Palkittu DI-työ: Betonirakenteisen CC3b-luokan asuinrakennuksen vaihtoehtoiset kuormansiirtoreitit

Korkean betonirakenteisen asuinrakennuksen vaurionsietokyvyn määrittämiseksi on hyvin vähän suomenkielistä ohjeistusta. Kun rakennus kuuluu seuraamusluokkaan CC3b, sen vaurionsietokyvyn varmistamiseksi käytetään yleensä sidejärjestelmän ohella vaihtoehtoisten kuormansiirtoreittien menetelmää, jolla huomioidaan ennalta määrittelemättömät onnettomuustilanteet. Kuormansiirtoreittien teoreettinen toiminta on esitelty suunnitteluohjeissa pinnallisesti, mutta käytännön ohjeistus vaatii täydennystä ja selvennystä. Tomi Rantasen palkitussa diplomityössä esitellään vaihtoehtoisten kuormansiirtoreittien toiminnan kannalta oleelliset seikat, miten rakenteen sitkeyttä voidaan parantaa. Tutkittava rakenne on vähintään 16-kerroksinen asuinrakennus, jonka välipohja on paikallavalettu teräsbetonilaatta.

Vaihtoehtoisten kuormansiirtoreittien menetelmässä rakenteesta poistetaan yksi kerrallaan kantavia rakenneosia, minkä jälkeen rakenteen tulee kestää uusi kuormitustapaus ilman lisäsortumien muodostumista. Poistopaikat määritetään riskinarviossa korkeimpien käyttöasteiden mukaan. Muut tavanomaiset poistopaikat ovat rakennuksen nurkka, nurkan viereinen rakenneosa, molempien ulkosivujen keskialue, toiseksi viimeinen nurkka, toiseksi viimeisen kantavan linjan keskialue ja rakennuksen sisäalue.

Kuormitustilanteen tarkasteluun voi hyödyntää 3D-laskentamallia, mutta sen tuloksiin tulee suhtautua kriittisesti ja tehdä tarkistuslaskelmat riittävän monesta kohdasta. Staattisissa analyyseissä vaurioalueen yläpuolisia kuormia tulee kertoa dynaamisella kuormakertoimella, jonka arvo vaihtelee rakenteesta riippuen välillä 1,05…2,0. Arvo 2,0 on varman puolen arvio, joka olettaa rakenteen olevan täysin vaimentamaton. Määrittämällä dynaamisen kuorman aiheuttamaa taipumaa vastaava staattinen kuorma, voidaan dynaamisen ja staattisen kuorman suhteella määrittää tarkka kuormakerroin.

Välipohjalaatan poikkileikkaustietojen perusteella voidaan määrittää plastisen nivelen suurin kiertymä, jonka avulla voidaan ratkaista sitä vastaava laatan suurin pystysuuntainen siirtymä. Myötöviivateorian ja energiaperiaatteen avulla voidaan ratkaista rajakuorma, joka vaaditaan kyseisen siirtymän aikaansaamiseksi. Tämän jälkeen rajakuormaa voi verrata alkuperäiseen kuormitukseen.

Rakenneosan sitkeys kuvaa samalla sen vaurionsietokykyä ja vastaavasti plastisen nivelen kiertymiskyky kuvaa sitkeyttä. Plastisen nivelen kiertymiskykyä parantavat puristusterästen lisääminen, betonin lujuuden korottaminen, terästen sitkeyden korottaminen ja suurempien tankokokojen käyttäminen. Teräksen ja betonin materiaaliparametrit vaikuttavat nivelen kiertymiskykyyn. Koska kyseessä on onnettomuustilanne, voidaan tapauskohtaisesti ja harkiten käyttää materiaalien lujuusominaisuuksille standardeista poikkeavia arvoja, jos onnettomuusskenaarion todennäköisyyden ja tuotteiden valmistustoleranssien puitteissa saadaan sovittua jokin riskitaso. Onnettomuusskenaarioiden tarkka määrittäminen on myös oleellinen osa vaurionsietokyvyn varmistamista.

Tutustu tästä opinnäytetyöhön >>