Teräsbetonipilarin mitoitusmenetelmien vertailu
Lehtonen, Matias (2021)
Lehtonen, Matias
2021
Rakennustekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Civil Engineering
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
2021-01-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202101271749
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202101271749
Tiivistelmä
Teräsbetonipilarien mitoitukseen liittyy usein olennaisesti niin kutsuttujen toisen kertaluvun vaikutusten huomioon ottaminen. Aikaisemmin teräsbetonipilarien mitoitus on Suomessa tehty RakMK:n (Suomen rakentamismääräyskokoelma) osan B4 mukaan, mutta sittemmin on siirrytty käyttämään eurooppalaisia rakenteiden suunnittelustandardeja, eurokoodeja. Eurokoodeissa on esitetty toisen kertaluvun analyysin tekemiseksi kolme eri menetelmää: yleinen menetelmä, nimellisjäykkyyden menetelmä ja nimellisen kaarevuuden menetelmä. Näistä kaksi viimeistä ovat käsinlaskentaan soveltuvia, yksinkertaistettuja menetelmiä. Suomessa rakennesuunnittelija saa itse valita, mitä menetelmää käyttää. Koska vastuu valinnasta on annettu rakennesuunnittelijalle, on suunnittelijan tärkeää ymmärtää eri mitoitusmenetelmien taustat ja menetelmien väliset erot sekä niiden vaikutus mitoitukseen ja siitä saataviin tuloksiin. Tässä työssä tutkitaan, miten eri menetelmät eroavat toisistaan ja millaisiin tuloksiin ne johtavat pilarin pääraudoituksen osalta. Työn tavoite on selvittää, millaisia eroja mitoitusmenetelmillä on käytännön rakennesuunnittelun kannalta.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosa esittelee teräsbetonipilarin toiminnan perusperiaatteet sekä teräsbetonipilarien mitoitusmenetelmät ja niihin liittyvät mitoituslaskelmat. Lisäksi menetelmiä vertaillaan laskennallisesti, esimerkkilaskelmien avulla. Näissä vertailulaskelmissa mitoitetaan teräsbetonipilarin pääraudoitus kahteen eri rakenteeseen käyttämällä RakMK:n betoninormimitoitusta sekä standardissa SFS-EN 1992-1-1 Eurokoodi 2: Betonirakenteiden suunnittelu esitettyjä yksinkertaistettuja mitoitusmenetelmiä.
Tutkimus osoittaa, että betoninormimitoitus on eurokoodin menetelmiin verrattuna hyvin konservatiivinen. Se johtaa toisen tutkitun rakenteen tapauksessa jopa 40 % suurempaan pääraudoitusmäärään. Sen sijaan eurokoodin yksinkertaistettujen menetelmien väliset keskinäiset erot jäävät melko pieniksi, sillä niiden avulla lasketut raudoitusmäärät poikkeavat toisistaan vain noin 10 %. Lisäksi vertailulaskelmien tuloksista havaitaan, että eurokoodimitoituksen ensimmäisen kertaluvun momentin valinnalla on suuri merkitys mitoituksen lopputulokseen. Riippuen siitä, tehdäänkö mitoitus käyttämällä ensimmäisen kertaluvun momenttina pilarin suurinta momenttia vai ekvivalenttia tasaista vakiomomenttia, syntyy lopullisten vaadittujen pääteräsmäärien välille eroa yli 20 %. Tutkimuksen tulosten perusteella näyttää myös siltä, että rakenteen hoikkuus kannattaa ottaa huomioon mitoitusmenetelmän valinnassa. Vähemmän hoikkia pilareita mitoitettaessa tärkeintä on, että mitoituksen tekee jollain eurokoodin menetelmällä, ja yksinkertaistetut menetelmät ovat tehokkaita tähän tarkoitukseen. Hoikkien pilareiden tapauksessa voi yleistä menetelmää käyttämällä saada yksinkertaistettuihin menetelmiin verrattuna pilarin kapasiteetin tehokkaammin hyödynnettyä. Yksinkertaistettuja menetelmiä kannattaa silti käyttää myös hoikkien pilareiden mitoituksessa alustavien pääraudoitteiden määrittämiseksi, sillä menetelmillä saa hyviä tuloksia nopeasti.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosa esittelee teräsbetonipilarin toiminnan perusperiaatteet sekä teräsbetonipilarien mitoitusmenetelmät ja niihin liittyvät mitoituslaskelmat. Lisäksi menetelmiä vertaillaan laskennallisesti, esimerkkilaskelmien avulla. Näissä vertailulaskelmissa mitoitetaan teräsbetonipilarin pääraudoitus kahteen eri rakenteeseen käyttämällä RakMK:n betoninormimitoitusta sekä standardissa SFS-EN 1992-1-1 Eurokoodi 2: Betonirakenteiden suunnittelu esitettyjä yksinkertaistettuja mitoitusmenetelmiä.
Tutkimus osoittaa, että betoninormimitoitus on eurokoodin menetelmiin verrattuna hyvin konservatiivinen. Se johtaa toisen tutkitun rakenteen tapauksessa jopa 40 % suurempaan pääraudoitusmäärään. Sen sijaan eurokoodin yksinkertaistettujen menetelmien väliset keskinäiset erot jäävät melko pieniksi, sillä niiden avulla lasketut raudoitusmäärät poikkeavat toisistaan vain noin 10 %. Lisäksi vertailulaskelmien tuloksista havaitaan, että eurokoodimitoituksen ensimmäisen kertaluvun momentin valinnalla on suuri merkitys mitoituksen lopputulokseen. Riippuen siitä, tehdäänkö mitoitus käyttämällä ensimmäisen kertaluvun momenttina pilarin suurinta momenttia vai ekvivalenttia tasaista vakiomomenttia, syntyy lopullisten vaadittujen pääteräsmäärien välille eroa yli 20 %. Tutkimuksen tulosten perusteella näyttää myös siltä, että rakenteen hoikkuus kannattaa ottaa huomioon mitoitusmenetelmän valinnassa. Vähemmän hoikkia pilareita mitoitettaessa tärkeintä on, että mitoituksen tekee jollain eurokoodin menetelmällä, ja yksinkertaistetut menetelmät ovat tehokkaita tähän tarkoitukseen. Hoikkien pilareiden tapauksessa voi yleistä menetelmää käyttämällä saada yksinkertaistettuihin menetelmiin verrattuna pilarin kapasiteetin tehokkaammin hyödynnettyä. Yksinkertaistettuja menetelmiä kannattaa silti käyttää myös hoikkien pilareiden mitoituksessa alustavien pääraudoitteiden määrittämiseksi, sillä menetelmillä saa hyviä tuloksia nopeasti.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [6978]