Laskentapohjien suunnittelu sidejärjestelmien laskentaan eurokoodin mukaisesti onnettomuusmitoitus huomioiden

Abstract

Insinöörityö tehtiin Optiplan Oy:lle rakennesuunnittelijoiden käyttöön. Työn tarkoituksena oli perehtyä elementtirakenteisen rakennuksen vaatimien sidejärjestelmien taustalla olevaan teoriaan sekä niiden mitoitukseen rakennuksen kuormituksille. Sidejärjestelmillä tarkoitetaan ontelolaattakentän sauma- ja rengasteräksiä, pystyrakenteiden sidontaa vaakarakenteisiin sekä seinäelementtien välisiä pysty- ja vaakasaumoja.

Insinöörityö tehtiin kirjallisuuslähteitä ja internet-julkaisuja hyödyntäen. Päätoimisina lähteinä toimivat eurokoodit sekä niiden kansalliset liitteet. SFS-EN 1992-1-1 (betonirakenteet) sekä kuormia käsittelevän eurokoodin SFS-EN 1991-1 osat 1, 3, 4 ja 7 toimivat pohjatietona sidejärjestelmien mitoitukselle. Eurokoodien lisäksi perehdyttiin muutaman eri rakennusalan toimijan sidejärjestelmiä koskeviin julkaisuihin. Näistä mainittakoon Suomen Betoniyhdistys ry, Betoniteollisuus ry sekä Rakennusteollisuus RT ry.

Onnettomuustilanteiden mitoitus oli sidejärjestelmien kannalta merkittävässä roolissa, sillä juurikin sidejärjestelmiin varattavilla kapasiteeteilla pyritään rakennuksen kokonaisvakavuus säilyttämään onnettomuuden sattuessa. Onnettomuustilanteita varten on luotu muutamia eri suunnittelustrategioita, joiden avulla rakennus voidaan luotettavasti suunnitella kestäväksi ennalta määrittelemättömänkin onnettomuuden sitä vaurioittaessa. Suunnittelustrategioita ovat avainasemassa olevan rakenneosan mitoitus, paikallisen vaurion rajoittaminen sekä jatkuvan sortuman estäminen.

Eurokoodin ohjeiden ja määräyksien lisäksi insinöörityössä tutustuttiin Suomen vanhan normin, RakMK:n, mukaisiin ohjeisiin koskien sidejärjestelmiä. Työssä haluttiin tehdä suurpiirteistä vertailua vanhan ja uuden normin välille, jotta korjausrakennesuunnittelussa voidaan huomioida vanhan normin mukaisia mitoituksia.

Lopputuloksena luotiin läpiluotaava taustaselvitys elementtirunkoisen rakennuksen jäykistysperiaatteesta sekä sidejärjestelmistä ja niiden mitoitusperiaatteista. Tämän lisäksi tehtiin kaksi Excel-laskentapohjaa sidejärjestelmien mitoitukseen tukemaan rakennesuunnittelijan päivittäistä työskentelyä.

This thesis was commissioned by Optiplan Oy to help structural engineers in designing tying systems. The aim of the thesis was to study the theory on which requirements for tying systems of prefabricated element buildings is based, as well as focus on the proportioning of these systems for certain loads. Tying systems refer to the internal and peripheral ties that are used in each roof and floor level. They also refer to the horizontal ties connecting floors and vertical structures. Horizontal and vertical seams between wall elements were also considered.

The literature review is based on research of valid building standards and internet publications. The main literature sources were the Eurocode documents and their national annexes. SFS-EN 1992-1-1 (design of concrete structures) and Eurocode dealing with loads SFS-EN 1991-1 and its sections 1, 3 and 7 acted as the basis for calculations of a building’s tying systems. In addition to Eurocodes, publications released by organisations in the field of construction were also studied. These organizations include eg. Suomen Betoniyhdistys ry, Betoniteollisuus ry and Rakennusteollisuus RT ry.

Accidental actions play a significant role in calculating the capacities of tying systems. Tying systems which connect the elements contain the reserved stress capacity that is needed to maintain the stability of the whole building in case of an accident. A few structural planning strategies have been created to design structures that can tolerate local unpredictable damage without collapsing. These strategies are the following; designs of critical structures as key elements, designs that prevent local damage from spreading further and designs that prevent continuing collapse of structures.

In addition to the instructions and regulations of Eurocodes the old Finnish norm called RakMK was also studied regarding the tying systems. The aim was to make a rough comparison between the norms in order to make it easier to calculate loads and capacities when working with the repair of old structures in the field of structural engineering.

The result is a thorough background report of the principles of bracing prefabricated element buildings, as well as a report of the theories and demands related to tying systems. In addition to the written document, two Excel-based spreadsheet programs calculating capacities of tying systems were made to support the daily work of structural engineers.