SteelConstruction.info

Tässä artikkelissa tarkastellaan nimellisesti nastoitettuja liitoksia (yksinkertaisia liitoksia), joita käytetään Yhdistyneessä kuningaskunnassa monikerroksisissa raudoitetuissa rungoissa. Tätä tukirakentamisen muotoa, jossa on nimellisesti tappiliitokset, kutsutaan ”yksinkertaiseksi rakentamiseksi”.

Artikkelissa luetellaan Yhdistyneessä kuningaskunnassa yleisimmin käytetyt yksinkertaisten liitosten tyypit. Siinä esitellään menettelyt niiden suunnittelemiseksi Eurokoodi 3:n mukaisesti ja keskustellaan palkin päätyjen liitostyyppien suhteellisista eduista. Liitosten standardoinnin hyötyjä käsitellään palkin ja palkin ja pilarin välisissä liitoksissa, joissa käytetään räystäslevy- ja joustavia päätylevyliitoksia.

Pilarien liitoksia, pilarin jalustoja ja jäykistysliitoksia käsitellään myös yhdessä erikoisliitosten lyhyen maininnan kanssa.

Yksinkertaisten liitosten tyypit

Yksinkertaiset liitokset ovat nimellisesti nastoitettuja liitoksia, joiden oletetaan siirtävän vain päädyn leikkausliitoksia ja joilla oletetaan olevan häviävän vähäinen kiertymisvastus. Siksi ne eivät siirrä merkittäviä momentteja murtorajatilassa. Tämä määritelmä on perustana Yhdistyneessä kuningaskunnassa ”yksinkertaisena rakenteena” suunniteltujen monikerroksisten jäykistettyjen runkojen suunnittelulle, jossa palkit suunnitellaan yksinkertaisesti tuetuiksi ja pilarit suunnitellaan aksiaalikuormalle ja pienille momenteille, jotka johtuvat palkeista aiheutuvista päätyreaktioista. Rungon stabiliteetti saadaan aikaan jäykistyksellä tai betonisydämellä.

Isossa-Britanniassa käytetään kahta periaatteellista simppeliyhteysmuotoa (kuvassa oikealla), jotka ovat:

• Joustavat päätylaatat ja
• Finn-levyt.

Yleisesti esiintyviä yksinkertaisia liitoksia ovat mm. seuraavat:

• Palkki-palkki- ja palkki-pilariliitokset, joissa käytetään:
  • Osittaissyvyisiä päätylevyjä
  • Täyssyvyisiä päätylevyjä
  • Evälevyjä
• Pilarien liitokset (pultatut kansilevyt tai päätylevyt)
• Pilarin perustukset
• Tukiliitosten liitoskohteet (välipohjalevyjä (Gusset-levyt).

Yksinkertaisia liitoksia voidaan tarvita myös vinoissa liitoksissa, palkeissa, jotka ovat eksentrisiä pilariin nähden, ja liitoksissa pilariholkkiin. Nämä luokitellaan erityisliitoksiksi ja käsitellään erikseen.

Suunnittelumenettelyt

Yksinkertaisten liitosten suunnittelu perustuu standardiin BS EN 1993-1-8 ja sen kansalliseen liitteeseen. Liitoksen osien kapasiteetit perustuvat kohdassa 3.6 esitettyihin sääntöihin. Kiinnittimien välykset ovat lausekkeen 3.5 mukaisia ja noudattavat ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358) esitettyjä suosituksia.

ECCS:n julkaisussa nro 126 annetaan myös hyödyllisiä ohjeita yksinkertaisten liitosten suunnittelusta Eurokoodi 3:n mukaisesti.

Liitosnäkökohtia

Liitosluokitus

BS EN 1993-1-8:n mukaan nimellisesti nastoitetut liitokset:

• Pitäisi pystyä siirtämään sisäiset voimat ilman, että syntyy merkittäviä momentteja, jotka voisivat vaikuttaa haitallisesti jäseniin tai koko rakenteeseen, ja
• Pitäisi pystyä ottamaan vastaan syntyvät kiertymät suunnittelukuormitusten alaisena

Liitoksen on lisäksi oltava:

• tarjottava jäsenille jäsensuuntainen rajoitus, joka on oletettu jäsensuunnittelussa
• oltava riittävän luja täyttääkseen rakenteellisen kestävyyden vaatimukset (sidontakestävyys).

BS EN 1993-1-8 edellyttää, että kaikki liitokset on luokiteltava; jäykkyyden mukaan, joka soveltuu elastiseen kokonaisanalyysiin, tai lujuuden mukaan, joka soveltuu jäykkäplastiseen kokonaisanalyysiin, tai sekä jäykkyyden että lujuuden mukaan, joka soveltuu elastis-plastiseen kokonaisanalyysiin.

Luokittelu jäykkyyden mukaan:

Liitoksen BS EN 1993-1-8 , 6.3.1 mukaisesti laskettua alkuperäistä kiertojäykkyyttä verrataan BS EN 1993-1-8, 5.2.2.

Vaihtoehtoisesti liitokset voidaan luokitella kokeellisen todistusaineiston, aiemmasta tyydyttävästä suorituksesta vastaavissa tapauksissa saadun kokemuksen tai testitodistusaineistoon perustuvien laskelmien perusteella.

Luokittelu lujuuden perusteella:

Lujuuden perusteella liitoksen luokittelemiseksi nimellisesti nastoitetuksi on täytettävä seuraavat kaksi vaatimusta:

• Liitoksen mitoitusmomenttikestävyys ei ylitä 25 % mitoitusmomenttikestävyydestä, joka vaaditaan täyslujalta liitokselta
• Liitoksen on kyettävä ottamaan vastaan mitoituskuormituksesta johtuvat kiertymät.

BS EN 1993-1-8:n Ison-Britannian kansallisessa liitteessä todetaan, että ”Vihreän kirjan” (SCI P358) mukaisesti suunnitellut liitokset voidaan luokitella nimellisesti tappiliitoksiksi.

Kaikki ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358) esitetyt standardiliitokset voidaan luokitella nimellisesti tappiliitoksiksi lujuusvaatimusten ja käytännössä käytetyistä yksityiskohdista saadun laajan kokemuksen perusteella. On noudatettava varovaisuutta, ennen kuin standarditietoja muutetaan, koska tuloksena saatava liitos voi jäädä Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisen liitteen määräysten ulkopuolelle. Erityisesti:

• Vakiomuotoisten päätylevyjen yksityiskohtien kiertymiskyky on osoitettu testeillä; muutetut yksityiskohdat eivät välttämättä ole sitkeitä
• Täyssyvyisten päätylevyjen paksuutta on rajoitettu sen varmistamiseksi, että momenttikestävyys on alle 25 % täyslujasta liitoksesta, ja ne voidaan näin ollen luokitella nimellisesti nastoitetuiksi.

Rakenteellinen kestävyys

Yhdistyneen kuningaskunnan rakennusmääräyksissä edellytetään, että kaikki rakennukset on suunniteltava siten, että vältetään kohtuuton sortuminen. Yleisesti tämä saavutetaan suunnittelemalla teräsrungon liitokset (palkin ja pilarin liitokset ja pilarien liitokset) sitovia voimia varten. Ohjeita sidosvoimien suunnitteluarvoista annetaan standardissa BS EN 1991-1-7, liite A, ja sen Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisessa liitteessä. Vaatimukset koskevat rakennusluokkaa, ja vaakasuuntaisen sidosvoiman suunnitteluarvo on yleensä vähintään 75 kN ja yleensä huomattavasti korkeampi. Täyssyvyiset päätylevyt on kehitetty siten, että ne tarjoavat suuremman sidontakestävyyden kuin osasyvyiset päätylevyt. Lisätietoja rakenteellisesta kestävyydestä on esitetty SCI P391:ssä.

Liitostyyppien valinta

Palkin päätyjen liitosten valinta voi usein olla varsin monimutkaista. Kolmen liitostyypin (osittaissyvyiset päätylevyt, täyssyvyiset päätylevyt ja räystäslevyt) suhteelliset edut on esitetty yhteenvetona alla olevassa taulukossa. Palkkien ja liitosten valinta on yleensä teräsrakennusurakoitsijan vastuulla, joka valitsee liitostyypin valmistuksen työmäärän, taloudellisuuden ja pystytyksen aikaisen tilapäisen vakauden mukaan.

Komposiittilattiat

On tunnustettu, että vuorovaikutus komposiittilattian kanssa vaikuttaa yksinkertaisen liitoksen käyttäytymiseen. Yleinen käytäntö on suunnitella tällaiset liitokset hyödyntämättä betonilaatan läpi kulkevan raudoituksen jatkuvuuden tuomia etuja. SCI P213 mahdollistaa kuitenkin raudoituksen jatkuvuuden huomioon ottamisen suhteellisen yksinkertaisissa täyssyvyisissä päätylevyliitoksissa, joilla on huomattava momenttikestävyys. Jäykistetyssä rungossa tätä kestävyyttä voidaan käyttää pienentämään jännevälien keskimmäistä momenttia ja taipumaa, mikä helpottaa pienemmän palkin valintaa.

Kustannukset

Yksinkertaiset liitokset ovat poikkeuksetta edullisempia valmistaa kuin momenttikestävät liitokset, koska niihin liittyy paljon vähemmän valmistustyötä erityisesti hitsauksen osalta.

Kustannuksia koskevien tarkkojen ohjeiden antaminen on hankalaa, koska teräsrakennusurakoitsijan työmäärät voivat vaihdella huomattavasti ja ne vaihtelevat ja ne ovat riippuvaisia laitteistoon ja laitteistoihin tehtyjen investointien määrästä. Päätavoitteena on kuitenkin työn sisällön minimointi. Liittimien ja pulttien materiaalikustannukset ovat pienet verrattuna työkustannuksiin, joita hallitsee hitsauksen osuus. Tyypillisessä valmistustyöpajassa liitosten valmistuskustannukset voivat olla 30-50 % valmistuksen kokonaiskustannuksista.

Kestävyys

Standardoitujen liitosten valmistus on tehokasta. Teräsrakennusurakoitsijat varustavat työpajansa erikoiskoneilla, jotka lisäävät valmistusnopeutta, jolloin he voivat valmistaa liitokset ja valmistella jäsenet paljon nopeammin kuin jos liitoskonfiguraatio olisi joka kerta erilainen.

Vakiomuotoisten yksityiskohtien ansiosta teräsrakenteet on suoraviivaista pystyttää, mikä tarjoaa turvallisemman työympäristön teräsrakenteiden pystyttäjille.

Useimpien ruuviliitosten luonteen vuoksi liitokset ovat rakenteiden elinkaaren päättyessä irrotettavissa. Teräsrakenteet voidaan purkaa, käyttää uudelleen tai kierrättää, mikä vähentää rakentamisen ympäristövaikutuksia.

Standardoidut liitokset

Standardoinnin hyödyt

Tyypillisessä jäykistetyssä monikerroksisessa rungossa liitosten osuus voi olla alle 5 % rungon painosta ja 30 % tai enemmän kokonaiskustannuksista. Tehokkailla liitoksilla on siksi vähiten yksityiskohtaista suunnittelua, valmistusta ja pystytystyötä.

Beam-palkki-palkki- ja palkki-pilariliitokset

Jäljempänä esitetyt suunnittelumenetelmät soveltuvat joko käsinlaskentaan tai tietokoneohjelmiston laatimiseen.

Liitosten suunnittelu käsin voi olla työlästä, joten ”Vihreään kirjaan” (SCI P358) on sisällytetty täydelliset kestävyystaulukot.

Nimellisesti kiinnitetyn liitoksen lujuuden tarkistaminen käsittää kolme vaihetta:

1. Varmuus siitä, että liitos on detaljoitu siten, että se kehittää vain nimellismomentteja, jotka eivät vaikuta haitallisesti elementteihin tai itse liitokseen. Liitos on detaljoitava siten, että se käyttäytyy sitkeästi.
2. Kuormitusreitin määrittäminen liitoksen läpi eli palkista tukijalkaan.
3. Kunkin komponentin kestävyyden tarkistaminen.

Normaalissa suunnittelussa on kymmenen suunnittelumenettelyn tarkastusta kaikille palkin ja palkin välisen tai palkin ja pilarin välisen liitoksen osille pystysuuntaista leikkausta varten.

Lisäksi kuusi tarkastusta on tarpeen liitoksen sidontakestävyyden tarkistamiseksi. Palkin ja pilarin välisten liitosten on kestettävä sivuttaissuuntaiset sidevoimat, ellei näitä voimia kestetä muilla rakenteessa olevilla keinoilla, kuten lattialaatoilla.

Alla olevaan taulukkoon on koottu yhteenveto suunnittelumenettelyn tarkastuksista, joita vaaditaan osittaissyvyisille päätylevyille, täyssyvyisille päätylevyille ja räystäslevyille. Suunnittelumenettelyt on kuvattu kokonaisuudessaan ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358).

Huom:Taulukkoon on sisällytetty lovetun palkkiprofiilin taivutus-, leikkaus-, paikallisen ja sivuttaisen nurjahduskestävyyden tarkastukset, koska lovien vaatimus määritetään yleensä yksityiskohtaisessa suunnitteluvaiheessa, jonka jälkeen, on tarkistettava pienennetty poikkileikkaus

Palkin ja palkin väliset liitokset

Palkin ja palkin väliset liitokset

palkin ja palkin väliset liitoksetpilariliitokset

Joustavat päätylevyliitokset

Tyypilliset joustavat päätylevyliitokset on esitetty kuvassa oikealla. Päätylevy, joka voi olla osasyvyinen tai täyssyvä, hitsataan tuettuun palkkiin työpajassa. Palkki ruuvataan sitten paikan päällä tukipalkkiin tai pylvääseen.

Tämä liitostyyppi on suhteellisen edullinen, mutta sillä on se haittapuoli, että työmaalla on vain vähän säätömahdollisuuksia. Palkin kokonaispituus on valmistettava tiukoissa rajoissa, vaikka pakkauksia voidaan käyttää valmistuksen ja pystytyksen toleranssien kompensoimiseksi.

Päätylevyt ovat luultavasti suosituin Yhdistyneessä kuningaskunnassa tällä hetkellä käytössä olevista yksinkertaisista palkkiliitoksista. Niitä voidaan käyttää vinojen palkkien kanssa ja ne sietävät kohtalaisia siirtymiä palkin ja pilarin liitoksissa.

Virtauspultteja, Hollo-pultteja, sokkopultteja tai muita erikoiskokoonpanoja käytetään onteloprofiilipilarien liitoksissa.

Palkki-palkki-liitoksiin sekä palkki-pilariliitoksiin sovellettavia osittaisen syvyyden ja täyden syvyyden päätylevyjen liitoksia koskevia yksityiskohtaisia vaatimuksia ja suunnittelutarkastuksia käsitellään kattavasti ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358). Niihin sisältyy menettelytapoja, työstettyjä esimerkkejä, yksityiskohtia ja suunnittelukestävyystaulukoita.

Saatavilla on myös päätylevyn suunnittelutyökalu.

Vakiomuotoiset joustavat päätylevyn yksityiskohdat (kokonaissyvyiset ja osasyvyiset päätylevyt) sekä suositellut mitat ja varusteet on esitetty alla olevassa kuvassa.

.

.

Laippalevyt

Laippalevyjen liitokset ovat kustannustehokkaita valmistaa ja ne ovat yksinkertaisia pystyttää. Nämä liitokset ovat suosittuja, koska ne voidaan pystyttää nopeimmin ja niillä voidaan ratkaista kaksipuolisissa liitoksissa esiintyvä jaettujen pulttien aiheuttama ongelma.

Pilarilevyliitoksessa on työpajalla tukipalkkiin hitsattu levynpätkä, johon tuettu palkin rungon runko ruuvataan paikan päällä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Tuetun palkin pään ja tukipilarin välissä on pieni välys.

Kylkilevyliitokset

Kylkilevyliitoksen suunnittelussa on tärkeää määritellä sopiva leikkauslinja. Vaihtoehtoja on kaksi: joko leikkaus vaikuttaa pilarin etupuolella tai se vaikuttaa evälevyn ja palkin rungon yhdistävän pulttien ryhmän keskellä. Tästä syystä molemmat kriittiset kohdat olisi tarkistettava minimimomentin osalta, joka on pystysuuntaisen leikkauksen ja pilarin pinnan (tai palkin rungon) ja ruuviryhmän keskipisteen välisen etäisyyden tulo. Molemmat kriittiset kohdat tarkastetaan sitten saadun momentin ja pystyleikkauksen osalta. Pilarilevyyn kohdistuvan momentin epävarmuuden vuoksi pilarilevyn hitsit mitoitetaan täyteen lujuuteen.

Pilarilevyjen liitokset saavat tason sisäisen kiertokapasiteettinsa pultin muodonmuutoksesta leikkauksessa, pultin reikien vääristymästä laakeroinnissa ja pilarilevyn tason ulkopuolisesta taivutuksesta. On huomattava, että pitkillä ulkonemilla varustetuilla evälevyillä on taipumus vääntyä ja vioittua sivuttaisen vääntymismurtuman kautta. Lisätarkastus tämän käyttäytymisen huomioon ottamiseksi sisältyy evälevyjen liitosten suunnittelumenettelyihin.

”Vihreä kirja” (SCI P358) kattaa yksityiskohtaiset vaatimukset, suunnittelutarkastukset ja -menettelyt, joita sovelletaan evälevyjen suunnitteluun. Tässä julkaisussa annetaan myös esimerkkejä ja suunnittelukestävyystaulukoita.

Saatavilla on myös lamellilevyjen suunnittelutyökalu.

Kasvava kiinnostus S355:n käyttöä kohtaan räystäslevyissä herätti kysymyksiä tällaisten liitosten jäykkyydestä – ovatko ne edelleen nimellisesti nastoitettuja? Tämän kysymyksen selvittämiseksi BCSA ja Steel for Life tilasivat SCI:ltä tutkimuksen, jossa verrattiin sekä S275- että S355-levyjen kanssa tehtyjen evälevyjen liitosten käyttäytymistä. Tutkimuksessa päädyttiin siihen, että niin kauan kuin vihreässä kirjassa esitettyä standardoitua liitosgeometriaa noudatetaan, 10 mm:n lamellilevyt, jotka on valmistettu S355-levystä, luokitellaan nimellisesti nastoitetuiksi liitoksiksi ja niitä voidaan käyttää S275-levyjen vaihtoehtona. Lisätietoja on saatavilla NSC-lehden toukokuun 2018 numerossa julkaistussa artikkelissa.

Pilariliitokset

Pilariliitoksia tarvitaan monikerroksisessa rakentamisessa, jotta saadaan aikaan lujuus ja jäykkyyden jatkuvuus pilarien molempien akselien ympäri. Tyypilliset pultatut pilariliitokset, joita käytetään valssatuissa I-profiili- ja onteloprofiilipalkeissa, on esitetty oikeanpuoleisessa kuvassa.

Liitokset tehdään tyypillisesti kahden tai kolmen kerroksen välein ja ne sijaitsevat yleensä noin 600 mm lattiatason yläpuolella. Näin saadaan sopivia pituuksia valmistusta, kuljetusta ja pystytystä varten, ja viereisestä kerroksesta pääsee helposti käsiksi paikoilleen työmaalla tapahtuvaa pulttausta varten. Liitosten sijoittaminen jokaiseen kerrostasoon on harvoin taloudellisesti kannattavaa, koska pilarimateriaalin säästö on yleensä paljon suurempi kuin liitoksen sijoittamisesta aiheutuvat materiaali-, valmistus- ja pystytyskustannukset.

I-profiilien pultatut peitelevyliitokset:

Tälle liitostyypille on kaksi luokkaa:

• laakerityyppinen
• ei-laakerityyppinen.

Laakerityyppisessä liitoksessa (ks. alla oleva kuva) kuormat siirretään suorassa laakeroinnissa ylemmästä akselista joko suoraan tai jakolevyn kautta. Laakerityyppinen liitos on yksinkertaisempi liitos, jossa on yleensä vähemmän pultteja kuin laakerittomassa liitoksessa, ja siksi sitä käytetään käytännössä yleisimmin.

Kun nettojännitystä ei ole, voidaan käyttää standardiliitosta, mutta BS EN 1993-1-8 asettaa vaatimuksen, että liitoslevyjen ja pulttien on siirrettävä vähintään 25 % pilarin suurimmasta puristusvoimasta.

Laakerityyppisissä liitoksissa sitomiskestävyys on todennäköisesti kriittinen tarkastus.

Laakeroimattomiksi luokitellut liitokset (ks. alla oleva kuva) siirtävät kuormat pulttien ja liitoslevyjen kautta. Jäsenten välisiä suoria laakerointeja ei oteta huomioon, vaan liitos on joskus eritelty siten, että kahden akselin välissä on fyysinen rako. Laakeroimattoman liitoksen suunnittelu on monimutkaisempaa, koska kaikki voimat ja momentit on siirrettävä pulttien ja liitoslevyjen kautta. BS EN 1993-1-8:n vähimmäisvaatimukset ovat hyvin raskaat, koska ne perustuvat elementin kapasiteettiin eikä kohdistuvaan voimaan.

Koska liitokset tehdään yleensä lattiatasojen yläpuolella, pilarien vaikutuksesta aiheutuvaa momenttia pidetään merkityksettömänä. Muihin paikkoihin sijoitettujen liitosten aiheuttamat momentit on kuitenkin otettava huomioon.

Pylväsliitosten tulisi pitää liitetyt osat linjassa, ja aina kun se on käytännöllistä, osat tulisi sijoittaa siten, että liitosmateriaalin keskipisteakseli osuu yhteen liitoksen ylä- ja alapuolella olevien pylväsprofiileitten keskipisteakselin kanssa. Jos pilariprofiilit ovat siirtyneet toisiinsa nähden (esimerkiksi ulkoisen linjan säilyttämiseksi vakiona), eksentrisyydestä johtuva momentti on otettava huomioon liitoksen suunnittelussa.

Pultattujen peitelevyjen pilariliitosten edellyttämät suunnittelutarkastukset sekä menettelyt, työstetyt esimerkit, detaljivaatimukset ja suunnittelukestävyystaulukot ovat saatavissa ”Vihreän kirjan” luvussa 6 (SCI P358).

Ruuviliitokset ’kannen ja pohjan’ tai ’päätylevyn’ liitokset putkiprofiileille ja valssatuille I-profiileille

Tämä liitostyyppi, Se koostuu levyistä, jotka hitsataan alemman ja ylemmän pilarin päihin ja sitten yksinkertaisesti pultataan paikan päällä yhteen, ja sitä käytetään yleisesti putkirakenteissa, mutta sitä voidaan käyttää myös avoimissa profiileissa.

Yksinkertaisin liitosmuoto on kuvassa oikealla esitetty, ja se on tyydyttävä, kunhan kummankin akselin päät valmistellaan samalla tavalla kuin laakerityyppisessä liitoksessa. Kuorman kääntymismahdollisuus on otettava huomioon pystytyksen aikaisen vakauden ja sitomisvaatimusten lisäksi.

Vaikka sitä käytetäänkin yleisesti, on vaikea osoittaa, että korkki- ja perusliitokset täyttävät BS EN 1993-1-8 standardin 6.2.7.1(14) kohdan vaatimukset. Jos tämäntyyppisiä liitoksia käytetään, yleisenä käytäntönä on varmistaa, että levyt ovat paksuja ja että pultit sijaitsevat lähellä laippoja liitoksen jäykkyyden lisäämiseksi. Voidaan käyttää pidennettyjä levyjä, joiden pultit ovat profiilin ulkopuolella. Jos korkki- ja pohjalevyjen liitokset sijaitsevat kaukana tukipisteestä, on kiinnitettävä erityistä huomiota riittävän jäykkyyden varmistamiseen, jotta elementin suunnittelua ei mitätöidä.

Korkki- ja pohjalevyjen tai päätylevyjen liitoksia käsitellään ”Vihreän kirjan” luvussa 6 (SCI P358). Yksityiskohtaiset vaatimukset, suunnittelumenettelyt, työstetyt esimerkit ja suunnittelukestävyystaulukot annetaan.

Pylväsalustat

Tyypilliset pylväsalustat, kuten oikeanpuoleisessa kuvassa on esitetty, koostuvat yhdestä yksittäisestä levystä (fillet plate fillet), joka on hitsattu pylvään päähän ja joka on kiinnitettynä neljällä kiinnityspultilla perustukseen. Pultit valetaan betoniperustukseen sijaintiputkissa tai kartioissa, ja ne on varustettu ankkurilevyillä vetäytymisen estämiseksi. Levyn alla olevaan tilaan valetaan lujaa laastia (ks. alla oleva kuva).

Tällaiset pylväsperustat altistuvat usein vain aksiaaliselle puristukselle ja leikkaukselle. Nostovoima ja vaakasuuntainen leikkaus voivat kuitenkin olla suunnittelutapaus pilarien perustuksille tuetuissa pilariväleissä.

Pilariperustan liitos

Yksinkertaista suorakaiteen tai neliön muotoista pohjalevyä käytetään lähes yleisesti yksinkertaisissa rakenteissa pilareissa. Pohjalevyn tulee olla riittävän suuri ja luja, jotta se pystyy siirtämään aksiaalisen puristusvoiman pylväästä perustukseen pohjamateriaalin läpi ylittämättä perustuksen paikallista kantavuutta.

Pohjalevyn suunnittelutyökalu on saatavilla.

Pylväsalustat suunnitellaan yleensä siten, että ne siirtävät voiman pylväästä pohjalevyyn suorassa laakeroinnissa. Kiinnitysjärjestelmät on suunniteltu vakauttamaan pylväs rakentamisen aikana ja vastustamaan mahdollisia kohoamisia tuetuissa väleissä. Joissakin tapauksissa oletetaan, että myös vaatimaton vaakasuuntainen leikkaus siirtyy pitopulttien avulla.

Vaakasuuntaisen leikkausvoiman siirto

Tapaa, jolla vaakasuuntaiset leikkausvoimat siirtyvät perustukseen, ei ole tutkittu hyvin. Jotkut suunnittelijat tarkistavat alaspäin pitävien pulttien kestävyyden ja varmistavat, että ne on injektoitu riittävästi. Tätä käytäntöä on menestyksekkäästi noudatettu portaalirunkoisten perustusten kohdalla, jotka kantavat merkittävän leikkausvoiman.

Runkoisiin välipohjiin voi kohdistua suhteellisen suuria leikkausvoimia. Suunnittelijat voivat valita peruslaatan alapuolelle hitsatun leikkauskannattajan, vaikka syvennys voi vaikeuttaa perustuksen valua ja injektointiin on kiinnitettävä erityistä huomiota. Suunnittelumenetelmät, jotka kattavat tämäntyyppisen yksityiskohdan, on esitetty ”Vihreässä kirjassa” (SCI P398).

Pylvään päädyn ja peruslaatan välinen leikkaus siirtyy pylvään ja peruslaatan välisten hitsausliitosten kautta. Hitsaukset voidaan tehdä vain runkoon tai profiilin osien ympärille – yleensä havaitaan, että hitsin kestävyys on enemmän kuin riittävä vaatimattomille leikkausvoimille.

Tukiliitokset

Tukijalkoja ovat mm. lattateräkset, kulmateräkset, kourut, I-profiilit ja ontto profiili. Jäykistysjärjestelyihin voi sisältyä se, että jäykistyselementit toimivat pelkästään jännityksessä tai sekä jännityksessä että puristuksessa. Useimmissa tapauksissa tukijalka kiinnitetään pulttaamalla liitoslevyyn, joka puolestaan on hitsattu palkkiin, pilariin tai yleisemmin hitsattu palkkiin ja sen päätyliitokseen, kuten kuvassa oikealla on esitetty.

Tukijalkajärjestelmiä analysoidaan yleensä olettaen, että kaikki voimat leikkautuvat jäsenten keskilinjoilla. Tämän oletuksen toteuttaminen liitosdetaljeissa voi kuitenkin johtaa liitokseen, jossa on hyvin suuri välipohjalevy, varsinkin jos kannakointi on matala tai jyrkkä. Usein on kätevämpää järjestää elementtien leikkauspisteet tiiviimmän liitoksen aikaansaamiseksi ja tarkastaa paikallisesti käyttöön otettujen eksentrisyyksien vaikutukset.

Kannattimien liitokset tehdään yleensä esijännittämättömillä pulteilla, jotka on sijoitettu välysreikiin. Ainakin teoriassa tämä sallii jonkin verran liikettä liitoksessa, mutta käytännössä tämä jätetään huomiotta ortodoksisessa rakentamisessa. Joissain tapauksissa voi olla, että liikettä kääntäessä ei voida hyväksyä – esijännitettyjä liitoksia tulisi käyttää näissä tilanteissa.

Yleinen suunnitteluprosessi on:

• Tunnista kuorman kulkureitti liitoksen läpi
• Suunnittele liitos sen varmistamiseksi, että jäsenten suunnittelutarkoitus toteutuu, esim. palkkiliitokset pysyvät nimellisesti nastoitettuina
• Laskekaa mukaan mahdollisen merkittävän eksentrisyyden vaikutukset
• Tarkistakaa liitoksen komponentit.

Tappiliitos putkimaista tukijalkaa varten

Suunnittelusäännöt liitoslevyn kestävyyden määrittämiseksi on esitetty ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358).

Esimerkkilevyn suunnittelutyökalu on myös saatavilla.

Erikoisliitokset

Yllä esitetyillä yksinkertaisen rakenteen teräsliitoksilla saadaan yleensä edullisin teräsrunko. Näistä liitoksista poikkeaminen johtaa väistämättä kokonaiskustannusten nousuun. Yksityiskohtaisen piirustuksen, valmistuksen ja pystytyksen kustannusten nousu voi olla yli 100 %, jos ei-standardiliitokset muodostavat suurimman osan käytetyistä liitoksista.

Erikoisliitosten tarve voidaan usein välttää harkitulla elementtikokojen valinnalla. Minimipainoinen rakenne ei todennäköisesti ole kustannustehokkain. Siksi on hyvä taloudellinen käytäntö varmistaa, että teräsrakenteet voidaan sijoittaa keskilinjoilla vakiintuneisiin ristikoihin. Palkkien ylälaippojen tulisi mahdollisuuksien mukaan olla vakiotasolla, mutta tämä on kustannusten kannalta vähemmän kriittistä kuin eksentriset liitokset.

Erikoisliitoksia suunniteltaessa voi olla mahdollista käyttää muunneltua versiota jostakin Vihreässä kirjassa esitetystä standardoidusta liitoksesta edellyttäen, että suunnittelussa tehdään lisätarkastuksia. Vihreässä kirjassa esitetyt suunnitteluperiaatteet ja komponenttien mitoitussäännöt olisi sisällytettävä mahdollisuuksien mukaan liitosten suunnitteluun.

Tyypillisiä esimerkkejä tilanteista, joissa tarvitaan erikoisliitoksia, on esitetty ”Vihreässä kirjassa” (SCI P358).

Lisätietoja

• Steel Designers’ Manual 7th Edition. Toimittajat B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, Chapter 27
• 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 P213 Joints in Construction – Composite Connections, 1998
• SCI P391 Structural Robustness of Steel Framed Buildings, 2011
• SCI P398 Joints in steel construction: Moment-resisting joints to Eurocode 3, 2013
• National Structural Steelwork Specification (7th Edition), Publication No. 62/20, BCSA 2020
• Architectural Teaching Resource. Studio-opas. SCI 2003

Connection design tools:

• Pohjalevyn suunnittelija
• Päällyslevyn suunnittelija
• Suojalaatan suunnittelija
• Vyötärölevyn suunnittelija

Ks. myös

• Multi-kerroksiset toimistorakennukset
• Rakenteellisten teräsrakenteiden kustannukset
• Kestävyys
• Rakennustuotteet
• Runkorakenteet
• Komposiittirakentaminen
• Suunnittelukoodit ja standardit
• Mallintaminen ja analyysi
• Momentinkestävät liitokset
• Rakenteiden kestävyys
• Valmistus
• Hitsaus
• Teräksen valmistuksen tarkkuus
• Rakentaminen
• Erikoispulttiliitokset
• Pulttikiinnitys