokonaisvoima Fw saadaan seuraavasta lausekkeesta: F w = q ref c e (z)c f A ref = q k (z) c f A ref missä: qref tuulen perusnopeuspaine ce(z) altistuskerroin qk(z) nopeuspaine viitekorkeudella z ko. maastoluokassa cf voimakerroin Aref voimakertoimeen liittyvä tarkastelualue (yleensä rakenteen tuulta vastaan kohtisuora projektiopinta-ala) Lausekkeessa osa qref ce(z) on nopeuspaine qk(z) korkeudella z (ominaisarvo ).

24 Wind load example (FCSA-example) It is supposed, that the building will be built in Finland, so the reference wind velocity is vref = 21 m/s (ten meters height, ten minutes mean, using factors CDIR = CTEM = CALT = 1). The reference wind pressure is qref = ρ * vref 2 / 2 ( units [N/m/m] if vref = [m/s]) where ρ is the density of the air in units [kg/m3]. In this case it is supposed that ρ = 1.25 kg/m3 so qref = 1.25 * 212 / 2 = 276 N/m/m = 0.276 kn/m/m The external pressure against the wall is we = qref * Ce(ze) * cpe and the internal pressure against the wall is wi = qref * Ce(ze) * cpi where Ce(ze) is the function Ce(ze) = Cr(ze)2 * Ct(ze)2 * { 1 + 7 * kt / (Cr(ze) * Ct(ze))} where it used for the simplicity the peak factor value 3.5 (7 = 2 * 3.5) and Cr(ze) and Ct(ce) are functions defined later and ze is the corresponding reference height (depending on the surface which is under consideration) defined later and cpe and cpi are shape factors defined later. The external and the internal pressures must be summed so that the most severe situation can be found. This holds only for walls below the roof level. The wind loads for eaves are calculated using the equation weave = qref * Ce(ze) * cf where cf is a force factor defined later and ze is the reference height for the eave.

Next it is supposed that the building will be built to rather smooth area, so that the function Ct(ze) is identically 1.00. The function Cr(ze) is as follows Cr(ze) = kt * ln (ze / z0) if zmin < ze < 200 m and Cr(ze) = Cr(zmin) if ze < zmin where kt, z0 and zmin are parameters which depend on the terrain class. It is supposed, that the building will be built to the terrain class III so kt = 0.22 z0 = 0.3 m zmin = 8 m. Wind in x direction The coordinate system is given in Fig. 3. 25 Fig. 3. Coordinate system Consider first wind in x direction. Firstly, it can be seen that the wind area for the wall (24 * 10 m2) is larger than 10 m2, so the lowest value cpe,10 can be used for the wall. The same holds for one column in one storey (A = 5 * 6 = 30 m2). It is not clear to the author how the size of the wind area is taken into account when determining the wind load

eaves (cf). E.g. in this example the wind area for eaves and for the wind from y direction is smaller than 10 m2. The reference height ze for the wall and for the wind in x direction is ze = 10 because h < b i.e. 10 < 26 in this case. When the reference height ze is determined then the value of the function Cr(ze) and moreover the function Ce(ze) and finally the wind load can be calculated after the shape factors cpe and cpi have been determined. 26 Fig. 4. External shape factors for the wind in x direction In this case for the along wind wall e = min(b, 2*h) = min (24, 20) = 20 so d < e i.e. 6 < 20 which means that there are two zones A* and B* for the along wind walls and the length e/5 for the zone A* is in this case 4 m. It is supposed that the building includes some internal walls and some windows, which can be opened and moreover there are no other openings at the walls of the building. Then there are two factors cpi which must be considered, cpi = 0.8 and cpi = -0.5. It must be noted that the positive shape factors means that the wind pressure is against the wall from the inside of the building. Fig. 5 presents sums of the shape factors for walls and for the wind in x direction in this case.

27 Fig. 5. Wind pressure shape factors for the walls and for the wind in x direction (qref * Ce(10) = 0.276 * 1.783 = 0.492 kn/m/m) It can be seen that both the combinations gives the same resultant of the wind force in x direction. The resultant in y direction is zero, but the wind pressures outwards from the building are rather large in y direction (maximum shape factor 1.8). It can also be seen that the wind pressure distributions are quite different to those which have been in national codes of practice before Eurocode (e.g. Finnish or DIN). Consider next the structural analysis of the skeleton in this case. When using the plane frame analysis for the frames in x direction, then there are two cases shown in Fig 5., which must be considered. It is seen that the resultant of the wind load is the same in the both cases. The right hand side case means that there will be tensile forces at the beams and at the joints connecting them to the columns and the left hand side case means that there will be compressive forces at the beams and joints connecting them to the columns. The right hand case (which is nearer to that which we have been used to use) gives larger bending moments to the columns than the left hand case. This means that it would be wise to analyse both the cases given in Fig. 5 for the wind in x direction. The analysis of the beams and columns along wind side can be done safety using only the right hand side case of Fig. 5. If the analysis is done using the space frame program then both the cases shown in Fig. 5 must be analysed.

Mitoitus Eurocode 5 pren 1995-1-1 mukaan: 28 Kuva Eurocode 5 puurakenteiden mitoitusta CONTENTS: SECTION 1 GENERAL SECTION 2 BASIS OF DESIGN SECTION 3 MATERIAL PROPERTIES SECTION 4 DURABILITY SECTION 5 BASIS OF STRUCTURAL ANALYSIS SECTION 6 ULTIMATE LIMIT STATES SECTION 7 SERVICEABILITY LIMIT STATES SECTION 8 CONNECTIONS WITH METAL FASTENERS SECTION 9 COMPONENTS AND ASSEMBLIES SECTION 10 STRUCTURAL DETAILING AND CONTROL

2.2 Principles of limit state design 2.2.2 Ultimate limit states Where a structural analysis is carried out, the stiffness properties shall be: the mean values for a first order linear elastic stress analysis if the members have the same time dependent (creep) properties; the final mean values adjusted to the duration of the load component causing the largest stress in relation to strength, where the distribution of member forces and moments is affected by the stiffness distribution in the structure (eg. first order analysis of composite members in redundant systems; the design values without duration of load effects for a second order linear elastic analysis. 2.2.3 Serviceability limit states (1)The deformation of a structure which results from the effects of actions (such as axial and shear forces, bending moments and joint slip) and from moisture shall remain within appropriate limits, having regard to the possibility of damage to surfacing materials, ceilings, floors, partitions and finishes, and to the functional needs as well as any appearance requirements. (2) The instantaneous deformation, uinst, under an action should be calculated using the mean value of the appropriate instantaneous stiffness and slip moduli. (3)P The slip modulus Kser for the serviceability limit states shall be determined as K ser =k s (2.3) where ks is determined by testing according to the method for determining given in EN 26891, or by calculation according to 7.1. (4) The final deformation for each action, ufin, for members and connections should be calculated as: for permanent actions ufin =uinst +ucreep =uinst (1+kdef) (2.4) 29

for quasi-permanent actions ufin = uinst+ucreep=uinst (1+ 2kdef) (2.5) where: uinst is the instantaneous deformation, see also Figure 7.1; ucreep is the creep deformation, see also Figure 7.1; 2 is the factor for the quasi-permanent value of a variable action; kdef is defined in Table 3.2 for timber and wood based materials, and in 2.3.2.2(6) and 2.3.2.2(3) for connections (5) If the structure consists of members or components having different creep behaviour, the final deformation should be calculated as the sum of the individual deformation contributions. (6) The deformation from a combination of actions should be calculated as the combination of the contributions from the individual actions. The possibility of having simultaneous occurrence of two variable loads may be taken into account by 0 factors (see EN 1990:2002). 30 2.3 Basic variables 2.3.1 Actions and environmental influences 2.3.1.1 General (1) Actions to be used in design may be obtained from the relevant parts of EN 1991. Note 1: The relevant parts of EN1991 for use in design include: EN 1991-1-1 Densities, self-weight and imposed loads EN 1991-1-3 Snow loads EN 1991-1-4 Wind loads EN 1991-1-5 Thermal actions EN 1991-1-6 Actions during execution EN 1991-1-7 Accidental actions due to impact and explosion

31 2.3.1.3 Service classes Structures shall be assigned to one of the service classes given below:. Service class 1 is characterised by a moisture content in the materials corresponding to a temperature of 20 C and the relative humidity of the surrounding air only exceeding 65 % for a few weeks per year. Service class 2 is characterised by a moisture content in the materials corresponding to a temperature of 20 C and the relative humidity of the surrounding air only exceeding 85 % for a few weeks per year. Service class 3 is characterised by climatic conditions leading to higher moisture contents than in service class 2

32 2.4 Verification by the partial factor method 2.4.1 Design value of material property The design value Xd of a strength property shall be calculated as: where: (2.9) Xk is the characteristic value of a strength property; M is the partial factor for a material property; kmod is a modification factor taking into account the effect of the duration of load and moisture content.

33 RAKENNUSTEKNIIKKA 2.4.3 Design resistances (1)P The design value Rd of a resistance (load carrying capacity) shall be calculated as: where: (2.11) Rk is the characteristic value of a load carrying capacity; M is the partial factor for a material property, kmod is a modification factor taking into account the effect of the duration of load and moisture content. Section 3 Material properties

34

Taulukko Sahatavaran lujuudet 35 Taulukko Liimapuun lujuudet

6.1 Design of cross sections subjected to stress in one principal direction 6.1.2 Tension parallel to the grain (1)P The following expression shall be satisfied: t,0,d ft,0,d (6.1) where: t,0,d is the design tensile stress along the grain; ft,0,d is the design tensile strength along the grain. 36 6.1.3 Tension perpendicular to the grain (1)P The effect of member size shall be taken into account. 6.1.4 Compression parallel to the grain (1)P The following expression shall be satisfied: c,0,d fc,0,d (6.2) where: c,0,d is the design compressive stress along the grain; fc,0,d is the design compressive strength along the grain. 6.1.5 Compression perpendicular to the grain The following condition shall be satisfied: c,90,d kc,90fc,90,d (6.3) where: c,90,d is the design compressive stress in the contact area perpendicular to the grain; fc,90,d is the design compressive strength perpendicular to the grain; kc,90 is a factor taking into account the load configuration, possibility of splitting and degree of compressive deformation.

37 6.1.6 Bending (1)P The following expressions shall be satisfied: where: m,y,d and m,z,d are the design bending stresses about the principal axes fm,y,d and fm,z,d are the corresponding design bending strengths. For solid timber, glued laminated timber and LVL: for rectangular sections: km = 0,7 for other cross-sections: km = 1,0 For other wood based structural products, for all cross sections: km = 1,0 6.1.7 Shear For shear with a stress component parallel to the grain, see Figure 6.5(a), as well as for shear with both stress components perpendicular to the grain, the following expression shall be satisfied: d fv,d (6.13) where: d is the design shear stress; fv,d is the design shear strength for the actual condition.

38

39 RAKENNUSTEKNIIKKA EC5 Esimerkkilaskelmat Kuva Pientalon puurungon kuormitukset Woodfocus: Avoin Puurakennejärjestelmä Kuva Pientalon välipohja Woodfocus: Avoin Puurakennejärjestelmä

EC5 Esimerkkilaskelmat Välipohjapalkki 40 Kuva Välipohjapalkiston alustava valinta Woodfocus: Avoin Puurakennejärjestelmä

4.1.2 Mitoitetaan pientalon välipohjapalkki 1-aukkoisena sahatavarapalkkina. käyttöluokka 1 ja aikaluokka keskipitkä pistekuorma tulee 50x50 mm2 alueelle pysyvä kuorma gk=1,5 kn/m2 muttuva kuorma qk= 2,0 kn/m2 pysyvän kuorman osavarmuuskerroin γg=1,2 muutuvan kuorman osavarmuuskerroin γq=1,5 41

42

43

MATERIAALITIEDOT 44 SAHATAVARA C40 Aikaluokka keskipitkä (käyttötilaluokat 1 ja 2) fm,k (N/mm²) 40 γm=1,3 kmod=0,8 fm,d (N/mm²) 24,6 fv,k (N/mm²) 3,8 γm=1,3 kmod=0,8 fv,d (N/mm²) 2,34 E0,mean (N/mm²) 14000 POIKKILEIKKAUSMITAT b (mm) 75 h (mm) 225 h b MITOITUS TAIVUTUSJÄNNITYS Mmax = 5,76kNm W = 632812,5mm³ σb = M / W = 9,10 N/mm² fm,d = 24,6 N/mm² käyttöaste 36,98% TUEN LEIKKAUS Rmax = 5,76kN Vmit = Pd1 x (L - 2 x h) = 5,11kN 2 τmax = 3 xrmax = 0,45N/mm² 2 x (b x h) fvd = 2,3 N/mm² käyttöaste 19,43% TAIPUMA qref = 1,0 kn/m uref = 5 x qref x L^4 = 3,34mm 384 x E0,mean x I Pysyvän kuorman kdef = 0,6 Muuttuvan kuorman kdef = 0,25

45 Pysyvän kuorman lopputaipuma u1 = Pk2 x (1+kdef) x uref = 4,82mm Muuttuvan kuorman alkutaipuma u2,inst = Pk1 x uref = 4,01mm 30,10% Taipumaraja muuttuvan kuorman alkutaipumalle L/300 = 13,33mm Muuttuvan kuorman lopputaipuma u2 = Pk1 x (1+kdef) x uref = 5,02mm Lopullinen taipuma unet = u1 + u2 = 9,83mm 49,16% Taipumaraja L/200 = 20mm Värähtelytarkastelu? b := 75 h := 250 F := 1000 L := 4000 E := 14000 δ := F ( L 3 ) h 3 48 E b 12 δ = 0.975

EC5 Esimerkkilaskelmat 4.1.4 Mitoitetaan pientalon välipohjapalkki 1-aukkoisena kertopuupalkkina. käyttöluokka 1 ja aikaluokka keskipitkä pistekuorma tulee 50x50 mm2 alueelle pysyvä kuorma gk=1,5 kn/m2 muttuva kuorma qk= 2,0 kn/m2 pysyvän kuorman osavarmuuskerroin γg=1,2 muutuvan kuorman osavarmuuskerroin γq=1,5 46 Kuormitus EC1 kn := 10 3 N knm:= 1000N m k := 0.6 m gk := 1.5 kn qk := 2.0 kn γg := 1.2 γq := 1.5 m 2 m 2 käyttötila pk1 := k ( gk + qk) pk1 = 2.1 10 3 1 m N pk2 := k gk pk2 = 900 1 m N pk3 := k gk pk3 = 900 1 m N Fk := 2 kn murtorajatila pd1 := k ( γg gk + γq qk) pd1 = 2.88 10 3 1 m N pd2 := k γg gk pd3 := k γg gk pd2 = 1.08 10 3 1 m N pd3 = 1.08 10 3 1 m N Fd := γq Fk Fd = 3 10 3 N Voimasuureet L := 4 m Md1 := pd1 L2 Md1 = 5.76 10 3 m N Vd1:= pd1 L 8 Vd1 = 5.76 103 N 2 Md2 := pd2 L2 Md2 = 2.16 10 3 m N Vd2 pd2 L 8 Fd := + Vd2 = 3.66 10 3 N 2 2 Md3 := pd3 L2 Md3 = 2.16 10 3 m N Vd3:= pd3 L 8 + Fd Vd3 = 5.16 10 3 N 2

47 Materiaali Kerto-S aikaluokka keskipitkä ja käyttöluokka 1 b := 75 mm h := 225 mm kmod := 0.8 γm := 1.3 fmk:= 50 N fvk := 6 N mm 2 mm 2 N fc90d := 7 mm 2 fmd := kmod fmk fvd := kmod fvk fc90d := kmod fc90d γm γm γm fmd 3.077 10 7 1 = m 2 N 1 fvd = 3.692 106 m 2 N fc90d = 1 4.308 106 m 2 N E0mean:= 13500 N E005:= 12000 N mm 2 mm 2 Taivutusjännitys 0.2 150 mm kh1 := kh1 = 0.922 khmax:= 1.3 kh := 1 h Md1 σb := 1 σb 9.102 10 6 1 = N kh fmd = 1 3.077 6 b h2 m 2 107 N m 2 Taipuma k = 0.6m gk = 1.5 10 3 1 N m 2 ( ) qref := 1 kn m uref 5 qref L 4 := uref = 3.468 10 ( b h 3 ) 3 m 384 E0mean 12 kgdef := 0.6 kqdef := 0.25 k := 0.6 gk := 1.5 OK u1 := k gk ( 1 + kgdef) uref u1 = 4.994 10 3 m qk := 2 kqdef = 0.25 u2inst := k qk uref u2inst = 4.162 10 3 m u2 := k qk ( 1 + kqdef) uref u2 = 5.202 10 3 m L 300 = 0.013m OK L = 0.02m unet := u1 + u2 unet = 0.0102m 200 OK

48 Kiepahdus lc := L lc = 4m ( ) 0.75 E005 b 2 σcrit := σcrit 5.625 10 7 1 h lc = N m := 0.88 m 2 ( fmk m) λrelm:= λrelm = 0.884 σcrit jos λrelm < 0.75 kcrit1 := 1 jos 0.75 < λrelm < 1.4 kcrit2 1.56 0.75 λrelm := ( ) kcrit2 = 0.897 jos 1.4 < λrelm kcrit3 := 1 ( λrelm) 2 kcrit2 fmd = 2.759 10 7 Pa σb = 9.102 10 6 Pa σb kcrit2 fmd = 0.33 OK Tuen leikkaus [ pd1 ( L 2 h) ] Vmit:= Vmit= 5.112 10 3 N 2 3 ( Vmit) τ := τ 4.544 10 5 1 = 2 b h m 2 N fvd = 3.692 106 Pa OK Tuen leveys Vd1 lx:= lx = 0.018m b fc90d Värähtelytarkastelu?

4.1.5 Mitoitetaan pientalon välipohjapalkki 1-aukkoisena liimattuna ohutuumapalkkina. 49

50

51

52 Värähtelytarkastelu?

Pientalon yläpohjapalkki 1-aukkoisena sahatavarapalkkina RakMK:n B10 mukaan. 53 Mitoita puinen yläpohjapalkki, kun hyötykuorma on q=1.8 kn/m2, omapaino g=0.5 kn/m2, k/k=0.6 m, L=4000 mm ja puutavara T24-1, aikaluokka B. Laskentalujuudet: fbk := 20 fb T24 2 Ek := 6500 fvk := 2 fv Voimasuureet: L Fd L := 4000 Ay := Ay = 4.176 10 3 Qdmax:= Ay 2 Fd L 2 Mdmax:= Mdmax = 4.176 10 6 8 Mitoitus taivutukselle: b := 50 1.0 fbk := fb = 15.385 1.3 1.0 fvk := fv = 1.538 1.3 Kuormitukset: q := 1.8 g := 0.5 L := 4 Fd := 0.6 ( 1.2 0.5 + 1.6 1.8) Fd = 2.088 Fk := 0.6 ( 0.5 + 1.8) Fk = 1.38 Mdmax Wtarp := Wtarp = 2.714 10 5 fb 6 Mdmax h := h = 180.479 fb b Taipumatarkastelu: L ( 5 Fk L 4 ) 3 y := I := h := 12 I 200 384 Ek y h 204.021 b = Mitoitus leikkaukselle: b = 50 h := 225 A := b h Mitoita EC5 mukaan. 3 Qdmax τ := τ = 0.557 <fv OK 2 A

Mitoitetaan RakMK:n B10 mukaan 2100 mm pitkä ikkunapalkki, jolle kohdistuu symmetrinen kattoristikkokuorma, Pgk= 3.0 kn ja Pqd=12 kn, k/k= 900 mm, puutavara kertopuuta, aikaluokka B. 54 1.0 fbk Laskentalujuudet: fbk := 37 fb := fb = 28.462 1.3 KP (27+nx6) x 1.0 fvk Ek := 10000 fvk := 3.5 fv := fv = 2.692 1.3 Kuormitukset: Pgk := 3000 Pqk := 12000 L := 2100 Voimasuureet: Mitoitus taivutukselle: b := 51 Fd := ( 1.2 Pgk + 1.6 Pqk) Fd = 2.28 10 4 Fk := ( Pgk + Pqk) Fk = 1.5 10 4 3 Fd Ay := Ay = 3.42 10 4 Qdmax:= Ay 2 Mdmax:= 1050Ay 900 Fd Mdmax = 1.539 10 7 Mdmax Wtarp := Wtarp = 5.407 10 5 fb 6 Mdmax h := h = 252.221 h := 260 fb b Taipumatarkastelu: L := 2100 b = 51 I := b h3 I = 7.47 10 7 12 ( ) ( ) Fk L 3 ( Fk 150) 3 2100 2 4 150 2 y1 := y2 := y1 + y2 = 5.523 48 Ek I 24 Ek I Mitoitus leikkaukselle: b := 75 h := 260 A := b h 3 Qdmax τ := τ = 2.631 <fv =2.692 OK 2 A Leikkaustarkastelun perusteella valitaan kertopuupoikkileikkaus 75 x 260 Mitoita EC5 mukaan.

Suunnittele RakMK B10 mukaan T-poikkileikkauksinen yläpohjapalkki, jonka uuma on 75x175 ja ylälaippa 150 x 75, puutavara on T30-2, aikaluokka B, neliökuorma g=0.5 kn/m2 ja q=1.8 kn/m2, kannatinjako on k/k 600 mm ja jänneväli 4000 mm. Kestääkö, minkälainen liitos? Suunnittele RakMK B10 mukaan T-poikkileikkauksinen yläpohjapalkki, jonka uuma on 75x175 ja ylälaippa 150 x 75, puutavara on T30-2, aikaluokka B, neliökuorma g=0.5 kn/m2 ja q=1.8 kn/m2, kannatinjako on k/k 600 mm ja jänneväli 4000 mm. Kestääkö, minkälainen liitos? Lujuudet fbk := 23 fb := 1.0 fbk fb = 17.692 fvk = 2 fv := 1.0 fvk fv = 1.538 1.3 1.3 Kuormitukset: gk := 0.5 qk := 1.8 Fd := 0.9 ( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 3.132 Fk := 0.9 ( 1.0 gk + 1.0 qk) Fk = 2.07 Painopiste: b1 := 75 h1 := 175 b2 := 150 h2 := 75 h1 h2 z1:= z2 := h1 + 2 2 ( z1 A1 + z2 A2) A1 := b1 h1 A2 := b2 h2 pp := pp = 145.192 A1 + A2 Neliömomentti: 55 I1 := b1 h13 I2 := b2 h23 y1 := pp z1 12 12 y2 := z2 pp I := I1 + I2 + y1 2 A1 + y2 2 A2 I = 1.334 10 8 reduktiokerroin 0.6 Taivutusvastus: Mitoitus taivutukselle: W := 0.6 I W = 5.514 10 5 pp L := 4000 Md := Fd L2 Md 6.264 10 6 Md = σ := 8 W σ = 11.361 OK Taipumatarkastelu: ( ) 5 Fk L 4 y := 384 Ek I 0.6 Leikkausjännitys liitoksessa: Qdmax y = 13.261 L/200=20 mm taipuma OK L Fd := 2 Qdmax S S := y2 A2 τ := τ = 35.55 N/pituusmm I T := 2000 τ 2 n T := T = 3.555 10 4 1990 1.3 n = 23.224 24kpl 5,1x150 naulaa sijoitettuna leikkausvoiman mukaisesti kummallekin puolelle palkkia Mitoita EC5 mukaan.

KAKSIAUKKOINEN ORSI Suunnittele RakMK B10 mukaan teollisuushallin kaksiaukkoinen orsi, kun hallin kehäväli on 4.8 m, orsiväli 0.9m, yläpohjan omapaino on gk=0.5 kn/m2 ja hyötykuorma qk=1.8 kn/m2, kertopuu, aikaluokka B. 56 Laskentalujuudet: fbk := 37 1.0 fbk fb := 1.3 fb = 28.462 Kertopuu Ek:= 6500 fvk := 3.5 1.0 fvk fv := 1.3 fv = 2.692 Kuormitukset: gk := 0.5 qk := 1.8 L := 4.8 Voimasuureet: Fd := 0.9 ( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 3.132 Fk := 0.9 ( gk + qk) Fk = 2.07 Symmetrinen L := 4800 By := 0.625 Fd L By = 9.396 10 3 Mdmax := 0.125Fd L 2 Mdmax = 9.02 10 6 Mitoitus taivutukselle: b := 51 Mdmax Wtarp := Wtarp = 3.169 10 5 fb 6 Mdmax h := h = 193.094 fb b Taipumatarkastelu päästään tuetun ulokepalkin mukaan: ( ) L Fk L 4 3 y := I1 := h1 := 12 I1 h1 = 207.691 200 185 Ek y b Vertaa yksiaukkoinen palkki: 5 ( Fk L 4 ) 3 I2 := h2 := 12 I2 h2 = 278.411 384 Ek y b Mitoitus leikkaukselle: b := 51 h := 220 Qdmax:= By A := b h 3 Qdmax τ := τ = 1.256 <fv OK 2 A

KAKSIAUKKOINEN ORSI EC5 mukaan : Suunnittele EC5 mukaan teollisuushallin kaksiaukkoinen orsi, kun hallin kehäväli on 4.8 m, orsiväli 0.9m, yläpohjan omapaino on gk=0.5 kn/m2 ja hyötykuorma qk=2.0 kn/m2, kertopuu, aikaluokka keskipitkä. 57 ===================== 13.10.2006 ===================== Finnwood 2.0 ( 2.0.3.16) ===================== 13.10.2006 ===================== PROJEKTITIEDOT: ------------------------------------ Suunnittelija:? Yritys:? ------------------------------------ Nimi:? ===================== 13.10.2006 ===================== RAKENNETIEDOT: ------------------------------------ Rakennetyyppi: Kattopalkki Materiaali: KERTO-S syrjällään Profiili: 51x220 (B=51 mm, H=220 mm) Käyttöluokka: 1 Pituus: 9600 mm palkkijako: 900 mm (pintakuormille) ------------------------------------ fm,k (Mz): 48.00 MPa fm,k (My): 48.00 MPa fc,0,k: 38.00 MPa fc,90,k: 7.00 MPa ft,0,k: 38.00 MPa fv,k (Vy): 6.00 MPa fv,k (Vz): 4.00 MPa E,mean: 13500 MPa G,mean: 600 MPa E 0.05: 12000 MPa ------------------------------------ Varmuuskerroin: 1.300 Aikaluokka: kmod: kdef: Pysyvä: 0.600 0.600 Pitkäaikainen: 0.700 0.500 Keskipitkä: 0.800 0.250 Lyhytaikainen: 0.900 0.000 Hetkellinen: 1.100 0.000 ------------------------------------ Tuki: Sijainti x [mm]: Leveys [mm]: Tyyppi: 1: 0 98 Kiinteä niveltuki (X,Y) 2: 4800 98 Liukutuki (Y) 3: 9600 98 Liukutuki (Y) ------------------------------------ Uloke-/aukkopituudet: Uloke/aukko: Vaakamitta [mm]: Aukko 1 4800.0 Aukko 2 4800.0 ===================== 13.10.2006 ===================== KUORMITUSTIEDOT: ------------------------------------ Omapaino (Omapaino, Pysyvä): Palkin paino: QY = 0.056 kn/m x = 0-9600 mm Pintakuorma: 1: QY = 0.500 kn/m2 x = 0-9600 mm ------------------------------------ Lumikuorma (Lumikuorma keskipitkä, Keskipitkä, ULS/SLS-liikkuvuus = 100.0 %): Pintakuorma: 1: QY = 2.000 kn/m2 x = 0-9600 mm ===================== 13.10.2006 ===================== KUORMITUSYHDISTELMÄT: ------------------------------------

Yhdistelmä 1 (ULS) 1.00*Omapaino ------------------------------------ Yhdistelmä 2 (ULS) 1.35*Omapaino ------------------------------------ Yhdistelmä 3 (ULS) 1.20*Omapaino + 1.50*Lumikuorma ------------------------------------ Yhdistelmä 5 (ULS) 1.20*Omapaino + 1.50*0.70*Lumikuorma ------------------------------------ Yhdistelmä 8 (ULS) 1.20*Omapaino ------------------------------------ Yhdistelmä 10 (SLS, Karakteristinen) 1.00*Omapaino ------------------------------------ Yhdistelmä 11 (SLS, Karakteristinen) 1.00*Omapaino + 1.00*Lumikuorma ------------------------------------ Yhdistelmä 14 (SLS, Karakteristinen) 1.00*Omapaino + 1.00*0.50*Lumikuorma ===================== 13.10.2006 ===================== MITOITUS: ------------------------------------ Normi/Standardi: ENV 1995-1-1 (RIL 205-2003) Kokonaiskäyttöaste: 97.4 % ------------------------------------ MITOITUSPARAMETRIT: Sallittu Uq,inst: L/300 (Karakteristinen) Sallittu Uq,fin: L/200 (Karakteristinen) Sallittu Utot,fin: L/200 (Karakteristinen) Korotuskerroin, vasen uloke: 2.00 Korotuskerroin, oikea uloke: 2.00 Nurjahdus on estetty molempiin suuntiin (y ja z) Kiepahdus (Lk1:ta käytetään kun Mz>0 ja Lk2:ta kun Mz<0): Kiepahdustukien jako rakenteen yläpuolella: Lk1 = 375.00 mm Kiepahdustukien jako rakenteen alapuolella: Lk2 = 300.00 mm ------------------------------------ MITOITUKSEN ÄÄRIARVOT: Tarkistus: Arvo: Salittu: % sallitusta: Sijainti x: Leikkaus (y): 9.92 kn 27.62 kn 35.9 % 4800 mm Yhdistelmä 3/1, Keskipitkä Taivutus (Mz): 9.53 knm 12.15 knm 78.4 % 4800 mm Yhdistelmä 3/1, Keskipitkä (ilman kiepahdusta): 9.53 knm 12.15 knm 78.4 % 4800 mm Yhdistelmä 3/1, Keskipitkä Aukko 1, Uq,inst: 15.27 mm 16.00 mm 95.4 % 2160 mm Yhdistelmä 11/2 (Karakteristinen) Aukko 1, Uq,fin: 19.09 mm 24.00 mm 79.5 % 2160 mm Yhdistelmä 11/2 (Karakteristinen) Aukko 1, Utot,fin: 23.37 mm 24.00 mm 97.4 % 2160 mm Yhdistelmä 11/2 (Karakteristinen) Aukko 2, Uq,inst: 15.27 mm 16.00 mm 95.4 % 7440 mm Yhdistelmä 11/3 (Karakteristinen) Aukko 2, Uq,fin: 19.09 mm 24.00 mm 79.5 % 7440 mm Yhdistelmä 11/3 (Karakteristinen) Aukko 2, Utot,fin: 23.37 mm 24.00 mm 97.4 % 7440 mm Yhdistelmä 11/3 (Karakteristinen) ------------------------------------ ÄÄRIARVOJEN KUORMITUSYHDISTELMÄT Yhdistelmä 3/1 (Keskipitkä): 1.20*Omapaino + 1.50*Lumikuorma, aukko 1 + 1.50*Lumikuorma, aukko 2 Yhdistelmä 11/2 (Karakteristinen): 1.00*Omapaino + 1.00*Lumikuorma, aukko 1 Yhdistelmä 11/3 (Karakteristinen): 1.00*Omapaino + 1.00*Lumikuorma, aukko 2 ------------------------------------ 58

VOIMASUUREIDEN ÄÄRIARVOT: Tulos: Maksimiarvo: Sijainti x: Vy,max 9.92 kn 4800 mm Mz,max 9.53 knm 4800 mm ===================== 13.10.2006 ===================== TUKIREAKTIOT: ------------------------------------ Tuki: ULSmax: ULSmin: SLSmax: SLSmin: Pintapaine: Leimapaine: 1: 6.76 kn 0.28 kn 4.69 kn 0.37 kn 1.35 MPa 31.4 % 2: 19.84 kn 3.04 kn 13.84 kn 3.04 kn 3.97 MPa 70.6 % 3: 6.76 kn 0.28 kn 4.69 kn 0.37 kn 1.35 MPa 31.4 % - SLS tukireaktiot ovat vain vertailua varten ===================== 13.10.2006 ===================== HUOMIOT: ------------------------------------ - Leikkausmuodonmuutos on mukana käyttörajatilamitoituksessa - Leikkausmuodonmuutos ei ole mukana voimasuureiden laskennassa - ULS = Murtorajatila, SLS = Käyttörajatila - Mitoitus on tehty Eurocode 5 mukaisesti ===================== 13.10.2006 ===================== 59 KERTOPUUN B X H = 51 X 220 KOKONAISKÄYTTÖASTE 97.4 %

60 EC5 Esimerkkilaskelmat 4.1.2 Mitoitetaan pientalon ikkunan viereinen runkotolppa. Tolpan korkeus H=2800 mm ja voimasuureet eri kuormitustapauksista: Kova talvi (lumi 100%) Md=0 knm Nd=20.1 kn Kova talvi + tuuli (lumi 100% + tuli 50 %) Md=0.48 knm Nd= 20.1 kn Kova talvi + kova tuuli (lumi 70% + tuuli 100 %) pysyvä kuorma gk1=0.9 kn/m2 lumikuorma qk1= 2,0 kn/m2 tuulikuorma qk2=0.65 kn/m2 pysyvän kuorman osavarmuuskerroin γg=1,2 muutuvan kuorman osavarmuuskerroin γq=1,5 Kuva Pientalon puurungon kuormitukset EuroCode 5 Esimerkkilaskelmat Kuva Ikkunapalkki ja runkotolppa EuroCode 5 Esimerkkilaskelmat

Kuormitus EC1 kn := 10 3 N gk := 1.5 kn m 2 H := 2.8 m knm:= 1000N m qk2 := 0.65 kn m 2 ktolppa γg := 1.2 := 0.6 m qk1 := 2.0 kn m 2 γq := 1.5 61 Voimasuureet eri kuormitustapauksista: Kova talvi (lumi 100%) Md1tuuli := 0 Nd1 := 20.1 kn Kova talvi+tuuli(lumi 100%+tuuli 50%) Md2tuuli := ktolppa + 2 1.4 m γq 0.5 qk2 H2 8 Md2tuuli = 477.75m N Nd2 := 20.1 kn Talvi + kova tuuli ( lumi 70 % + tuuli 100 %) Md3tuuli := ktolppa + 2 1.4 m 8 γq qk2 H2 Md3tuuli = 955.5m N Nd3 := 15.5 kn

Materiaali C24 käyttöluokka 2 fmk:= 24 N fcok := 21 N E005:= 7400 N mm 2 mm 2 mm 2 aikaluokka keskipitkä: kmod=0.8 γm := 1.3 kmod := 0.8 fmd := kmod fmk fcod := kmod fcok γm γm fmd 1.477 10 7 1 = m 2 N fcod = 1 1.292 107 m 2 N aikaluokka lyhytaikainen: kmod=0.9 kmod2 := 0.9 fmd2 := kmod2 fmk fcod2 := kmod2 fcok γm γm 62 fmd2 1.662 10 7 1 = N fcod2 = 1 1.454 m 2 107 N m 2 Valitaan b := 50 mm h := 150 mm Mitoitus vahvempaan suuntaan L := 2800 mm γ := 1.0 Lc := γ L Lc λy := λy = 64.591 0.289h π 2 ( E005) σccrity := λy 2 σccrity = 1.751 10 7 1 m 2 N fcok λrely := λrely = 1.095 σccrity massiivipuulla βc := 0.2 liimapuulla β1 := 0.1 ( ) ky := 0.5 1 + βc λrely 0.5 + λrely 2 ky = 1.159 kcy := 1 ky + ky 2 λrely 2 kcy = 0.65 Mitoitus heikompaan suuntaan kcz := 1

63 Kova talvi (lumi 100%) (aikaluokka keskipitkä) Vahvempi suunta σcod1 := Nd1 b h σcod1 = 1 2.68 106 m 2 N < kcy fcod = 8.395 10 6 1 m 2 N OK Kova talvi + tuuli (lumi100% + tuuli 50%) (aikaluokka lyhytaikainen) Vahvempi suunta: σcoyd2 := Nd2 b h σcoyd2 = 2.68 10 6 Pa fcoyd2 := kcy fcod2 fcoyd2 = 9.445 10 6 Pa σmyd2 := Md2tuuli 1 6 b h2 σmyd2 = 2.548 10 6 Pa fmyd2 := fmd2 fmyd2 = 1.662 10 7 Pa Heikompi suunta: σcozd2 := Nd2 b h σcozd2 = 2.68 10 6 1 N m 2 fcozd2 := kcz fcod2 fcozd2 = 1.454 10 7 Pa σmzd2:= 0 N m 2 fmzd2:= fmd2 fmzd2 = 1.662 10 7 Pa Ankarin ehto mitoittaa: km:= 0.7 σcozd2 fcozd2 σmzd2 + + km σmyd2 = 0.292 fmzd2 fmyd2 σcoyd2 fcoyd2 + km σmzd2 fmzd2 σmyd2 + = 0.437 fmyd2

64 Mitoita RakMK B10 mukaan omakotitalon runkotolppa,k/k=600. Pilari on molemmista päistään nivelöity, L=2500 mm, puutavara T24-2, aikaluokka C, kuormitus Nd= 10 kn, pilarin alkukäyryys e=l/400, tuulen paine 0.5 kn/m2. Lujuudet: fbk := 20 fck := 19 fb := 1.3 fbk 1.3 fc := 1.3 fck 1.3 Kuormitukset: qk := 0.5 qd := 0.6 1.6 qk Lo := 1.0 L L := 2500 Md := qd L2 8 Nd := 10000 Mitoitus: b = 51 i := 0.289h h := 100 Lo λ := i A := b h λ = 166.09 W := b h2 6 ks := 0.3 σc := Nd A Md σb := W σc ks fc σb + = 0.463 fb OK Mitoita EC5 mukaan

65 EC5 Esimerkkilaskelmat 4.3.1 Pientalon jäykistys. Pientalon päätyseinillä on kaksi 2400mm levyistä aluetta, joiden lastulevyverhoukset toimivat jäykistävinä. Alueeseen vaikuttaa 10.9 kn vaakavoima ja 0.7 kn/m pystykuorma. Levyt kiinnitetään nelikulmaisilla lankanauloilla (50x23) runkoon. Materiaalit aikaluokka hetkellinen ja käyttöluokka 1 t := 12 b1 := 1200 h := 2800 kmod := 0.9 γm := 1.3 fvpk := 4 fvpd := kmod fvpk γm fvpd = 2.769 Eoo5k := 2200 Eoo5 := kmod Eoo5k Eoo5 = 1.98 10 3 Gmeank:= 1200 Gmean := kmod Gmeank Gmean = 1.08 10 3 Naula nelikulmainen lankanaula 50 x17 Ftd := 1.2 265.4 Ftd = 318.48 Liitinväli b1 := 1200 b2 := 1200 b := 2400 nqd := 10900 Fwd := nqd Fwd = 1.09 10 4 b2 Ftd b b1 s := s = 70.124 Fwd Panelileikkaus nqd Qd := 2 ( 3 Qd) σv := 2 b1 t σv = 0.568 < fvpd = 2.769 OK Seinän ankkurointi n := 2 Nd := 700 Nad := ( nqd h) n b1 Nd ankkurointitarve Nad = 1.202 10 4

Pientalon jäykistys Woodfocuksen SEINÄ-ohjelmalla 66

67

68 EC5 Esimerkkilaskelmat: Liitokset 7.4 Orsijatkos Mitoittetaan liimapuuorsien jatkos, kun tuella vaikuttavan momentin suuruus on Md=5.0 knm ( jatkuva palkki). Kuva Orsijatkos EuroCode 5 Esimerkkilaskelmat Md := 5 10 6 Let := 300 b := 90 h := 180 Md Fd := ( 2 Let) Fd = 8.333 10 3 t1 := 90 t2 := 60 Mitoitus EC5 mukaan Naulojen leikkauslujuus aikaluokka keskipitkä ja käyttöluokka 2 naulan myötöraja d := 5.1 liimapuun tiheys Myk := 270 d 2.6 ρk := 440 Myk = 1.867 10 4 fhk := 0.082ρk d 0.3 fhk = 22.131 γmpuu := 1.3 kmod := 0.8 fhk fh1d := kmod γmpuu fh1d = 13.619 fhk fh2d := kmod γmpuu fh2d = 13.619 fh2d β := fh1d β = 1 γmteras := 1.1 Myk Myd := γmteras Myd = 1.697 10 4

69 fh1d t1 d = 6.251 10 3 fh1d t2 d β = 4.167 10 3 fh1d t1 d β 2 β 2 2 1 t2 t2 + + + β 3 t2 2 t2 + β 1 + = 7.439 10 3 1 + β t1 t1 t1 t1 fh1d t2 1.1 ( d) 2 β 2 1 + β 1 + 2 β ( ) + ( ) 4 β 1 + 2 β Myd fh1d t1 2 d β = 3.19 10 3 fh1d t1 1.1 ( d) 2 + 2 β ( ) 2 β 1 + β + ( ) 4 β 2 + β Myd fh1d t1 2 d β = 3.589 10 3 1.1 2 ( β) ( 1 + β) 2 Myd fh1d d = 1.689 10 3 Rd := 1.689 10 3 Fd n := n = 4.934 5 naulaa Rd Naulat sijoitetaan siten, että niiden painopiste on 300 mm:n päässä tuesta.

70 Suunnitellaan ristikon Nd=5 kn vetorasituksen alaisena olevan diagonaalisauvan kaksileikkeinen naulaliitos alapaarteeseen RakMK B10 mukaan. Puutavara T24-2, aikaluokka B Laskentalujuudet: fctk := 20 d := 3.4 ft := 1.0 fbk 1.3 qk := 125 d 1.7 ft = 17.692 qk = 1.001 10 3 qk qd := 1.3 qd = 769.982 Kuormitukset: Nd := 5000 Mitoitus: Atarv := Nd ft Atarv = 282.609 b := 45 h := 120 n := Nd 2 qd Nauloja molemmin puolin 4 kpl. A := b h A = 5.4 10 3 n = 3.247 OK Mitoita EC5 mukaan.

71 Lasketaan RakMK B10 mukaan yksileikkeisen T-pulttiliitoksen, mikä muodostuu 75x100 ja 50x100 puutavarasta leikkauskapasiteetti. Pulttina M24x160, aikaluokka B, kosteusluokka 1, lujuusluokka 4.8. k1 := 0.52 t1 := 50 k2 := 1 t2 := 75 d := 24 fy := 240 5 ( k1 t1 + k2 t2) d = 1.212 10 4 19 k1 t1 d = 1.186 10 4 3 k1 t1 d + 17 d 2 = 1.166 10 4 33 d 2 fy 0.5 ( k1 + k2) = 1.657 10 4 240 11660 Fu := Fu = 8.969 10 3 1.3 Mitoita EC5 mukaan

72 PIENTALON PUURUNKO JA JÄYKISTYS https://www.virtuaaliamk.fi/bin/get/eid/51ipycjcf/runko- _ja_vesikattokaavio-oppimisaihio.pdf Ks Esim opintojaksot: Rakennetekniikka, Puurakenteet Luentoaineisto: - Materiaalia täydennetään Puurunko-materiaalilla/ opettajan äänitiedostolla / kieliversioilla - Kuormitukset - Seinärungot- ja järjestelmät - Ala- ja välipohjarungot - Yläpohjakannattajat - Runkokaaviot, detaljit Kirjallisuus: - SFS EN 1995-1-1 - RIL 205-2006 - EC5 esimerkkilaskelmat - Ks RATEKO-ops Oheismateriaali: - RunkoRYL2000 - RakMK B10 - RT- ohjetietokortit - www.woodfocus.fi - tuotetietous Tehtävät Opiskelija ottaa osaa pientalon puurungon suunnitteluun. Lähtömateriaalina on mallinnetun pientalon arkkitehtisuunnitelmat. Tehtävä määritetään tarkemmin oppimisympäristössä. Kohteena on PROIT-tuotemallitalo, mitä on mallinnettu muissa opintojaksoissa. Mallia käytetään hyväksi esim kohteen määrä- ja kustannuslaskennassa mutta myös rakennesuunnittelussa. Rungosta piirretään kaavioita, projektioita ja detaljeja. Rungon osat: palkit, pilarit ja ristikot mitoitetaan ja huolehditaan rakennuksen jäykistyksestä.

Kuormitukset: Puuseinärungot ja järjestelmät: 73 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: yläpohjapalkki

SUORAKAIDEPOIKKILEIKKAUSMITOITUS B10 TAIVUTUKSELLE, LEIKKAUKSELLE, TAIPUMARAJATILA Mitoita Proit-talon yläpohjaliimapuupalkki, kun hyötykuorma on qk=2 kn/m2, omapaino gk=0.7 kn/m2, k/k=1.2 m, L=8000 mm ja puutavara L40-1, aikaluokka B. Laskentalujuudet: fbk := 31 fb L40-1,B Ek := 8500 fvk := 2.4 fv Mdmax Wtarp := Wtarp = 1.626 10 6 fb 6 Mdmax b := 115 h := h = 291.302 fb b Taipumatarkastelu: L ( 5 Fk L 4 ) 3 y := I := h := 12 I 200 384 Ek y h 375.707 b = Mitoitus leikkaukselle: b := 115 h := 400 A := b h Mitoitustarkistus taivutukselle: 3 Qdmax τ := 2 A τ = 0.632 <fv OK 1 C := 300 h 9 1.0 fbk := fb = 23.846 1.3 1.0 fvk := fv = 1.846 1.3 Kuormitukset: qk := 2.0 gk := 0.7 L := 8 Voimasuureet: L := 8000 Ay Mitoitus taivutukselle: Fd := 1.2 ( 1.2 0.7 + 1.6 2) Fd = 4.848 Fk := 1.2 ( 0.7 + 2) Fk = 3.24 L Fd := Ay = 1.939 10 4 Qdmax:= Ay 2 Fd L 2 Mdmax:= Mdmax= 3.878 10 7 8 fbc := C fb fbc = 23.096 Mdmax Wtarp2 := Wtarp2 = 1.679 10 6 fbc 6 Mdmax b := 115 h := h = 295.995 fbc b Valitaan poikkileikkaus b x h = 115 x 400 TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN. 74

75 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: rungon pituussuuntainen primääripalkki

Mitoita B10 mukaan Proit-talon yläpohjan primääripalkit LP3, L= 8m kuvan mukaan ja LP4, L= 6m kuvan mukaan. Kuormituksena gk=0.7 kn/m2 ja qk=2kn/m2, missä huomioitu lapekaton katvealueen kuormaa. Alustavassa mitoituksessa saimme primääripalkin metrikuormaksi 24 kn/m ja poikkileikkaukseksi L40 190 x 600. Tarkista mitoitus paperilla ja Pupaxilla käyttäen pistekuormia ja taipumarajatilaa L/200. 1.0 fbk Laskentalujuudet: fbk := 31 fb := fb = 23.846 1.3 L40-1,B 1.0 fvk Ek := 8500 fvk := 2.4 fv := fv = 1.846 1.3 Kuormitukset: qk := 2.0 gk := 0.7 L := 8 Voimasuureet: L := 8000 Ay Fd := 6 ( 1.2 0.7 + 1.6 2) Fd = 24.24 Fk := 6 ( 0.7 + 1.6) Fk = 13.8 L Fd := Ay = 9.696 10 4 Qdmax:= Ay 2 Fd L 2 Mdmax:= Mdmax = 1.939 10 8 8 76 Mitoitus taivutukselle: Mdmax Wtarp := fb Wtarp = 8.132 10 6 6 Mdmax b := 190 h := h = 506.758 fb b Taipumatarkastelu: L ( 5 Fk L 4 ) 3 y := I := h := 12 I 200 384 Ek y h 515.16 b = Mitoitus leikkaukselle: b := 190 h := 540 A := b h Mitoitustarkistus taivutukselle: 3 Qdmax τ := 2 A τ = 1.418 <fv OK 1 C := 300 h 9 fbc := C fb fbc = 22.339 Mdmax Wtarp2 := Wtarp2 = 8.681 10 6 fbc 6 Mdmax b := 190 h := h = 523.58 fbc b Valitaan poikkileikkaus b x h = 190 x 540 TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN.

77 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: alemman lappeen suuntainen sahatavarapalkki

Mitoita B10 mukaan alemman lappeen vaakasuuntainen sahatavarapalkki, k/k 900, L=4m, kuormituksena gk=0.5 kn/m2 ja qklumi= 2.5 kn/m2. Lujuudet: aikaluokka B, kosteusluokka 2, T24-2 fbk := 20 fvk := 2 Kuormitukset: gk := 0.5 Mitoitus taivutukselle: 1.0 fbk fb := fb = 15.385 1.3 1.0 fvk fv := fv = 1.538 1.3 kn m2 qk := 2.5 Fk := 0.9 ( 1.0 gk + 1.0 qk) Fk = 2.7 kn/m = N/mm Fd := 0.9( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 4.14 Murtorajatila: Voimasuureet: L := 4000 Qdmax:= Fd L Qdmax= 8.28 103 2 kn m2 Fd L 2 Mdmax:= Mdmax = 8.28 10 6 8 78 Mdmax Wtarp := fb Wtarp = 5.382 10 5 b := 75 Mitoitus leikkaukselle: htarp := 6 Wtarp b htarp = 207.499 h := 225 3 Qdmax τ := < fv τ = 0.736 < fv = 1.538 OK 2 b h Käyttörajatila: L y := 200 5 Fk L 4 E := 6500 Itarv := 384 E y 3 htarv := 12 Itarv b htarv = 222.915 Valitaan sahatavarapalkki 75 x 225 kk 900 TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN

79 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: ikkunapalkki ja parvekevasat

Mitoita B10 mukaan PROIT-talon parvekkeen puoleinen kertopuuikkunapalkki, jolle tulee yläpohjapalkin ja parvekkeen vasojen pistekuorma Fk=18 kn, Fd=24 kn kk= 1.2m, puutavara kertopuuta, aikaluokka B. Laskentalujuudet: fbk := 37 fb Ek := 10000 fvk := 3.5 fv 1.0 fbk := fb = 28.462 1.3 1.0 fvk := fv = 2.692 1.3 Kuormitukset: Fk := 18000 Fd := 24000 L := 2700 Voimasuureet: Ay := 3 Fd Ay = 3.6 10 4 Qdmax:= Ay 2 Mdmax:= 1350Ay 1200 Fd Mdmax = 1.98 10 7 80 Mitoitus taivutukselle: b := 51 Mdmax Wtarp := fb Wtarp = 6.957 10 5 6 Mdmax h := h = 286.084 I := b h3 fb b 12 Taipumatarkastelu: L := 2700 b = 51 h := 300 I = 9.951 10 7 ( ) ( ) Fk L 3 ( Fk 150) 3 2700 2 4 150 2 y1 := y2 := y1 + y2 = 9.88 48 Ek I 24 Ek I Mitoitus leikkaukselle: b := 75 h := 300 A := b h 3 Qdmax τ := τ = 2.4 <fv =2.692 OK 2 A Leikkaustarkastelun perusteella valitaan kertopuupoikkileikkaus 51 x 300 TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN

81 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: kantavat pilari-palkki- ja seinärakenteet

Mitoita B10 mukaan Proit-talon väliseinän primääripalkkia kannatteleva heikompaan suuntaan tuettu runkotolppa. Pilari on molemmista päistään nivelöity, L=2700 mm, puutavara T24-2, aikaluokka B, kuormitus Nd= 164 kn, pilarin alkukäyryys e=l/400. 82 Lujuudet: fbk := 31 fck := 30 fb := 1.0 fbk 1.3 fc := 1.0 fck 1.3 Kuormitukset: qk := 0 qd := 0.6 1.6 qk L := 2700 Nd := 164000 Md := qd L2 8 + Nd L 400 Md = 1.107 10 6 Lo := 1.0 L Mitoitus: b := 150 i := 0.289 h h := 150 Lo λ := i A := b h λ = 62.284 W := b h2 6 ks := 0.45 σc := Nd A Md σb := W σc ks fc σb + = 0.784 fb OK TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN

Mitoita B10 mukaan Proit-talon runkotolpat: P1: pitkän lappeen puoleinen runkotolppa 50 x 150?? kk 600mm, Nd= 10 kn?, Md=??, alemman lappeen puoleinen runkotolppa P2 50 x 150 Nd= 5 kn?. Lisäksi primäärikehän pilarit ulkoseinillä ja huoneistojen välisellä seinällä Nd= 164 kn Pilarin P1 mitoitus: Lujuudet: fbk := 20 fck := 19 fb := 1.0 fbk fc := 1.0 fck 1.3 1.3 Kuormitukset: qk := 0.5 qd := 0.6 1.6 qk L := 2700 Ndp1 := 10000 Mdp1 := qd L2 + Ndp1 L Mdp1 = 5.049 10 5 Lo := 1.0 L 8 400 83 Mitoitus: b := 50 h := 150 A := b h W := b h2 6 Lo i := 0.289h λ := λ = 62.284 ks := 0.47 i Ndp1 Mdp1 σc := σb := A W σc ks fc σb + = 0.369 fb OK Pilarin P2 mitoitus: Lujuudet: fbk := 20 fck := 19 fb := 1.0 fbk fc := 1.0 fck 1.3 1.3 Kuormitukset: qk := 0.5 qd := 0.6 1.6 qk L := 2700 Ndp1 := 5000 Mdp1 := qd L2 + Ndp1 L Mdp1 = 4.712 10 5 Lo := 1.0 L 8 400 Mitoitus: b := 50 h := 150 A := b h W := b h2 6 Lo i := 0.289h λ := λ = 62.284 ks := 0.47 i Ndp1 Mdp1 σc := σb := A W σc ks fc σb + = 0.26 fb OK TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN

Välipohjarakenteet: puuvälipohjavaihtoehto 84 Kuva: Pientalon mallinnettu puurunko: puiset välipohjapalkit

85 Kuva: Pientalon puuvälipohjan taso- ja leikkauspiirustuksia Kuva: Pientalon puuvälipohjan tuotemalliprojektio Täydennä suunnitelmaksi

86 Kuva: Pientalon puuvälipohjan tuotemallileikkaus Täydennä suunnitelmaksi Kuva: Pientalon puuvälipohjan leikkauspiirustuksia www.optiroc.fi Katso lisää leikkauksia esim : www.optiroc.fi

PROIT- TALON PUURAKENTEINEN VÄLIPOHJA Tehtävänä on mitoittaa kohteen kaksiaukkoiset välipohjapalkit, kun aukkoväli on 3 m. kosteusluokka 1 ja aikaluokka B L1 := 3000 Lujuudet: aikaluokka B, kosteusluokka 2, T24-2 fbk := 20 fvk := 2 Kuormitukset: Mitoitus taivutukselle: Mdmax = 1.62 10 6 Qdmax:= 1.25 pd1 L1 Qdmax= 5.4 10 3 Mdmax Wtarp := Wtarp = 1.053 10 5 b := 75 fb htarp := 6 Wtarp htarp = 91.782 h := 225 b Mitoitus leikkaukselle: 3 Qdmax τ := < fv τ = 0.48 < fv = 1.538 OK 2 b h Taipuma: I1tarv := pk1 ( L1) 4 187 Ek 12 Värähtely F2k := 1000 ymax:= 1 F2k L1 3 I2tarv := 48 Ek ymax 1.0 fbk fb := fb = 15.385 Ek := 6500 1.3 fv := 1.0 fvk 3 ( 12 I1tarv) htarv := htarv = 96.137 b h2tarv := 3 ( 12 I2tarv) Päädytään välipohjapalkkeihin 75 x 250 kk 400 TEE LASKELMAT MYÖS EC5 MUKAAN 1.3 b fv = fv pistekuorma Fk=1,5 kn pysyvä kuorma =1,0 KN/m2 muutuva kuorma OL I= 1,5 kn/m2 γg := 1.2 γq := 1.6 k1 := 0.4 gk := 1.0 qk := 1.5 käyttötila pk1 := k1 ( gk + qk) pk1 = 1 murtorajatila ( ) Voimasuureet: pd1 := k1 γg gk + γq qk pd1 = 1.44 ( ) 8 pd1 L1 2 Mdmax:= h2tarv = 240.128 87

88

89 Kuva: Vaihtoehtoinen harjaristikko Kuva: Ristikon suunnittelua

90 Kuva: Ristikon suunnittelua : sauvojen voimasuureet Kuva: Naulaliitosten suunnittelua

91 RAKENNUSTEKNIIKKA Runkokaaviot, detaljit Kuva: Tuotemallista tuotettu seinärunkokaavio, täydennä projektio suunnitelmaksi Kuva: Tuotemallista tuotettu seinärunkokaavio, täydennä projektio suunnitelmaksi

92 Kuva: Tuotemallista tuotettu seinäprojektio, täydennä projektio suunnitelmaksi Kuva: Tuotemallista tuotettu seinäprojektio, täydennä projektio suunnitelmaksi

93 Kuva: Tuotemallista tuotettu seinäprojektio, täydennä projektio suunnitelmaksi Kuva: Tuotemallista tuotettu seinäprojektio, täydennä projektio suunnitelmaksi

PIENTALON LEVYJÄYKISTYS 94 Suunnittele rungon ja vesikaton jäykistys. Ohjeita löytyy esim: - Eurocode 5 esimerkkilaskelmat - Puurakenteiden normit - Gyproc-tuotetietous - www.woodfocus.fi - YM:n turvallisuuslausunto

95 LIITTEET Structural Steelwork Eurocodes Development of A Trans-national Approach Course: Eurocode 3 Module 1 : Introduction to the design of structural steelwork in accordance with the new Eurocodes Lecture 2 : Introduction to EC1 Summary: EC1 provides detailed guidance on the calculation of actions to be used in the design of buildings. The principal sources are dead and imposed loads, snow, and wind. These are described in separate parts of EC1. Dead loads are calculated on the basis of material densities and construction details Imposed loads are related to building usage Snow loads are based on geographical location and roof shape Wind loads are based on location and exposure The distribution of wind pressures on walls and roof slopes depends on the geometry of the building Partial safety factors are used to account for uncertainties in load levels These are modified to account for different combinations of actions Pre-requisites: None, but a general understanding of the nature of loadings would be useful Notes for Tutors: This material comprises one 60 minute lecture if presenting the material to designers familiar with calculating design loads according to national codes of practice..

Objectives: To describe the structure of EC1 and identify those parts of particular relevance to the design of buildings. To outline the principal terminology, symbols and notation used in EC1. To describe the procedures for determining design values for actions (dead, imposed, snow and wind loads) To explain how combinations of actions are treated and to provide guidance for practical design conditions. References: EC1: ENV 1991-2-1: Eurocode 1: Basis of design and actions on structures: Part 2.1: Actions on structures - densities, self-weight and imposed loads EC1: ENV 1991-2-2: Eurocode 1: Basis of design and actions on structures: Part 2.3: Actions on structures - snow loads. EC1: ENV 1991-2-3: Eurocode 1: Basis of design and actions on structures: Part 2.4: Actions on structures - wind loads Contents: 1. Scope and structure of EC1 2. Definitions and notation 3. Eurocode 1 Part 2.1 3.1 Dead loads 3.2 Imposed loads 4. EC1 Part 2.3 Snow loads 4.1 Determination of snow loads 5. EC1 Part 2.4 Wind loads 5.1 Determination of wind loads 6. Load cases 6.1 Design values of loads 6.2 Combination values 6.3 Simplified treatments 7. Worked Examples 7.1 Dead loads 7.2 Imposed loads 7.3 Snow loads 7.4 Wind loads 7.5 Load combinations 7.5.1 3-span continuous beam (ULS for failure of structure) 7.5.2 2-storey building - single bay with balcony (ULS - loss of equilibrium) 8. Concluding Summary 96

1. Scope and structure of EC1 The Eurocodes require structures to be designed to resist the effect of actions. These are principally loads (direct actions) but also include indirect actions such as imposed deformations (for example foundation settlement) and temperature effects. EC1 defines how actions on a structure should be determined. The principal exclusions relate to execution (temporary works), appraisal, special (eg nuclear), and cases which involve very large deformations. The principal sources of actions on buildings are dead and imposed loads, wind loads and snow loads. These are covered in different parts of EC1 as follows: EC1 Part 2.1 - dead and imposed loads EC1 Part 2.3 - snow loads EC1 Part 2.4 - wind loads 2. Definitions and notation The principal terms and the equivalent symbols relating to actions are as follows: A Accidental action G, g Permanent action Q, q Variable action E Effect of actions F Force M Moment N Axial force V γ ψ Shear force Partial safety factor applied to characteristic values of actions to establish values to be used in design calculations Combination factors used to modify partial safety factors for actions used in combination EC1 also makes extensive use of subscripts. These can be used to clarify the precise meaning of a symbol. Some common subscripts are as follows: k characteristic d design sup superior (upper bound) inf inferior (lower bound) Specific notation is used for the parts of EC1 dealing with snow and wind loads as follows: EC1-2-3: Snow loads s k characteristic snow load at ground level µ snow load shape coefficient, s characteristic snow load on the roof EC1-2-4: Wind loads 97