Design of Round Concrete-Steel Composite Column at Ultimate Limit State and Elevated Temperatures

Suomessa liittorakenteiden suunnittelu ja mitoitus perustuu eurokoodien mukaisiin ohjeisiin. Putkiliittopilarien murtorajatilamitoitus tehdään noudattaen standardia EN 1994-1-1. Liittorakenteiden palomitoitusstandardin EN 1994-1-2 putkiliittopilarien yksinkertaisen mitoitusmenetelmän ohjeet ovat kuitenkin puutteelliset ja monitulkintaiset. Tämän vuoksi Suomen Ympäristöministeriö on julkaissut vuoden 2016 loppupuolella Suomen kansallisen liitteen SFS-EN 1994-1-2 NA liitteenä teknisen ohjeen betonilla täytettyjen putkiliittopilarien mitoitukseen palotilanteessa. Tutkimuksen päätavoitteena on koota selkeä kokonaisuus eurokoodin mukaiselle pyöreän betoni-teräs-liittopilarin suunnittelulle ja mitoitukselle murtorajatilassa ja palotilanteessa. Tutkimuksen murtorajatilamitoitus perustuu standardiin EN 1994-1-1. Palomitoitus perustuu Suomen kansallisen liitteen SFS-EN 1994-1-2 NA liitteenä olevaan tekniseen ohjeeseen. Tutkimukseen on sisällytetty jatkuvien monikerrosliittopilarien suunnittelumenetelmä murtorajatilassa ja palotilanteessa. Tutkimuksen toisena tavoitteena on selvittää Ympäristöministeriön julkaiseman uuden palomitoitusmenetelmän luotettavuustaso verrattuna aikaisemmin käytettyihin laskentamenetelmiin. Vertailussa käytetään Suunnittelu- ja konsulttialan toimialajärjestön yhteistyöprojektin tuloksena saatua laskentapohjaa, Ruukki oyj:n Comcol suunnitteluohjelmistoa ja Peikko Groupin laskentaohjelmaa. Päätavoitteen saavuttamiseksi käytettiin kirjallisuustutkimuksen menetelmiä. Uuden palomitoitusmenetelmän luotettavuustason selvittämiseksi tässä työssä tehtiin yksi- ja monikerrosliittopilarin murtorajatilan ja palotilanteen laskentapohja. Laskentapohja perustuu kirjallisuustutkimuksessa koottuihin ohjeisiin. Laskentaohjelmien tulosten vertailun avulla selvitettiin tehdyn laskentapohjan oikeellisuus ja uuden putkiliittopilarien yksinkertaisen palomitoitusmenetelmän turvallisuustaso. Yhteenvedossa todetaan, että tutkimuksen päätavoite saavutettiin. Tämän diplomityön ohjeilla voidaan suorittaa yksi- ja monikerrosliittopilarin suunnittelu ja mitoitus. Suunnittelutyössä täytyy kuitenkin aina varmistaa tässä tutkimuksessa käytettyjen standardien voimassaolo. Tulosten analysoinnissa huomataan, että Ympäristöministeriön uuden yksinkertaisen palomitoitusmenetelmän avulla saadaan järkeviä tuloksia. Kyseinen ohje tulee selkiyttämään putkiliittopilarien mitoitusta Suomessa.In Finland, the design of composite structures is based on Eurocode standards. The ultimate limit state (ULS) design of the concrete filled tubular columns is carried out in accordance with the standard EN 1994-1-1. The simplified structural fire design method for concrete filled tubular columns is given in standard EN1994-1-2. At present, this methoddoes not give sufficient details and the instructions are ambiguous. Therefore, at the end of the year 2016 Ministry of the Environment published new simplified calculation method in the National Annex SFS-EN 1994-1-1 NA. The fire resistance of the concrete filled tubular (CFT) columns can now be calculated with this new method. The primary aim of this study was to and fire design procedures and instructions of the CFT columns in to one clear entirety. In this study, the ULS design of composite columns is carried out according to standard EN 1994-1-1 and the structural fire design method is based on Finland's National Annex SFS-EN 1994-1-2 NA, attachment: NCCI 1. This study also itroduces the design principles for multi-storey columns. The secondary aim of this study was to evaluate the confidence level of the new fire design method of Ministry of the Environment by comparing the calculated results against design methods and tools that have been used earlier. Three different calculation software were used in the comparison: Calculation template developed in an alliance project coordinated by the Finnish Association of Consulting Firms, Comcol design software by Ruukki Inc. and a software developed by Peikko Group. The primary aim of this study was achieved by using literary research. A new calculation template was made to evaluate the confidence level of the new fire resistance calculation method. One and multi-storey CFT columns can be calculated at the ULS and fire state with the new calculation template. The template is based on the directions found in the literary research. The validity of the study's calculation template and the confidence level of the new fire design method is made with the results of the comparison. In the summary, it is stated that the primary aim of the study was achieved. The ULS and fire state design of the CFT columns procedures and instructions. The designer must make sure that the used standard is valid in the time of designing. In the analysis of the results, it is discovered that the new simplified calculation method gives rational fire resistance results compared to the calculation software which were used in evaluation. The new fire design method will simplify the design procedure of the CFT columns in Finland