ELEMENTTITUEN ALAPÄÄN KIIN- NITYSOHJE

ELEMENTTITUEN ALAPÄÄN KIIN- NITYSOHJE Aleksi Varjo Opinnäytetyö Joulukuu 2018 Rakennustekniikka Talonrakennustekniikka

TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan Talonrakennustekniikka VARJO ALEKSI: Elementtituen alapään kiinnitysohje Opinnäytetyö 33 sivua, joista liitteitä 11 sivua Joulukuu 2018 Opinnäytetyö on tehty Sweco Rakennetekniikalle yhteistyössä Hilti (Suomi) Oy:n kanssa. Tarkoituksena oli selvittää seinäelementtien asennusaikaisen tuennan alapään kiinnikkeiden kuormituksia ja tutkia elementtituentaan liittyviä määräyksiä. Ensisijainen tarkoitus työllä oli luoda alalle ohje jonka avulla parannetaan käsitystä elementtituen kuormista ja lisätä elementtirakentamisen turvallisuutta. Työssä esitellään elementtien asennusaikaiseen tuentaan liittyviä yleisohjeita ja viranomaisvaatimuksia. Teoriaosuudessa käydään läpi eurokoodin mukainen tuulikuorman laskenta seinämäiselle rakenteelle ja teoriaosaa tukee liitteenä oleva esimerkkilasku, jossa lasketaan asuinkerrostalon seinäelementin elementtituen kuormat. Lopussa käydään vielä läpi kiinnikkeisiin liittyviä vaatimuksia ja esitellään elementtituennassa käytettyjen yleisimpien kiinniketyyppien toimintaperiaatteita. Tämän opinnäytetyön pohjalta rakennesuunnittelijan on mahdollista laskea kohdekohtaisesti elementtituennassa käytettävien kiinnikkeiden kapasiteettivaatimukset. Tämän johdosta elementtiasennuksen asennussuunnitelma tarkentuu ja työturvallisuus paranee. Asiasanat: elementtituki, tuulikuorma, työturvallisuus

ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Degree Programme in Construction Engineering Building Construction VARJO ALEKSI: Instructions for fastening the foot of temporary bracing Bachelor's thesis 33 pages, appendices 11 pages December 2018 This thesis was made for Sweco Rakennetekniikka Oy in cooperation with Hilti (Suomi) Oy. The intent was to investigate loads affecting the temporary bracing foot fastenings in wall elements and to study existing regulations concerning temporary bracings in general. Main purpose of this thesis was to create new guidelines and increase awareness of temporary bracing loads as well as to improve safety in prefabricated building. This thesis introduces temporary bracing best practices and regulatory requirements for wall elements. Wind load calculations for free-standing walls per Eurocode are presented in the theoretical part of the thesis. Attached in Appendix 1 is a load calculation example for a wall element fastening in a block of flats setting. Requirements of the fastenings are reviewed and principles of the most common fastening types are presented at the end of this thesis. Based on this thesis a structural designer is able to calculate capacity requirements for fastenings in various temporary bracing settings. This will enable more accurate installation plans for precast concrete units and improve work safety. Key words: temporary bracing, wind load, work safety

4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO... 6 2 ELEMENTTITUENTA... 7 3 KUORMITUKSET... 9 3.1 Tuulikuorma... 9 3.1.1 Painekerroin... 9 3.1.2 Tuulennopeus ja puuskanopeuspaine... 11 3.1.3 Suojakerroin... 12 3.1.4 Todennäköisyyskerroin... 12 3.1.5 Kokonaistuulikuorma... 14 3.2 Elementtituen kiinnikkeiden kuormat... 14 4 ELEMENTTITUEN ALAPÄÄN KIINNIKKEET... 17 4.1 Lyöntiankkuri... 18 4.2 Betoniruuvi... 19 4.3 Kiinnikkeiden sijoittaminen ontelolaattaan... 20 5 POHDINTA... 21 LÄHTEET... 22 LIITTEET... 23 Liite 1. Esimerkkilasku... 23 Liite 2. Hilti HKD lyöntiankkurin asennusohje... 31 Liite 3. Hilti HUS3-H betoniruuvin asennusohje... 32

5 LYHENTEET c pe c pi c p,net φ v b,0 v m ψ s c prob, c prob ² K p F w,ed q p,0 (h) γ w V N A V ed N ed α F ed CE merkintä ETA β N β V N Rd V Rd Ulkopuolinen painekerroin Sisäpuolinen painekerroin Nettopainekerroin Eheyssuhde Tuulennopeuden modifioimaton perusarvo Tuulennopeuden modifioitu perusarvo Suojakerroin Todennäköisyyskerroin Muotoparametri Ylittymistodennäköisyys Kokonaistuulivoiman suunnitteluarvo Puuskanopeuspaineen ominaisarvo Tuulen osavarmuusluku Leikkausvoiman ominaisarvo Normaalivoiman ominaisarvo Kuormitusala Leikkausvoiman suunnitteluarvo Normaalivoiman suunnitteluarvo Elementtituen tukikulma Elementtitukeen kohdistuvan voiman suunnitteluarvo Merkintä jolla vakuutetaan, että tuote täyttää sitä koskevien EU direktiivien ja asetusten vaatimukset Eurooppalainen tekninen arviointi Normaalivoiman suunnitteluarvon ja kiinnikkeen normaalivoiman suunnittelukapasiteetin suhde Leikkausvoiman suunnitteluarvon ja kiinnikkeen leikkausvoiman suunnittelukapasiteetin suhde Kiinnikkeen normaalivoiman suunnittelukapasiteetti Kiinnikkeen leikkausvoiman suunnittelukapasiteetti

6 1 JOHDANTO Elementtirakentaminen on ollut osa suomalaista rakentamista jo 1950 luvulta lähtien. Pitkästä historiasta huolimatta rakennusalalta puutuu selvä ohjeistus elementtien tuennasta ja etenkin elementtituen alapään kiinnityksestä. Elementtien asennussuunnitelmat ovat usein puutteellisia elementtituen kiinnitysten osalta ja kiinnitysten kuormituksiin ei ole kiinnitetty huomiota. Tästä johtuen alalle on muodostunut paikallisia tapoja. Tässä selvityksessä tutustutaan seinäelementtien tuennan nykytilanteeseen ja tutkitaan elementtituen kiinnitykseen liittyviä määräyksiä ja kuormituksia, sekä luodaan alalle yhdenmukainen ohje joka ottaa kantaa kiinniketyyppiin ja oikeaoppiseen kiinnitystapaan. Työn tavoitteen on parantaa elementtirakentamisen turvallisuutta ja kehittää yhdenmukaista rakentamistapaa. Työ toteutetaan yhteistyössä Sweco Rakennetekniikka Oy:n ja Hilti (Suomi) Oy:n kanssa.

7 2 ELEMENTTITUENTA Elementtiasennuksesta luodaan kohdekohtainen asennussuunnitelma. Asennussuunnitelmassa selvitetään muun muassa elementtien nostoon liittyviä asioita kuten tarvittava nosturikapasiteetti, nostopaikat ja tarvittavat nostoapuvälineet. Asennussuunnitelmassa tulee esittää myös ohjeet elementtien väliaikaisesta tuennasta ja niiden purkamisesta. Valtioneuvoston asetus rakennustyön turvallisuudesta 205/2009 määrittää liitteessä 3 tarkemmin asennussuunnitelmassa huomioon otettavat asiat. Elementtisuunnitelman laadinta on kohteen päätoteuttajan vastuulla, mutta sen hyväksyy päärakennesuunnittelijan lisäksi asennustyönjohtaja ja vastaava mestari. Asennussuunnitelma toimii samalla myös turvallisuussuunnitelmana ja se tulee löytyä työmaalta kirjallisena (elementtisuunnittelu.fi). KUVA 1. Elementtituennan periaatekuva

8 Seinäelementtien tuennassa käytetään säädettäviä teräksisiä vinotukia, jotka kiinnitetään yläpäästä seinäelementissä olevaan sisäkierreankkuriin ja alapäästä paikallavalettavaan holviin tai ontelolaatastoon. Ensimmäisen kerroksen seinäelementtien tuennassa elementtituen alapää kiinnitetään erilliseen betonipainoon tai jo olemassa oleviin rakenteisiin, kuten anturoihin. Elementtitukien yläpään kiinnitys tulee olla elementin painopisteen yläpuolella. Yleinen sääntö on, että kiinnityskohta sijoitetaan korkeudelle, joka on 2/3 elementin korkeudesta (kuva 1). Yhteen kiinnityspisteeseen saa kiinnittää vain yhden elementtituen. Yli 1,5m leveät elementit tulee tukea vähintään kahdella elementtituella, mutta nurkka-alueella ja poikkeuksellisen isoissa elementeissä tukien lukumäärä tulee tarkistaa kohdekotaisesti.

9 3 KUORMITUKSET 3.1 Tuulikuorma Seinäelementteihin kohdistuva kuorma muodostuu pääosin tuulesta. Tuulikuormaan vaikuttavat suurimmat tekijät ovat rakennuksen sijainti maantieteellisesti ja rakennuksen fyysinen koko ja geometria. Rakennukseen kohdistuvan tuulikuorman laskemiseen on kaksi tapaa; voimakertoimella laskeminen ja painekertoimella laskeminen. Voimakerroin edustaa rakenteeseen kohdistuvaa kuormaresultanttia, kun taas painekerroin ilmaisee suurinta paikallista painetta rakennuksen pintaan tuulen suunnasta riippumatta. Elementtien rakennusaikaista tuentaa tarkasteltaessa kuormat lasketaan painekertoimen avulla (EN 1991 Eurokoodi 1). 3.1.1 Painekerroin Painekertoimet jaetaan ulkopuolisiin painekertoimiin c pe ja sisäpuolisiin painekertoimiin c pi. Painekertoimen etumerkki on positiivinen, jos paine suuntautuu kohtisuoraa tarkasteltavaa pintaa ja negatiivinen kun paine suuntautuu poispäin tarkasteltavasta pinnasta. Ulkopuolisen ja sisäpuolisen painekertoimen erotuksesta saadaan rakennukseen tai rakenneosaan kohdistuva tuulen nettopainekerroin c p,net (EN 1991 Eurokoodi 1). KUVA 2. Pintoihin vaikuttavat paineet (EN 1991 Eurokoodi 1)

10 Nettopainekertoimella laskiessa rakenneosa jaetaan eri kuormitusvyöhykkeisiin (kuva 3). Vyöhykkeiden pituus määräytyy tarkasteltavan rakenneosan pituuden l suhteesta korkeuteen h. Elementtien asennusvaiheessa rakenneosana toimii koko seinämä rakennuksen pituudelta. Elementtiin kohdistuva tuulen nettopainekerroin asennuksen aikana saadaan eurokoodista 1 kohdasta 7.4.1. Erilliset seinämät ja kaiteet (taulukko 1). KUVA 3. Vyöhykekaavio (EN 1991 Eurokoodi 1)

TAULUKKO 1. Nettopainekertoimet erillisille seinämille ja kaiteille (EN 1991 Eurokoodi 1) 11 Nettopainekertoimen määrittelyyn vaikuttaa myös elementin eheyssuhde φ. Eheyssuhde kertoo elementin aukkojen pinta-alan suhteen elementin ääriviivojen luomaa pinta-alaa kohti. Näin ollen aukottoman elementin eheyssuhde on 1. 3.1.2 Tuulennopeus ja puuskanopeuspaine Tuulennopeuden modifioimaton perusarvo v b,0 on ominaisarvo, joka määritetään tuulen nopeuden 10 minuutin keskiarvona riippumatta tuulen suunnasta ja vuodenajasta 10 m korkeudella maanpinnasta aukeassa maaseutumaastossa, jossa on heinää tai siihen verrattavaa matalaa kasvillisuutta ja erilaisia tuulenesteitä, jotka ovat vähintään esteen 20-kertaisen korkeuden etäisyydellä toisistaan (EN 1991 Eurokoodi 1). Suomessa tuulennopeuden perusarvo manneralueilla on 21m/s (RIL 201-1-2017). Tuulennopeuden modifioitu perusarvo v m saadaan kun huomioidaan ympäristön rosoisuuskerroin ja pinnanmuotokerroin. Suunnitteluohjeessa RIL 201-1-2017 on taulukoitu puuskanopeuspaineen ominaisarvoja eri korkeusasemille taulukossa 4.2S. Taulukossa on käytetty tuulen modifioimatonta perusarvo. Näin ollen, jos tarkasteltava rakennus sijaitsee pinnanmuodoiltaan ja rosoisuudeltaan poikkeuksellisessa ympäristössä, tulee modifioidun puuskanopeuspaineen määrittelyssä käyttää pinnanmuotojen perusteella määrättyä suurennuskerrointa (RIL-201-1- 2017).

12 3.1.3 Suojakerroin Nettopainekertoimen yhteydessä on mahdollista käyttää suojakerrointa ψ s, jos ympäröivä rakenneosa on tuulen puolella ja vähintään yhtä korkea kuin tarkasteltava elementti. Suojakerroin ottaa huomioon sen, että elementtiin ei kohdistu tällaisessa tilanteessa samalla tavalla painetta, kuin seinämän ollessa yksinään tuulelta suojaamattomasti. Suojakertoimen suuruus riippuu elementin eheyssuhteesta ja suojaavan seinän etäisyyden suhteesta tarkasteltavan elementin korkeuteen. KUVA 4. Suojakerroin ψ s (EN 1991 Eurokoodi 1) 3.1.4 Todennäköisyyskerroin Elementtien väliaikainen tuenta on lyhytkestoinen rakennusvaihe, joka kestää muutamia viikkoja. Elementtitukeen kohdistuvien kuormien kannalta rasittavin aika on ennen seuraavan holvin valua, jolloin elementit ovat väliaikaistuennan turvin tuulikuormaa vastaan. Tuulikuorman perinteinen toistumisväli on 50 vuotta, mutta lyhyempien rakennusvaiheiden kohdalla toistumisväli voidaan sovittaa tilannekohtaisesti (taulukko 2).

13 TAULUKKO 2. Suositeltavia toistumisvälejä luonnonkuormien ominaisarvojen määrittämiseen (EN 1991 Eurokoodi 1) Kesto Toistumisväli (vuosina) 3 vuorokautta 2 3 kuukautta (mutta > 3 vuorokautta) 5 1 vuosi (mutta > 3 kuukautta) 10 > 1 vuosi 50 Toistumisvälin ollessa pienempi kuin 50 vuotta voidaan tuulikuormaa laskiessa huomioida todennäköisyyskerroin c prob. Todennäköisyyskerroin tarkastelee toistumisväin mukaisen äärimmäisen tuuliolosuhteen ylittymistodennäköisyyttä. Todennäköisyyskerroin lasketaan kaavalla 1 (EN 1991 Eurokoodi 1): n 1 K ln( ln(1 p)) c prob = ( 1 K ln( ln(0,98)) ) (1) K = Muotoparametri (suositusarvo K=0,2) n = Eksponentti (suositusarvo n=0,5) p= Ylittymistodennäköisyys ( 1 ) toistumisväli Kirjasta Suunnitteluperusteet ja rakenteiden kuormat (RIL 201-1-2017) löytyy kuvasta 4.6S logaritmisena käyrän esitetty todennäköisyyskertoimet c 2 prob. Kertoimet on laskettu soveltamalla kaavassa 1 esitettyä eurokoodin kaavaa. Todennäköisyyskerrointa 2 c prob voidaan käyttää suoraan kertoimena kokonaistuulikuormaa laskettaessa vastaavasti kuin eurokoodin määrittelemää todennäköisyyskerrointa c prob (RIL 201-1-2017).

14 3.1.5 Kokonaistuulikuorma Elementtiin kohdistuva kokonaistuulikuorma F w,ed lasketaan kaavalla 2. F w,ed = q p0 (h) c p,net c prob ψ s γ w (2) q p0 (h) = c p,net = c prob = ψ s = γ w = Puuskanopeuspaineen ominaisarvo Nettopainekerroin Todennäköisyyskerroin Suojakerroin Osavarmuusluku 3.2 Elementtituen kiinnikkeiden kuormat Elementtituet asennetaan pääosin 45 kulmaan. Ahtaiden paikkojen tai muiden rajoitteiden johdosta 45 kulmaa ei aina saada toteutettua, joten elementtituen asennukseen on annettu ohjeistus, jonka mukaan tuki tulee asentaa 30-60 kulmaan. Poikkeuksellisten tukikulmien kohdalla tulee kuormitukset tarkistaa elementtikohtaisesti. Elementtituen kiinnikkeiden kuormitukset jakaantuvat leikkausvoiman V ja normaalivoiman N suhteen tasaisemmin mitä lähempänä tukikulma on 45 kulmaa. Elementtituen kiinnikeisiin kohdistuvaan kuormaan vaikuttaa kuormitusala A joka kerää tuulikuormaa. Kuormitusalan sisällä voi olla taulukon 1 mukaisesti useamman vyöhykkeen nettopainekertoimia. Eri vyöhykkeiden kokonaistuulikuormat voidaan kuitenkin laskea yhteen (liite 1). Elementtien alapää kiinnitetään usein tappi kolo liitoksella jossa harjateräs tai muu vastaavaa hitsataan elementin pieliteräksiin. Muissa tapauksissa alapään kiinnitys hoidetaan esimerkiksi erilaisten tartuntalevyjen avulla. Elementin alapää kuitenkin poikkeuksetta kiinnitetään olemassa olevaan rakenteeseen ensi tilassa. Tuen yläpään kiinnikkeen ollessa sijoitettuna painopisteen yläpuolelle siten että se on 2/3 elementin korkeudesta h elem. muodostuu myös kuormitusalan sivumitan korkeudeksi 2/3 h elem.. Elementin alapään

kiinnitysten oletetaan ottavan loput 1/3 kuormituksesta. Kuormitusala lasketaan kaavalla 3. 15 A = l kuormitus 2 3 h elem. (3) l kuormitus = Kuormitusleveys, joka riippuu tukien sijoittelusta ja kappalemäärästä. h elem. = Elementin korkeus Elementtituen alapään kiinnikkeeseen kohdistuva leikkausvoima lasketaan kaavalla 4 V ed = F w,ed A tan (α) (4) ja leikkausvoiman avulla saadaan laskettua normaalivoima kaavalla 5. N ed = V ed tan (α) (5) F w,ed = α = Kokonaistuulivoima Elementtituen tukikulma Elementtituen tukikulman ollessa 45 huomataan että leikkausvoima V ed on yhtä suuri kuin normaalivoima N ed. Elementtitukeen kohdistuva voima saadaan laskettua trigonometriaa hyödyntäen kaavalla 6. F ed = V ed cos (α) (6)

KUVA 5. Havainnekuva kuormista 16

17 4 ELEMENTTITUEN ALAPÄÄN KIINNIKKEET Betonirakenteisiin tehtäville jälkikiinnityksille ei ole asetettu harmonista tuotestandardia, jonka johdosta CE-merkintä ei ole pakollinen. Kiinnikkeiden kelpoisuus tulee kuitenkin todentaa joko ETA-hyväksynnällä, tyyppihyväksynnällä, valmistuksen laadunvalvonnalla, varmennustodistuksella tai rakennepaikkakohtaisella hyväksynnällä. Tuotteille, joilla ei ole harmonisoitua tuotestandardia, voidaan hankkia eurooppalainen tekninen arviointi (ETA), jonka avulla CE-merkki on mahdollista hakea (henhelpdesk.fi). Kiinnikkeiden leikkaus ja normaalivoimakapasiteetit löytyy helposti valmistajien verkkosivuilta, mutta leikkausvoiman ja normaalivoiman vaikuttaessa samanaikaisesti ei voida suoraan käyttää annettuja kapasiteetteja. Kiinnikevalmistajien esittämät kiinnikkeiden kapasiteetit perustuvat aina oikeaan asentamistapaan ja siihen että valmistajan määrittelemät kiinnityspaikan tietyt reunaehdot toteutuvat. Tällaisia reunaehtoja ovat esimerkiksi alusmateriaalin paksuus, kiinnikkeiden välinen etäisyys ja kiinnikkeen reunaetäisyys. Betonirakenteiden metalliankkureille löytyy suunnitteluohje ETAG 001, jossa on esitetty liitteessä C mitoitusehto kiinnikkeen kapasiteeteille yhdistetyssä kuormitustapauksessa (kaava 7)., jossa β N 1,5 + β V 1,5 1 (7) β N = N ed N Rd (8) β V = V ed V Rd (9) N Rd = V Rd = Kiinnikkeen suunnittelukapasiteetti normaalivoimalle Kiinnikkeen suunnittelukapasiteetti leikkausvoimalle

18 KUVA 6. Hiltin ohje kiinnikkeiden kapasiteettien laskentaan normaalivoiman ja leikkausvoiman kuormitusyhdistelmässä (Hilti Anchor fastening technology manual, 2014) 4.1 Lyöntiankkuri Lyöntiankkuri on sisäkierrehylsy, joka lyödään betoniin porattuun reikään. Hylsyn lyöminen betoniin tehdään siihen tarkoitetulla työkalulla. Esimerkiksi Hiltin lyöntiankkuri HKD asennetaan HSD-G lyöntityökalulla tai HSD-M automaattiasennustyökalulla joka asennetaan iskuporakoneeseen. Lyöntityökalu jättää hylsyn laippaan merkin, jonka avulla voidaan silmämääräisesti tunnistaa, onko hylsy lyöty tarpeeksi syvälle. Lyöntiankkurin toiminta perustuu siihen, että asennustyökalun johdosta hylsy laajenee ja puristuu betonia vasten. Pultin kiristyksessä tulee noudattaa kiinnikevalmistajan ohjeistusta pultin kiristysmomentista. Hiltin HKD lyöntiankkuriin kiinnitetyn pultin ohjeistettu kiristysmomentti on 60Nm (liite 2). Liian kireälle kierretty pultti saattaa aiheuttaa pultin ja lyöntiankkurin katkeamisen kuormitustilanteessa. KUVA 7. Hiltin lyöntiankkuri HKD (www.hilti.fi)

19 KUVA 8. HKD kiinnikkeen suunnittelukapasiteetit (Hilti Anchor fastening technology manual, 2014) 4.2 Betoniruuvi Betoniruuvi soveltuu hyvin väliaikaisiin kiinnityksiin helpon asentamisen ja purkamisen johdosta. Betoniruuvin koon mukaan porataan kiinnikkeelle betoniin reikä, joka putsataan betonipölystä enne ruuvin kiinnittämistä. Betoniruuvin toiminta perustuu siihen, että porattava reikä on kiinnikkeen ulkomittaa hieman pienempi, jolloin betoniruuvin kierteet pureutuvat betonin sisään. Hiltin betoniruuvien koot on tyypitetty niin, että betoniruuvin koko kertoo suoraan porattavan reiän koon. Esimerkiksi HUS3-H M14 betoniruuvin porattavan reiän halkaisija on 14mm (liite 3). Betoniruuvin asentamisessa tulee noudattaa kiinnikkeen valmistajan asennusohjeita ja varmistaa se, että kapasiteettien edellyttämät vaatimukset asennuspaikasta täyttyvät. KUVA 9. Hiltin betoniruuvi HUS3-H (www.hilti.fi)

20 KUVA 10. HUS3 kiinnikkeen suunnittelukapasiteetit (Hilti Anchor fastening technology manual, 2014) 4.3 Kiinnikkeiden sijoittaminen ontelolaattaan Elementtituen alapään kiinnitys ontelolaattaan aiheuttaa haasteita kiinnikevalmistajien reunaehtojen täyttämisessä, jotta kiinnikkeen taulukoidut kapasiteetit saavutetaan. Ontelolaatan kansi on poikkeuksetta liian ohut täyttämään kiinnikkeiden alusmateriaalivaatimukset ja tästä syystä siihen ei saa kiinnittää elementtituen alapäätä ilman erillisiä toimenpiteitä. Esimerkiksi ontelon täyttäminen betonilla kiinnikkeen kohdalta on mahdollista ja tällöin alusmateriaalin paksuus pääsääntöisesti täyttää sille asetetut vaatimukset. Ontelolaatan kannas on ainut kohta ontelolaatassa, jossa alusmateriaalin paksuuden vaatimus täyttyy. Kannas on kuitenkin suhteellisen ohut ja sen löytäminen pinnalta käsin on haastavaa ja jää elementtiasentajan vastuulle. KUVA 11. Ontelolaatan osat

21 5 POHDINTA Työn tarve lähti aiemman tutkimustuloksen puutteesta. Tilaajana toimineen Sweco Rakennetekniikan ja yhteistyökumppanin Hilti (Suomi) Oy:n puolelta ilmeni, että elementtituen kiinnitykseen ei ollut olemassa tarkempaa ohjeistusta ja elementtien asennussuunnitelmat olivat kuormitusten ja kiinnitysten osalta puutteellisia. Työn tarkoituksena olikin päästä kiinni konkreettisesti tuen kiinnikkeisiin kohdistuviin kuormiin ja näin ollen saada selville käytössä olevien kiinnikkeiden käyttöasteet. Tarkoitus oli myös selventää elementtituen kuormien laskentaa. Eurokoodista löytyi hyvin teoriaa seinämäisten rakenteiden tuulikuorman laskentaan ja sen johdosta teoriaosuuteen oli helppo kiteyttää laskennan kulku. Laskuesimerkistä nähdään, että elementtituen kiinnikkeiden kuormiin ja kiinnikkeiden valintaan tulee kiinnittää erityistä huomiota. Yleisesti käytössä olevien kiinnikkeiden kapasiteeteissä ei ole ylimääräistä siinä määrin, että samalla kiinnikkeellä voitaisiin elementtituen alapää kiinnittää kohteesta huolimatta. Laskuesimerkissä huomataan myös, että päätekäänteen vaikutus tuulikuormaan on merkittävä ja sen johdosta asennussuunnitelmassa tuleekin määrittää aiempaa tarkemmin millaiseen tilanteeseen elementtiasennustyö voidaan jättää. Merkittäväksi ongelmakohdaksi nousi elementtituen alapään kiinnitys ontelolaatastoon. Nykyisten kiinnikkeiden kapasiteettien vaatimat reunaehdot eivät täyty ontelolaatan kanteen kiinnitettäessä ja kannaksen löytäminen ylhäältäpäin on paikoitellen haastavaa ontelolaatan pinnan epätasaisuudesta johtuen. Kannaksenkaan rakenne ei täysin täytä vaatimuksia. Vaihtoehdoksi jää ontelon täyttämien kiinnikkeen kohdalta, mutta täyttämien on hidas ja monivaiheinen työ. Eri kiinnikkeiden soveltuvuutta ontelolaatan kanteen kiinnitettynä tulisikin tutkia tarkemmin ja mahdollisesti kehittää uusia kiinniketyyppejä, jotka mahdollistaisivat ohuisiin rakenteisiin kiinnittymisen. Työn ohjeistuksella on mahdollista laskea elementtituen kiinnikkeiden kuormat ja teoriaosuus mahdollistaa myös soveltavien elementtikohteiden tai rakenteiden kuormitusten laskennan.

22 LÄHTEET Oikeusministeriö. 2009.Valtioneuvoston asetus rakennustyön turvallisuudesta, Helsinki. Luettu 1.12.2018. https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2009/20090205 Betoniteollisuus ry. 2012. Elementtien asennus. Luettu 1.12.2018. http://www.elementtisuunnittelu.fi/fi/elementtien-asennus Betoniteollisuus ry. 2012. Asennusaikainen stabiliteetti. Luettu 1.12.2018. http://www.elementtisuunnittelu.fi/fi/elementtien-asennus/asennusohjeet/asennusaikainen-stabiliteetti SFS-EN 1991-1-4. 2011. Eurokoodi 1: Rakenteiden kuormat. Osa 1-4 Yleiset kuormat, Tuulikuormat. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto SFS. RIL 201-1-2017. 2017. Suunnitteluperusteet ja rakenteiden kuormat, Helsinki: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry hen helpdesk. CE-merkintä. Luettu 1.12.2018. http://www.henhelpdesk.fi/cemerkinta.html ETAG 001. 2010. Annex C: design methods for anchorages, Brysseli: European Organisation for Technical Approvals, EOTA. Hilti Corporation. 2014. Hilti Anchor fastening technology manual.

23 LIITTEET Liite 1. Esimerkkilasku 1 ESIMERKKILASKU 1(8) 1.1 Yleistiedot Lasketaan maastoluokassa 2 olevan kuvitteellisen kerrostalon nurkkaelementtiin kohdistuva tuulikuorma. Laskentaan valitaan nurkkaelementti koska kuvan 3 ja taulukon 1 mukaan voidaan huomata, että nurkkaelementtiin kohdistuu suurin tuulen nettopaine. Esimerkkitalon pidemmän sivun pituus b talo on 45m ja lyhyempi sivu d talo on 25m. Rakennuksen korkeus h talo on 25m. Esimerkkitalon mitat vastaavat keskisuurta kahdeksan kerroksista kerrostaloa. Yksittäisen elementin kooksi valitaan 3m korkea ja 5m leveä umpinainen ulkoseinäelementti (eheyssuhde φ = 1). Elementti on tuettu kahdella 45 kulmassa olevalla vinotuella jotka ovat 500mm etäisyydellä elementin reunasta. Mitoitetaan tilanne, jossa elementeistä on pystytetty pitkänsivun ulkoseinäelementit ja toisen lyhyemmän sivun seinäelementit (tilanne A) ja tilanne, jossa vain pitkän sivun ulkoseinäelementit on asennettu (tilanne B). KUVA A. Mitoitustilanteet

24 1.2 Nettopainekerroin 2(8) Tilanteessa A voidaan vyöhykkeiden nettopainekertoimet katsoa suoraan nettopainetaulukon kohdasta, jossa huomioidaan päätekäänteet (taulukko 1). Koska B-tilanteessa ei ole hyödynnettävissä päätekäänteitä, vaikuttaa vyöhykkeiden nettopainekertoimiin tarkasteltavan seinämän pituuden l talo ja elementin korkeuden h elem. suhde l talo = 45m = 15 10 h elem. 3m Esimerkki talon ollessa 45m leveä voidaan vyöhykekaaviosta tarkastella ylintä tapausta, jossa määritellään vyöhykkeiden leveydet kun l talo > 4h elem. (kuva 3). Tästä johtuen tarkasteltavassa nurkkaelementissä esiintyy vain vyöhykkeiden A ja B nettopainekertoimia koska elementin pituus l elem. on pienempi kuin 2h elem.. A-vyöhykkeen leveys: 0,3 h elem = 0,3 3000mm = 900mm KUVA B. Vyöhykejako ja vyöhykkeiden nettopainekertoimet.

25 1.3 Tuulen puuskanopeuspaine 3(8) Esimerkkitalon ympäröivä maasto oletetaan olevan tavanomainen, joten pinnanmuodoista aiheutuvia suurennuskertoimia ei tarvitse käyttää. Tällöin voidaan käyttää RIL201-1-2017 taulukkoa 4.2S puuskanopeuden määrittelyyn (taulukko A). Maastoluokassa 2 olevaan 25m korkeaan taloon kohdistuu puuskanopeuspainetta 0,82kN/m 2. TAULUKKO A. Puuskanopeuspaineen ominaisarvot eri maastoluokissa (RIL201-1- 2017) 1.4 Todennäköisyyskerroin Yleisesti ottaen yhden kerroksen elementtiasennus kestää viikosta kahteen viikkoon, riippuen rakennuksen laajuudesta. Rakennusvaiheen kestoksi valitaan 3 kuukautta, jolloin luonnonvoimien toistumisväli on 5 vuotta (taulukko 2). Todennäköisyyskerroin esimerkkitapauksessa on 0,75 (kuva C).

26 4(8) KUVA C. Todennenäköisyyskertoimen riippuvuus tuulivoiman ääriarvon toistumisajasta (RIL 201-1-2017) 1.5 Kokonaistuulivoima Kokonaistuulivoima lasketaan kaavan 2 mukaisesti. Esimerkkilaskussa ei ole huomioitu suojakerrointa, koska mitoitustilanteessa elementeistä on asennettu vain yksi tai kaksi seinämää siten, että suojavaikutusta ei synny. Ympäröivän maaston ollessa tavanomainen voidaan käyttää puuskanopeuspaineena ominaisarvoa. Osavarmuuslukuna käytetään eurokoodin määrittelemää muuttuvan kuorman osavarmauuslukua 1,5. 1.5.1 Tilanne A kokonaistuulikuorma Lasketaan kokonaistuulikuorma vyöhykkeelle A ja B. Vyöhyke A F w,ed,a = 0,82kN/m 2 2,1 0,75 1,5 = 1,94kN/m 2

Vyöhyke B F w,ed,b = 0,82kN/m 2 1,8 0,75 1,5 = 1,66kN/m 2 27 5(8) 1.5.2 Tilanne B kokonaistuulikuorma Lasketaan kokonaistuulikuorma vyöhykkeelle A ja B. Vyöhyke A F w,ed,a = 0,82kN/m 2 3,4 0,75 1,5 = 3,14kN/m 2 Vyöhyke B F w,ed,b = 0,82kN/m 2 2,1 0,75 1,5 = 1,94kN/m 2 1.6 Elementtituen kiinnikkeiden kuormat Elementti on tuettu kahdella vinotuella, joista lähempänä nurkkaa oleva on rasitetumpi koska A-vyöhykkeellä on suurin nettopainekerroin. Rasitetuimman elementtituen kuormitusalan sisällä on sekä vyöhykkeen A että B nettopainkertoimia, joten vyöhykkeiden pinta-alat pitää laskea erikseen. Vyöhykejako on molemmissa mitoitustilanteissa sama, joten lasketaan mitoittavan vinotuen kuormitusalan vyöhykekohtaiset pinta-alat. KUVA D. Kuormitusalat vyöhykkeittäin rasitetuimmalle elementtituelle

28 6(8) A A = 0,9m 2 3,0m = 1,8m2 3 A B = 1,6m 2 3,0m = 3,2m2 3 1.6.1 Tilanteen A kiinnikkeiden kuormat Elementtituen alapään kiinnikkeeseen kohdistuva leikkausvoima lasketaan kaavaa 4 soveltaen. V ed = F w,ed,a A A tan(α) + F w,ed,b A B tan(α) V ed = 1,94kN/m 2 1,8m 2 tan(45) + 1,66kN/m 2 3,2m 2 tan(45) V ed = 8,80kN Vinotuen tukikulman ollessa 45 elementtituen alapään kiinnikkeeseen kohdistuva leikkausvoima on yhtä suuri kuin normaalivoima V ed = N ed Elementtitukeen kohdistuva voima lasketaan kaavalla 6. F ed = 8,80kN cos (45) = 12,45kN 1.6.2 Tilanteen B kiinnikkeiden kuormat Elementtituen alapään kiinnikkeeseen kohdistuva leikkausvoima lasketaan kaavaa 4 soveltaen. V ed = F w,ed,a A A tan(α) + F w,ed,b A B tan(α) V ed = 3,14kN/m 2 1,8m 2 tan(45) + 1,94kN/m 2 3,2m 2 tan(45) V ed = 11,86kN

29 7(8) Elementtituen tukikulman ollessa 45 alapään kiinnikkeeseen kohdistuva normaalivoima on yhtä suuri kuin leikkausvoima. V ed = N ed Elementtitukeen kohdistuva voima lasketaan kaavalla 6. F ed = 11,86kN cos (45) = 16,77kN 1.7 Kiinnikkeiden valinta Lasketaan ETAG 001 liitteen C mukaisesti kiinnikkeen kapasiteetit leikkausvoiman ja normaalivoiman kuormitusyhdistelmälle (kaava 6). Valitaan molemmille mitoitustilanteille sopiva betoniruuvi HUS3-H ja lyöntiankkuri HKD. 1.7.1 Tilanteen A kiinnikkeet Valitaan betoniruuvi HUS3-H 14x100, jolloin N Rd = 13kN ja V Rd = 25,9kN (kuva 8) β N 1,5 + β V 1,5 1 ( N 1,5 ed ) + ( V 1,5 ed ) N Rd V Rd 1 ( 8,80kN 13kN ) 1,5 + ( 8,80kN 25,9kN ) 1,5 = 0,75 1 OK!

Valitaan lyöntiankkuri HKD M16x65, jolloin N Rd = 17,6kN ja V Rd = 27,0kN (kuva 10) 30 8(8) β N 1,5 + β V 1,5 1 ( N 1,5 ed ) + ( V 1,5 ed ) N Rd V Rd 1 ( 8,80kN 17,6kN ) 1,5 + ( 8,80kN 27,0kN ) 1,5 = 0,54 1 OK! 1.7.2 Tilanteen B kiinnikkeet Valitaan betoniruuvi HUS3-H 14x130, jolloin N Rd = 21,1kN ja V Rd = 30,0kN (kuva 8) β N 1,5 + β V 1,5 1 ( N 1,5 ed ) + ( V 1,5 ed ) N Rd V Rd 1 ( 11,86kN 1,5 21,1kN ) + ( 11,86kN 1,5 30,0kN ) = 0,67 1 OK! Valitaan lyöntiankkuri HKD M16x65, jolloin N Rd = 17,6kN ja V Rd = 27,0kN (kuva 10) β N 1,5 + β V 1,5 1 ( N 1,5 ed ) + ( V 1,5 ed ) N Rd V Rd 1 ( 11,86kN 17,6kN ) 1,5 + ( 11,86kN 27,0kN ) 1,5 = 0,84 1 OK!

Liite 2. Hilti HKD lyöntiankkurin asennusohje 31

32 Liite 3. Hilti HUS3-H betoniruuvin asennusohje 1(2)

33 2(2)