Hakutulokset sanalle: "teräsrakenne" (3 kpl)

Hitsisauman pettäminen on ollut merkittävässä osassa useissa rakennussortumissa. Tämä virhekortti kuvaa hitsiliitoksien valmistuksessa ja suunnittelussa esiintyneitä ongelmia, jotka on raportoitu onnettomuustutkimuskeskuksen tutkimusraporteissa B1/2003Y, B3/2003Y, Y2013-01 ja Y2018-01. Virhe on kaikissa em. tapauksissa ollut huonolaatuinen hitsisauma ja erittäin suuri vetojännitys poikittain hitsisaumaan nähden sekä erityisesti hitsin juuren puolelle.

Eurokoodissa ohjeistetaan, että hitsiliitoksia, joissa syntyy suuria, pääasiassa hitsisauman pituusakselin ympäri tapahtuvasta momentista ja saumaan nähden poikittaisesta vedosta/epäkeskisyydestä aiheutuvia rasituksia pitäisi välttää ja ainakin ottaa ne hitsin mitoituksessa huomioon. (SFS-EN 1993-1-8 kohta 4.12).

Tutkimusraportin Y2018-01 tapaus

Kyseessä oli kahden liimapuun välinen haasteellinen liitos, jossa n.45 asteen kulmassa pääpalkkiin nähden olevat sekundääripalkit ”ripustettiin” teräskengällä pääpalkkiin (kuva 1). Puupalkkien yläpinnat olivat samassa tasossa.

Kuva 1. Liitoskenkä ”päältä”, ”sekundääripalkin suunnasta” ja pääpalkin ja sekundäärin väliltä.

Ripustuskengän kaikki osalevyt oli hitsattu toisiinsa yksipuolisilla piena/V-hitsillä. Primääripalkin päälle asettuva kansilevy sekä osan paikoillaan pysymisen varmistava ”kynsi” oli myös hitsattu vain toiselta puolelta ja kansilevyyn oli tehty viiste, joka yritettiin täyttää kengän ulkopuolelta. Tutkimusraportin mukaan suunnitelmaa ei löytynyt mistään arkistosta ja siksi ei tiedetä, oliko suunnitelmassa molemmin puolinen (ympärihitsaus) ja puoli-V roilo. Tämä olisi ehkä mahdollistanut täyden 16 mm ainevahvuutta vastaavan hitsauksen. Rikkoutuneen kengän hitsin pienin a-mitta oli 5.60 mm. Murtotapa oli hauras (äkillinen) ja muodonmuutokset erittäin pieniä liittyvissä osissa.

Kuva 2. Kansiosan hitsi ja kanteen kiinnijääneen hitsin murtopinta. (Vasen ja keskimmäinen kuva: Y2018-1, OTKES)

Tutkimusraportin Y2013-01 tapaus

Tutkimusraportti kuvaa useita puutteita hitsaustyössä sekä liitosten muotoilussa. Osa hitsisaumoista on ollut mahdoton toteuttaa lainkaan ja joissakin hitsin vahvuudet ovat jääneet oleellisesti pienemmiksi kuin liittyvien osien paksuudet. Kuva 3a. Kehärakenteessa oli useita vedettyjä ja taivutettuja liitoksia, joista yhdenkin pettäminen olisi voinut aiheuttaa tapahtuneen kaltaisen jatkuvan sortuman. Hitsisaumat eivät olleet paarrejatkoksissa ja päätylevyliitoksissa tiiviitä, koska oletetun sortuman alkupisteen liitoksen sisältä löytyi jäätä (ks. kuva 3b). Murtotapa oli hauras (äkillinen) ja muodonmuutokset pieniä liittyvissä osissa.

Kuva 3a ja 3b. Kriittisen liitoksen hitsin tunkeumaa päätylevyyn ja liittyvän putken sisällä ollut jää (kuvat: Y2013-1, OTKES).

Paarrejatkoksen pitää olla yhtä vahva ja sitkeä, kuin ehyt paarreputki. Sortuneessa kohteessa oli useita paarrejatkoksia, joita ei ollut suunnitelmissa.

Kuva 4. Paarrejatkosten roilousmalleja ja toteutuneita hitsejä. HUOM! Putken sisusta on ruosteessa ja märkä (eli hitsit eivät ole olleet tiiviitä). (Oikea kuva: Y2013-1, OTKES)

Tutkimusraportin B3/2003Y tapaus

Tutkimusraportti kuvaa sortuman, jossa teräsputkikonsolit pettivät ontelolaattojen saumauksen ja pintavalun teon jälkeen. Konsolien pienahitsin tunkeuma oli pilareihin vähäinen ja kuusi konsolia repeytyi irti aiheuttaen laajahkon välipohjasortuman. Murtotapa oli hauras (äkillinen) ja muodonmuutokset pieniä liittyvissä osissa.

Kuva 5. Hitsisauman tunkeuma pilariin, ehjä konsoli ja konsolin kiinnityshitsaus (kuvat: B3/2003Y, OTKES).

Tutkimusraportin B1/2003Y tapaus

Raportissa käsitellään monitoimihallin sekundääriristikoiden kiinnityskorvakkeiden irti repeytyminen, joka johti em. ristikoiden ja niiden kannattaman katon osan sortumiseen. Korvakkeet olivat moniaksiaalisen taivutuksen altistamina ja ko. liitoksissa pulttiliitoksen epäkeskisyys oli myös suurempi, kuin muissa katon liitoksissa. Irti repeytynyt liitos osa oli osin samanlaisen sauman pituusakselin yli tapahtuvan taivutusmomentin rasittama, kuin tapauksessa Y2018-01. Murtotapa oli hauras (äkillinen) ja muodonmuutokset pieniä liittyvissä osissa.

Kuva 6. Taipunut kiinnityskorvake ja irtirepeytynyt ristikko sekä korvake (kuvat: B1/2003Y, OTKES).

Kuva 7. Taipunut sekundääriristikon alapaarteen kiinnityskorvake tyyppikuva liitoksesta, jossa olisi pääosin vain hitsisauman yli olevaa taivutusta. Tällaista liitosta pitää välttää. (Vasen kuva: B1/2003Y, OTKES)

Maneesirakennuksen teräsrakenteet oli toimitettu osina rakennuspaikalle ja ne oli tarkoitus koota maassa kehärakenteeksi (kuva 1, jänneväli 26 metriä) ja nostaa paikoilleen. Kehää nostettaessa harjan laippaliitoksen laipan kiinnityshitsi irtosi, eikä kehää voitu nostaa paikoil­leen. Suunnitelmien tarkastus osoitti, että kehän nostosuunnitelma oli luonteeltaan yleinen, eikä sitä oltu tarkennettu kyseistä kohdetta varten. Nostosuunnitelma ei ottanut huomioon kehän rakennetta eikä sen suurta jänneväliä tai rakenteen osien painopisteiden paikkoja.

Vaurio aiheutui väärästä nostamistavasta (kuva 1) ja hitsausvirheestä (kuva 2).

Kuva 1. Kehä taivutusmomentteineen, kun nostokohdat (mustat nuolet) on valittu alkuperäi­sen nosto-ohjeen mukaisesti noin 1/3-pisteissä. Kehän puolikkaiden painopisteiden paikat (= optimaaliset nostokohdat) on merkitty punaisilla nuolilla.

Kehän palkin ja pilarin profiilit eivät olleet vakioita, vaan niiden poikkileikkaus muuttui lineaari­sesti korkeammaksi siirryttäessä kohti räystästä. Tämän vuoksi kehän puolikkaan painopiste oli olennaisesti lähempänä räystästä kuin valmistajan toimittamassa nosto-ohjeessa.

Taivutusmomentti on rakennuksen harjalla ollut arviolta noin 10 % mitoitusarvoa suurempi, koska nostopisteet oli valittu hieman 1/3-pisteiden harjan puoleiselta alueelta. Kyseinen ylitys ei voi kuitenkaan yksinään selittää harjan laippalevyn irtoamista.

Kuva 2. Kehän harjaliitoksen irronnut laippalevy a) katsottuna sisäpuolelta, missä näkyy pienahitsin leikkauspinta, mistä putki on irronnut ja väliin h pursunut hitsiaine, b) vastaava detaljipiirustus.

Hitsausvirhe on standardin SFS-EN ISO 5817 (Terästen kaarihitsaus. Hitsiluokat.) mukaan sovitusvirhe pienahitsissä (617) eli liitettävien osien väliin on jäänyt liian suuri rako. Hitsi­luok­kastandardin SFS-EN ISO 5817 mukaan hitsiluokan C sovitusvirhe saa olla enintään 1,5 mm, kun pienahitsin a-mitta on 5 mm. Jotta hitsiluokka C:n vaatimukset täyttyisivät, mitan e kuvas­sa 2b) tulisi olla vähintään 5,5 mm. Mittausten mukaan mitta e oli kuitenkin vain 2 – 3 mm.

Huom! Standardin SFS-EN 1090-2 liitteessä E putkiprofiilien liitoksen sovitusvirheelle annetaan seuraavat ohjeet:

• jos sovitusrako on enintään 2 mm, liitos voidaan hitsata pienahitsinä ilman muita toimenpiteitä
• jos sovitusrako on 2-4 mm, putkiprofiilin pää sovitetaan uudelleen tai viistetään, jolloin liitokseen syntyy läpihitsautunut päittäishitsi.

Standardin SFS-EN 1090-2 (kohta 7.5.8.1) mukaan sallittavan arvon ylittävän sovitusvirheen vaikutus on mahdollista kompensoida myös pienahitsin a-mittaa kasvattamalla.

Nosto-ohjeen puutteellisuudesta aiheutui lisäksi seuraavia vaikutuksia, jotka ovat mahdol­lisesti vaikuttaneet rakenteen vaurioitumiseen ja murtoon:

1. nostaminen yhdellä koukulla, jolloin nostettaessa palkkeihin aiheutuu puristusvoima, jota ei oltu otettu huomioon mitoituslaskelmissa,
2. itse nostotilanteessa kehään voi aiheutua myös (dynaamisia) sysäyksiä,
3. nosto tapahtuu aluksi muussa suunnassa kuin kehän tason suunnassa (kehä makaa alussa sivuttain tukien päällä).

Kangaskattoinen teräshalli oli perustettu asfaltin päälle pilareiden pohjalevyjen varaan, jotka oli ankkuroitu neljällä noin metrin mittaisella vinosti maahan lyödyllä harjaterästangolla. Nostovoimalle mitoitettaessa omapainon osavarmuuskertoimena oli käytetty arvoa 1,2. Harja­teräsankkureille ei ollut tehty rakennuspaikalla vetokokeita. Rakennuksen käyttöikää ei ollut määritelty.