Betonielementtien käyttö korkearakentamisessa

Rakennelaskennan haasteet

Ohjekortissa pyritään esimerkiksi ohjeistamaan kokonaisuudessaan järkevää rakennuksen jäykistämistä, siitä laadittavan rakennelaskentamallin luontia, tulosten tulkintaa sekä rakenneosien mitoitusta.

Rakennuksen kuormat jakaantuvat rakenneosille jäykkyyksien mukaisesti, jolloin on oleellista, että rakenneosien jäykkyydet on määritelty rakennelaskentamalliin mahdollisimman oikein todellisen toimintavan mukaisesti. Tyypillinen virhe on, ettei eri rakenneosien jäykkyyksiä ole määritelty lainkaan tai ne on määritelty virheellisesti rakennuksen kustannustehokkaan jäykistyksen kannalta. Yleensä tämä näkyy ulkoseinien aukkopalkkien raudoitusmäärissä, jotka voivat olla huomattaviakin. Toisin päin tämä näkyy liian pieninä pilaridimensioina ja raudoitusmäärinä.

Matalammissa rakennuksissa ei yleensä aukkopalkkeja oteta osaksi rakennuksen jäykistystä, vaan aukkopalkit mitoitetaan pystykuorman aiheuttamille momentti- ja leikkausvoimille. Rakennuksen korkeuden kasvaessa on aukkopalkit syytä huomioida osana rakennuksen jäykistysjärjestelmää.

Tyypillisesti rakennuksen jäykistysjärjestelmän osana toimivat aukkopalkit ovat väli- tai kuiluseinien oviaukkojen yläpuolelle jäävä palkkirakenne, joka yhdistää peräkkäiset jäykistävät leikkausseinät ja välittää jäykkyytensä mukaan voimia seinästä toiseen. Jos yhdistetyt jäykistävät leikkausseinät keräävät rakennuksen kokonaisjäykistyskuormista huomattavan osan, on leikkausseiniä yhdistävissä aukkopalkeissakin suuret voimat.

Tästä päästäänkin siihen, miksi rakennuksen jäykistystä suunniteltaessa ja rakennelaskentamallia luotaessa on lähtökohtaisesti suositeltavaa huomioida ainoastaan rakennuksen sisäpuoliset kantavat väli- ja kuiluseinät osaksi rakennuksen jäykistysjärjestelmää. Yleensä kantavien väli- ja kuiluseinien aukkoleveydet vaihtelevat metristä hieman yli puoleentoista metriin, toisinkuin kantavien julkisivuseinien aukkoleveydet. Julkisivuseinät ovat tyypillisesti hyvin aukotettuja ja aukkojen pielet kapeita, jolloin niiden toiminta jäykistyksessä on vähäistä. Jos kantavien julkisivujen aukkopalkkien jäykkyyksiä ei redusoida rakennelaskelmissa, voivat ne kerätä huomattaviakin voimia poikkileikkaukseen nähden, vaikka niiden vaikutus voikin olla vähäinen rakennuksen kokonaisjäykistyksen kannalta. Tämän tapahtuessa julkisivujen aukkopalkkien raudoitusmäärät ovat huomattavia suhteessa saatuun hyötyyn.

Elementtiliitokset

Betonielementtirakennuksen kantavan rungon toiminta riippuu täysin elementtiliitoksien toiminnasta, jolloin suunnittelu ja mitoitus tulee perustua todelliseen toimintatapaan.

Korkearakentamisen mukana myös elementtiliitostavat tulevat hieman muuttumaan matalimmista rakennuksista totutuista ratkaisuista. Toivottavasti näidenkin osalta löytyy ja vakioituu elementtiliitosratkaisut, joita alalla yleisesti käytetään ja jotka tulevaisuudessa löytyvät myös www.elementtisuunnittelu.fi -sivustolta.

Vaakarakenteiden osalta Suomessa yli 12. kerroksissa rakennuksissa vaakarakenteet toteutetaan valtaosin paikallavalutekniikalla ja matalampien rakennusten osalta vaakarakenteiden yleisin toteutustapa on betonielementtitekniikka eli ontelolaatat. Vaakarakenteiden tekniikan vaihdolle ei ole rakenneteknistä syytä, vaan ontelolaatoilla voidaan toteuttaa myös korkeita rakennuksia. Maailmalla on tehty hyvinkin korkeita rakennuksia, joissa vaakarakenteet on toteutettu betonielementtitekniikkaa hyödyntäen ja siihen perustuen se on myös Suomessa mahdollinen tapa toteuttaa korkeita rakennuksia.

Ontelolaattojen laajempaa käyttöä korkeissa rakennuksissa on pääsääntöisesti rajoittanut selkeiden detaljien ja suunnitteluohjeiden puuttuminen. Lisäksi tyypillisen ontelolaatta-seinäliitoksen käyttö korkeammissa rakennuksissa on haastavampaa, kun korkeuden kasvaessa myös pystykuormat kantavissa betoniseinissä kasvavat. Tällöin ontelolaatan ja seinän välisen liitoksen toimivuuteen tulee kiinnittää erityistä huomioita. Elementtiliitokseen löytyy teknisiä ratkaisuja, joista voi mainita esimerkiksi kuvan 3. mukaisen elementtiliitoksen, jossa ontelolaattoja ei asenneta seinäelementtien väliin vaan seinäelementin yläpäässä olevien betonikonsolien varaan. Edellä mainittu elementtiliitos poistaa tunnetun ontelolaatan pään osittain kiertymisen estymisen kautta ontelolaatan päähän syntyvän negatiivisen momentin, joka voi aiheuttaa ontelolaatan päihin halkeamia.

Laasti- ja kuivabetonituotteiden laadunvarmistus

Työmaalla sekoitettavia laasti- ja kuivabetonituotteita koskevat samat vaatimukset kuin betonirakenteitakin, kun niitä käytetään voimia siirtävissä betonielementtisaumoissa ja ne toteutetaan betonistandardien mukaisesti. Saumauksessa on käytettävä sellaisia materiaaleja ja työmenetelmiä, että sauma saavuttaa edellytetyt ominaisuutensa kulloinkin vallitsevissa olosuhteissa.

Korkearakentamisen tiedon karttuessa Suomessa on ohjekorttia tarkoitus täydentää ja päivittää. Tavoitteena on, että suunnittelijoilla on mahdollisimman yhtenäinen ymmärrys betonielementtirakenteiden suunnittelusta korkearakentamisessa. Kaikki kommentit ja täydennyspyynnöt ohjekorttiin ovat tervetulleita.

Jatkossa Betoni-lehdessä on tarkoitus julkaista joitakin teknisempiä artikkeleita ohjekortin eri kappaleista.