T512905 Puurakenteet 1 5 op Kantavat puurakenteet Rajatilamitoituksen periaatteet Murtorajatila Materiaalin osavarmuusluku M Kuorman keston ja kosteusvaikutuksen huomioiva lujuuden ja jäykkyyden muunnoskerroin k mod Murtorajatila, kuormien yhdistely Seuraamusluokat ja yhdistelykertoimet Käyttörajatila Käyttörajatila, kuormien yhdistely Käyttörajatila, taipuma Kuorman keston ja kosteusvaikutuksen huomioiva virumaluku k def Rakennelaskelman ohjeellinen runko 1
Perusvaatimukset: Puurakenteet suunnitellaan standardin SFS-EN 1990:2002 ja sitä koskevien liitteiden mukaan. Käytetään rajatilamitoitusta ja ä Täydentävät ohjeet: Kantavat puurakenteet Rajatilamitoituksen periaatteet Jatkuva sortuma huomioidaan. Rakenteille määritellään suunniteltu käyttöikä. Kantavat rakenteet jaetaan vaativuusluokkiin AA, A, B ja C, ja niiden suunnittelijoilta vaaditaan vastaava pätevyys (koulutus ja työkokemus, huom. FISE), jonka toteaa rakennuslupakohtaisesti rakennusvalvontaviranomainen. 2
Rajatilamitoituksen periaatteet Rajatilojen mitoitusmalleissa huomioidaan: - materiaaliominaisuudet - kuorman vaikutusaika, viruminen - kosteus ja lämpotila - sekä asennus- että käytönaikaiset mitoitusolosuhteet - kuormien yhdistely Rajatilat: 1. Murtorajatila 2. Käyttörajatila 3
Murtorajatila (MRT) Murtorajatilassa tarkastellaan rakenteen sortumista, murtumista. Suunnittelun tavoitteena on etsiä riittävän pieni todennäköisyys murtumiselle : 1. kuormien osavarmuuskertoimet 2. materiaalien lujuuksien osavarmuusluvut 4
Murtorajatila Mitoituskuorman aiheuttaman jännityksen oltava pienempi kuin materiaalin vastaava mitoituslujuus: d f d k mod missä d = mitoituskuorman aiheuttama jännitys f d = materiaalin mitoituslujuus k mod = aika- ja käyttöluokan muunnoskerroin f k M = materiaalin ominaislujuus = materiaalin osavarmuusluku f k M 5
Materiaalin osavarmuusluku M Materiaali M Sahatavara ja pyöreä puutavara 1,4 Havusahatavara, lujuusluokka C35 1,25 Liimapuu, LVL 1,2 Puulevyt 1,25 Liitokset *) Naulalevyliitokset: - tartuntalujuus - (teräs)levyn lujuus Kantavat puurakenteet 1,25 1,1 Onnettomuusyhdistelmät 1,0 *) Liitettävän puutuotteen osavarmuuskerroin 6
Kuorman keston ja kosteusvaikutuksen huomioiva lujuuden ja jäykkyyden muunnoskerroin k mod Esim. sahatavara, pyöreä puutavara, liimapuu, LVL ja vaneri Aikaluokka Kantavat puurakenteet Käyttöluokka 1 2 3 Pysyvä 0,60 0,60 0,50 Pitkäaikainen 0,70 0,70 0,55 Keskipitkä 0,80 0,80 0,65 Lyhytaikainen 0,90 0,90 0,70 Hetkellinen 1,10 1,10 0,90 Yo. kertoimet ja myös muiden puulevyjen muunnoskertoimet on annettu taulukossa 3.1 RIL 205-2007 7
Murtorajatila, kuormien yhdistely Kuormitusyhdistelmät: 1. Rakenteen kestävyys 2. Rakenteen staattinen tasapaino 3. Onnettomuustilanne 8
Murtorajatila, kuormien yhdistely Rakenteen kestävyys: 1,15K FI k, j 1,5 K FI 1,35K k,1 FI 1,5 K k, j FI i 1 Ψ 0,i k, i K Ψ k, j k,1 k, i FI 0,i on pysyvän kuorman on määräävän on muun muuttuvan on seuraamusl uokan kuormakerr oin on muun muuttuvan muuttuvan ominaisarvo kuorman kuorman kuorman ominaisarvo ominaisarvo yhdistelykerroin Mikäli pysyvä kuorma lisää rakenteen kestävyyttä kuormitusyhdistelyssä, niin kerroin 1,15 K FI korvataan kertoimella 0,9. 9
Murtorajatila, kuormien yhdistely Rakenteen staattinen tasapaino: 1,1 K FI kj,sup 0,9 K FI kj,inf 1,5 K FI i 1 Ψ 0,i k, i K Ψ kj,sup kj,inf k,1 k, i FI 0,i on epäedullis en pysyvän kuorman ominaisarvo on edullisen pysyvän kuorman ominaisarvo on määräävän muuttuvan kuorman ominaisarvo on muun muuttuvan kuorman ominaisarvo on seuraamusl uokan kuormakerroin on muun muuttuvan kuorman yhdistelykerroin 10
Murtorajatila, kuormien yhdistely Onnettomuustilanne: kj A d Ψ 1,1 k,1 i 1 Ψ 2,i k, i A Ψ kj d k,1 k, i n,i on pysyvän kuorman on onnettomuu skuorman on lumi -, jää - tai on muun muuttuvan on muuttuvan tuulikuorm an ominaisarvo kuorman ominaisarvo kuorman ominaisarvo ominaisarvo yhdistelykerroin Taulukot: 1. Seuraamusluokat ja K FI -kertoimet 2. Yhdistelykertoimet 11
Seuraamusluokat ja K FI -kertoimet 12
Yhdistelykertoimet i 13
Käyttörajatila (KRT) Käyttörajatilassa tarkastellaan kuormien tai kosteuden aiheuttamaa rakenteen taipumaa () tai muodonmuutosta (u) (esim. palkin taipumaa tai lattian värähtelyä) tai rakenteen säilyvyyttä (esim. halkeilua). Suunnittelun tavoitteena on rajoittaa rakenteen muodonmuutos tai halkeilu riittävän pieneksi, ettei se aiheuta vahinkoa pintamateriaaleille, katoille, lattioille ym. tai toiminnalle tai ulkonäölle. EC5:ssa taipuman ja värähtelyn rajoitukset ovat suosituksia (eivät vaikuta turvallisuuteen tai terveyteen). Mikäli tuulikuorma ei ole määräävä muuttuva kuorma, niin sitä ei huomioida käyttörajatilatarkastelussa. 14
Käyttörajatila, kuormien yhdistely Hetkellisen taipuman inst tai muodonmuutostilan u inst laskennassa käytettävä kuorma: k, j k,1 i 1 Ψ 0,i k, i Ψ k, j k,1 k, i 0,i on pysyvän kuorman on määräävän on muun muuttuvan on muun muuttuvan muuttuvan ominaisarvo kuorman kuorman kuorman ominaisarvo ominaisarvo yhdistelykerroin Materiaaliominaisuuksille käytetään kimmo-, liuku- ja siirtymäkertoimien tilastollisia keskiarvoja. 15
Käyttörajatila, taipumarajat Taipumarajoitukset (enimmäisarvot): hetkellinen inst ja lopputilan kokonaistaipuma net,fin ( fin ). Rakenne W inst 1) W net,fin 2) W fin 3) Pääkannattimet L/400 L/300 L/200 Orret ja muut toisiokannattimet Rakennuksen vaakasiirtymä L/200 L/150 H/300 1) Koskee pelkästään lattioita 2) Ei koske tukipisteiden välillä kaarevia tai taitteellisia rakenteita/rakenneosia 3) Koskee esikorotettuja sekä tukipisteiden välillä kaarevia tai taitteellisia rakenteita 16
Käyttörajatila, taipuman laskenta Hetkellinen taipuma inst voidaan laskea eri kuormille ( k, k ) yksikkökuorman (p ref =1kN/m tai F ref =1 kn) aiheuttaman vertailutaipuman ref avulla: inst, inst, inst k k ref ref inst, inst, missä: g k = pysyvä kuorma q k = muuttuva kuorma ref = esimerkiksi: ref 5p ref 384E L 4 0, mean I 3p 20 ref L mean 2 A tai ref F ref 48E L 3 0, mean I 3F 10 ref L mean A 17
Käyttörajatila, taipuman laskenta Kokonaistaipuma net,fin : net,fin fin, fin,,1 fin,,i missä k Ψ fin, fin,,1 fin,,i def 0,_ ja inst, inst,,1 inst,,i on virumaluku Ψ 2,_ (1 k (1 ( ψ def 0,i ) ψ 2,1 ψ k 2,i def k ) def ovat muuttuvan kuorman yhdistelykertoimia ) 18
Käyttörajatila, taipuman osat Taipuman komponentit: c = esikorotus (jos tarpeen) inst = hetkellinen taipuma creep = viruman aiheuttama lisätaipuma fin = kokonaistaipuma net,fin = lopputaipuma inst creep c net,fin fin Lopputaipuma fin (tukitason alapuolelle): fin = inst + creep - c 19
Käyttörajatila, taipuman laskenta Taipumia laskettaessa huomioidaan lisäksi: - massiivisissa palkeissa leikkausmuodonmuutosten aiheuttama lisätaipuma silloin kun L/h 12 (15) - ohutuumaisissa palkeissa aina uuman leikkausmuodonmuutosten aiheuttama lisätaipuma - ristikkorakenteissa liitosten muodonmuutokset - kosteuden aiheuttamat muodonmuutokset 20
Kuorman keston ja kosteusvaikutuksen huomioiva virumaluku k def Aikaluokka Sahatavara, pyöreä puutavara, liimapuu ja LVL Kantavat puurakenteet Vaneri, KERTO- (lappeella) Lastulevy EN 312-4, -5 Lastulevy EN 312-6, -7 Käyttöluokka 1 2 3 0,60 0,80 2,00 0,80 1,00 2,50 2,25 1,50 3,00 2,25 Kova kuitulevy 2,25 3,00 - Puolikova kuitulevy 3,00 4,00 - MDF-levy 2,25 3,00 - Yo. kertoimet ja myös OSB-levyjen muunnoskertoimet on annettu taulukossa 3.2 RIL 205-2007 - - 21
Rakennelaskelman ohjeellinen runko 1. Lähtöarvot Rakenteen luonne ja sijainti Päämitat 2. Kuormitustekijät Kuormat Kuormitukset, -yhdistelmät Aikaluokat 3. Voimasuureet Staattinen käsittely => Momentit, leikkaus- ja normaalivoimat murto- ja käyttörajatiloissa 4. Materiaalit Ominaislujuudet taulukoista Huomioi tarvittavat korjauskertoimet aika- ja käyttöluokan mukaan 5. Mitoitus 22