SIPOREX-HARKKOSEINÄÄN TUKEUTUVIEN TERÄSPALKKIEN SUUNNITTELUOHJE 21.10.2006 Tämä päivitetty ohje perustuu aiempiin versioihin: 18.3.1988 AKN 13.5.1999 AKN/ks SISÄLLYS: 1. Yleistä... 2 2. Mitoitusperusteet... 2 2.1. Kuormat... 2 2.2. Taivutuskestävyys... 2 2.3. Taipumatarkastelu... 3 2.4. Jäykkyystarkastelu... 3 2.5. Tukipaine... 4 2.6. Tukipinnan pituus... 5 3. Lähteet... 6 LIITTEET: Liite I Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5) 1 s. Liite II Palkin tuenta 2 s. Liite III Mitoitustaulukot 4 s. 21.10.2006 PKä H+H Siporex Oy Helsingin konttori Teikankaantie 256 Puhelin 0207 524 200 Eskolantie 1 Puhelin 0207 524 270 siporex@siporex.fi 39500 Ikaalinen Faksi 0207 524 222 00720 Helsinki Faksi 0207 524 277 www.siporex.fi
21.10.2006 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 2 (13) 1. Yleistä Ohje perustuu siporex-tukipintakokeisiin (1987 ja 1988, AKN). Tulokset kokeista on esitetty koekuormitusyhteenvedossa (AKN, 24.2.1988). Lisäksi osa teräsprofiileista on mallinnettu ja kuormituskestävyys tarkistettu FEM-ohjelmistolla Finnmap Consulting Oy:ssä 5/2005. Mitoitustaulukot soveltuvat perustapausten mitoitukseen. Mikäli rakenteissa on suurta epäkeskisyyttä, vääntöä tai palkissa on olemassa kiepahdusmahdollisuus on mitoitus suoritettava tarkemmilla menetelmillä. Teräspalkki mitoitetaan RakMk B7 (1996) ohjeiden mukaisesti. Siporexin osalta mitoitus tapahtuu RakMk B5 (1987) mukaisten ohjeiden mukaan. Rakenteiden kuormitukset lasketaan RakMk B1 (1998) mukaisesti. 2. Mitoitusperusteet 2.1. Kuormat Tässä ohjeessa esitettyjen kuormaluokkien arvot vastaavat käyttörajatilakuormia (ominaiskuormia). Teräspalkkien mitoituksessa käytetty murtorajatilakuorma on saatu kertomalla käyttörajatilakuorma varmuuskertoimella 1,6, jolloin koko kuormitus on oletettu muuttuvaksi kuormaksi. Tarkemmassa laskennassa voidaan pysyvä ja muuttuva kuorma erottaa toisistaan, jolloin kokonaisvarmuuskerroin on yleensä hivenen pienempi. 2.2. Taivutuskestävyys Teräspalkin taivutuskestävyys M R, kun kiepahdus ei ole määräävä, lasketaan kaavasta: M = R fd W (1) missä W on kimmoinen taivutusvastus η on 1,0 poikkileikkausluokassa 3 (hoikissa poikkileikkauksissa laskettava tarkemmin) f d on myötörajan laskenta-arvo Taulukko 1. Teräslaatujen myötörajan ominaisarvot Lujuusluokka f y [N/mm 2 ] S235 (Fe 360) 235 S275 (Fe 430) 275 S355 (Fe 510) 355 Staattisesti kuormitetuille teräsrakenteille aineosavarmuuskerroin γ m = 1,0 murto- ja käyttörajatiloissa sekä palomitoituksessa.
21.10.2006 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 3 (13) 2.3. Taipumatarkastelu Taipumatarkastelu suoritetaan käyttörajatilakuormilla. Siporex-rakenteisiin tukeutuvien teräspalkkien tulee täyttää seuraava ehto: L v (2) 400 missä L = 1,05 x L 0 L on jänneväli L 0 on palkin vapaa-aukko Suunnittelijan on tapauskohtaisesti harkittava, onko aihetta tiukempien vaatimusten käyttöön. Yksiaukkoisen palkin taipuman laskenta: 4 2 5 qk L0 5 Mk L0 v = = (3) 384 E I 48 E I missä q k on käyttörajatilakuorma L 0 on palkin vapaa-aukko E on teräspalkin kimmomoduuli (210000 MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti M k on käyttörajatilaa vastaava momentti RakMk B7 mukaan teräspalkin alkukäyryyden (f p ) tulee olla L/650, kuitenkin enintään 40 mm. Alkukäyryys voidaan jättää huomioimatta, jos siitä ei katsota olevan haittaa rakenteiden toiminnalle eivätkä valmistustoleranssit ylitä sallittua alkukäyryyttä. Tämän ohjeen mitoitustaulukoissa alkukäyryyttä ei ole huomioitu. 2.4. Jäykkyystarkastelu Teräspalkin tukeutuessa siporex-harkkoseinän päälle, on tarkistettava, että teräspalkki on riittävän jäykkä suhteessa jänneväliin. Jäykkyys on riittävä, kun seuraava ehto toteutuu: L EI 2 0 200kN (4) missä E on teräspalkin kimmomoduuli (210000 MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti L 0 on palkin vapaa-aukko
21.10.2006 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 4 (13) 2.5. Tukipaine Paikallisen puristuskapasiteetin (leimapaineen) tarkistamiseksi on seuraavan ehdon oltava voimassa: max k f cd (5) missä δ max on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa f cd on siporex-harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo Taulukko 2. Tukipinnan pituudesta riippuva kerroin k. Väliarvot voidaan tarvittaessa interpoloida suoraviivaisesti. Jäykkyysehto Tukipinnan pituus [mm] k [-] EI/L 0 2 200 kn 150 200 1 > 200 0,8 EI/L 0 2 300 kn 300 1 Taulukko 3. Siporex-harkkoseinän puristuslujuudet (RakMk B5) Massan tiheys [kg/m 3 ] Ominaislujuus f ck [MPa] Laskentalujuus f cd [MPa] 400 1,19 0,595 450 1,61 0,805 500 2,1 1,05 Teräspalkin ollessa merkittävästi vääntörasitettu tai väännön rasittaessa eniten harkkoseinän reuna-aluetta (kuva 1), tulee väännön aiheuttamat jännitykset ottaa huomioon maksimipuristusjännitystä (δ max ) määrättäessä (kaava 6). Laskelmissa tukipinnan maksimipituus saa enintään olla 300 mm. Fd 1 6 + e max = + (6) 2 b h h missä δ max on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa F d on palkin tukireaktio b on kuormituspinnan pituus h on kuormituspinnan leveys e on kuormituksen epäkeskisyys
21.10.2006 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 5 (13) PALKKI e F d b h Kuva 1. Vääntörasitus tukipinnassa. RakMk B5 kaavan 3.17 mukaista korotettua puristuslujuuden laskenta-arvoa (1 1,5 x f cd ) voidaan käyttää liitteessä 1 esitetyissä tapauksissa. Mikäli puristuskapasiteetti tulee rajoittavaksi, voidaan sitä parantaa käyttämällä kuormitusta jakavia teräslevyjä, betonia yms. Tällöin laskenta on suoritettava erikseen. 2.6. Tukipinnan pituus Suositeltava tukipinnan pituus on 300 mm, kuitenkin vähintään 200 mm. Pitkä tukipinta antaa lisävarmuutta tuelle syntyvän tukimomentin ansiosta. Lyhyempää tukipinnan pituutta voidaan käyttää kuvassa 2 esitetyssä tapauksessa. 100 TUKIPINTA 150 PALKKI Kuva 2. Lyhyen, 150 mm pitkän tukipinnan käyttö.
21.10.2006 Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje PKä 6 (13) 3. Lähteet /1/ Suomen rakentamismääräyskokoelma osat B1 (1998), B5 (1987) ja B7 (1996). /2/ Siporex Suunnittelijan käsikirja, 2004. /3/ Teräsrakenteiden suunnittelu. Kinnunen, J. et al. Teräsrakenneyhdistys r.y. Vammala 1989. 183 s. /4/ Rakentajain kalenteri 1994. /5/ Rautaruukin putkipalkkikäsikirja. Kerava 2000. /6/ Varastoluettelo Kontino
PKä Liite I 1/1 Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5)!" #$%& '!( '" #$%#& Kun puristusrasitus kohdistuu vain osalle siporex-pinnasta, voidaan puristuslujuuden laskenta-arvona käyttää korotettua arvoa. Edellä esitetyissä tapauksissa paikallinen puristuskestävyys N u lasketaan RakMk B5 (1987) kaavan 3.17 mukaan N A cl 3 u = A co fcd 1,5 A co fcd, (7) A co missä f cd on siporex -harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo.
PKä Liite II 1/2 Palkin tuenta; TUENTATAPA A:!*+, -. ) -.!*+, + Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a 1 100 a 2 100 a 1 + a 2 2,4 x h
PKä Liite III 2/4 Palkin tuenta; TUENTATAPA B:!* +, -. ) Palkin tuenta; TUENTATAPA C: -. ) -. + Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a 1 100 a 2 100 a 1 + a 2 2,4 x h
PKä Liite III 1/4 MITOITUSTAULUKOT Taulukko 1 Taulukko 2 Taulukko 3 L-profiili, siporex-harkkoseinän tukipintakriteeri mukana T-profiili, siporex-harkkoseinän tukipintakriteeri mukana L- ja T-profiili, ei kriteeriä siporex-harkkoseinästä Taulukot ovat viitteellisiä. Mitoitus on tehty perustapauksille. Mitoituksessa ei ole huomioitu tapauksia, joissa voi käyttää paikallisen puristuskestävyyden korotettua arvoa. Teräksen myötörajan ominaisarvona on käytetty arvoa 235 N/mm 2 Teräspalkkien mitoituksessa käytetty murtorajatilakuorma on saatu kertomalla käyttörajatilakuorma varmuuskertoimella 1,6, jolloin koko kuormitus on oletettu muuttuvaksi kuormaksi. On suositeltavaa käyttää pienintä (kevyintä) mahdollista profiilia Taulukoiden kuormaluokka (KL) on käyttörajatilassa oleva viivakuorma (kn/m).
PKä Liite III 2/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ), L-profiili Tukipintakriteeri mukana Siporex 400 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL 25 900 - - - - - 1000 900 - - - - 1200 900 - - - - 1200 900 - - - - 1200 900 - - - - 2100 1600-1200 1000 - Siporex 450 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL 25 1000 900 - - - - 1300 1100 - - - - 1800 1400-900 - - 1800 1400-900 - - 1900 1400-900 - - 2500 2400 1200 2100 1500 - Siporex 500 kg/m 3 TUENTATAPA A TUENTATAPA B KL 12 KL 15 KL 25 KL 12 KL 15 KL 25 1000 1000-900 - - 1300 1300 900 1100 1000-2000 1900 900 1200 1000-2600 1900 900 1300 1000-2600 2000 900 1300 1000-2700 2400 1700 2500 2100 1000
PKä Liite III 3/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ), T-teräs (2xL yhteenhitsattuna) Tukipintakriteeri mukana Siporex 400 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL 25 1500 1500 1000 1900 1800 1200 2700 2300 1200 3000 2400 1200 3000 2400 1200 Siporex 450 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL 25 1500 1500 1200 1900 1800 1400 3000 2700 1800 4000 3300 1800 4000 3300 1800 Siporex 500 kg/m 3 TUENTATAPA C KL 12 KL 15 KL 25 1500 1500 1200 1900 1800 1400 3000 2700 2100 4000 3600 2500 4300 3900 2500
PKä Liite III 4/4 Maksimi vapaa-aukko (L 0 ) Ei kriteeriä siporex-harkkoseinästä Mitoitus teräksen lujuuden perusteella KL 12 KL 15 KL 25 1100 1000-1300 1300 1000 2100 1900 1500 2800 2500 1900 3100 2800 2100 2700 2400 1800 1500 1500 1200 1900 1800 1400 3000 2700 2100 4000 3600 2800 4300 3900 3000