Pöyry Finland Oy PL 52 (Jaakonkatu 3) FI-01621 Vantaa Finland Kotipaikka Vantaa, Finland Y-tunnus 0689033-1 Puh. +358 10 3311 Faksi +358 10 33 21764 Päiväys RAKENNELASKELMARAPORTTI Viite Asiakasviite Sivu 1 (53) Yhteyshlö Seppo Honkanen seppo.honkanen@poyry.com LAPPEENRANNAN KAUPUNKI JÄÄHALLIN RISTIKOIDEN LUJUUSTARKASTELU JA VAHVISTAMINEN Muutos Päiväys Suunnittelija Tarkastaja Hyväksyjä Erittely 0 21.9.2016 IKran R1 14.10.2016 IKran RPas RJyr Mitoitusta päivitetty R2 03.05.2017 JTuo SHon RJyr
Sivu 2 (53) SISÄLLYSLUETTELO 1. KOHTEEN KUVAUS... 4 2. LASKENTAMALLI... 5 2.1 Rakenneosat... 6 3. MITOITUSPERUSTEET... 8 3.1 Normi ja suunnitteluarvot... 8 3.2 Kuormat... 11 4. MITOITUS... 13 4.1 Laskentamallin ja koekuormitustilanteen vertailu... 13 4.2 Murtorajatila normien mukaisella lumikuormalla 2,2 kn/m2... 15 4.3 Murtorajatila, Omapaino... 17 4.4 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli... 18 4.5 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli + Lumikuorma x... 19 4.6 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli + Lumikuorma 1,5 kn/m2, nykytilanne... 20 4.7 Käyttörajatila... 21 4.8 Harjan leimapaine... 21 4.9 Onnettomuustilanne... 24 4.10 Vaurioituneen yläpaarteen kapasiteetti... 25 4.11 Palomitoitus... 27 4.12 Pilarit... 27 5. YHTEENVETO... 29 6. LIIMAPUURISTIKON VAHVISTAMINEN TERÄSRISTIKOILLA... 31 6.1 Teräsristikko... 31 6.2 Katto- orret... 40 6.3 Liitosdetaljiikkaa... 42 7 ANTUROIDEN KAPASITEETTITARKASTELUT... 44 7.1 Yleistä... 44 7.2 Laskentaperusteet... 45 Alkuperäiset laskelmat... 45 Tarkistuslaskelmat... 45 Anturoissa ja peruspilareissa käytetyt betoni- ja raudoitelaadut... 46
Sivu 3 (53) Anturoiden mitat ja raudoitus... 46 7.3 Anturakuormat pohjoissivulla ja mitoitus sallittujen jännitysten mukaan... 47 7.4 Pohjoissivun anturoiden korjaustarve... 48 7.5 Anturakuormat eteläsivulla ja mitoitus sallittujen jännitysten mukaan... 50 7.6 Eteläsivun anturoiden korjaustarve... 51 7.7 Peruspilarit... 53
Sivu 4 (53) 1. KOHTEEN KUVAUS Tässä dokumentissa on esitetty Lappeenrannan jäähallin kattoristikon lujuustarkastelut. Halli on tehty vuonna 1972. Hallin laajennus ja kattorakenteiden uusiminen toteutettiin vuonna 1982 1983 välisenä aikana. Vuonna 2004 jäähallille tehtiin peruskorjaus ja uusi laajennus. Vuonna 2004 jäähallille tehtiin myös kosteustekninen kuntotutkimus ja kattoristikoiden tarkemittaus. Vuonna 2007 hallille on tehty kuntoselvitys, missä havaittiin useita halkeamia, jotka ylittävät useat ohjeiden mukaiset arvot. Kuntoselvityksessä suositeltiin myös jatkotutkimusta rakenteille ennen muita saneerauksia. Vuonna 2008 kattoristikolle on tehty koekuormitus, minkä perusteella katon sallituksi lumikuormaksi on määritetty 1,5 kn/m2 (Lappeenrannan jäähallin koekuormituslausunto 22.7.2008), mikä alittaa normien mukaisen kuorman 2,2 kn/m2. Aikaisemmat saneeraukset ovat nostattaneet kattorakenteiden omaa painoa, joka on huomioitu laskelmissa. Nykynormien mukaan ristikoiden todennäköinen suunniteltu käyttöikä on 50 vuotta (EN1990, 2.3), jonka perusteella hallin suunniteltu käyttöikä päättyy vuonna 2022. Lähtötiedoista ei ilmene mikä rakennuksen alkuperäinen suunnittelu käyttöikä on. Rakennus on käyttöiän elinkaaren loppupuolella. Tässä dokumentissa noudatetaan Laki laajarunkoisten rakennusten rakenteellisen turvallisuuden arvioinnissa (300/2015) Lainsäädäntöä. Kohteesta on tehty erillinen kuntotutkimusraportti ja lausunto.
Sivu 5 (53) 2. LASKENTAMALLI Kattoristikon lujuuslaskennassa on käytetty Autodesk Robot Analysisi professional 2015 ohjelmaa. Laskentamalliin on mallinnettu viisi ristikkoa Kuvan 1 esittämällä tavalla. Kuva 1. FEM-malli Ristikkojako on 4,1 metriä ja ristikon jänneväli on 52,5 metriä. Laskenta on suoritettu epälineaarisella menetelmällä, missä vetotangot ottavat vastaan vain vetoa. Kuvassa 2 on esitetty ristikon toimntaperiaate. Ristikkorakenne on ns. vetotangollinen kolminivelkattotuoli palkkien (yläpaarre) alapuolisella sekundääriristikolla. Kuva 2. Ristikon rakennemalli Ristikon rakennemalli on saatu vanhoista laskelmista ja tieto vahvistettu paikanpäällä tehdyistä havainnoista. Puristusvertikaalit liittyvät nivelellisesti paarteeseen.
Sivu 6 (53) 2.1 Rakenneosat Kuva 3. Kattoristikon rakenneosat Alla olevassa taulukossa on esitetty rakenneosat, poikkileikkaukset ja materiaali: Rakenneosa Poikkileikkaus Materiaali Katto-orret 45x225, k-k936 L40 Yläpaarre 2x90x700 L40 Vertikaali V1 116x266 L30 Vertikaali V2 140x266 L30 Vertikaali V3 190x266 L30 Vetotanko D25 HJS70 Pilari 240x500 L30 Taulukko 1. Poikkileikkaukset Lujuusluokat L40 ja L30 ovat vanhoja lujuusluokkia, joita ei enää eurokoodeissa käytetä. Kuvassa 4 on esitetty liimapuiden lujuusominaisuudet:
Sivu 7 (53) Kuva 4. Lujuusominaisuudet HJS70 teräs on kylmämuokattua korkealujuusterästankoa, jonka murtolujuus on 700 MPa.
Sivu 8 (53) 3. MITOITUSPERUSTEET 3.1 Normi ja suunnitteluarvot Mitoitus suoritetaan Eurokoodin mukaan seuraavia standardeja käyttäen: Suunnitteluperusteet: Kuormat: Lumikuormat: Tuulikuormat: Teräs: Teräs, palomitoitus: Puu: Puu, palomitoitus: EN1990 EN1991-1-1 EN1991-1-3 EN1991-1-4 EN1993-1-1 EN1993-1-2 EN1995-1-1 EN1995-1-2 Sallitut taipumat ovat seuraavat: Rakenteen taipuma pystysuunnassa: L/150-L/300 Rakenteen taipuma sivusuunnassa (pilarit): L/150 Ristikot on mitoitettu seuraamusluokassa CC3 Ristikko mitoitetaan olettaen, että se on täysin ehjä. Ehjän ristikon mitoituksen jälkeen tutkitaan mitä vaikutuksia halkeilleella ristikolla on kapasiteettiin. Alla on listattu muita suunnitteluarvoja, mitä mitoituksessa on käytetty Puurakenteet: Rakenteet sijaitsevat sisätilassa, missä voi olla ajoittain suuri ilman suhteellinen kosteus. Mitoitetaan puurakenteet käyttöluokassa 2 (SFS-EN 1995-1-1, 2.3.1.3). Tästä saadaan taulukon 2 mukaiset muunnoskertoimet aikaluokittain: Taulukko 2. k mod -arvot [EN1995-1-1, Taulukko 3.1] Suunnittelukuormat:
Sivu 9 (53) Lujuuden mitoitusarvot lasketaan alla olevan kaavan mukaan: Missä: X d on lujuusominaisuuden mitoitusarvo k mod.i on aikaluokan muunnoskerroin X k on lujuusominaisuuden ominaisarvo γ M on liimapuun osavarmuuskerroin Taulukossa 3 on esitetty puun lujuuden mitoitusarvot eri aikaluokissa ja eri materiaaleille.
Sivu 10 (53) Taulukko 3. Puumateriaalien mitoitusarvot Teräsrakenteet: Vetotankojen vetolujuus vanhojen laskelmien mukaan on laskettu sallittujen jännitysten perusteella, mikä on 182,1 kn. Nykynormien mukaan mitoitus tehdään murtorajatilassa eri tavalla. Vetotangon heikon kohta on sen liitos kierteen kohdalla. Alla on laskettu Vetotangon vetolujuus nykynormien mukaan:
Sivu 11 (53) Vetotankojen mitoittamissa käytetään nykynormeilla laskettua 241,5 kn vetolujuutta. 3.2 Kuormat Rakenteisiin kohdistuvat pysyvät kuormat ja normien mukaiset luonnonkuormat ovat esitetty taulukossa 4: Kuvaus Kuorma Aikaluokka Omapaino Mallissa Pysyvä Kattorakenne 0,5 kn/m2 Pysyvä Ripusteet 0,05 kn/m2 Pysyvä Lumikuorma 2,2 kn/m2 Keskipitkä Mediakuutio 12 kn Pysyvä Tuulikuorma 0,325-0,650 kn/m2 Lyhytaikainen Taulukko 4. Kuormat Aikaluokat ovat EN1995-1-1 taulukoiden 2.1 ja 2.2 mukaisia. Kattorakenne koostuu seuraavista rakenneosista: - 2 x bitiumhuopa - Ponttilaudoitus - Koolaus 50x75 k900 - Orret LP 42x225 k936 - Mineraalivilla 170 mm Ripusteet koostuvat valaisimista ja IV-laitteista Tuulikuorma on laskettu maastoluokalle 2. Painepuolelle kohdistuu 0,650 kn/m2 tuulikuorma ja imupuolelle 0,325 kn/m2 kuorma. Tuulikuorma kohdistuu katolle projektiokuormana. Pilareille ei tule tuulikuormaa, koska ristikkoa tukevien pilareiden ympärillä on muita rakenteita, jotka ottavat tuulikuorman vastaan. Eteläpuolen pilareiden päässä on liukutuki. Liukutuen kitka otetaan huomioon laskelmissa vaakakuormana pilarin päässä.
Sivu 12 (53) Mediakuution paino muihin kuormiin verrattuna on hyvin pieni. Katto on mitoitettu alun perin 1,8 kn/m2 lumikuormalle, mikä on pienempi kuin nykynormien mukainen lumikuorma 2,2 kn/m2. Vuonna 2008 kattoristikoille tehdyn koekuormituksen perusteella katolle on määritetty sallituksi lumikuormaksi 1,5 kn/m2, mikä tarkoittaa sitä, että katon lumitilannetta on seurattava ja varmistettava lumen poistolla ettei tuota sallittua lumikuormaa 1,5 kn/m2 ylitetä. Koekuormana käytettiin painoja pitkin ristikkoa kymmenessä eri paikkaa. Neljä pistekuormaa olivat arvoltaan 62 kn/piste ja loput kuusi pistekuormaa 72 kn/piste. Kuormien summa on verrattavissa 2,25 kn/m2 tasokuormaan (lumikuorma). Koekuormitukstutkimuksen perusteella ristikoiden toimintaa pidettiin elastisena ja turvallisena (Lappeenrannan jäähallin koekuormituslausunto, 22.7.2008).
Sivu 13 (53) 4. MITOITUS Seuraavissa kappaleissa on esitetty murto- ja käyttörajatilan tulokset. Ensin tarkastetaan mallin toimivuus koekuorma tapauksella. 4.1 Laskentamallin ja koekuormitustilanteen vertailu Selvitetään toimiiko FEM-malli samalla tavalla kuin todellinen rakenne vertailemalla laskennallisia taipumia todellisiin taipumiin, mitkä on saatu koekuormituksesta. Vuonna 2008 tehdyn koekuormituksen mukaan ristikko, jota kuormitettiin, taipui 211 mm. Viereiset ristikot, joita ei kuormitettu, taipuivat 26 mm ja siitä edelleen seuraavat ristikot taipuivat 2 mm. Koekuormituksen tulosten perusteella on todettu, että 74 % koekuormasta kantoi kuormitettava ristikko ja 26 % siirtyi viereisille. Tämän perusteella on vertailulaskennassa käytetty kertoimella 0,74 kerrottuja koekuormia 72 kn (6 kpl) ja 62 kn Kuvassa 5 on esitetty kuormitustapaus alennetuilla painoilla (muut ristikot eivät taivu): Kuva 5. Koekuormitus Kuvassa 6 on esitetty koekuormitetun yläpaarteen taipumat.
Sivu 14 (53) Kuva 6. Koekuormitus Yläpaarre taipuu 286 mm. Taipumien väliset erot FEM-mallin ja koekuormitus tuloksien välillä ovat suuret. Taipumat riippuvat myös miten kuorma on jakautunut yläpaarteelle. Lasketaan taipuma jos koekuormaa vastaava viivakuorma kohdistuisi yläpaarteeseen (pintakuorma 2,34 kn/m2). Kuva 7. Koekuormitusta vastaava viivakuorma Taipumat ovat 271 mm. FEM-malli ei toimi aivan kuten todellinen rakenne. Todellinen rakenne on hieman jäykempi, eli liitokset eivät ole aivan ideaaliniveliä ja/tai liimapuumateriaalin kimmomoduuli on suurempi kuin oletettu. Kun kimmomoduuli on 40 000 MPa (4,7 kertainen ilmoitetusta), niin taipumat ovat 215 mm, mikä on lähellä koekuorman taipumaa. Kimmomoduuli ei voi todennäköisesti olla näin suuri. Koekuormissa havaittiin, että pilarit taipuivat ulospäin, mikä tarkoittaa sitä, että pilarin liukutuki on oletettua jäykempi. Jos liukutuki on kiinteä nivel ja kimmomoduuli on 15 000 MPa, niin taipumat ovat 211 mm, mikä vastaa koekuormituksen taipumaa. Tämä vaikuttaa järkevältä koska eurokoodinmukaiset kimmokertoimet vastaavalle liimapuulle on luokkaa 13 000 MPa. Tässä tapauksessa pilarit rasittuvat erittäin paljon ja ne eivät laskennallisesti kestä jos liukutuki muutetaan kiinteäksi niveleksi.
4.2 Murtorajatila normien mukaisella lumikuormalla 2,2 kn/m2 Rakennelaskelmat Sivu 15 (53) Alla on listattu puupoikkileikkausten ja rakenteiden käyttöasteet 2,2 lumikuormalle ja pysyville kuormille, mutta ilman mediakuutiota: Yläpaarre: 2x90x700 145 % Vertikaali V1: 116x266 16 % Vertikaali V2: 140x266 54 % Vertikaali V3: 190x266 69 % Alla on listattu puupoikkileikkausten ja rakenteiden käyttöasteet mediakuution kanssa. Yläpaarre: 2x90x700 147 % Vertikaali V1: 116x266 16 % Vertikaali V2: 140x266 54 % vertikaali V3: 190x266 69 % Mediakuutiolla on hyvin pieni vaikutus yläpaarteen kapasiteettiin. Tarkastellaan hieman tarkemmin yläpaarteen käyttöasteita, ja miten käyttöaste muuttuvat tuelta harjaa kohti. Kuvassa 8 on esitetty yläpaarteen ja puristussauvojen käyttöasteet tarkemmin: Kuva 8. Yläpaarteen käyttöasteet Suurimmat käyttöasteet ovat maksimimomentin kohdassa. Suurimmat käyttöasteet tulevat vetotangoille, joka menee tuelta tuelle. Taulukossa 5 on merkitty vetotankojen normaalivoimat ja käyttöasteet murtorajatilassa. Kuvassa 9 on esitetty vetotankojen numerointi. Kuva 9. Vetotankojen numerointi
Sivu 16 (53) Taulukko 5. Vetotankojen käyttöasteet Vetotangot eivät kestä myöskään kuormitusta. Yläpaarteen käyttöasteen ylitys on suuri. Tutkitaan yläpaarretta tarkemmin. Kuvassa 10 on esitetty yläpaarteen leikkauskuvaaja ja kuvassa 11 momenttikuvaaja. Kuva 10. Yläpaarteen leikkauskuvaaja Kuva 11. Yläpaarteen momenttikuvaaja Ensimmäinen vertikaalin ja vetotangon muodostama rakenne on joustava mikä aiheuttaa sen, että yläpaateen taivutusmomentti on selvästi isompi verrattuna alkuperäisellä laskentamallilla laskettuun taivutusmomenttiin, kuva 12.
Sivu 17 (53) Kuva 12. Yläpaarteen momenttikuvaaja vanhalla menetelmällä Momentin huiput keskittyvät lähelle harjaa. Kuntoselvitysraportissa on myös todettu, että lähellä harjaa ovat suurimmat vauriot. Lähellä harjaa olevat vauriot ovat todennäköisesti muodostuneet ympäristöolosuhteista. Myös lähellä tukea on havaittu halkeamia. 4.3 Murtorajatila, Omapaino Tässä on esitetty lyhyesti käyttöasteet, kun ristikkoa kuormittaa oma paino. Kuvassa 13 on esitetty yläpaarteen ja puristussauvojen käyttöasteet: Kuva 13. Yläpaarteen käyttöasteet Taulukossa 6 on merkitty vetotankojen normaalivoimat ja käyttöasteet murtorajatilassa. Taulukko 6. Vetotankojen käyttöasteet
Sivu 18 (53) 4.4 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli Tässä on esitetty lyhyesti käyttöasteet, kun ristikkoa kuormittaa oma paino ja tuuli. Kuvassa 14 on esitetty yläpaarteen ja puristussauvojen käyttöasteet: Kuva 14. Yläpaarteen käyttöasteet Taulukossa 7 on merkitty vetotankojen normaalivoimat ja käyttöasteet murtorajatilassa. Taulukko 7. Vetotankojen käyttöasteet Käyttöasteet ovat pienempiä tässä tapauksessa (oma paino + tuuli) kuin edellisessä tapauksessa (oma paino) kuormitusyhdistelmien ja tuulen hetkellisen luokan takia.
Sivu 19 (53) 4.5 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli + Lumikuorma x Tässä on selvitetty miten suurella lumikuormalla käyttöaste on 100 %. Kuvassa 15 on esitetty yläpaarteen ja puristussauvojen käyttöasteet: Kuva 15. Yläpaarteen käyttöasteet Taulukossa 8 on merkitty vetotankojen normaalivoimat ja käyttöasteet murtorajatilassa. Taulukko 8. Vetotankojen käyttöasteet Lumikuorma on 1,3 kn/m2 kun yläpaarteen käyttöaste on 99 %.
Sivu 20 (53) 4.6 Murtorajatila, Omapaino + Tuuli + Lumikuorma 1,5 kn/m2, nykytilanne Tässä on esitetty lyhyesti käyttöasteet, kun ristikkoa kuormittaa oma paino, tuuli ja rajoitettu 1,5 kn/m2 lumikuorma. Kuvassa 16 on esitetty yläpaarteen ja puristussauvojen käyttöasteet: Kuva 16. Yläpaarteen käyttöasteet Taulukossa 9 on merkitty vetotankojen normaalivoimat ja käyttöasteet murtorajatilassa. Taulukko 9. Vetotankojen käyttöasteet
Sivu 21 (53) 4.7 Käyttörajatila kuvassa 17 on esitetty ristikon siirtymät 2,2 kn/m2 lumikuormalle. Sallittu lopullinen taipuma Eurokoodin mukaan on L/150-L/300 (347 mm 173 mm). Kuva 17. Ristikon siirtymät Ristikon taipuma on 355 mm, joten taipuma ylittää Eurokoodin raja-arvon. Taulukossa 10 on esitetty taipumat muissa kuormitusyhdistelmissä. Taipuman mittauspisteenä on käytetty kuvan 17 esitetty taipuman maksimikohtaa (pisimmän vertikaalin alareuna). Taulukko 10. Taipumat 4.8 Harjan leimapaine Lasketaan harjaliitoksen leimapainekestävyys. Alla olevassa kuvassa on esitetty suurin puristuskuorma harjaliitoksella. Kuva 18. Yläpaarteen puristuskuorma
Sivu 22 (53) Lumikuorma kuuluu keskipitkään aikaluokkaan. Käyttöluokka on 2. Harjan poikittainen puristuskestävyys on: Lasketaan harjaliitokseen kohdistuva puristuspaine. Kuvassa 14 on esitetty harjaliitos ja sen puristuspinnan korkeus. Yläpaarteen välissä on lisäkappale, joka ottaa myös leimapainetta vastaan. Lisäkappaleen syyt ovat samansuuntaisia yläpaarteen kanssa.
Sivu 23 (53) Kuva 19. Yläpaarteen puristuskorkeus Harjaliitoksen käyttöaste: Harjaliitos kestää leimapaineen.
Sivu 24 (53) 4.9 Onnettomuustilanne Mitoitetaan ja tutkitaan ristikkoa kolmelle eri onnettomuustapaukselle. Kaikissa tapauksissa lumi toimii onnettomuuskuormana. Tapaus 1: Ristikko romahtaa alas jos kuvan 20 punaisella merkityt ristikon alapaarteena toimivat kolme vetotanko katkeaa. Kuva 20. Kriittinen vetotanko Nämä vetotangot ovat kriittisimmät ristikon kantavuuden suhteen. Tapaus 2: Mitoitetaan tapaus, missä kuvan 21 punaisella merkitty ristikon vetotanko katkeaa. Kuva 21. Tapauksen 2 katkeava vetotanko. Kuvassa 22 on esitetty muodonmuutokset tapauksesta. Kuva 22. Tapauksen 2 muodonmuutokset
Sivu 25 (53) Kuvassa 23 on esitetty puurakenteiden käyttöasteet onnettomuusrajatilassa (lumikuorma 2,2 kn/m2) tapauksessa 2. Kuva 23. Tapauksen 2 puurakenteiden käyttöasteet Yläpaarre ei kestä onnettomuusrajatilannetta. Kuvassa 20 on esitetty vetotankojen käyttöasteet. Kuva 24. Vetotankojen käyttöasteet Vetotangot kestäisivät onnettomuustilanteen. 4.10 Vaurioituneen yläpaarteen kapasiteetti Palkin leikkauskapasiteetti heikentyy halkeaman kohdalla halkeaman syvyyden verran. Todellisen syvyyden arviointi on käytännössä mahdotonta. Mitattuun syvyyteen pitää lisätä jokin varmuuskerroin, mikä on esimerkiksi 1,5 jos ei muusta syystä päädytä muuhun arvoon. Palkin kyljessä olevat halkeamat ovat vaarattomia, jos niiden syvyys on korkeintaan 15 % palkin leveydestä, eivätkä ne sijaitse liimasaumoissa. Alle 13,5 mm syvyiset halkeamat voidaan jättää huomioimatta. Liimapuun ylä- ja alapinnassa olevat halkeamat ovat vaarattomia, elleivät ne ole todella isoja eli niiden leveys on noin 5-10 mm ja leveys vähintään sama kuin palkin leveys. Yläpaarteista on tehty kuntotutkimus missä on mitattu halkeamien syvyyksiä. Suurimat halkeamat ovat 30 40 mm syvyisiä. Oletetaan että palkissa on yksi pitkä 35 mm halkeama, mikä laskee koko palkin leikkauskapasiteettia: (35 mm x 1.5) / 90 mm = 58 %. Lasketaan materiaalin leikkauskapasiteettia 58 % ja mitoitetaan ristikko (f vk = 2,4 MPa -> 1 MPa). Kuvassa 25 on yläpaarteen käyttöasteet murtorajatilassa kun leikkauskestävyyttä on pienennetty 58 % ja lumikuorma on 2,2 kn/m2.
Sivu 26 (53) Kuva 25. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, lumikuorma 2,2 kn/m2 Lähellä tukea on korkea käyttöaste, koska siellä on suuri tukivoima. Tuella ei todellisuudessa ole niin suuria vaurioita, joten käyttöaste ei ole siellä todellinen. Suurimmat vauriot ovat lähellä harjaa, joten käyttöaste vaurioiden suhteen on noin 177 186 %. Mitoittavaksi tekijäksi tulee leikkauskestävyys. Lasketaan vaurioituneen paarteen käyttöasteet eri kuormitsyhdistelmissä. Kuvassa 26 on esitetty käyttöasteet kun ristikkoa kuormittaa vain oma paino. Kuva 26. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, oma paino Kuvassa 27 on esitetty käyttöasteet kun ristikkoa kuormittaa oma paino ja tuulikuorma. Kuva 27. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, oma paino ja tuuli Kuvassa 28 on esitetty käyttöasteet kun ristikkoa kuormittaa oma paino, tuulija 1,3 kn/m2 lumikuorma Kuva 28. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, oma paino, tuuli ja 1,3 kn/m2 lumi
Sivu 27 (53) Kuvassa 29 on esitetty käyttöasteet kun ristikkoa kuormittaa oma paino, tuulija 1,5 kn/m2 lumikuorma Kuva 29. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, oma paino, tuuli ja 1,5 kn/m2 lumi Lasketaan lumikuorma, millä vaurioitunut yläpaarre kestää kuorman. Kuvassa 30 on esitetty käyttöasteet kun ristikkoa kuormittaa oma paino, tuuli- ja 0,5 kn/m2 lumikuorma Kuva 30. Vaurioituneen yläpaarteen käyttöaste, oma paino, tuuli ja 0,56 kn/m2 lumi Ristikon yläpaarteen käyttöaste ilman lumikuormaa on 78 % ja 100 % kun lumikuorma 0,56 kn/m2. Tässä tapauksessa kokonaistaipuma on 160 mm. 4.11 Palomitoitus Ristikon palotilanteen kantokestävyys on tarkasteltu Paloteknisen Insinööritoimisto Markku Kauriala Oy:n paloteknisessä analyysissä v. 2003. 4.12 Pilarit Pilareihin ei kohdistu suoraa tuulikuormaa, koska pilareiden ympärillä on suurelta osin muita rakenteita, jotka ottavat vastaan tuulikuorman. Kattoon kohdistuva tuulikuorma siirtyy pilareille. Ristikko on tuettu pilareihin kahdella eri tavalla, riippuen onko pilari etelä- vai pohjoispuolella. Pohjoispuolella ristikko on tuettu pilariin nivel-liitoksella, missä siirtymät joka suuntaan on estetty. Eteläpään liitoksessa ristikko pääsee liukumaan, mutta se aiheuttaa vaakakuorman pilarin päähän kitkasta. Pohjoispäähän tulee kuitenkin suurimmat momentit tuulikuorman takia. Alla on etelä- ja pohjoispuolen pilareiden käyttöasteet murtorajatilassa kun lumikuorma on 2,2 kn/m2. Pilari, Etelä: 81 % Pilari, Pohjoinen: 93 % Mitoitukset on tehty vaurioitumattomalle poikkileikkaukselle. On tutkittava miten suuria halkeamia ja miten paljon lahoa pilareissa on tarkempia tuloksia
Sivu 28 (53) varten sekä se, että onko liukutuen toimimattomuus aiheuttanut vaurioita pilarin alapäähän tai sen kiinnitykseen.
Sivu 29 (53) 5. YHTEENVETO Alla yhteenveto, missä on esitetty tulokset taulukoissa eri rakenteille ja tapauksille. Taulukossa 11 on esitetty ristikon puurakenteiden käyttöasteita: Taulukko 11. Ristikon puurakenteiden käyttöasteet eri tapauksille Taulukossa 12 on esitetty ristikon vetotankojen käyttöasteita: Taulukko 12. Ristikon vetotankojen käyttöasteet eri tapauksille Taulukossa 13 on esitetty ristikon vaurioituneen puurakenteen käyttöasteita: Taulukko 13. Ristikon vaurioituneen puurakenteen käyttöasteet eri tapauksille Kattoristikon käyttöaste on 147 % normien mukaisella lumikuormalla 2,2 kn/m2 eli käyttöaste ylittyy selvästi. Pienennetyllä lumikuormalla 1,3 kn/m2 kattoristikon käyttöaste on 99 %. Molemmissa tapauksissa laskettu käyttöaste perustuu yläpaarteen ehjään poikkileikkaukseen. Vaurioituneen yläpaarteen leikkauslujuus pienenee 50 67 % riippuen halkeamasyvyydestä (30 40 mm). Tämä heikentää harjan olevaa osuutta yläpaarteessa, missä suurin osa vaurioista sijaitsee. Oletetulla leikkauska-
Sivu 30 (53) pasiteen heikentymisellä tehty laskelma osoittaa että kattoristikko kestää lumikuormaa vain 0,5 kn/m2 Pilarit kestävät murtorajatilan kuormitukset 93 % käyttöasteella. Ristikko ei koekuorman perusteella toimi täysin niin kuin se on alun perin suunniteltu. Liukutuki ei päässyt vapaasti liikkumaan koekuormituksen aikana, jolloin pilarit taipuivat. Liukutuen liikkumattomuus on myös havaittu paikan päällä, josta huomaa, että maalipinta on ehjä (ks. kuva 37). Kuva 31. Osa liukutuen liitoksesta Pilarit eivät kestä taivutusta, mikä muodostuu jos kattoristikko ei pääse liikkumaan vapaasti. Tämä hankaloittaa taipumarajojen määräämistä taipumien seurausta varten. Oulussa, 14.10.2016 Iiro Krannila
Sivu 31 (53) 6. LIIMAPUURISTIKON VAHVISTAMINEN TERÄSRISTIKOILLA 6.1 Teräsristikko Olemassa olevan kattoristikon kapasiteetin ollessa riittämätön eurokoodin mukaiselle lumikuormalle, päädyttiin vahvistamaan rakennetta teräsputkipalkkiristikoilla ja uusilla teräspilareilla. Uudet teräsristikot mukailevat vanhan ristikon geometriaa, jolloin LVIS-rakenteisiin ei tarvitse tehdä muutoksia. Vanhan ristikon molemmin puolin asennetaan teräsristikot. Ristikkorakenteen toisen pään pilareiden yläpäihin rakennetaan liukutuet, jolloin ko. pilareiden alapäihin ei aiheudu momenttia ristikon kuormittuessa. Kuva 32. Uusi teräsristikointi vanhan ristikon kylkeen. Kuormitukset ovat taulukon 4 mukaiset. Katon kuormat ovat syötetty laskentamallissa uusien teräsristikoiden yläpaarteille.
Sivu 32 (53) Kuva 33. Lumikuorma uusilla teräsristikoilla. Mediakuution paino 12kN on syötetty tasan jakaantuneena neljälle uudelle teräsristikon alapaarteelle. Kuva 34. Mediakuution paino neljän teräsristikon alapaarteella.
Sivu 33 (53) Yläpaarteiden profiili on 260x180x8, alapaarteen profiili 150x150x5 ja diagonaalien profiili 120x120x5. Laskentamallissa diagonaalit ovat truss-sauvoja, jotka kantavat vain aksiaalista kuormitusta. Diagonaalien nurjahduspituutena on käytetty sauvan systeemipituutta. Yläpaarteen nurjahduspituutena on käytetty molemmissa suunnissa diagonaalien välistä etäisyyttä.
Sivu 34 (53) Ristikon tukialueella tutkittiin kolmea eri vaihtoehtoa: Kuva 35. Alkuperäisen ristikon geometrian mukainen vahvistamaton tukialue. Kuva 36. Tukialueen vahvistaminen lisädiagonaaleilla.
Sivu 35 (53) Kuva 37. Tukialueen vahvistaminen lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä. Murtorajatilassa vahvistamattoman tukialueen yläpaarteen käyttöaste on 99%, kun taas lisädiagonaalilla vahvistetun paarteen 73% ja lisädiagonaaleilla + teräslevyllä vahvistetun paarteen 44%. Yläpaarteen käyttöaste muualla on noin 80%. Alapaarteen käyttöaste on suurimmillaan noin 70% ja diagonaaleilla 44%. Kuva 38. Murtorajatilan käyttöasteet. Kuva 39. Lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetun ristikon käyttöasteet.
Sivu 36 (53) Kuva 40 Lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetun ristikon käyttöasteet, kun lumikuormassa on huomioitu laajan katon tuulensuojaisuuskerroin 1,2. Käyttörajatilassa ristikon taipuma on suurimmillaan 99mm. Vaakasuuntainen siirtymä liukutuen puoleisessa päässä on 34mm. Kuva 41. Käyttörajatilan siirtymät. Kuva 42. Lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetun ristikon käyttörajatilan siirtymä.
Sivu 37 (53) Kuva 43 Lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetun ristikon ristikon käyttörajatilan siirtymä, kun lumikuormassa on huomioitu laajan katon tuulensuojaisuuskerroin 1,2 ja alalaipalla mediakuution paino.
Sivu 38 (53) Pelkän lumikuorman aiheuttama siirtymä vaakasuunnassa on 20mm ja koko ristikon taipuma 62mm. Kuva 44. Lumikuorman aiheuttama siirtymä. Pelkän lumikuorman aiheuttama siirtymä vahvistetussa ristikossa vaakasuunnassa on 19mm / 22mm ja koko ristikon taipuma 57mm/69mm riippuen lumikuorman tuulensuojaisuuskertoimesta. Kuva 45. Lumikuorman aiheuttama siirtymä lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetussa ristikossa. Kuva 46. Lumikuorman aiheuttama siirtymä lisädiagonaaleilla ja PL8 teräslevyllä vahvistetussa ristikossa, tuulensuojaisuuskerroin 1,2.
Sivu 39 (53) Käyttämällä ristikon liitosalueella lisädiagonaaleja ja teräslevyä, saadaan ristikon siirtymiä pienennettyä niin pysty kuin vaakasuunnassakin. Päätyliitoksessa sauvojen epäkeskisyys saadaan vahvistuslevyllä muutettua leikkausvoimaksi. Oulussa 3.5.2017 Jukka Tuovila
Sivu 40 (53) 6.2 Katto- orret g M.1 := 1.25 Liimapuun osavarmuusluku k mod.k := 0.8 Keskipitkän aikaluokan muunnoskeeroin Lk := 1.2 Laajan katon lisäkuorma f c.0.k f c.90.k := 30 MPa 40 Liimapuun puristuskesatvyys (syitä vastaan) := 5 MPa L40 Liimapuun puristuskesatvyys (syitä vastaan kohtisuoraan) Ristikot on tuettu heikommassa suunnassa katto-orsin. Nämä sekundääripalkit ovat 80- luvulla tehdyn kattokorjauksen yhteydessä asennetut lujuusluokan L40 liimapuupalkit 45x225, joiden k-jako 936 mm. B := 45 mm H := 225 mm A := B H Leikkausvoimakestävyys: Mitoittava leikkausvoima: V pd := Lk 7.54 kn = 9.048 kn Leikkausjännitys tuella: 3 V pd t d := 2 A Leikkauslujuus: f v.k = 1.34 N mm 2 := 2.4 MPa L40 liimapuun leikkauslujuuden ominaisarvo
Sivu 41 (53) k mod.k = 0.8 Keskipitkä aikaluokka (yleensä mitoittava) k mod.k f v.k f v.y.d := = 1.536 N g M.1 mm 2 V pd 5 MN 45 mm 2 m Mitoitusehto: L40 liimapuun leikkauslujuuden mitoitusarvo = 40.213 mm Vaadittava lemapaineen pituus: t d f v.y.d = 1 Käyttöaste: t d = 0.873 f v.y.d Taivutuslujuus: f m.y.k := 31 MPa L 40 Liimapuun taivutuslujuuden ominaisarvo k mod := 0.8 Keskipitkä aikaluokka (yleensä mitoittava) f m.y.k k mod f m.y.d := = 19.84 N g M.1 mm 2 L 40 Liimapuun taivutuslujuuden mitoitusarvo I.y on poikkileikkauksen hitausmomentti y-y akselin suhteen: 1 I y := 12 B H3 = 42.715m 2 mm 2 Taivutusvastus W.y jäykemmän akselin suhteen määritellään yhtälöllä: W y := I y H 2 = 0.38L Poikkileikkauksen itseisarvoltaan suurimmat jännitykset esiintyvät ylä- ja alareunassa: M pd := 1.2 7.73 kn m 3.652 4.1 2 = 7.352 kn m Huomioitu jännevälin lyhenemä ja laajan katon kerroin M pd s m.y.d := = 19.362 W y Mitoitusehto: N mm 2 s m.y.d f m.y.d = 1 Käyttöaste: Kiepahdus: s m.y.d = 0.976 f m.y.d Voidaan olettaa, että orret tuettu kiepahdusta vastaan.
Sivu 42 (53) 6.3 Liitosdetaljiikkaa PILARILIITOS PERUSTUKSIIN JA LAAKERITUKI - Teräspilarin ja LP-pilarin yläpäässä yhteinen liukulaakeri (harjoitushallin puoli) - Vaakasuuntainen liike vapaa - Laakeri ei välitä vaakavoimaa pilarille. - Teräspilarien alapäät tuetaan peruspilariin teräsosan välityksellä. - Teräsosat kiinnitetään peruspilariin, liima-ankkureilla. - Teräspilarin kiinnitys LP-pilarin jäykkään terästukeen hitsaamalla.
Sivu 43 (53) UUDET VAHVISTUSRISTIKOT - Teräsristikon osat esitetty eri väreillä - Teräsristikoita 2 kpl / vanha liimapuuristikko - Ristikon osat tuodaan jäähalliin olevia kulkureittejä pitkin - Pilarien asennus ja liitokset perustuksiin (vahvistetut perustukset) - Ristikon osien nosto paikoilleen ja asennusaikainen tuenta liimapuuristikkoa apuna käyttäen. - IV-kanavat voidaan pääsääntöisesti säilyttää asennusaikana. TERÄSRISTIKON LIITOKSET JA KIINNITYS LP-RISTIKKOON - Ristikon osat liitetään toisiinsa pulttiliitoksin. - Ristikot tuetaan LP-ristikoihin lopullisessa asennuksessa, liitos toimii myös kiepahdustukena
Sivu 44 (53) 7 ANTUROIDEN KAPASITEETTITARKASTELUT 7.1 Yleistä Jäähallin pääkannattajina toimivat liimapuuristikot tukeutuvat mastopilareihin linjalla A ja J. Pitkän sivun anturat ovat mastopilarianturoita. Olevista perustuksista ei ole käytettävissä vanhoja mitta- ja raudoituspiirustuksia. Peruspilarien poikkileikkaus on 450x700 mm2, ja sen yläpinta on 250 mm lattiapinnan yläpuolella. Peruspilarien korkeus vaihtelee anturoiden perustamissyvyyden mukaan. Anturoiden mitat on selvitetty mm. alkuperäisistä laskelmista. Dokumentoiduissa laskelmissa korkeudet on annettu N60 korkeusjärjestelmässä. Käytävätason lattiakorkeus on +106.400. Anturalinjoilta on tehty kairauksia, joiden tavoitteena on ollut kartoittaa anturoiden yläpinnan korkoja ja arvioida maaperän kantavuutta. Osa kairauksista on tehty jään tasolta + 101.000 Anturalinja B (m) L (m) h (m) kaira (m) Lpp (m) ap. A 1,6 3,0 0,5 1,75 0,80 1,45 3,50 2,0 1,05 1,70 3,75 J 1,6 2,6 0,5 3,90 0,20 Taulukko A1. +104.15 +105.10 +104.45 +102.40 4,15 +102.25 +100.20 +100.30 +99.30
Sivu 45 (53) 7.2 Laskentaperusteet Alkuperäiset laskelmat Alkuperäiset perustusten mitoituskuormat ja laskelmat on toteutettu sallittujen jännitysten menetelmällä ilman varmuuskertoimia. Alkuperäisen kattorakenteen oma paino on ristikkoa kohti 232 kg/m. Lumikuormana arvona on laskelmissa käytetty 180 kg/m2, josta kuorma ristikkoa kohden on 740 kg/m. Ristikoiden mitoitus kuorma yhteensä 972 kg/m. Kattoon vaikuttava tuulikuorman aiheuttama nostava voima ristikkoa kohden on laskelmien mukaan ollut 144 kg/m. Nostavaa voimaa ei ole huomioitu laskelmissa. Seinäpintoihin vaikuttava tuulikuorman laskenta-arvo on 60 kg/m2. Edellä olevista kuormista on laskettu pilareihin ja perustuksiin vaikuttavat voimat. Normaalivoima Nmax = 972 kg/m x 52,5 m / 2 = 25500 kp Normaalivoima Nmin = 232 kg/m x 52,5 m / 2 = 6100 kp 25,5 Mp (t) 6,1 Mp (t) Vaakavoiman arvo peruspilarin yläpäässä on ollut 3,5 Mp Momentti tuulesta (arvoa käytetty anturan laskennassa) 11,6 Mpm Tarkennettu momentti, mutta tätä ei ole käytetty alkup. laskelmissa 4,16 Mpm Tarkistuslaskelmat Kattorakenne on kerran uusittu ja rakennemuutoksista kattorakenteen kuorma on kasvanut. Kattorakenteen kuormat ristikolle (oma paino) 2,26 kn/m Ristikon omapaino 0,94 kn/m Normaalivoima Nmax pilarin yläpäässä 279 kn (27,9 Mp) Normaalivoima Nmin pilarin yläpäässä 85,3 kn (8,5 Mp) Oman paino on kasvanut n. 40 %. Vaakavoima tuulesta peruspilarin yläpäässä, kun tuulenpaine 0,6 kn/m2 Momentti tuulesta 25,2 kn 50,4 knm
Sivu 46 (53) Momentin arvo pienentynyt 43 % alkuperäisestä, kun kattopintaan kohdistuva tuulikuorman projektio tuodaan pistekuormana pilarin yläpäähän ilman, että tuulikuorma aiheuttaisi momenttia pilariin rakennuksen harjalta alas asti. Anturoissa ja peruspilareissa käytetyt betoni- ja raudoitelaadut Laskelmien perusteella anturat on valettu K200 betonilla. Betoniraudoituksessa on käytetty A40 harjaterästä. Anturoiden mitat ja raudoitus Anturat ovat pohjoissivulla laskelmien perusteella 1,6 x 3,0 m2 ja eteläsivulla 1,6 x 2,6 m2. Kaikkien anturoiden korkeus on 0,5 m. Anturoiden raudoitus on laskelmien perusteella: - päätaivutussuunnassa T12-k150 - poikkisuunnassa T8-k240.
Sivu 47 (53) 7.3 Anturakuormat pohjoissivulla ja mitoitus sallittujen jännitysten mukaan Kattorakenteen kuormat peruspilarille Tarkastuslaskelma Alkuperäinen laskelma Uuden kuormat (Robot laskenta ominaisarvot) omapaino (katto ja ristikko) 85,3 kn 61 kn 142,1 kn lumikuorma 180 kg/m2 193,7 kn 194 kn lumikuorma 220 kg/m2 241,5 kn 289,8 kn (*1,2) Vaakakuorma tuulesta pilarin yläpäässä Vaakakuorma peruspilarin yläpäässä Momentti peruspilarin yläpäässä 18,6 kn (tuuli 0,6) 31,1 kn (tuuli+imu 1,5*0,67) 25,2 kn 35 kn 42,2 kn 50,4 knm 116 knm 84,5 knm Peruspilari, h=2,0 m 15,8 kn 9,5 kn (1,2 m) 15,8 kn Antura 3,0x1,6 m2 60,0 kn 60,0 kn 60,0 kn Sidepalkki 9,1 kn 9,1 kn 9,1 kn Voimasuureet anturan alapinnan tasolla Mk 113,5 knm 175,2 knm 190 knm Nk, min 170,2 kn 139,6 kn 227,0 kn Nk, max 363,9 kn (1,8) 333,6 kn (1,8) 468,5 kn (2,2) 516,8 kn (*1,2) e_max, kun Nmin 0,67 m >L/6 1,26 m >L/6 0,84 m >L/6 e_min, kun Nmax 0,31 m 0,53 m >L/6 0,37 m mitoittava pohjapaine 66 kpa (Nmin) 87 kpa 156 kpa 105 kpa (Nmax) 115 kpa 142 kpa vaadittu raudoitus T12-k150/140 T12-k130/125 T12-k150/95 käytetty raudoitus T12-k150 Taulukko A2.
Sivu 48 (53) 7.4 Pohjoissivun anturoiden korjaustarve Pohjatutkimusten perusteella perustusten alla on maaperässä kantavuusvaihteluita. Uusien kuormien mukaisilla ratkaisuilla maapohjan pohjapaine kasvaa anturan alla. Rakennuksen runkorakenteesta siirtyvät kuormat aiheuttavat peruspilareille ja perustuksille epäkeskeisiä normaalivoimia, jotka pitää laskennallisesti saada kuriin. Laskelmin on tarkasteltu vaihtoehtoa, jossa tuulikuormasta johtuva vaakavoima otetaan peruspilarin yläpäässä kiinni ja siirretään uudella betonirakenteella maapohjaan tai oleville betonirakenteille lattiatasossa. Kun vaakavoima siirretään lattiatasoon, momentti anturan alapinnassa pienenee ja edelleen epäkeskisyydet vähenevät. Kun normaalivoiman epäkeskisyys on pieni, on anturan pohja-ala voi olla kokonaan puristettu. Jatkosuunnittelun yhteydessä arvioidaan anturan riittävä koko, joka riittää kantamaan uudet kuormat ja vastaavasti maaperän vahvistus anturan alla ulotetaan vain tälle alueelle. Sopivan kokoisella pienemmän anturalla alapinnan teräkset saadaan riittämään syntyvää vetovoimaa vastaan. Alla laskelmissa on haettu alustavia anturan koon raja-arvoja, jotta oleva raudoitus riittäisi.
Vaakakuormien siirto lattian tasoon: Kattorakenteen kuormat peruspilarille Tarkastuslaskelma Tarkastuslaskelma (pieni antura) Rakennelaskelmat Sivu 49 (53) Uuden kuormat (Robot laskenta ominaisarvot, pieni antura) omapaino (katto ja ristikko) 85,3 kn 85,3 kn 142,1 kn lumikuorma 180 kg/m2 193,7 kn 193,7 kn lumikuorma 220 kg/m2 241,5 kn 289,8 kn (*1,2) Vaakakuorma tuulesta pilarin yläpäässä Vaakakuorma peruspilarin yläpäässä Momentti peruspilarin yläpäässä 27,9 kn (1,5*0,6) 27,9 kn (1,5*0,6) 31,1 kn (1,5*0,67) 0,9 kn (tuulikuorma 0,9 kn (tuuli- 1,4 kn (tuulisoonsoontasoon) lattiatakuorma lattiatakuorma lattia- 75,7 knm 75,7 knm 84,5 knm Peruspilari, h=2,0 m 15,8 kn 15,8 kn 15,8 kn Antura 3,0x1,6 m2 60,0 kn 36,0 kn 36,0 kn 1,8x1,6 m2 (pienennetty) (1,8x1,6 m2) Sidepalkki 9,1 kn 9,1 kn 9,1 kn Voimasuureet anturan alapinnan tasolla A 1,6*2,0 A 1,6*2,0 Mk 77,8 / (2,1) knm 77,8 / (2,1) knm 88,0 knm Nk, min 170,2 kn 146,2 kn 203,0 kn Nk, max 363,9 kn (1,8) 339,9 kn (1,8) 444,5 kn (2,2) 492,8 kn (*1,2) e_max, kun Nmin 0,46 m 0,52 m 0,43 m e_min, kun Nmax 0,19 m 0,20 m 0,18 m mitoittava pohjapaine 49 kpa (Nmin) 94 kpa (Nmin) 129 kpa 88 kpa (Nmax) 151 kpa (Nmax) 211 kpa vaadittu raudoitus T12-k150/150 T12-k150/150 T12-k150/150 käytetty raudoitus T12-k150 Taulukko A3. Anturan alapinnan tasolle tuotu tuulesta aiheutuva momentti. Vaakavoiman tuki lattiatasossa voi muuttaa voimasuureiden jakautumaa niin, että momenttia ei siirry tuulesta anturatasolle. Ainoastaan kuormien epäkeskeisyyden aiheuttama momentti.
Sivu 50 (53) 7.5 Anturakuormat eteläsivulla ja mitoitus sallittujen jännitysten mukaan Kattorakenteen kuormat peruspilarille Tarkastuslaskelma Alkuperäinen laskelma Uuden kuormat (Robot laskenta ominaisarvot) omapaino (katto ja ristikko) 85,3 kn 61 kn 142,1 kn lumikuorma 180 kg/m2 193,7 kn 194 kn lumikuorma 220 kg/m2 241,5 kn 289,8 kn (*1,2) Vaakakuorma tuulesta pilarin yläpäässä (liukulaakeri) Vaakakuorma peruspilarin yläpäässä Momentti peruspilarin yläpäässä 0 kn 0 kn 0 kn 6,6 kn 7,9 kn 6,8 knm 7,6 knm Peruspilari, h=4,15 m 32,7 kn 32,7 kn Antura 2,6x1,6 m2 52,0 kn 52,0 kn Sidepalkki 9,1 kn 9,1 kn Voimasuureet anturan alapinnan tasolla Mk 37,6 knm 37,6kNm Nk, min 179,1 kn 235,9 kn Nk, max 372,8 kn (1,8) 477,4 kn (2,2) 525,7 kn (*1,2) e_max, kun Nmin 0,21 m 0,16 m e_min, kun Nmax 0,10 m 0,07 m mitoittava pohjapaine 56 kpa (Nmin) 70 kpa 103 kpa (Nmax) 140 kpa vaadittu raudoitus T12-k150/150 T12-k150/150 käytetty raudoitus T12-k150 Taulukko A4.
Sivu 51 (53) 7.6 Eteläsivun anturoiden korjaustarve Pohjatutkimusten perusteella perustusten alla on maaperässä kantavuusvaihteluita. Uusien kuormien mukaisilla ratkaisuilla maapohjan pohjapaine kasvaa anturan alla. Muutostöiden yhteydessä olevan liimapuupilarin ja ristikon välinen liitos vapautetaan. Myös uusien ristikoiden ja teräspilarien välinen liitos vapautetaan yhdellä yhtenäisellä rullalaakerilla. Tällöin vaakavoima pilarin yläpäässä on 0 kn. Kun vaakavoima pilarin yläpäässä on 0 kn, ei lattiatasossa ole tarvetta ottaa vaakavoimia kiinni. Eteläsivulla on lisäksi laajennusosa hallien ulkoseinän suuntaan. Laajennusosalta tulee pystykuormaa varsinaisen hallin peruspilarille ja edelleen anturalla. Laajennusosan pilarin epäkeskisyys on n. 340 mm, joka vaikuttaa edulliseen suuntaan eli hallista ulospäin. Jatkosuunnittelun yhteydessä arvioidaan anturan riittävä koko, joka riittää kantamaan uudet kuormat vaikutukset ja vastaavasti maaperän vahvistus anturan alla ulotetaan vain tälle alueelle. Sopivan kokoisella pienemmän anturalla alapinnan teräkset saadaan riittämään syntyvää vetovoimaa vastaan. Alla laskelmissa on haettu alustavia anturan koon raja-arvoja, jotta oleva raudoitus riittäisi. Laskelmissa on huomioitu lisäksi laajennusosan vaikutus.
Sivu 52 (53) Laajennuksen vaikutus anturakuormiin: Kattorakenteen kuormat peruspilarille omapaino (katto ja ristikko)+laajennus lumikuorma 180 kg/m2 lumikuorma 220 kg/m2 Vaakakuorma tuulesta pilarin yläpäässä Vaakakuorma peruspilarin yläpäässä Momentti peruspilarin yläpäässä Tarkastuslaskelma Uuden kuormat (Robot laskenta ominaisarvot, kinoskuorma) Uuden kuormat (Robot laskenta ominaisarvot, eikinos) 95,1 kn 151,9 kn 151,9 kn 237,9 kn 329,9 kn 378,5 kn 285,7 kn 334,0kN 5,8 kn 6,5 kn 6,5 kn 6,7 kn (tuuli 0,6) 8,0 kn (tuuli 0,67) 13,6 knm (tuuli) 15,2 knm (tuuli) -18,3 knm (laajennus) -33,4 knm (laajennus) 8,0 kn (tuuli 0,67) 15,2 knm (tuuli) -18,3 knm (laajennus) Peruspilari, h=4,15 m 32,7 kn 32,7 kn 32,7 kn Antura 2,6x1,6 m2 2 52,0 kn 52,0 kn 52,0 kn Sidepalkki 9,1 kn 9,1 kn 9,1 kn Voimasuureet anturan alapinnan tasolla Mk 19,7 knm 11,3 knm 26,3 knm Nk, min 188,9 kn 245,7 kn 245,7 kn Nk, max 426,9 kn (1,8) 575,7 kn (2,2) 531,4kN (2,2) 624,0 kn(*1,2) 579,7 kn (*1,2) e_max, kun Nmin 0,10 m 0,05 m 0,11 m e_min, kun Nmax 0,04 m 0,02 m 0,05 m mitoittava pohjapaine 52 kpa (Nmin) 62 kpa (Nmin) 68 kpa (Nmin) 109 kpa (Nmax) 153 kpa (Nmax) 149 kpa (Nmax) vaadittu raudoitus T12-k150/150 T12-k150/140 T12-k150/145 käytetty raudoitus T12-k150 Taulukko A5.
7.7 Peruspilarit Rakennelaskelmat Sivu 53 (53) Edellä olevan perusteella alkuperäisellä anturan koolla alapinnan raudoitus ei ole riittävä, käyttöaste maksimikuormilla ylittyy n. 3 %. Jos anturoiden alapintaa pitää vahvistaa, niin silloin anturan pituutta laskelmissa voidaan pienentää, jolloin saadaan alapinnan raudoitus riittämään tässäkin tapauksessa. Imun vaikutus anturoihin on esitetty excel-laskelmissa. Peruspilarien koko on 450x700 mm2. Peruspilarin yläpäässä on jäykkä teräsosa, jonka välityksellä liimapuupilarien kuormat (normaalivoima ja momentti) siirtyvät pilarilta peruspilarille ja edelleen anturalle. Peruspilarien pituus vaihtelee taulukon A1 mukaisesti. Jos suurin osa vaakakuormista saadaan pois lattiatasossa, niin peruspilarien normaalivoiman epäkeskisyys on kohtuullinen. Olevissa peruspilareissa on pääteräksiä on 0,35-0,40 % peruspilarin poikkileikkausalasta, tässä tapauksessa alkuperäisten laskelmien mukaan 6T15 tai 5T15 ja hakateräkset T5-k180. Pilarien minimiraudoitus on 0,30 %. Peruspilarien taivutuskestävyys edellyttää, että peruspilariin kohdistuva vaakavoima ja taivutusmomentti on mahdollisimman pieni. Peruspilarien tarkastelu edellyttää lisälaskentaa jatkosuunnittelun yhteydessä. Nyt tehtyjenlaskelmien perusteella peruspilareissa on riittävästi raudoitusta, kun peruspilarin yläpää ei pääse siirtymään. Uusien pilarien kuormat siirretään perustuksille peruspilarin yläpäähän liitettävän teräsosan kautta, huomioiden paikallinen puristus. Uudet pilarit kiinnitetään lisäksi hitsaamalla olevaan teräspilarin teräsosaan. Lappeenrannassa 16.5.2017 Tommi Turunen