Betonitäytteisen teräsputkiprofiililiittopilarin rakenteellinen toiminta palossa ja kestävyyksien vertailu hiili- ja ruostumattomalla teräsprofiililla
Innos, Toomas (2019)
2019
Rakennustekniikan DI-tutkinto-ohjelma
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-09-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201908303065
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201908303065
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkitaan monikerrosliittopilarin rakenteellista toimintaa palotilanteessa. Liittopilarin taivutusjäykkyys pienenee palotilanteessa. Pilarin statiikka muuttuu ja taivutusmomentti jakautuu monikerrospilarin kerrosväleille eri tavalla kuin normaalilämpötilassa. Taivutusmomentin jakautumista tutkitaan tilanteissa, joista rasitus syntyy epäkeskeisestä puristuskuormituksesta tai tasaisesta tuulikuormasta. Laskenta suoritetaan mekaniikan siirtymämenetelmällä. Lisäksi selvitetään, kuinka paljon liittopilarien puristus- ja taivutusjäykkyydet pienentyvät palotilanteessa. Tästä tehdään esimerkkilaskelmat muutamalla tavanomaisella profiililla eri palonkestoajoilla. Monikerrosliittopilarin nurjahduspituuksia tutkitaan laskennallisesti, kun liittopilarin taivutusjäykkyys on pienentynyt ja saatuja tuloksia verrataan Eurokoodin SFS-EN 1994-1-2 esittämiin lukuarvoihin. Laskenta suoritetaan stabiilisuusteorian momenttimenetelmällä ja tuloksien oikeellisuus varmistetaan kahdella elementtimenetelmään perustuvalla tietokoneohjelmistoilla.
Liittopilarien kestävyydet lasketaan standardin SFS-ENV 1994-1-1 esittämällä yksinkertaisella laskentamenetelmällä. Menetelmällä saatuja puristuskuorman ja taivutusmomentin sekä vinon taivutuksen yhteisvaikutuskuvaajia analysoidaan ja niitä vertaillaan erilaisilla liittopilaripoikkileikkauksilla normaalilämpötilassa ja palotilanteessa. Poikkileikkauksen lämpötilajakauma lasketaan elementtimenetelmään perustuvalla tietokoneohjelmistolla. Lisäksi analysoidaan rakenneteräsprofiilin ulkopinnan emissiivisyyttä hiiliteräksellä ja ruostumattomilla teräslajeilla. Eurokoodin SFS-EN 1994-1-2 määrittelemää emissiivisyyden mitoitusarvoa verrataan todellisiin, tutkimustuloksiin perustuviin lukuarvoihin.
Lopuksi liittopilarin suurimpia normaalivoimakestävyyksiä selvitetään muutamille tavanomaisille poikkileikkauksille varioimalla teräsprofiilin teräslaatua hiili-, austeniittisen-, ferriittisen- ja austeniittis-ferriittisen teräksen välillä. Lisäksi varioidaan teräsprofiilin seinämävahvuutta sekä betoniraudoitusta. Laskenta suoritetaan muutamilla tavanomaisilla pilarin korkeuksilla ja puristuskuorman epäkeskisyyksillä. Laskennassa käytetään edellä tutkittuja ja pohdittuja nurjahduspituuksia sekä otetaan huomioon taivutusmomenttien uudelleen jakaantuminen palotilanteessa.
Tämän tutkimuksen perusteella tietyt ruostumattomat teräslajit ovat käyttökelpoisia ja kilpailukykyisiä vaihtoehtoja liittopilarin teräsprofiiliksi. Erityisesti austeniittinen ruostumaton teräslaji EN 1.4301 on erinomainen vaihtoehto paloluokassa R120 ja sitä suuremmissa paloluokissa, jolloin sen kestävyys on selvästi suurempi kuin vastaavalla hiiliteräksestä valmistetulla liittopilarilla.
Liittopilarien kestävyydet lasketaan standardin SFS-ENV 1994-1-1 esittämällä yksinkertaisella laskentamenetelmällä. Menetelmällä saatuja puristuskuorman ja taivutusmomentin sekä vinon taivutuksen yhteisvaikutuskuvaajia analysoidaan ja niitä vertaillaan erilaisilla liittopilaripoikkileikkauksilla normaalilämpötilassa ja palotilanteessa. Poikkileikkauksen lämpötilajakauma lasketaan elementtimenetelmään perustuvalla tietokoneohjelmistolla. Lisäksi analysoidaan rakenneteräsprofiilin ulkopinnan emissiivisyyttä hiiliteräksellä ja ruostumattomilla teräslajeilla. Eurokoodin SFS-EN 1994-1-2 määrittelemää emissiivisyyden mitoitusarvoa verrataan todellisiin, tutkimustuloksiin perustuviin lukuarvoihin.
Lopuksi liittopilarin suurimpia normaalivoimakestävyyksiä selvitetään muutamille tavanomaisille poikkileikkauksille varioimalla teräsprofiilin teräslaatua hiili-, austeniittisen-, ferriittisen- ja austeniittis-ferriittisen teräksen välillä. Lisäksi varioidaan teräsprofiilin seinämävahvuutta sekä betoniraudoitusta. Laskenta suoritetaan muutamilla tavanomaisilla pilarin korkeuksilla ja puristuskuorman epäkeskisyyksillä. Laskennassa käytetään edellä tutkittuja ja pohdittuja nurjahduspituuksia sekä otetaan huomioon taivutusmomenttien uudelleen jakaantuminen palotilanteessa.
Tämän tutkimuksen perusteella tietyt ruostumattomat teräslajit ovat käyttökelpoisia ja kilpailukykyisiä vaihtoehtoja liittopilarin teräsprofiiliksi. Erityisesti austeniittinen ruostumaton teräslaji EN 1.4301 on erinomainen vaihtoehto paloluokassa R120 ja sitä suuremmissa paloluokissa, jolloin sen kestävyys on selvästi suurempi kuin vastaavalla hiiliteräksestä valmistetulla liittopilarilla.