Betonirakenteiden stabiliteettilaskelmat eurokoodin mukaan

Abstract

Rakenteen kokonaistarkastelun kannalta merkittävimmät kuormat ovat rakenteen oma paino, lumi-, tuuli-, hyöty-, nosturi-, maanpaine-, ja epätarkkuuksien aiheuttamat kuormitukset. Eri kuormitusten samanaikaisuus ja todennäköisesti vaikuttavat mitoitustilanteet otetaan huomioon osavarmuuslukumenetelmällä, joissa alkeiskuormilla on omat osavarmuus- ja yhdistelykertoimensa. Rakennelaskelmissa osoitetaan, että rakenteen kestävyys on määräävien kuormitusyhdistelmien mukaisia rasituksia suurempi. Rakenteen kokonaistarkastelussa tarkistetaan pystyjäykisteiden ja vaakakuormiajakavien levykenttien kestävyys murtorajatilassa, sekä rakenteen globaalit sivusiirtymät ja lokaalit halkeamaleveydet käyttörajatilassa. Rakenteen kokonaistarkastelu voidaan tehdä eurokoodin EN 1992-1-1 mukaan sekä käsinlaskentamenetelmillä että FEM-analyysimallilla. Hyväksytyt analyysimenetelmät ovat lineaarinen kimmoteoria, taivutusmomenttien jakomenetelmä, plastisuusteoria, ristikkoanalogia ja epälineaarinen menetelmä. Kokonaistarkastelussa tulee ottaa huomioon toisen kertaluvun ja leikkausmuodon vaikutukset. Niiden merkittävyys tarkistetaan laskemalla jäykistysjärjestelmän toisen kertaluvun raja-arvo, joka perustuu rakenteen kriittiseen kuormaan. Mikäli rakenteen kriittinen kuorma on suuri vallitseviin pystykuormiin nähden, ovat toisen kertaluvun vaikutukset pieniä. Leikkausmuodonmuutokset lisäävät rakenteen siirtymiä ja pienentävät rakenteen kriittistä kuormaa, mikä otetaan stabiliteettilaskelmissa huomioon. Laskelmien teko voidaan jakaa erilaisten jäykistystapojen – masto-, levy-, ristikkojäykistys – mukaisiin kategorioihin. Näillä runkotyypeillä on omat erityispiirteensä ja kullakin runkotyypillä laskelmat noudattavat samoja periaatteita. Käsinlaskentamenetelmät perustuvat suurempaan määrään erilaisia idealisointeja ja oletuksia rakenteen toiminnasta kuin FEM-analyysit. Käsinlaskentamenetelmät antavat kuitenkin hyviä tuloksia omalla pätevyysalueellaan ja niiden käyttö on tehokasta. Laskelmilla saatavien tulosten tulisi aina vastata todellisuutta, jonka vuoksi rakennesuunnittelijan tulee olla tietoinen laskentalausekkeiden oletuksista ja osata ennakoida tuloksiin vaikuttavia tekijöitä.

The most significant loadings in global analysis are self-weight, snow, wind, crane, imposed loads, earth pressure and loads caused by imperfections. Combinations of actions are taken into account according to partial factor method. All different loadings have their own partial and combination factors. In structural calculations it is shown that the resistance of the structure is greater than actions of the loadings. In global analysis it is shown that vertical stiffeners and lateral planes distributing the horizontal loads has sufficient resistance in ultimate limit state and that global lateral displacements and local crack widths are acceptable in service limit state. According to Eurocode global analysis of the structure can be done by hand calculation formulas or FEM-analysis. Different acceptable idealizations for structural analysis are linear elastic behavior, linear elastic behavior with limited redistribution, plastic behavior, strut and tie models and non-linear behavior. Second order effects and shear deformations must be taken into account in global analysis. The limit value between first and second order theory is based on the critical loading of the structure. If critical loading is great compared to the vertical loadings second order effects are insignificant. Shear deformations increase displacements and decrease critical loading which is considered in stability analysis. Calculation procedure can be categorized according to used vertical stiffeners – cantilever columns, shear walls and steel trusses. All these types of structures have their own specialities and stability calculations obey the same procedure. Hand calculation formulas are based on greater amount of idealizations and assumptions than FEM-analysis. Results of the hand calculation formulas are accurate on the area of validity and the use of them is efficient. All structural calculations must represent phenomena of the reality and structural engineer must be aware of basis of the hand calculations and be able to predict influencing facts of the results.