Harjakaton aerodynamiikka

[Ilpo Isoluoma 22]

Kun katselee noita Sallymyrskyn tuhoja, näkyy usein harjakattojen kuoriutumista. Onhan siinä sama vaikutus kuin lentokoneen siiven nostovoimalla.

Tasakatoissa ei samanlaisia vaurioita ole. Jos katto olisi muodoltaan V elikkä harjakatolle vastakkainen, ei olisi samanlaista nostetta. Tietysti monta muuta ongelmaa tulisi.

Entäs jos katolla olisi spoilerit nostovoimaa vähentämässä? 

 

[Jorma Laiho 449]

Katon nostovoima on hyvä muistaa, kun rakentaa. Pelkkä oma paino ei riitä.

Naapuri teetti sellaisen vinokattoisen konesuojan. Eräänä aamuna konesuoja oli siirtynyt pellolle ja levinnyt sinne ja puimurit ja traktorit taivasalla.

Koko hökötys oli ankkuroimatta maahan. ” Kyllä se siellä pysyy kun on painoa päällä....”

Rakennusporukan perävalot olivat jo kaukana.

 

Muokattu: Syyskuu 18, 2020, käyttäjä: Jorma Laiho
Korjattu terminologia

[Timo Partanen 210]

Jossain virtaustekniikan peruskurssin laskuharjoituksissa - varmaan siis joskus liitukaudella - esitettiin laskettavaksi tehtävä, että millä tuulen nopeudella kasvihuone nousee ilmaan. En muista sen laskelman tulosta, mutta sovelsin samoja kaavoja kuplavolkkariin, olettaen sen profiili tasaisen pyöreäksi ja paino selvästi ylimitoitetuksi tonniksi, kun en tiennyt oikeaa painoa. Tulos oli, muistaakseni, että noin 180 km tunnissa se nousisi ilmaan. eihän kupla liiku noin kovaan mutta toki tuossa vaiheessa sen pyörät lakkaisivat tuottamaasta liikettä ylläpitävää voimaa, joten lento jäisi hyvin lyhyeksi....

[Ilpo Isoluoma 22]

Olen nähnyt joskus Saimaan rannalla, kun kesämyrsky puhalsi veneen ylösalaisin. Sitten lähtikin iloisesti lentoon. Aerodynamiikka toimi.

[Pentti Köylijärvi 42]

Myrskytilanteissa nimenomaan imu eli talon ulkopuolella oleva pienempi ilmanpaine on useimmiten se joka tuulella talon hajoittaa. Usein vieläpä niin, että katto ensin nousee, katon alapuolinen paine tasoittuu ja sitten katto putoaa takaisin ja kun on samalla hieman siirtynyt, niin epäkeskisenä kuormana helposti hajoittaa/kaataa seinät, jos ne ovat esim. kevytrakenteisia ja riittävä jäykistys puuttuu (kuten perinteinen lato). Harjakatto on luonnollisesti haavoittuvampi kuin tasakatto. 

Maailmalla, jossa kattoa ei tarvitse mitoittaa ja rakentaa lumikuormaa varten, on katon lentoon lähtö helpompaa. Vaikka katon rakentaminen lumikuormaa varten ei automaattisesti tee siitä kestävämpää tuulta vasten, niin käytännössä näin usein käy jo pelkän lisäpainonkin takia. Toki rakennusmääräyksissämme on tarkat mitoituskuormat ja -ohjeet myös Suomen tuulikuormille ja niitä rakennusvalvontamme myös valvoo. Ja ovathan meidän tuuletkin paljon miedompia kuin vaikka trooppisten myrskyjen, hurrikaanien tai taifuunien tuulet. Kun tuhovoima (=energia) tunnetusti kasvaa siihen tuulen nopeuden neliöön, niin hurrikaanin 50 m/s on jotain aivan muuta kuin meidän huiput 25 m/s.

Muistan, kun talorakenteiden kuormituksia opiskeltiin, niin alasta ennen mitään tietämättömälle oli aluksi yllätys, että kattoon vaikuttaa ylöspäin ja seinään ulospäin vaikuttavia voimia. Taisipa professori käyttää esimerkkinä juurikin lentokoneen siipeä ilmiötä meille selittäessään. 

[Matti Hyötyniemi 431]

Tasakatoissakin on syytä huomioida tuulen aiheuttamat painevoimat, räystäiden kohdalla erityisesti. Varsinkin suurissa halleissa on huomioitava myös mahdollinen yli- ja joskus myös alipaine sisäpuolella, joka syntyy esimerkiksi rakennuksen seinien ollessa tiiviydeltään erilainen tuulen ylä- ja alapuolella.

Nykyään rakennuksissa on mitoitettava kestämään  Eurocode EN 1991-1-4 mukaiset tuulikuormat. Siellä on olemassa mitoitusohjeet monille erilaisille katonmuodoille, myös negatiiviselle harjakulmalle. Taulukosta kun katsoo niin esimerkiksi negatiivisella 15 asteen harjakulmalla on liitekuvan mukaisessa (pahimmassa) vyöhykkeessä F katon tuulenpuoleisissa nurkissa käytettävä mitoituksessa painekerrointa -2,5 mitoitettaessa, pieniä noin 1m2 kokoisia kattolevyjä ja -kiinnittimiä, eli siellä vallitsee varsin reipas imu. Normaalilla harjakatolla painekerroin on pienempi, joten valitettavasti idea negatiivisesta harjakatosta ei näyttäisi toimivan  

Teräväreunaiset tasakatotkin on F-vyöhykkeellä mitoitettava melko suurelle paikalliselle alipaineelle. Ehkäpä tasakatot ovatkin vain niin vahvoiksi suunniteltuja tuulen suhteen, että vahinkoja ei pääse tapahtumaan..?

Huomattakoon että arvot ovat vähän karkeita ja tarkoitettuja varmalla puolella olevaan rakennusten mitoittamiseen.

Muokattu: Syyskuu 18, 2020, käyttäjä: Matti Hyötyniemi
Osmon esityksen pohjalta korjattua termistöä 👍

[Ilpo Isoluoma 22]

Ihan maallikkona näitä ihmettelen ja uteliaisuus heräsi katsoessa noita Sallymyrskyn lennättämiä kattoja. Joissakin kerrostaloissa oli nurkkaseinän päällyste kuoriutunut  pois. Voisiko johtua alipaineesta tuulensuojan puolella. Muutenkin sielläpäin rakennetaan kevyemmin kuin täällä arktisissa oloissa.

Muokattu: Syyskuu 17, 2020, käyttäjä: Ilpo Isoluoma

[Matti Hyötyniemi 431]

1 hour ago, Ilpo Isoluoma said:

Ihan maallikkona näitä ihmettelen ja uteliaisuus heräsi katsoessa noita Sallymyrskyn lennättämiä kattoja. Joissakin kerrostaloissa oli nurkkaseinän päällyste kuoriutunut  pois. Voisiko johtua alipaineesta tuulensuojan puolella. Muutenkin sielläpäin rakennetaan kevyemmin kuin täällä arktisissa oloissa.

No jaa, olin aikoinaan Tervolan lukiossa oppitunnilla kun Mauri-myrsky lennätti kovalla ryminällä kyseisen laitoksen peltikaton pihalle. Niin että ei ne katot siellä pohjoisessakaan kestä ihan mitä tahansa 

[Ilpo Isoluoma 22]

Muistuu mieleen, kun asuin 30-luvulla valmistetussa hirsirakenteisessa pienkerrostalossa. Hankimme 1,8m:n satelliittiantennin katolle. Asentaja kertoi, että ei tällaista voisi nykyisiin omakotitaloihin asentaa. Katto ei kestäisi. Meillä ei ollut mitään asentamisongelmaa.

Talo on vieläkin pystyssä ja moitteettomassa kunnossa. 

[Osmo Jalovaara 188]

Täsmennetään hieman tätä varsin mielenkiintoista keskustelua. 

Tuskinpa kattorakenteita tarvitsee niin tarkasti laskea, että pitää ottaa huomioon noste muuten kuin ehkä koko talon peittävän tulvan ollessa potentiaalisena riskinä. Nostehan on on Arkimedeen lain mukainen kappaletta painovoimaa vastaan nostava voima, jonko suuruus on kappaleen syrjäyttämän, sitä ympäröivän nesteen tai kaasun  paino. Ilmailussa se tulee esille vain kaasu- ja kuumailmapalloissa.

Kun sen sijaan puhutaan profiilin kaasunvirtauksessa aikaansaamasta aerodynaamisesta voimasta, on kysymyksessä nostovoima.

OJ

[Ilpo Isoluoma 22]

56 minuuttia sitten, Osmo Jalovaara kirjoitti:

Täsmennetään hieman tätä varsin mielenkiintoista keskustelua. 

Tuskinpa kattorakenteita tarvitsee niin tarkasti laskea, että pitää ottaa huomioon noste muuten kuin ehkä koko talon peittävän tulvan ollessa potentiaalisena riskinä. Nostehan on on Arkimedeen lain mukainen kappaletta painovoimaa vastaan nostava voima, jonko suuruus on kappaleen syrjäyttämän, sitä ympäröivän nesteen tai kaasun  paino. Ilmailussa se tulee esille vain kaasu- ja kuumailmapalloissa.

Kun sen sijaan puhutaan profiilin kaasunvirtauksessa aikaansaamasta aerodynaamisesta voimasta, on kysymyksessä nostovoima.

OJ

Fyysikot puhuvat hydrostaattisesta paineesta. 

Mahtaako missään olla käytössä tuulitunnelia talon suunnittelun apuna. Näin tehdään autojenkin suunnittelussa. Tuolla Sallymyrskyn uhrit kertovat, että talo hajosi edellisen kerran 10 v. sitten. Rakensin sen uudestaan ja nyt taas kaikki meni. Eivätkö he opi mitään. Onhan siellä hurrikaanikausi joka syksyinen vieras. Meren rannalle kuitenkin halutaan rakentaa, maksoi mitä maksoi.

 

[Jorma Laiho 449]

Tuulitunneleita käytetään toki. Ainakin korkeiden talojen eli pilvenpiirtäjien suunnittelussa. Ainakin Kanadassa paikassa nimeltä London Ontario sellaiseen yliopistolla tutustuin.

Yksi ongelma on talojen väliset solat ja niiden virtaukset.

Osmolle kiitos terminologian korjauksesta.  Olin huolimaton, ei tietenkään noste. Korjasin termin omassa viestissäni. Nostovoima siis.

 

 

[Matti Hyötyniemi 431]

5 hours ago, Osmo Jalovaara said:

Täsmennetään hieman tätä varsin mielenkiintoista keskustelua. 

Tuskinpa kattorakenteita tarvitsee niin tarkasti laskea, että pitää ottaa huomioon noste muuten kuin ehkä koko talon peittävän tulvan ollessa potentiaalisena riskinä. Nostehan on on Arkimedeen lain mukainen kappaletta painovoimaa vastaan nostava voima, jonko suuruus on kappaleen syrjäyttämän, sitä ympäröivän nesteen tai kaasun  paino. Ilmailussa se tulee esille vain kaasu- ja kuumailmapalloissa.

Kun sen sijaan puhutaan profiilin kaasunvirtauksessa aikaansaamasta aerodynaamisesta voimasta, on kysymyksessä nostovoima.

OJ

Mutta jos paine-ero vaikuttaakin johonkin muuhun suuntaan kuin ylöspäin? Silloinhan nostovoimakin on harhaanjohtava nimitys 😁 Toki alaspäin voisi vaikuttaa negatiivinen nostovoima, mutta entäs sivulle.. Paine-erojen pintoihin aiheuttamia kokonaisvoimia  voisi ehkä nimittää yleisesti painevoimiksikin.