Betonielementtirakenteiden liitosten mitoitus : rengasraudoitus, saumaraudoitus ja vaijerilenkit

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää suunnittelutoimisto EP-Insinöörit Oy:lle Excel-pohjaiset mitoitustyökalut, joiden avulla voidaan mitoittaa betonielementtirakenteiden rengasraudoitukset, saumaraudoitukset sekä vaijerilenkit. Betonielementtirakenteet muodostavat merkittävän osan suomalaisesta rakennuskannasta, ja liitosten mitoitus on niiden käyttövarmuuden ja turvallisuuden kannalta keskeisessä roolissa. Laskentapohjien tarkoituksena on nopeuttaa mitoitusprosessia ja vähentää kustannuksia sekä mahdollisia manuaalisen laskennan virheitä.

Työn teoriaosuudessa käsitellään betonielementtirakentamisen perusteita, runkojärjestelmiä ja niiden liitoksia. Liitosten mitoitusta tarkastellaan eurokoodien, kansallisten liitteiden, betoninormien ja Ympäristöministeriön asetusten mukaan. Teoriassa syvennytään erityisesti saumaraudoitusten sekä rengasraudoitusten ja vaijerilenkkien mitoitukseen. Lisäksi työssä käsitellään onnettomuustilanteiden vaikutuksia liitosten mitoitukseen sekä niiden edellyttämiä lisätarkasteluja rakenteiden vaurioitumisen rajoittamiseksi, kuten sidejärjestelmien suunnittelua.

Excel-mitoituspohjat laadittiin vastaamaan sekä normaaleja mitoitustilanteita että onnettomuustilanteita. Työkalu laskee automaattisesti tarvittavat mitoitusarvot käyttäjän syöttämien geometria- ja kuormitustietojen perusteella. Laskentapohjat hyödyntävät työn teoriaosuudessa esitettyjä laskentaperusteita ja sisältävät valmiit valikot, ohjeistukset sekä tarkistusominaisuudet, joiden avulla käyttäjä voi valita tarvittavan raudoituksen ja varmistaa sen käyttöasteet. Lopputuloksena syntyi suunnittelutoimiston toivomat selkeät laskentapohjat liitosten mitoitusta varten.

Mitoitustyökalua on tarkoitus hyödyntää tilaajayrityksen projektien rakennesuunnittelussa. Sen odotetaan parantavan työn tuottavuutta ja yhdenmukaistavan mitoituskäytäntöjä. Opinnäytetyön teoriaosuus antaa lisäksi valmiuden laajentaa työkalua tulevaisuudessa kattamaan koko sidejärjestelmän mitoituksen.

The aim of this thesis was to develop Excel-based design tools for the engineering company EP-Insinöörit Oy, enabling the design of concrete element connections, including ring reinforcement, joint reinforcement and wire loops. Concrete element structures form a significant part of Finnish construction, and the design of the connections plays a key role in the operational reliability and safety of the structures. The purpose of the calculation templates is to speed up the design process and reduce costs as well as potential errors related to manual calculations.

The theoretical part of the thesis examines the fundamentals of concrete element construction, structural systems and their connections. The design of connections is reviewed according to Eurocodes, national annexes, concrete design standards and the regulations of the Ministry of the Environment. Special emphasis is placed on the design of joint reinforcement, ring reinforcement and wire loop connections. The thesis also addresses the influence of accidental situations on connection design and the additional checks required to limit structural damage, such as the design of tie systems.

The Excel-based calculation sheets were created to meet both normal design situations and accidental design situations. The tool automatically calculates the required design values based on the user’s input geometry and load data. The templates utilize the design principles presented in the theoretical part and include ready-made selection menus, instructions and verification functions to help the designer choose the necessary reinforcement and ensure correct utilisation ratios. The final result is a set of clear calculation sheets for connection design, as requested by the engineering company.

The design tool is intended to support the client company’s structural design work. It is expected to improve productivity, unify design practices and provide a reliable basis for the design of typical concrete element connections. The theoretical basis of the thesis also provides readiness to expand the tool in the future to cover the full design of tie systems.