Lattioiden värähtelysuunnittelu euronormin EC5 mukaan 1
Luentorunko Kirjallisuus Yleistä Kävely häiriölähteenä 2
Kirjallisuus Standardi SFS-EN 1991 RIL 205-1-2007 Puurakenteiden suunnitteluohje Standardin ja niiden Suomen kansallisten liitteiden sijasta voidaan käyttää RIL-julkaisua. On huomattava, että RIL:n julkaisu on käyttöalueeltaan standardia rajoitetumpi ja siihen sisältyvät suunnitteluohjeiden yksinkertaistukset johtavat varmalla puolella olevaan mitoitukseen. Tutkimusraportti: Lattioiden värähtelyt Suunnittelu ja kokeellinen arviointi. Asko Talja, Tomi Toratti, Erkki Järvinen. VTT 2124. 2002. 3
Yleistä Värähtelyn aiheuttajat häiriölähteet: - koneet - kävely Tässä esityksessä keskitytään kävelyn aiheuttamaan värähtelyyn erityisesti puurakenteisissa lattioissa. Kävelystä aiheutuva värähtely huomioidaan asuin-, kokoontumis-, myymälä- ja toimistorakennusten käyttörajatilamitoituksessa. 4
Kävely häiriölähteenä Värähtelyn häiritsevyys: Kyseessä ihmisen kokemiseen/tuntemiseen liittyvä häiriö, tarkkoja rajoja on vaikea asettaa. Esim. kävelevä henkilö ei itse yleensä tunne aiheuttamiaan värähtelyitä eikä lattian notkumista ainakaan yhtä voimakkaasti kuin muut ympärillä olevat ihmiset. Värähtely koetaan joko suoraan kehon kautta tai esineiden värähtelyn kautta, esim. kasvien lehtien tai astioiden heilunta tai äänet. Tarkastellaan tavallista kävelyä, ei esim. juoksua, hyppelyä tms. liikuntaa, jotka ovat harvemmin toistuvia herätteitä. 5
Kävely häiriölähteenä Kävely sisältää sekä jaksottaisia että iskumaisia komponentteja: - matalin kävelytaajuus 1,6 2,2 Hz - osittain myös 3,2 8,8 Hz - resonanssi-ilmiö Lattian värähtely riippuu: - lattian ominaisvärähtelyn taajuudesta - massasta: - suuri massa, pieni ominaistaajuus värähtely ominaisvärähtelyä, lisäksi raskas lattia vaimentaa värähtelyä - pieni massa, suuri ominaistaajuus värähtely aiheutuu kävelyn aiheuttamasta lattian taipumasta jako matala- ja korkeataajuuksisiin lattioihin 6
Kävely häiriölähteenä Kuvaaja kävelykuormituksesta (idealisoitu yhden askeleen aiheuttama vaimeneva värähtely) 7
Raja-arvot Matalataajuuksiset lattiat: - alin ominaistaajuus < ~10 Hz - paino yleensä > 300 kg/m² - ominaisvärähtely hallitsevaa, erillisiä askelten iskuja vaikea erottaa Korkeataajuuksiset lattiat: - alin ominaistaajuus > ~10 Hz - paino yleensä < 300 kg/m² - askelten aiheuttama värähtely erotettavissa Kelluvat lattiat ja korotuslattiat - lattioiden erityisryhmä, käytetään sekä korkea että matalataajuuksisten lattioiden kanssa - pintarakenteen taipumat ja kallistumat 8
Raja-arvot Mahdollinen värähtelyn luokittelu: (VTT tiedote 2124. Espoo 2002.) Värähtelyn aistittavuus kehon tuntemuksen perusteella A Ei havaita B Juuri havaittavaa C Havaittavaa D Selvästi havaittavaa E Voimakasta Värähtelyn aistittavuus esineiden perusteella 1 Astiat eivät kilise, kasvin lehdet eivät heilu 2 Astiat eivät yleensä kilise, kasvin lehtien heiluminen juuri havaittavaa 3 Astioiden kilinä juuri havaittavaa, kasvin lehtien heiluminen havaittavaa 4 Astioiden kilinä ja kasvin lehtien heiluminen selvästi havaittavaa 5 Astioiden kilinä ja kasvin lehtien heiluminen voimakasta 9
Värähtelyn mitoitus Värähtelytaso arvioidaan joko mittaamalla tai laskemalla. Laskennassa käyttörajatila käytetään jäykkyysvakioiden keskiarvoja E mean, G mean. Jos f 1 < 9 Hz, niin erityistarkastelu tarpeen Jos f 1 > 9 Hz, niin δ 0,5 mm, missä f 1 = lattian alin ominaistaajuus δ = 1 kn staattisen pistevoiman aiheuttama lattian suurin hetkellinen painuma lattiapalkin kohdalla Pintalevyn tai kelluvan lattian lisätaipuma saa lisäksi olla enintään 0,5 mm 1kN:n pistevoimasta. 10
Värähtelyn mitoitus Huoneen koko voi vaikuttaa taipumarajaan korottavasti, jos huoneen suurin sivumitta < 6m. Taipumarajaa voidaan tuolloin korottaa kertoimella k: 11
Värähtelyn mitoitus Yhteen suuntaan kantavan lattiarakenteen alin ominaistaajuus: f 0 π 2 l = 2 ( EI ) m l Kahteen suuntaan kantavan lattiarakenteen alin ominaistaajuus: f π = 2 2 l 2 4 ( EI ) l l l ( EI ) B 1+ + m B B ( EI ) l 0 2 12
Värähtelyn mitoitus Ominaistaajuuskaavojen symbolit: l = lattiarakenteen jänneväli [m] B = lattiarakenteen leveys [m] (EI) l = lattian kantavaa suuntaa l vastaava taivutusjäykkyys leveysyksikköä kohden [Nm²/m] (EI) B = lattian poikittaissuuntaa B vastaava taivutusjäykkyys leveysyksikköä kohden [Nm²/m] m = lattian oman painon ja pitkäaikaisen hyötykuorman (ψ 2 Q k ) yhteispaino [kg/m²]. 13
Värähtelyn mitoitus Huomioita: Neljältä sivulta tuetun lattian poikittaissuunnan (B) tueksi voidaan olettaa esim. lattiaan ilman joustovaroja kiinnitetty väliseinä. Lattian taivutusjäykkyyden laskennassa saa hyödyntää välipohjan kaikkia koolauksia ja levytyksiä sekä esim. kelluvaa betonilaattaa. Poikittaisjäykisteiden vaikutus huomioidaan (EI) B :ssä. 14
Värähtelyn mitoitus Lattiapalkin taipuma δ yhteen suuntaan kantavassa lattiarakenteessa: δ = 2 F l 42 kδ min 3 F l 48 s ( EI ) ( EI ) l l s = lattiapalkkien väli [m] ja k ( EI ) B jos k ( EI ) l δ = 4, δ l B 15