SteelConstruction.info

Tässä artikkelissa tarkastellaan momentinkestäviä liitoksia, joita käytetään yksikerroksisten ja monikerroksisten rakennusten suunnittelussa, joissa käytetään jatkuvia runkoja.

Artikkelissa käsitellään yleisimmin käytettyjä momentinkestävien liitosten tyyppejä. Standardiliitosten käyttöä palkki-pilariliitoksissa ja palkki-palkki-liitoksissa tarkastellaan ja esitetään yleiskatsaus Eurokoodi 3:een perustuviin suunnittelumenettelyihin. Tarkasteltavana ovat sekä ruuviliitokset että hitsausliitokset. Myös pilariliitokset ja pilariperustukset esitellään.

Momentinkestävien liitosten tyypit

Momentinkestäviä liitoksia käytetään monikerroksisissa tukemattomissa rakennuksissa ja yksikerroksisissa portaalirunkoisissa rakennuksissa. Monikerroksisissa rungoissa liitokset ovat todennäköisimmin ruuviliitoksia, täyssyviä päätylevyliitoksia tai jatkettuja päätylevyliitoksia. Jos tarvitaan syvempi liitos, jotta pulttien vipuvarsi olisi suurempi, voidaan käyttää aukkoista liitosta. Koska tästä aiheutuu kuitenkin ylimääräistä valmistustyötä, tätä tilannetta tulisi mahdollisuuksien mukaan välttää.

Portaalirunkorakenteissa käytetään lähes aina räystään ja rungon huipun kohdalla olevia aukkoisia momentinkestäviä liitoksia, sillä sen lisäksi, että aukko lisää liitoksen kestävyyttä, se kasvattaa myös palkin kestävyyttä.

Yleisimmin käytetyt momentinkestävät liitokset ovat ruuviliitettyjä palkkien ja pilarien välisiä päätylevyliitoksia, jotka on esitetty alla olevassa kuvassa.

• 

  Täyssyvä päätylevy

• 

  Jatkettu päätylevy

• 

  Jäykistetty jatkettu päätylevy

• 

  Palkki

Pultatun palkin sijaan-pilariliitosten sijaan, voidaan käyttää hitsattuja liitoksia. Näillä liitoksilla voidaan saavuttaa täydellinen momenttijatkuvuus, mutta ne ovat kalliita valmistaa, erityisesti työmaalla. Hitsatut palkin ja pilarin väliset liitokset voidaan valmistaa valmistustyöpajassa ruuviliitoksella, joka on palkin roskapalkin sisällä paikassa, jossa taivutusmomentti on pienempi. Hitsattuja liitoksia käytetään myös rakennusten rakentamisessa seismisillä alueilla.

Muita momentinkestäviä liitostyyppejä ovat:

• Pilarien ja palkkien liitokset, mukaan lukien portaalirunkojen kärkiliitokset, ja
• pilarien jalustat.

Yksi näkökohta, jota tässä artikkelissa ei käsitellä, ovat onttojen profiileiden väliset hitsausliitokset. Tata Steeliltä on kuitenkin saatavissa ohjeita Celsius®355- ja Hybox®355-onteloprofiilien hitsausliitosten suunnittelusta.

Liitosten luokittelu

Teräsrakenteiden liitosten suunnittelua Isossa-Britanniassa käsitellään standardissa BS EN 1993-1-8 ja sen kansallisessa liitteessä.

BS EN 1993-1-8:ssa edellytetään, että liitokset luokitellaan jäykkyyden (jäykkiin, puolijäykkiin tai nimellisinä kiinnitettyihin) tai lujuuden (täyslujiin, osittaislujiin tai nimellisinä kiinnitettyihin) perusteella. Jäykkyysluokitus on merkityksellinen kehysten elastisen analyysin kannalta, lujuusluokitus plastisesti analysoitujen kehysten kannalta. Standardissa määritellään liitosmallit yksinkertaisiksi, puolijatkuviksi tai jatkuviksi jäykkyyden ja lujuuden mukaan. Momenttia kestävät liitokset ovat yleensä jäykkiä ja joko täysin tai osittain lujia, joten liitokset ovat joko jatkuvia tai puolijatkuvia.

Useimmissa tilanteissa suunnittelun tarkoituksena on, että momenttia kestävät liitokset ovat jäykkiä ja mallinnetaan sellaisina runkoanalyysissä. Jos liitokset olisivat itse asiassa puolijäykkiä, liitoksen käyttäytyminen olisi otettava huomioon runkoanalyysissä, mutta Yhdistyneen kuningaskunnan NA ei suosittele tätä lähestymistapaa, kunnes on saatu kokemusta kiertojäykkyyden numeerisesta laskentamenetelmästä.

Lauseke 5.2.2.1(2) BS EN 1993-1-8:ssa todetaan, että liitos voidaan luokitella kokeellisen näytön, aikaisemmasta tyydyttävästä toiminnasta vastaavissa tapauksissa saadun kokemuksen tai testinäyttöön perustuvien laskelmien perusteella.

Britannian kansallisessa liitteessä annetaan lisäselvennyksiä, ja kohdassa NA.2..6 huomauttaa, että liitokset, jotka on suunniteltu SCI P207. (momenttiliitoksia koskevan vihreän kirjan BS 5950 -versio) voidaan luokitella kyseisen julkaisun suositusten mukaisesti.

SCI P207 on päivitetty BS EN 1993-1-8:n huomioon ottamiseksi, ja se on julkaistu uudelleen nimellä SCI P398 .

Jäykkien liitosten luokittelu

Hyvin mitoitetut liitokset, jotka noudattavat SCI P398:ssa annettuja standardisointisuosituksia ja jotka on suunniteltu pelkästään lujuuden perusteella, voidaan yleensä olettaa jäykiksi yksikerroksisten portaalirakenteisten runkorakenteiden liitoksille . Monikerroksisissa tukemattomissa rungoissa kiertojäykkyys on olennainen tekijä rungon vakauden määrittämisessä. Suunnittelijan on siksi joko arvioitava liitosten jäykkyys (standardin BS EN 1993-1-8 mukaisesti) ja otettava se huomioon rungon suunnittelussa ja rungon vakauden arvioinnissa tai, jos runkoanalyysissä on oletettu jäykät liitokset, varmistettava, että liitosten suunnittelu vastaa tätä oletusta. Päätylevyliitoksen osalta voidaan olettaa, että liitos on jäykkä, jos molemmat seuraavat vaatimukset täyttyvät:

• Suhteellisen paksujen päätylevyjen ja mahdollisesti jäykistetyn pylväslaipan käyttö
• Pylväslaipan leikkausvoima ei ylitä 80 % mitoitusvastuksesta. Jos tämä ei ole mahdollista, on käytettävä vahvempaa pylvästä tai huolehdittava sopivasta vahvistuksesta.

Jos jäykkää liitosta ei voida olettaa, liitos on oletettava ”puolijäykäksi” ja liitosten joustavuus on otettava huomioon rungon stabiliteetin arvioinnissa.

Kustannukset

Momenttia kestävät liitokset ovat poikkeuksetta kalliimpia valmistaa kuin yksinkertaiset (pelkät leikkausliitokset) . Vaikka liitoksen komponenttien (levyt, pultit jne.) materiaalikustannukset eivät välttämättä ole merkittävät, momentin kestävät liitokset vaativat yleensä enemmän hitsausta kuin muut liitokset. Hitsaus on kallis toimenpide, ja se edellyttää myös tarkastusta hitsauksen valmistumisen jälkeen.

Paikallinen vahvistaminen lisää kustannuksia: pääkappaleiden kestävyyden lisääminen olisi aina harkittava kustannustehokkaana vaihtoehtona. Paikallinen vahvistaminen vaikeuttaa usein liitosten toteuttamista sivuakselille, mikä lisää kustannuksia.

Hitsaukset vaativat paljon hitsausta ja ovat siksi kalliita. Kun niitä käytetään elementin kestävyyden lisäämiseksi, kuten portaalirunkoparrussa, niiden käyttö on perusteltua, mutta haunchit voivat olla kallis vaihtoehto, jos niitä käytetään vain ruuviliitoksen toteuttamiskelpoiseksi.

Standardiliitokset

Vaikka standardoituja momentinkestäviä liitoksia ei olekaan olemassa, standardisointiperiaatteet ovat edelleen tärkeitä rakenteellisen tehokkuuden, kustannustehokkaan rakentamisen ja turvallisuuden kannalta. Seuraavia ohjeita suositellaan yleisesti ainakin alustavaa suunnittelua varten:

• M20- tai M24-ominaisuusluokka 8.8 pulttia, täysin kierteitetyt
• Pultit 90 tai 100 mm:n poikkikeskiöissä (”ulottuma”)
• Pultit 90 mm:n pystykeskiöissä (”jako”)
• S275- tai S355-kiinnikkeet (päätylevyt, liitoslevyt ja jäykisteet)
• 20 mm:n päätylevyt, joissa käytetään M20-pultteja; 25 mm:n päätylevyt, joissa käytetään M24-pultteja.

Pultatut palkin ja pilarin väliset liitokset

Alla olevan kuvan mukaiset I- tai H-profiilipalkkien ja pilarien väliset pultatut päätylevyliitokset suunnitellaan standardissa BS EN 1993-1-8 kuvatun lähestymistavan mukaisesti. Pultattuja päätylevyliitoksia ja kärkiliitoksia, joissa käytetään samanlaisia suunnittelumenetelmiä, käsitellään liitoksia koskevassa osassa.

Suunnitteluperuste

Pultatun päätylevyliitoksen kestävyys muodostuu toisen laipan vieressä oleviin pultteihin kohdistuvien vetovoimien ja toisen laipan laakeriin kohdistuvien puristusvoimien yhdistelmästä. Ellei palkissa ole aksiaalivoimaa, jännitys- ja puristusvoimat ovat yhteensä yhtä suuret ja vastakkaiset. Pystysuuntaista leikkausta kestävät laakerissa ja leikkauksessa olevat pultit; yleensä oletetaan, että voimaa kestävät pääasiassa puristuslaipan vieressä olevat pultit. Näitä voimia on havainnollistettu kaaviomaisesti oikeanpuoleisessa kuvassa.

Murtorajatilassa kiertymiskeskipiste on puristuslaipan kohdalla tai sen lähellä, ja suunnittelun yksinkertaistamiseksi voidaan olettaa, että puristusvastus keskittyy laipan keskipisteen tasolle.

Puristuslaipasta kauimpana olevaan ruuviriviin kohdistuu yleensä suurin vetovoima, ja aikaisemmassa suunnittelukäytännössä on oletettu, että voimat jakautuvat ”kolmionmuotoisesti” suhteessa etäisyyteen pohjalaipasta. Jos kuitenkin joko pilarin laippa tai päätylevy on riittävän joustava (Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisten standardien NA.2.7 kohdan määritelmän mukaisesti), jotta saavutetaan sitkeää käyttäytymistä, voidaan käyttää alempien rivien kaikkia vastuksia (tätä kutsutaan joskus pulttijonojen voimien plastiseksi jakautumiseksi).

• Pulttien voimien jakautuminen
• 

  Triangulaarinen jakautuminen

• 

  ”Muovinen” jakauma

Suunnittelumenetelmä

Päätylevyliitoksen täydellinen suunnittelumenetelmä on välttämättä iteratiivinen menettely: Tämän jälkeen konfiguraatiota muutetaan tarpeen mukaan suuremman kestävyyden tai suuremman taloudellisuuden saavuttamiseksi; tarkistettu konfiguraatio arvioidaan uudelleen, kunnes tyydyttävä ratkaisu on saavutettu.

Hitsatun päätylevyliitoksen kestävyyden todentaminen ottaen huomioon kukin liitoksen muodostavista komponenteista on havainnollistettu oikealla olevassa kuvassa ja alla olevassa, oheisessa taulukossa.

Edellä esitettyjä suunnitteluvaiheita vastaavat laskelmat on kuvattu kattavasti SCI P398:n kohdassa 2.5.

Vahvistusmenetelmät

Suunnittelun aikana tehtävällä huolellisella elementtien valinnalla voidaan usein välttää liitoksen vahvistamisen tarve ja johtaa kustannustehokkaampaan rakenteeseen. Joskus yhden tai useamman liitosvyöhykkeen vahvistamiselle ei kuitenkaan ole vaihtoehtoa. Jäljempänä olevissa kuvissa on esitetty erilaisia jäykisteitä, joita voidaan käyttää.

Vahvistustapa on valittava siten, että se ei ole ristiriidassa liitoksen muiden osien kanssa. Tämä on usein ongelma tavanomaisten jäykisteiden kanssa, kun toissijaiset palkit liittyvät pilarin runkoon.

Kunkin vyöhykkeen vahvistamiseen on yleensä useita tapoja, ja monet niistä voivat auttaa poistamaan puutteen useammalla kuin yhdellä alueella, kuten alla olevasta taulukosta käy ilmi.

Hitsatut palkki-pilariliitokset

Hitsatun rakenteen tarkoituksena on varmistaa, että pääpalkin ja pilarin liitokset tehdään tehdasympäristössä ja että ne voivat olla täyslujia jäykkiä liitoksia. Jotta tämä saavutettaisiin ja samalla kappalekoot pysyisivät riittävän pieninä kuljetusta varten, palkin poikkileikkauksen lyhyet tyngät hitsataan pylväisiin. Tyngän liitos muuhun palkkiin tehdään tavallisesti pultatulla peitelevyliitoksella. Huomaa, että ruuviliitoksissa on käytettävä esijännitettyjä ruuvikokoonpanoja.

Tyypillinen järjestely monikerroksisessa rakennuksessa on esitetty alla olevassa kuvassa.

Tehtaalla hitsatut liitokset

Tyypillinen tehdasvalmisteinen hitsausliitos, kuten oikeanpuoleisessa kuvassa on esitetty, koostuu pylvään laippoihin tehtaalla hitsatusta lyhyen poikkileikkauksen palkkikannasta ja pylvään sisäprofiiliin toisella akselilla hitsatusta kartiokannasta. Tynkäprofiilit valmistellaan pulttausta tai hitsausta varten peitelevyillä yleensä paikassa, jossa taivutusmomentti on pienentynyt.

Tämän lähestymistavan etuja ovat:

• Tehokkaat, täyslujuusmomenttiliitokset – kaikki hitsaus pylvääseen tehdään valvotuissa olosuhteissa
• Työkappaletta voidaan kääntää asentohitsauksen välttämiseksi tai minimoimiseksi.

Haitat ovat:

• Lisäliitoksia on enemmän ja siten korkeammat valmistuskustannukset
• ”Pylvään puun” tyngät vaikeuttavat komponentin käsittelyä ja kuljetusta
• Palkkien liitoskohdat joudutaan pulttaamaan tai hitsaamaan ilmassa jonkin verran etäisyydellä pylväästä
• Laipan liitoslevyjen ja pulttien kanssa voi olla häiriöitä joidenkin lattiatyyppien, kuten elementtien esivalmistuksen tai metallisen terassin kanssa.

Käytännön näkökohtia

Jatkuvat saumahitsaukset ovat tavallinen valinta useimmille pienille ja keskikokoisille palkeille, joiden laippojen paksuus on enintään 17 mm. Monet teräsurakoitsijat siirtyvät kuitenkin mieluummin osittain tunkeutuviin tyssähitsauksiin, joissa on päällekkäiset täytehitsit, tai täyteen tunkeutuviin tyssähitsauksiin sen sijaan, että he käyttäisivät yli 12 mm:n täytehitsejä.

Hyvän pääsyn varmistamiseksi hitsausta varten valmistuksen aikana pylväsakselit voidaan asentaa erityisiin manipulaattoreihin ja kääntää niin, että ne helpottavat hitsausta alhaalla olevaan käden asentoon kuhunkin kannakkeeseen.

Suunnittelumenetelmä

Staattisesti determinoituneissa rungoissa riittää osittaislujuusliitos, joka kestää suunnittelumomentin.Jos runko on staattisesti epämääräinen, liitoksilla on oltava riittävä sitkeys, jotta ne pystyvät kompensoimaan esimerkiksi rungon epätäydellisyydestä tai kannattimien asettumisesta johtuvan suunnittelumomentin epätarkkuuden. Tämän saavuttamiseksi liitoksen hitsaussaumat on tehtävä täyteen lujuuteen.

Palkin ja pylvään hitsatun liitoksen kestävyyden todentaminen ottaen huomioon kukin liitoksen muodostava komponentti on havainnollistettu oikeanpuoleisessa kuvassa ja lueteltu oheisessa taulukossa.

Yllä olevia suunnitteluvaiheita vastaavat laskutoimitukset on kuvattu kattavasti SCI:n P398 kohdassa 3.4.

Liitosliitokset

Taivutusmomentin, aksiaalivoiman ja poikittaisleikkausvoiman rasittamien H- tai I-profiilien välisten palkkien ja pilarien liitosten suunnitteluun kuuluvat seuraavat liitostyypit:

• Pultatut peitelevyjen liitokset
• Pultatut päätylevyjen liitokset
• Hitsatut liitokset.

Pultattujen pylväsliitosten, joihin kohdistuu vallitsevia puristusvoimia, suunnittelua käsitellään yksinkertaisia liitoksia käsittelevässä artikkelissa ja yksityiskohtaisemmin SCI P358:ssa .

Pultatut peitelevyliitokset

Liitoksen yksityiskohdat

Tyypilliset pultattujen peitelevyjen liitosjärjestelyt on esitetty kuvassa.

Palkin liitoksessa palkkien päiden välissä on pieni rako. Pienissä palkkiprofiileissa yksittäiset peitelevyt voivat olla riittäviä laippojen ja rungon kohdalla. Symmetrisissä poikkileikkauksissa käytetään yleensä symmetristä peitelevyjen järjestelyä riippumatta laippojen suunnitteluvoimien suhteellisista suuruuksista.

Pylväsliitokset voivat olla joko laakeroituja tai ei-laakeroituja. Laakerityyppisten pilariliitosten suunnitteluohjeet on esitetty standardissa SCI P358. Laakeroimattomat pylväsliitokset voidaan järjestää ja suunnitella kuten palkkiliitokset.

Suunnitteluperusteet

Palkkiliitos (tai laakeroimaton pylväsliitos) vastustaa palkissa samanaikaisesti esiintyvää suunnittelumomenttia, aksiaalivoimaa ja leikkausvoimaa laippojen peitelevyissä olevien veto- ja puristusvoimien sekä rungon peiteosien peitelevyissä esiintyvien leikkaus-, taivutus- ja aksiaalivoimien yhdistelmällä.

Jäykkälinjaisen liitosluokittelun aikaansaamiseksi liitokset on suunniteltava liukumista estäviksi. Liukuvastus on yleensä tarpeen vain SLS:n kohdalla (luokka B BS EN 1993-1-8:n 3.4.1 kohdan mukaan), mutta jos jäykkä liitos vaaditaan ULS:n kohdalla, liukuvastus ULS:n kohdalla on varmistettava (luokka C-liitos).

Elastisesti analysoiduissa rakenteissa pultattujen peitelevyjen liitosten ei tarvitse tarjota palkin poikkileikkauksen täyttä lujuutta, vaan ainoastaan riittävää kestävyyttä mitoitusmomentteja ja -voimia vastaan liitoskohdassa. Huomaa kuitenkin, että kun liitokset sijaitsevat elementissä, joka on poissa sivuttaissuuntaisen rajoituksen kohdalta, on otettava huomioon toisen kertaluvun vaikutuksia edustava mitoittava taivutusmomentti poikkileikkauksen sivuakselin ympäri.

Jäykkyys ja jatkuvuus

Liitoksilla on oltava riittävä jatkuvuus molempien akselien ympäri. Laippalevyjen tulisi sen vuoksi olla leveydeltään ja paksuudeltaan vähintään samankaltaisia kuin palkin laipat, ja niiden tulisi ulottua vähintään laipan leveyden tai 225 mm:n etäisyydelle liitoskohdan molemmin puolin. Lujuuden vähimmäisvaatimukset on esitetty BS EN 1993-1-8 standardin 6.2.7.1 kohdan 13 ja 14 alakohdassa. Suunnittelijoiden tulisi myös tutustua SCI:n neuvoa-antavan työpöydän muistioon AD393.

Suunnittelumenetelmä

Palkkien liitoksen suunnitteluprosessi käsittää peitelevyjen koon ja pulttien kokoonpanon valinnan, jotta liitoksen suunnittelukestävyys olisi riittävä. Prosessissa on useita erillisiä vaiheita, jotka on esitetty alla.

Edellä oleviin vaiheisiin kuuluu pultatun liitoksen 11:n erillisen komponentin resistanssiarvojen määrittäminen, kuten oikeanpuoleisessa kuviossa havainnollistetaan ja kuten on lueteltu oheisessa taulukossa.

.

. leikkaus

Edellä esitettyjä mitoitusvaiheita vastaavia laskutoimituksia kuvataan yksityiskohtaisemmin SCI:n P398 kohdassa 4.2.

Pultattujen päätylevyjen liitokset

Liitosten yksityiskohdat

Pultattujen päätylevyjen liitokset liitoksina tai portaalirakenteiden kärkiliitoksina ovat käytännössä palkin puolen palkin ja pilarin välisiä liittymiä peilattuina parinmuodostajiksi. Tämän liitosmuodon etuna peitelevytyyppiin verrattuna on se, että esijännitettyjä pultteja (ja näin ollen vaadittavaa kosketuspintojen valmistelua) ei tarvita. Ne ovat kuitenkin vähemmän jäykkiä kuin peitelevyliitoksen yksityiskohdat.

Portaalin apex haunch -liitosta käytetään säännöllisesti yksikerroksisissa portaalirunkorakenteissa, ja sen oletetaan yleisesti olevan ”jäykkä” kimmoisaa globaalianalyysiä varten.

Suunnittelumenetelmä

Suunnittelumenetelmä on olennaisilta osiltaan se, joka on kuvattu palkkien ja pilarien välisille liitoksille, mutta pilarin vastusten arviointia ei tarvita. Asiaan liittyvät vaiheet ja vastaavat laskelmat on kuvattu SCI P398:n kohdassa 4.3.

Palkin ja palkin väliset momenttiliitokset

Liitoksen yksityiskohdat

Palkin ja palkin väliset liitokset tehdään tavallisesti käyttämällä päätylevyliitoksia, joissa on esijännittämättömät pultit; tyypilliset yksityiskohdat on esitetty alla olevassa kuvassa. Esijännittämättömiä pultteja voidaan käyttää, kun käytetään vain päätylevyjä, mutta kun käytetään myös peitelevyä, on käytettävä esijännitettyjä pultteja ULS:n liukumisen estämiseksi.

• Tyypilliset palkin kautta palkin liitokset
• 

• 
• 

Suunnittelumenetelmä

Jos ei ole peitelevyä, voidaan käyttää päätylevyn liitosten suunnittelumenetelmää. Jos käytetään peitelevyä, se on suunniteltava kuten peitelevyn liitos; voidaan varovaisesti olettaa, että päätylevyn pultit kantavat vain pystysuuntaisen leikkauksen.

Peitelevyn ja tukipalkin välinen liitos on yleensä vain nimellinen, koska tukipalkkiin väännössä siirtyvä momentti on tavallisesti hyvin vähäinen.

Tarvittavat vaiheet ja vastaavat laskelmat on kuvattu SCI P398:n kohdassa 4.4.

Hitsausliitokset

Liitostiedot

Hitsattuja myymäläliitoksia käytetään usein liittämään yhteen lyhyempiä pituuksia, jotka on toimitettu tehtailta tai varastoista. Tällöin hitsaussaumat tehdään poikkeuksetta ”täyslujiksi” puskuhitsaamalla laipat ja runkopalkki toisiinsa. Laippaan voidaan tehdä pieniä reikiä laipan hitsauksen helpottamiseksi.

Jos liitettävät profiilit eivät ole samasta ”valssauksesta” ja niiden koko vaihtelee hieman valssaustoleransseista johtuvasta syystä, profiileiden väliin asetetaan tavallisesti erotuslevy. Kun eri sarjakokoa olevia osia liitetään tällä menetelmällä, suuremmassa osassa tarvitaan (pienemmän osan laippaan kohdistuva) kangasjäykiste, tai suuremmassa osassa voidaan käyttää syvyyttä vastaavaa koverrusta.

Vaihtoehtona tyssähitsatulle yksityiskohdalle työmaaliitos voidaan tehdä saumahitsatuilla peitelevyillä. Kansilevyissä voi olla pultteja tilapäistä liitosta varten pystytyksen aikana.

Suunnitteluperusteet

Hitsattujen liitosten yleiset suunnitteluperusteet ovat:

• Staattisesti epämääräisissä rungoissa, riippumatta siitä, onko ne suunniteltu plastisesti vai kimmoisasti, laippoihin ja runkopalkkiin on tehtävä täyslujuushitsit
• Staattisesti määrätyissä rungoissa liitokset voidaan suunnitella siten, että ne kestävät suunnitellun suunnittelumomentin, joka ei ole yhtä suuri kuin elementin momenttikestävyys, jolloin:
  • Laippahitsit on suunniteltava kestämään voima, joka on yhtä suuri kuin suunnittelumomentti jaettuna laippojen keskipisteiden välisellä etäisyydellä.
  • Hitsit on suunniteltava siten, että ne kestävät mitoitusleikkauksen.
  • Jos on olemassa aksiaalinen voima, se olisi jaettava laippojen kesken ja hitsit olisi suunniteltava tätä voimaa varten suunnittelumomentista aiheutuvan voiman lisäksi.

Määrittelemättömän lujuuden täyttä lujuutta koskeva vaatimus on tarpeen, jotta voidaan varmistaa, että liitos on riittävän luja, jotta se voi kompensoida suunnittelumomentin epätarkkuuden, joka aiheutuu esimerkiksi rungon epätäydellisyydestä, mallinnuksen likimääräisestä arvioimisesta tai tuennan laskeutumisesta.

Pilariperustukset

Vasemmanpuoleisessa kuvassa on esimerkki pilariperustuksesta, joka kykenee siirtämään momentin ja aksiaalivoiman teräspalkkien ja betonisten alapohjarakenteiden välille pilarien juuressa. Esimerkissä on pilarin alapohja, jossa on jäykistämätön pohjalevy. Jäykistetyt pohjalevyliitokset ja taskuihin valetut pilariperustukset ovat muita käytettävissä olevia vaihtoehtoja. Jäykistettyjä perusliitoksia ei kuitenkaan yleisesti käytetä niihin liittyvien perustamiskustannusten vuoksi.

Suunnitteluperusteet

Suunnittelun kannalta pilarin perusliitos on periaatteessa ruuvattu päätylevyliitos tietyin erityispiirtein:

• Aksiaalivoimat ovat tärkeämpiä kuin yleensä päätylevyliitoksissa.
• Puristuksessa suunnitteluvoima jakautuu teräksen ja betonin kosketuspinta-alalle, joka määräytyy betonin ja pakkauslaastin tai -laastin lujuuden mukaan.
• Jännityksessä voima siirretään pitopulttien avulla, jotka on ankkuroitu betoniseen alusrakenteeseen.

Sen vuoksi jäykistämätön pohjalevy on yleensä hyvin paksu verrattuna palkin ja pilarin välisten yhteyksien päätylevyihin.

Useimmiten momentti voi vaikuttaa kumpaankin suuntaan, ja silloin valitaan symmetriset yksityiskohdat. Voi kuitenkin olla olosuhteita, esim. jotkin portaalirungot, joissa epäsymmetriset yksityiskohdat voivat olla tarkoituksenmukaisia.

Liitoksen edellytetään yleensä siirtävän vaakasuuntaista leikkausta joko kitkan tai pulttien välityksellä. Ei ole järkevää, että vaakasuora leikkaus jakautuu tasaisesti kaikkiin pultteihin, jotka kulkevat pohjalevyn välysaukkojen läpi, ellei aluslevyjä hitsata pulttien päälle lopullisessa asennossa. Jos vaakasuora leikkaus on suuri, pohjalevyn alapuolelle hitsattu leikkauskannake voi olla tarkoituksenmukaisempi. Kaikissa tapauksissa pohjan injektointi on kriittinen toimenpide ja vaatii erityistä huomiota.

Suunnittelumenetelmä

Suunnitteluprosessi edellyttää iteratiivista lähestymistapaa, jossa valitaan pohjalevyn koekoko ja pulttien konfiguraatio, minkä jälkeen arvioidaan yhdistetyn aksiaalivoiman ja -momentin aiheuttamat vastukset.Asiaan liittyvät vaiheet ja vastaavat laskelmat on kuvattu SCI P398:n kohdassa 5.5.

Pilarin perusliitosten luokittelu

Pilarin perusliitoksen jäykkyydellä on yleensä suurempi merkitys rungon suorituskykyyn kuin muilla rakenteen liitoksilla. Useimmat jäykistämättömät peruslevyt ovat huomattavasti jäykempiä kuin tyypillinen päätylevyn yksityiskohta. Peruslaatan paksuus ja pilarin aiheuttama esipuristus vaikuttavat tähän.Mikään perusliitos ei kuitenkaan ole jäykempi kuin perustus ja maaperä, johon sen momentti välittyy.Paljon voi riippua näiden muiden osien ominaisuuksista, joihin kuuluu myös taipumus virrata jatkuvassa kuormituksessa.Perusliitosta ei voida pitää ”jäykkänä”, ellei betoninen perusrakenne, johon se liittyy, ole itse suhteellisen jäykkä. Usein tämä käy ilmi tarkastuksessa.

Lisätietoja

• Steel Designers’ Manual 7th Edition. Toimittajat B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, Chapter 28
• Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004

Lähteet

• SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
• SCI P398 Joints in Steel Construction – Moment-resisting Joints to Eurocode 3, 2013
• National Structural Steelwork Specification (6th Edition), Publication No. 57/17, BCSA 2017
• Steel Buildings in Europe. Yksikerroksiset teräsrakennukset; Osa 11: Momenttiliitokset.
• Hitsiliitosten suunnittelu – Celsius®355 ja Hybox®355, 2013, Tata Steel

Katso myös

• Multi-kerroksiset toimistorakennukset
• Jatkuvat rungot
• Mallinnus ja analyysi
• Yksinkertaiset liitokset
• Portaalirungot
• Valmistus
• Hitsaus
• Rakentaminen
• Ensiapuiset pultit