TIMBER STRUCTURES - PUURAKENTEET Study Book part 1 Timber Portal Frames

STRUCTURAL ENGINEERING II RAKENNESUUNNITTELUSTA 1 TIMBER STRUCTURES - PUURAKENTEET Study Book part 1 Timber Portal Frames

PUURAKENTEET osa 2 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 - Liimapuukäsikirja 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

10 Portal Frames - Liimapuukehät EC5 Esimerkkilaskelmat - EC5 Examples Picture Gluelam Handbook portal spacing s= 3 000 mm straight beams with linear depth variation span= 15 000 mm the height of the column H1= 5000 mm the height of the beam H2=1100 mm portal frame with columns rigidly fixed in the foundations service class 2 and load duration class short dead load gk1= 1,0 kn/m2 dead load gk2= 0.9 kn/m snow load qk1= 2.0 kn/m2 wind load qk2= 0.66 kn/m qk3=-0.62 kn/m

11 RAKENNUSTEKNIIKKA Olli Ilveskoski Picture ArchiCad- Glueglam Portal Object Tool for PreDesign Picture ArchiCad- Glueglam Portal Object Tool for PreDesign 20.08.2005

Portal frame with columns rigidly fixed in the foundations by Woodfocus Frame Programme 12

13

14

15

16

17

18

19

Straight beams with linear depth variation 20 Picture Gluelam Handbook portal spacing s= 3 000 mm straight beams with linear depth variation span= 15 000 mm the height of the column H1= 5000 mm the height of the beam H2=1100 mm portal frame with columns rigidly fixed in the foundations service class 2 and load duration class medium dead load gk1= 1,0 kn/m2 dead load gk2= 1,1 kn/m snow load qk1= 2.0 kn/m2 wind load qk2= 0.66 kn/m qk3=-0.62 kn

Straight beams with linear depth variation By Woodfocus Pogramme 21

22

23

24

25

26

27

28 Check the results manually!

TWO SPAN PURLINS 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. 29 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

TWO SPAN PURLINS by EC5 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. 30 ===================== 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 31

------------------------------------ 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 ===================== 32 KERTOPUUN B X H = 51 X 220 KOKONAISKÄYTTÖASTE 97.4 %

GLUE LAM PORTAL FRAMES - EXERCISE Design the following project according to EC5 33

34 LIIMAPUUHALLI Tehtävänä on suunnitella 2-laivaisen liimapuuhallin runkorakenteet, kun hallin laivan jänneväli on 15m+AA/3, kehäväli 5.2m ja kehän korkeus ulkoseinällä 5.330m ja keskellä runkoa 6.080m. Lähtötiedot riippuvat alkuarvosta AA=syntymäkuukausi. Suunnitelma sisältää seuraavien rakenteiden mitoituksen: 1. Harjapalkin ja vekselipalkin mitoitus 2. Mastojäykistetyn kehän pääpilari P1 3. Rungon keskipilari 4. Päädyn tuulipilari 5. Hallin pituussuuntainen jäykistys 6. Vesikatto-orsi 7. Seinäorsi 8. Liitokset Hallista piirretään plaani, leikkaus ja rakenneleikkaus.

Straight beams with linear depth variation 1. HARJAPALKIN JA VEKSELIPALKIN MITOITUS 35 1.1 Lähtöarvot Hallin staattisen systeemi on jäykkäkantainen kaksinivelkehä. Rungon keskellä olevat pilarit ovat molemmista päistään nivelöity. 1.2 Kuormitussuureet Katon omapaino 0.5 kn/m2 Lumikuorma 1.8 kn/m2 1.3 HARJAPALKKI LP1 MITOITUS ALUSTAVA TAULUKKOMITOITUS: gk := 0.5 qk := 1.8 Fk := 5.2 ( gk + qk) Fk = 11.96 Valitaan LATE:n taulukosta harjapalkki 140x1092, harjakorkeus H=1092, tukikorkeus h=h-7500/20=717mm Laskentalujuudet: fbk := 31 fvk := 2.4 ftk_ := 0.4 ( 1.0 fbk) fb := 1.3 ( 1.0 fvk) fv := 1.3 ( 1.0 ftk_ ) ft_ := 1.3 fb = 23.846 fv = 1.846 ft_ = 0.308

36 Laskentakuormat: Fd := 5.2( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 18.096 L40 Mitoitus taivutukselle: Kokeillaan poikkileikkausta 165 x 732-1043 Taivutusmomentin maksimiarvo saadaan kohdassa: h L b := 165 h := 732 H := 1043 L := 15000 x:= x = 5.264 10 3 H 2 Md := Md σbmax:= Wx L 2 Fd x x2 Fd 2 ( ) b hx 2 Wx := Wx = 2.724 10 7 6 Md = 4.637 10 8 x hx := h + hx = 995.183 20 σbmax= 17.025 CF := 300 hx 1 9 CF = 0.875 fb := CF fb fb = 20.872 OK Mitoitus leikkaukselle: Laskentakuorma: Vd := Fd L 2 Vd = 1.357 10 5 A := b h σv := 3 Vd 2 A σv = 1.686 fv = 1.846 OK

37 Taivutusjännitys harjalla θ := 0.05 ( ) ( ) k1 := 1 + 1.4 tan θ + 5.4 tan θ 2 k1 = 1.084 b = 165 H = 1.043 10 3 Md = 4.637 10 8 W := b H2 6 σmαd := k1 Md W Syitä vastaan kohtisuora jännitys harjalla σmαd = 16.795 < fb = 20.872 OK Vo := 0.01 10 9 165 V:= 311 15000 Vb:= V + 15000732 165 V = 3.849 10 8 2 2 Vb = 1.464 10 9 OK 3 kp := 0.2 tan( θ) kp = 0.01 kdis := 1.4 ft_ = 0.308 σt90d kp Md 0.2 Vo := σt90d = 0.155 < a := kdis ft_ a = 0.208 W V OK Harjapalkin taipuma käyttötilassa: h H = 0.702 χ := 1.7 H3 E := 8500 I2 := b 12 w := χ Fk L 4 100 E I2 L w = 77.619 wsall := wsall = 93.75 OK 160

38 1.4 VEKSELIPALKIN LP3 MITOITUS: L := 10400 Fd := 2 Vd Fd = 2.714 10 5 fb = 20.872 Mitoitus taivutukselle: Md Fd L Md := Md = 7.057 108 Wtarp := Wtarp = 3.381 10 7 4 fb b = 165 Htarp 6 ( Wtarp) := Htarp = 1.109 10 3 b valitaan b x h = 165 x 1125 Mitoitus leikkaukselle: b = 165 h := 1125 Vd = 1.357 10 5 σv := ( 3 Vd) 2 b h σv = 1.097 fv = 1.846 OK Taipuma käyttötilassa: F := 15000Fk F = 1.794 10 5 I := b h3 12 L := 10200 E = 8.5 10 3 w := L 3 F 48 E I w = 23.834 L wsall := 160 wsall = 63.75 OK

Portal frame with columns rigidly fixed in the foundations Load cases 2. MASTOJÄYKISTETYN KEHÄN PÄÄPILARIN P1 MITOITUS Suunnitellaan hallin ulkoseinillä olevat kehän P1- pilarit runkoa jäykistäviksi liimapuukehän mastopilareiksi. Eri kuormitustapausten voimasuureet lasketaan yksilaivaisen hallin taulukkokaavojen mukaan. Hallin keskipilari on tuettu alapäästään nivelisesti poikkisuunnassa. Kuormitustapaus 1: kesä ja tuuli 39 Voimasuureet: Tuulen aiheuttama momentti yksilaivaisen kehän mastopilarille: L := 4598 q1 := 1.6 5.2 0.5 q2 := 0.2 q1 Fh := [ 3 ( q1 + q2) ] L 8 1 Mdtuuli 8 q1 L2 1 := + 2 Fh L Mdtuuli = 3.078 107 L 2 ( 5 q1 + 3 q2) MdBtuuli := MdBtuuli = 3.078 10 7 16 L 2 MdCtuuli := 5.6 q1 MdCtuuli = 3.078 10 7 16 Räystään aiheuttama momentti: F1 := 1.6 5.2 1.0 0.5 10 3 F2 := 0.2 F1 Lp1 := 4.59810 3 Mdraystas := ( F1 + F2) Lp1 Mdraystas = 2.295 10 7 Mdraystas = 2.295 10 7 Epäkeskisyyslisä: vaakakuormalisä Hde ja tuennan epäkeskisyys e=0 mm Fd := 5.2 ( 1.2gk) Ndp1 := 0.9 ( 7500 Fd) Ndp1 = 2.106 10 4 Ndp1 Hde := ed := 0 150 Mde := Hde Lp1 + Ndp1 ed Mde = 6.456 10 5 Kuormitustapaus 1: P1- pilarin laskentakuormat Mdp1 ja Ndp1 Mdp1 := Mdtuuli + Mdraystas + Mde Mdp1 = 5.438 10 7 Ndp1 := Ndp1 Ndp1 = 2.106 10 4

Load case 1 40 Pääpilarin P1 mitoitus: Kuormitustapaus 1 Kokeillaan poikkileikkausta b x h = 140 x 360, aikaluokka C. Lujuudet: fbk := 31 fck := 30 fc := 1.3 fck 1.3 1 CF := 300 hx 9 fbk fb := CF 1.3 1.3 fb = 27.133 Kuormitukset: Ndp1 = 2.106 10 4 Mdp1 = 5.438 10 7 Mitoitus: Lp1 = 4.598 10 3 Lo := 2.5 L b := 140 h := 360 A := b h W := b h2 6 i := 0.289h Lo λ := i λ = 110.486 ks := 0.18 σc := Ndp1 A Mdp1 σb := W σc ks fc σb + = 0.74 fb OK

Load case 2 41 Kuormitustapaus 2: talvi ja paljon lunta Voimasuureet: Fd := 5.2 ( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 18.096 Epäkeskisyyslisä: vaakakuormalisä Hde ja tuennan epäkeskisyys e=0 mm Ndp1 := 1.2 ( 7500 Fd) Ndp1 = 1.629 10 5 Ndp1 Hde := ed := 0 150 Mde := Hde Lp1 + Ndp1 ed Mde = 4.992 10 6 Kuormitustapaus 2: P1- pilarin laskentakuormat Mdp1 ja Ndp1 Mdp1 := ( Mde) Mdp1 = 4.992 10 6 Ndp1 := Ndp1 Ndp1 = 1.629 10 5

42 Pääpilarin P1 mitoitus: kuormitustapaus 2 kokeillaan poikkileikkausta b x h = 140 x 360 aikaluokka B. Lujuudet: Kuormitukset: fbk := 31 CF := 300 hx 1 9 Ndp1 = 1.629 10 5 fck := 30 fbk fb := CF 1.0 1.3 fc := 1.0 fck 1.3 fb = 20.872 Mdp1 = 4.992 10 6 Mitoitus: Lp1 = 4.598 10 3 Lo := 2.5 L b := 140 h := 360 A := b h W := b h2 6 i := 0.289h Lo λ := i λ = 110.486 ks := 0.18 σc := Ndp1 A Mdp1 σb := W σc ks fc σb + = 0.857 fb OK

43 Load case 3 Kuormitustapaus 3: talvi ja paljon lunta ja tuuli Voimasuureet: Tuulen aiheuttama momentti yksilaivaisen kehän mastopilarille: L := 4598 q1 := 0.8 5.2 0.5 q2 := 0.2 q1 Fh := [ 3 ( q1 + q2) ] L 8 Mdtuuli := 1 8 q1 L2 + 1 2 Fh L Mdtuuli = 1.539 10 7 Räystään aiheuttama momentti: F1 := 0.8 5.2 1.0 0.5 10 3 Mdraystas := ( F1 + F2) Lp1 F2 := 0.2 F1 Lp1 := 4.59810 3 Mdraystas = 1.148 10 7 Mdraystas = 1.148 10 7 Epäkeskisyyslisä: vaakakuormalisä Hde ja tuennan epäkeskisyys e=0 mm Fd := 5.2( 1.2 gk + 1.6 qk) Ndp1 := Mde := 1.2 ( 7500 Fd) Hde Lp1 + Ndp1 ed Ndp1 = 1.629 10 5 Fd = 18.096 Ndp1 Hde := 150 Mde = 4.992 10 6 ed := 0 Kuormitustapaus 3: P1- pilarin laskentakuormat Mdp1 ja Ndp1 Mdp1 := Mdtuuli + Mdraystas + Mde Ndp1 := Ndp1 Mdp1 = 3.186 10 7 Ndp1 = 1.629 10 5

44 Pääpilarin P1 mitoitus: kuormitustapaus 3 kokeillaan poikkileikkausta b x h = 140 x 360 aikaluokka C. Lujuudet: fbk := 31 fck := 30 fc := 1.3 fck 1.3 hx := 360 1 CF := 300 hx 9 fbk fb := CF 1.3 1.3 fb = 30.378 Kuormitukset: Ndp1 = 1.629 10 5 Mdp1 = 3.186 10 7 Mitoitus: Lp1 = 4.598 10 3 Lo := 2.5 L b := 140 i := 0.289h h := 360 Lo λ := i A := b h λ = 110.486 W := b h2 6 ks := 0.18 σc := Ndp1 A Mdp1 σb := W σc ks fc σb + = 0.945 fb OK

45 Load case 4 Pääpilarin P1 mitoitus: kuormitustapaus 4 kokeillaan poikkileikkausta b x h = 140 x 360 aikaluokka C. Lujuudet: fbk := 31 1 fck := 30 fc := 1.3 fck 1.3 CF := 300 hx 9 fbk fb := CF 1.3 1.3 fb = 30.378 Kuormitukset: Ndp1 = 7.16 10 4 Mdp1 = 5.593 10 7 Mitoitus: Lp1 = 4.598 10 3 Lo := 2.5 L b := 140 h := 360 A := b h W := b h2 6 i := 0.289h Lo λ := i λ = 110.486 ks := 0.18 σc := Ndp1 A Mdp1 σb := W σc ks fc σb + = 0.872 fb OK

46 Kuormitustapaus 4: talvi ja lunta ja kova tuuli Voimasuureet: Tuulen aiheuttama momentti yksilaivaisen kehän mastopilarille: L := 4598 q1 := 1.6 5.2 0.5 q2 := 0.2 q1 Fh := [ 3 ( q1 + q2) ] L 8 Mdtuuli := 1 8 q1 L2 + 1 2 Fh L Mdtuuli = 3.078 10 7 Räystään aiheuttama momentti: F1 := 1.6 5.2 1.0 0.5 10 3 Mdraystas := ( F1 + F2) Lp1 F2 := 0.2 F1 Lp1 := 4.59810 3 Mdraystas = 2.295 10 7 Mdraystas = 2.295 10 7 Epäkeskisyyslisä: vaakakuormalisä Hde ja tuennan epäkeskisyys e=0 mm Fd := 5.2 ( 1.2 gk + 0.8 qk) Fd = 10.608 Ndp1 := Mde := 0.9 ( 7500 Fd) Hde Lp1 + Ndp1 ed Ndp1 = 7.16 10 4 Ndp1 Hde := 150 Mde = 2.195 10 6 ed := 0 Kuormitustapaus 2: P1- pilarin laskentakuormat Mdp1 ja Ndp1 Mdp1 := Mdtuuli + Mdraystas + Mde Ndp1 := Ndp1 Mdp1 = 5.593 10 7 Ndp1 = 7.16 10 4

47 RAKENNUSTEKNIIKKA Middle row columns rigidly fixed in the foundations 3. RUNGON KESKIPILARIEN P8 MITOITUS Kuormitustapaus 3: talvi ja paljon lunta ja tuuli Pilari P8 mitoitetaan hallin poikkisuunnassa molemmista päistään nivelisesti tuettuna, hallin pituussuunnassa mastopilarina. Voimasuureet hallin pituussuunnassa: Pilari 8 Momentti keskilinjan pilarille P8: Lasketaan useampilaivaisen rakennuksen vaakakuormitusten mukaan L := 5000 q1 := 0.8 5.0 0.5 q2 := 0.2 q1 Sivuttaistuetun rakenteen 0- momentti: M10 := 1 8 q1 L2 Sivusiirtyvän rakenteen 1-momentit: Yläpään tukireaktiot jaetaan jäykkyyksien suhteessa, keskilinjalla tasajäykkiä P8- pilareita 6 kpl : M10 = 6.25 10 6 Vaakavoima tuulesta Fhtuuli := [ 3 ( q1 + q2) ] L Fhtuuli = 4.5 10 3 8 Räystään vaakavoima: Vaakakuormalisä Hd F1 := 0.8 5.0 1.0 0.5 10 3 F2 := 0.2 F1 Fhräystäs := F1 + F2 Fhräystäs = 2.4 10 3 Fd := 10.4 ( 1.2 gk + 1.6 qk) Fd = 36.192 Ndp8 := ( 15000Fd ) Ndp8 = 5.429 10 5 6 Ndp8 Hd := Hd = 2.172 10 4 150 Vaakakuormat yhteensä hallin pituussuunnassa 6 pilarille: Fh := Fhtuuli + Fhräystäs + Hd Fh = 2.862 10 4 Vaakakuorma yhtä P8-pilaria kohti, kun kaikki 6 kpl pilareita ovat tasajäykkiä: Fh Fhp := Fhp = 4.769 10 3 6 Keskilinjan ulkoseinäpilarin momentti M1 ja keskipilarin momentti M2 M11 := Fhp L M1 := M10 + M11 M1 = 3.01 10 7 M21 := Fhp L M2 := M21 M2 = 2.385 10 7

48 Pilarin P8 mitoitus: kuormitustapaus 3 kokeillaan poikkileikkausta b x h = 165x855 aikaluokka C. hx := 855 b := 165 L = 5 10 3 Lujuudet: fbk := 31 CF := 300 hx 1 9 fck := 30 fbk fb := CF 1.3 1.3 fc := 1.3 fck 1.3 fb = 27.595 Kuormitustapaus 3: P8- pilarin laskentakuormat Mdp8 ja Ndp8 Voimasuureet hallin pituussuuntaan: Mdp8 := M2 Mdp8 = 2.385 10 7 Ndp8 = 5.429 10 5 Mitoitus: L = 5 10 3 Lo := 2.5 L b := 165 h := 855 A := b h W := b h2 6 i := 0.289 h Lo λ := i λ = 50.588 ks := 0.18 σc := Ndp8 A Mdp8 σb := W σc ks fc σb + = 0.756 fb OK Keskipilarin mitoitus hallin poikkisuuntaan? Pilari on silloin molemmista päistään nivelöity, nurjahduskerroin 1.0, kuormituksena ainoastaan normaalivoima.

End wall wind columns 4. TUULIPILARIN P4 MITOITUS 49 Tuulipilarin P4 mitoitus: Kuormitustapaus 4: talvi ja lunta ja kova tuuli kokeillaan poikkileikkausta b x h = 140x225 aikaluokka C. Lujuudet: hx := 225 b := 140 L := 5.83 10 3 fbk := 31 fck := 30 fc := 1.3 fck 1.3 9 300 CF fbk := fb := CF 1.3 fb = 32.007 hx 1.3 1 Voimasuureet: Kuormitustapaus 4: P4- pilarin laskentakuormat Mdp4 ja Ndp4 qwd := 1.6 5.0 0.5 M1 := qwd L2 M1 = 1.699 10 7 Mdp4 := M1 8 9 Mf := 128 qwd L2 Mf = 9.559 10 6 qsd := 0.8 1.8 gd := 1.2 0.5 A := 5 2.6 Ndp4 := A ( qsd + gd) Ndp4 = 26.52 Mitoitus: L = 5.83 10 3 Lo := 0.8 L b := 140 h := 225 A := b h W := b h2 6 Lo i := 0.289 h λ := λ = 71.726 ks := 0.4 i Ndp4 10 3 Mdp4 σc := σb := A W σc ks fc σb + = 0.52 fb OK

Bracing 5. HALLIN PITUUSSUNNTAINEN JÄYKISTYS 50 Hallin pituussunntainen jäykistys hoidetaan ristikkorakenteilla kattotasolla vaakasuunnassa ja pilariväleissä pystysuunnassa. Kattotason kokonaisvaakakuormitukseksi oletetaan noin 60 kn, mikä aiheuttaa seinän diagonaalijäykisteeseen noin 30 kn vaakasuoran kuormituksen.

Purlins 51 6. VESIKATTO-ORSI Laskentalujuudet: fbk := 20 1.0 fbk fb := 1.3 fb = 15.385 T24 2 Ek:= 6500 fvk := 2 1.0 fvk fv := 1.3 fv = 1.538 Kuormitukset: q := 1.8 g := 0.3 L := 5.2 Voimasuureet: Fd := 0.9 ( 1.2 0.3 + 1.6 1.8) Fd = 2.916 Fk := 0.9 ( 0.5 + 1.8) Fk = 2.07 L := 5200 By := 0.625Fd L By = 9.477 10 3 Qdmax:= By Mdmax:= 0.125Fd L 2 Mdmax = 9.856 10 6 Mitoitus taivutukselle: b := 75 Mdmax Wtarp := Wtarp = 6.406 10 5 fb 6 Mdmax h := h = 226.388 fb b Taipumatarkastelu päästään tuetun ulokepalkin mukaan: ( ) L Fk L 4 3 y := I1 := h1 := 12 I1 h1 = 197.856 200 185 Ek y b Vertaa yksiaukkoinen palkki: 5 ( Fk L 4 ) 3 I2 := h2 := 12 I2 h2 = 265.228 384 Ek y b Mitoitus leikkaukselle: b = 75 h := 250 A := b h 3 Qdmax τ := τ = 0.758 <fv OK 2 A

52 RAKENNUSTEKNIIKKA Side wall girts 7. SEINÄORSI Aikaluokka C Laskentalujuudet: fbk := 20 fb T24 2 Ek := 6500 fvk := 2 fv 1.3 fbk := fb = 20 1.3 1.3 fvk := fv = 2 1.3 Kuormitukset: qk := 1.8 L := 5.2 Fk := 1.2 0.5 Fd := 1.2 ( 1.6 0.5) Fd = 0.96 Voimasuureet: L := 5200 By := 0.625Fd L By = 3.12 10 3 Qdmax:= By Mdmax:= 0.125Fd L 2 Mdmax = 3.245 10 6 Mitoitus taivutukselle: b := 50 Mdmax Wtarp := Wtarp = 1.622 10 5 fb 6 Mdmax h := h = 139.531 fb b Taipumatarkastelu päästään tuetun ulokepalkin mukaan: ( ) L Fk L 4 3 y := I1 := h1 := 12 I1 h1 = 149.89 200 185 Ek y b Vertaa yksiaukkoinen palkki: 5 ( Fk L 4 ) 3 I2 := h2 := 12 I2 h2 = 200.929 384 Ek y b Mitoitus leikkaukselle: b = 50 h := 150 A := b h 3 Qdmax τ := τ = 0.624 <fv OK 2 A

Connections Beam to Column Connection 8. LIITOKSET LIIMAPUUPILARIN JA -PALKIN VÄLINEN LIITOS: Voimasuureet kuormitustapaus 4 mukaan: 53 Ndp1 = 7.16 10 4 Hd := Ndp1 150 F1 := 1.6 5.2 1.0 0.5 10 3 F1 = 4.16 10 3 Fr := F1 Fd := Hd + Fr F'd := 0.2 Fd L := 4.598 10 3 q1 := 1.6 5.2 0.5 q2 := 0.2 q1 Palkin normaalivoima L Fh := 2.4 q1 Fh = 2.869 10 3 16 X := 3 L ( q1 q2) X = 2.869 10 3 OK 16 ( Fd + F'd) F := 2 + Fh F = 5.652 10 3 PULTTILIITOKSEN MITOITUS: L1 := 150 L2 := 150 L1 + ( L2) L1 q1 := F q2 L2 := L2 F q1 = 1.13 10 4 q2 = 5.652 10 3 M16 d := 16 k2 := 0.58 fy := 240 Fk 34 d 2 fy := 0.5( 1 + k2) Fk = 7.736 10 3 240 Fk Fdu := 1.3 Fdu = 5.951 10 3 > F = 5.652 10 3 OK

Column to Foundation Connection 54 PILARIN PULTTIKIINNITYS PERUSTUKSIIN Kuormitustapaus 4: talvi ja lunta ja kova tuuli Ndp1 = 7.16 10 4 Mdp1 = 5.593 10 7 Vetovoima pulttia kohti: N := Ndp1 M := Mdp1 n := 6 ep := 300 F := 2 M n ep N n F = 5.021 10 4 Ap π 19 2 := 2 F σt := Ap σt = 177.092 σsall := 235 L := 600 d := 19 Fmax:= 1.5 ( 15 + 7.5 d) ( L 1.5 d) Fmax= 1.35 10 5 OK

55 More to come 16.11.2005 Purlins Bracing Fixing details WALL BRACED PORTALS MULTISOTERY TIMBER HOUSES SPECIAL STRUCTURES