Monet erilaiset poikkeustilanteet, niin hitaat kuin nopeatkin olosuhteiden muutokset, voivat vaurioittaa rakennusta. Vaurionsietokyvyn parantamisessa päämääränä on suunnitella rakennus siten, ettei yksittäinen vaurio sorruta koko rakennusta. Rakenteiden suunnittelussa on huomioitava monia erilaisia ennakoitavia tai ennalta arvaamattomia onnettomuustilanteita.
Turun Ammattikorkeakouluun tekemässäni opinnäytetyössä käsittelen betonirunkoisten asuinkerrostalojen vaurionsietokyvyn parantamista onnettomuustilanteiden varalle. Sideterästen mitoituksen prosesseihin perehtymisen pohjalta laadin työn lopputuotoksena sideterästen mitoitustyökalun suunnittelijoiden käyttöön. Opinnäytetyöni aihe valikoitui sekä oman kiinnostuksen että Vahanen Suunnittelupalvelut Oy:n toiveiden perusteella. Onnettomuusmitoituksessa huomioitavia asioita on hyvin paljon, mutta sopivilla rajauksilla näinkin laajasta aiheesta sai luotua opinnäytetyöksi sopivan kokonaisuuden. Mielenkiintoinen aihe syvensi ymmärrystä erityisesti elementtirakentamiseen ja kuormien siirtymiseen rakenteesta toiseen poikkeuksellisissa tilanteissa.
Työssäni tarkastelen betonirunkoisia asuinkerrostaloja painottaen elementtirakenteisiin taloihin. Kantavat seinät-laatta-runko on tyypillinen asuinkerrostaloissa käytettävä betonirunkojärjestelmä. Pilari-palkki-laatta-runko taas on sellaisenaan käytössä erityisesti toimisto- ja liikerakennuksissa. Näiden kahden runkotyypin yhdistelmää nähdään tyypillisesti keskusta-alueiden kerrostaloissa, joissa alemmissa kerroksissa on pysäköinti- ja liiketiloja ja ylemmissä kerroksissa asuintiloja. Betonirakenteisten asuinkerrostalojen seuraamusluokka on tyypillisesti CC2 tai CC3, jotka jaetaan onnettomuustilanteessa alaluokkiin a ja b. Seuraamusluokka vaikuttaa vaurionsietokyvyn varmistamisen menettelytapoihin sekä suoraan sideterästen suunnittelussa tarvittaviin lähtötietoihin ja laskentakaavoihin.
Sidejärjestelmän tarkoituksena on estää laajat vauriot
Rakenne voi menettää kantavuutensa, jos sitä kuormitetaan liikaa tai siinä on jokin puute, jonka takia se ei kestäkään sille suunniteltua kuormitusta. Syntynyt paikallinen vaurio aiheuttaa kuormien uudelleen jakautumisen ympäröiville rakenteille. Sortumisen prosessi syntyy, mikäli myös nämä ympäröivät rakenteet menettävät kantavuutensa muuttuneen kuormituksen takia. Sortuminen pysähtyy vasta, kun vaurio etenee rakenteisiin, joiden kantavuus taas riittää kuormitukselle.
Sidejärjestelmän tavoite on sitoa rakenteet toisiinsa laajempien vaurioiden estämiseksi, ja se onkin menettelytapana ensisijainen lähes kaikkien monikerroksisten rakennusten vaurionsietokyvyn parantamiseksi. Betonielementtirakennuksissa sideteräkset sijoitetaan jatkuvina rakennuksen runkoon: välipohjien reunoille, laattojen väliin, pystyrakenteista vaakarakenteisiin sekä pystysuuntaisesti perustuksista yläpohjaan saakka. Näin rakennuksesta saadaan monoliittisesti kestävä kokonaisuus, joka jakaa kuormia tasaisesti eri rakenneosille ja estää rakenneosia irtoamasta toisistaan.
Uusi mitoitustyökalu tehostaa ja nopeuttaa suunnittelua
Sidejärjestelmän mitoitustyökalun suunnittelu eteni sitä mukaa, kun perehdyin laskentaan vaikuttaviin seikkoihin. Kiteytin laskennan eri vaiheet omiksi prosessikaavioikseen pohjaksi mitoitustyökalulle. Lähdekirjallisuuden esimerkkilaskelmat, laskennan soveltaminen aitoihin kohteisiin sekä kokeneen suunnittelijan palaute auttoivat luomaan mitoitustyökalusta toimivan ja käyttäjäystävällisen. Työkalua sommitellessa tuli myös huomioida sen visuaalinen tarkoituksenmukaisuus.
Lopullinen mitoitustyökalu muotoutui useiden laskentakierrosten jälkeen. Tarvittavat lähtötiedot syöttämällä mitoitustyökalua käyttävä suunnittelija saa laskennan lopputuloksena tarkasteltavien rakenteiden sidevoimat, joiden perusteella työkalu laskee teräsmäärät ja -koot sekä tarkistaa käyttöasteen. Tulostusvalmis laskelma on helppo liittää osaksi kohteen muita asiakirjoja. Yhdenmukaisuus ja ajan säästö suunnittelutyössä ovat konkreettisia hyötyjä, joita mitoitustyökalu tuo suunnittelijoille. Mitoitustyökalu toimii sellaisenaan opinnäytetyössäni rajatun mukaisiin kohteisiin, sekä lisäksi hyvänä pohjana jatkokehittämiselle.
