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. 2.
Yleistä............................................................................................................................ 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 Liite II Liite III
Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5) Palkin tuenta Mitoitustaulukot
1 s. 2 s. 4 s.
21.10.2006 PKä
H+H Siporex Oy Teikankaantie 256 39500 Ikaalinen
Puhelin 0207 524 200 Faksi 0207 524 222
Helsingin konttori Eskolantie 1 Puhelin 0207 524 270 00720 Helsinki Faksi 0207 524 277
siporex@siporex.fi www.siporex.fi
21.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
1.
2 (13)
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 MR, kun kiepahdus ei ole määräävä, lasketaan kaavasta:
MR = missä
fd W
(1)
W on kimmoinen taivutusvastus η on 1,0 poikkileikkausluokassa 3 (hoikissa poikkileikkauksissa laskettava tarkemmin) fd on myötörajan laskenta-arvo
Taulukko 1. Teräslaatujen myötörajan ominaisarvot 2
Lujuusluokka
fy [N/mm ]
S235 (Fe 360)
235
S275 (Fe 430)
275
S355 (Fe 510)
355
Staattisesti kuormitetuille teräsrakenteille aineosavarmuuskerroin γm = 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:
v≤
L 400
missä
(2) L = 1,05 x L0 L on jänneväli L0 on palkin vapaa-aukko
Suunnittelijan on tapauskohtaisesti harkittava, onko aihetta tiukempien vaatimusten käyttöön.
Yksiaukkoisen palkin taipuman laskenta: 4
5 qk L 0 5 Mk L 0 v= = 384 E I 48 E I missä
2
(3)
qk on käyttörajatilakuorma L0 on palkin vapaa-aukko E on teräspalkin kimmomoduuli (210000 MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti Mk on käyttörajatilaa vastaava momentti
RakMk B7 mukaan teräspalkin alkukäyryyden (fp) 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:
EI L0
2
≥ 200 kN
missä
E on teräspalkin kimmomoduuli (210000 MPa) I on teräspalkin jäyhyysmomentti L0 on palkin vapaa-aukko
(4)
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
missä
(5)
δmax on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa fcd on siporex-harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo
Taulukko 2. Tukipinnan pituudesta riippuva kerroin k. Väliarvot voidaan tarvittaessa interpoloida suoraviivaisesti. Jäykkyysehto 2
EI/L0 ≥ 200 kN 2
EI/L0 ≥ 300 kN
Tukipinnan pituus [mm]
k [-]
150…200
1
> 200
0,8
≤ 300
1
Taulukko 3. Siporex-harkkoseinän puristuslujuudet (RakMk B5) Massan tiheys 3 [kg/m ]
Ominaislujuus fck [MPa]
Laskentalujuus fcd [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 (δmax) määrättäessä (kaava 6). Laskelmissa tukipinnan maksimipituus saa enintään olla 300 mm.
max
=
missä
Fd 1 6 + e + 2 b h h δmax on maksimi puristusjännitys kuormitetussa tukipinnassa murtorajatilassa Fd on palkin tukireaktio b on kuormituspinnan pituus h on kuormituspinnan leveys e on kuormituksen epäkeskisyys
(6)
21.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
5 (13)
e
PALKKI
Fd
h
b
Kuva 1.
Vääntörasitus tukipinnassa.
RakMk B5 kaavan 3.17 mukaista korotettua puristuslujuuden laskenta-arvoa (1…1,5 x f voidaan käyttää liitteessä 1 esitetyissä tapauksissa.
cd)
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
3.
6 (13)
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
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
Liite I 1/1
≥
Paikallinen puristuskestävyys (RakMk B5)
≥
α
α
≥
≥
α
α
α
≥ α
!
" '! (
# $ %& '"
# $ %#&
Kun puristusrasitus kohdistuu vain osalle siporex-pinnasta, voidaan puristuslujuuden laskenta-arvona käyttää korotettua arvoa. Edellä esitetyissä tapauksissa paikallinen puristuskestävyys Nu lasketaan RakMk B5 (1987) kaavan 3.17 mukaan
Nu = A co fcd 3
A cl ≤ 1,5 A co fcd , A co
missä fcd on siporex -harkkoseinän puristuslujuuden laskenta-arvo.
(7)
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
Liite II 1/2
Palkin tuenta; TUENTATAPA A:
!* + , -.
≥ ≥)
-. !* + ,
α
α +
≥
Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a1 ≥ 100 a2 ≥ 100 a1 + a2 ≥ 2,4 x h
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
Liite III 2/4
Palkin tuenta; TUENTATAPA B:
!* + , -.
≥)
Palkin tuenta; TUENTATAPA C: -.
≥)
-.
α
α +
≥
Seuraavien ehtojen tulee täyttyä: a1 ≥ 100 a2 ≥ 100 a1 + a2 ≥ 2,4 x h
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
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/mm2
•
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).
20.10.2006
Siporex-harkkosein채채n tukeutuvien ter채spalkkien suunnitteluohje
PK채
Liite III 2/4
Maksimi vapaa-aukko (L0), L-profiili
Tukipintakriteeri mukana
Siporex 400 kg/m3 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/m3 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/m3 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
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
Liite III 3/4
Maksimi vapaa-aukko (L0), T-teräs (2xL yhteenhitsattuna) Tukipintakriteeri mukana
Siporex 400 kg/m3 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/m3 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/m3 TUENTATAPA C KL 12
KL 15
KL 25
1500
1500
1200
1900
1800
1400
3000
2700
2100
4000
3600
2500
4300
3900
2500
20.10.2006
Siporex-harkkoseinään tukeutuvien teräspalkkien suunnitteluohje
PKä
Liite III 4/4
Maksimi vapaa-aukko (L0) 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