ME202 - Teräsrakenteet 2 - Luento 2

Luento 2, osa 0: Harjoitustyöohjeen esittely

Käydään ensimmäisellä videolla läpi kurssin harjoitustyöohje, joka löytyy Oma-Metropoliasta. Harjoitustyö on pakollinen osa kurssin suoritusta, ja myös aika suuritöinen, joten sen tekeminen kannattaa aloittaa mahdollisimman aikaisin.

Luento 2, osa A: Puristetun ja taivutetun sauvan stabiliteetti

Luennon ensimmäisellä puolikkaalla käsitellään puristetun ja taivutetun sauvan stabiliteettia. Kiepahduksen tapaan tämäkin aihe saattaa joillekin olla tuttu jo Teräs 1 -kurssista, sillä monien opettajien mielestä aihe kuuluisi Teräs 1 -kurssiin, vaikka se AMK malliopetussuunnitelmissa onkin merkitty 2-kurssin aiheeksi. Aihe on kuitenkin niin tärkeä, että sitä kannattaa mieluummin käsitellä liikaa kuin liian vähän.

HUOM: Seuraavat videot on lainattu suoraan yrityksille tarkoitetusta Mörkö Learning teräsmoduuli 1:stä, joten lauseet kuten 'viime luennolla käsiteltiin' tai 'seuraavalla luennolla käsitellään' eivät välttämättä pidä paikkaansa Metropolian kurssilla!.

Ensimmäisellä videolla opitaan näiden kuningaskaavojen merkitys suunnittelussa.

Toisella kerrataan vielä sauvan akselien suunnat, joiden kanssa tuleekin olla tarkkana nyt kun tarkastellaan kaikkien suuntien voimasuureita yhtä aikaa. Opitaan laskemaan kestävyyksiä kuningaskaavojen avulla, ja käyttämään niissä esiintyviä yhteisvaikutuskertoimia.

Kolmannella videolla perehdytään vielä tarkemmin eurokoodin taulukkoon B3 eli siihen, miten momenttipinnan muoto vaikuttaa käytettäviin yhteisvaikutuskertoimiin.

Luento 2, osa B: Palomitoitus 2 - poikkileikkauksen lämpötila

Luennon toisella puolikkaalla jatketaan teräksen palomitoitusta käsittelevää kolmen luentokerran sarjaa. Ensimmäisellä videolla tarkastellaan palosuojaamattoman profiilin kuumenemista palossa.

Tosiella videolla tarkastellaan palosuojatun poikkileikkauksen kuumenemista.

Kolmannen videon aiheena on palosuojamaalilla suojatun poikkileikkauksen kuumeneminen, joka poikkeaa hieman edellä opitusta.

Käyrästö suojaamattoman profiilin lämpötilan määrittämiseen (pdf-liite). Nämä kannattaa ehkä ladata omalle koneelle, tai tulostaa paperille.

Käyrästöt palosuojatun profiilin lämpötilan määrittämiseen (pdf-liite).

Esimerkkipalosuojamaalin ETA-hyväksyntä (pdf-liite).

Luennon 2 kotitehtävät

Harjoitustehtävä 1

Teräspilariin HEA 180 (S355J2) kohdistuu kuvan mukaiset suunnittelukuormat: qEd = 8,5 kN/m (taivuttaa pilaria vahvemman akselin ympäri) ja NEd = 630 kN. Pilarin korkeus on L = 4,5 m. Vahvassa suunnassa pilarin nurjahduspituus on Lcr = L ja heikossa suunnassa pilari on täydellisesti nurjahdustuettu. Kiepahdustuentaa ei ole, vain "haarukkatuenta" pilarin molemmissa päissä. Laske pilarin kestävyys.

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 2

Teräspilariin HEA 220 (S355J2) kohdistuu tuulen imusta ominaiskuorma qEk,tuuli = 4,5 kN/m. Kattopalkiin tukireaktiosta kohdistuu hieman epäkeskisenä ominaiskuormat GEk,palkki = 50 kN ja QEk,palkki = 100 kN. Kattopalkin konsolin epäkeskisyys pilarin keskilinjalta on epalkki = 135 mm. Aivan lähelle pilarin yläpäätä on uumasta lähtevään ulokkeeseen ripustettu putkikiinnike, josta pilaria kuormittaa epäkeskisyydellä eputki = 550 mm putken ominaiskuormat GEk,putki = 10 kN ja QEk,putki = 20 kN. Pilarin korkeus kattopalkin keskilinjalle on L = 7,0 m, ja pilari on tästä tasosta tuettu molempiin suuntiin. Pilarin matkalla ei ole nurjahdus- eikä kiepahdustuentoja. Ylä- ja alapään voi olettaa nivelellisiksi niin, että vapaa vääntö on estetty mutta poikkipintakäyristymää ei (alapäässä tämä vastaa suhteellisen löysää pohjalevyä). Laske pilarin kestävyys kuormitusyhdistelmässä, jossa katon ja putken hyötykuormat vaikuttavat täytenä ja tuulen imu yhdistelykertoimella ψ0 = 0,6 pienennettynä. Voit käyttää hyväksi valmiiksi laskettuja nurjahduksen ja kiepahduksen apusuureita: Ny,b,Rd = 1 365 kN (Lcr,y=7,0m; λ̄y=0,999; χy=0,598) Nz,b,Rd = 611 kN (Lcr,z=7,0m; λ̄z=1,662; χy=0,267) My,LT,Rd = 124,2 kNm (Lcr,LT=7,0m; Mcr=155,8kNm; λ̄LT=1,138; χLT=0,616) Mz,Rd = 96,1 kNm

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 3

Rakennesuunnittelija on määrittänyt pilarin (profiili HEB 240) kriittiseksi lämpötilaksi nurjahduksessa θcr = 650 ⁰C. Pilarin paloluokka on R30. Laske pilarin suunnittelulämpötila standardipalossa. Voidaanko pilari jättää palosuojaamatta?

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 4

Kuvan putkipalkki on palosuojattu 20mm kalsiumsilikaattilevyllä. Laske putkipalkin lämpötila 30 minuutin standardipalossa.

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 5

Laske, miten paksu vermikuliittiruiskutus tarvitaan HEA 200:n suojaamiseen R60-luokassa, kun profiilin kriittinen lämpötila on 425 °C.

Malliratkaisu