Lähtökohta hallimaisen rakennuksen kokonaisstabiiliuden suunnittelussa on ymmärrys siitä, kuinka yksittäiset rakenneosat, kuten esimerkiksi pilarit ja palkit, muodostavat yhdessä kokonaisuuden. Tässä kokonaisuudessa jokaisella rakenneosalla ja niiden välisillä liitoksilla on oma tärkeä tehtävänsä rakennuksen kokonaisstabiiliuden varmistamisessa. Kokonaisstabiiliudella tarkoitetaan rakennuksen kykyä kestää normaalitilanteessa siihen kohdistuvat kuormat ilman sortumista tai liiallisia muodonmuutoksia. Onnettomuustilanteessa rakennus ei saa vahingoittua suhteettoman laajasti, vaan sille määrätään hyväksyttävä vaurioalue. Tässä artikkelissa asiaa käsitellään eurokoodien (eurooppalaisten standardien) mukaisesti.

Rajatilamitoitus

Rajatilamitoituksella tarkoitetaan Suomessa mitoitustilanteita, jotka voivat olla joko normaalisti vallitsevia mitoitustilanteita tai onnettomuusmitoitustilanteita. Rajatilamitoituksessa kuormille ja rakennusmateriaalien ominaisuuksille käytetään asianmukaisia mitoitusarvoja. Vaatimus on, ettei mikään tarkasteltava rajatila ylity. Rajatilat voidaan jakaa murto- ja käyttörajatiloihin, joiden keskinäinen ero on siinä, millaisia rakenteellisia vaikutuksia niillä tarkastellaan: murtorajatilassa tarkastellaan esimerkiksi rakenteen murtumista tai tasapainon menetystä, kun taas käyttörajatilassa tarkastellaan esimerkiksi rakenteen ulkonäköön tai ihmisten mukavuuteen vaikuttavia rajatiloja. Rajatilatarkasteluissa käytetään erilaisia kuormitusyhdistelmiä erilaisten tilanteiden tarkasteluun, jolloin varmistetaan rakenteiden sekä koko rakennuksen kestävyys.

Normaalitilanteella tarkoitetaan mitoitustilannetta, jossa vallitsevat niin sanotut normaalit käyttöolosuhteet. Tällainen on esimerkiksi tilanne, jossa pilarielementti mitoitetaan pystykuorman ja vaakakuormien (esimerkiksi tuulikuormien) aiheuttamalle taivutus- ja puristusrasitukselle. Tällöin kyseessä on murtorajatilatarkastelu. Yksi esimerkki normaalitilanteen käyttörajatilatarkastelusta on palkin taipuman tarkastelu. Poikkeuksellisia tilanteita, kuten esimerkiksi törmäyksiä tai räjähdyksiä, käsitellään suunnittelussa onnettomuustilanteina. Ne ovat tilanteita, joissa onnettomuuskuorman mitoitusarvo joko tiedetään jo etukäteen tai se aiheutuu määrittelemättömistä syistä.

Rakennukselle määritettävä seuraamusluokka

Rakennukselle määritetään seuraamusluokka, jolla otetaan huomioon mahdollisten seuraamuksien suuruus. Voisi todeta, että mitä suuremmat seuraamukset, sitä tiukemmat suunnittelukriteerit. Rakennuksen seuraamusluokka vaikuttaa esimerkiksi kuormitusyhdistelmissä käytettävän kuormakertoimen arvoon. Normaalitilanteessa seuraamusluokat voidaan jakaa kolmeen luokkaan seuraavasti:

• CC1: seuraamukset ovat vähäisiä (esimerkiksi varastorakennukset, joissa ei yleensä oleskele ihmisiä)

• CC2: seuraamukset esimerkiksi taloudellisesti merkittäviä ja ihmishenkien menettämisen näkökulmasta keskisuuria (muun muassa toimistorakennukset ja muut rakennukset, joita ei luokitella seuraamusluokkiin CC1 tai CC3)

• CC3: seuraamukset esimerkiksi taloudellisesti erittäin merkittäviä ja ihmishenkien menettämisen näkökulmasta suuria (esimerkiksi konserttisalit, urheiluhallit ja muut raskaasti kuormitetut ja mahdollisesti suuria jännevälejä sisältävät rakennukset).

Onnettomuustilanteessa rakennukselle määritetään niin sanottu onnettomuusseuraamusluokka, joka mukailee normaalitilanteen seuraamusluokkaa: jos rakennus kuuluu seuraamusluokkaan CC2, kuuluu se onnettomuusseuraamusluokkaan CC2a tai CC2b (RIL 201-4-2017. Rakenteiden vaurionsietokyvyn varmistaminen onnettomuustilanteessa 2017, 135). Taulukossa 1 on esitettynä rakennusten onnettomuusseuraamusluokat ja niiden määritelmät.

Avainasemassa jatkuvan sortuman estäminen

Suunnittelussa on oleellista erottaa rakennuksen vaurionsietokyvyn varmistaminen omaksi mitoitusosiokseen, koska tällöin voidaan tarkastella rakennusta kokonaisuutena, jonka muodostavat yksittäiset rakenneosat. Rakennuksen vaurionsietokyvyn suunnittelun ytimessä on pyrkimys jatkuvan sortuman estämiseen. Jatkuvalla sortumalla tarkoitetaan tilannetta, jossa esimerkiksi vaurioitunut rakenneosa tai liitos aiheuttaa rakennuksessa paikallisen vaurion, joka pääsee laajenemaan ja aiheuttamaan näin ollen vaaran rakennuksen kokonaisstabiiliuden menetykselle. Kyseessä on siis onnettomuustilanteen tarkastelu, jossa hallimaisen rakennuksen paikallisen vaurion laajuus rajataan kuvan 2 mukaisesti. Jos paikallisen vaurion laajuus uhkaa ylittää sallitun rajan, on tarvittaviin toimenpiteisiin ryhdyttävä. Tällaisia toimenpiteitä ovat esimerkiksi sideraudoituksen suunnittelu tai yksittäisen rakenneosan mitoittaminen avainasemassa olevana rakenteena.

Hyvin suunniteltu on puoliksi tehty

Hyvin suunniteltu on puoliksi tehty -sanonta pätee myös tässä tapauksessa. Rakennuksen kokonaisstabiiliuden varmistaminen suunnittelun keinoin on laaja kokonaisuus, jossa pyritään monin, muun muassa edellä mainituin, keinoin varmistamaan se, ettei rakennuksen stabiilius petä. Kun suunnittelussa otetaan huomioon laajasti eri skenaariot ja mahdolliset riskit, varmistetaan rakennuksen kokonaisstabiiliuden säilyminen rakennuksen käyttöiän ajan. Tulee kuitenkin muistaa, että jos hyvä suunnittelu on puolet valmiista rakennuksesta, jää käytännön toteutukselle toinen puolikas: myös toteutuksen eli käytännön rakentamisen tulee olla vaaditulla tasolla, koska lopulta rakennuksen rakentajat ovat henkilöitä, jotka mahdollistavat suunnittelupöydällä ajateltujen ratkaisujen toimivuuden rakennuksen käyttöolosuhteissa.

Tehdessäni omaa ylemmän korkeakoulututkinnon lopputyötäni Savonia-ammattikorkeakoulussa aiheesta Betonielementtirakenteisen hallin kokonaisstabiliteettitarkastelu normaali- ja onnettomuustilanteessa havaitsin, että eurokoodeissa on tietyissä suunnittelun osioissa tulkinnan varaa. Esimerkiksi 2. kertaluvun huomioimisessa pilarianturan mitoituksessa: eurokoodeissa 2. kertaluvun momentin vaikutuksia käsitellään pilarin mitoituksessa, mutta anturan mitoituksen osalta siihen ei oteta kantaa. En ole vielä ehtinyt olla työelämässä rakennesuunnittelijana kuin viitisen vuotta, mutta olen saanut vahvasti sen käsityksen, että muun muassa tästä asiasta on erilaisia tulkintoja eri suunnittelijoiden välillä. Mielestäni suunnittelussa tulisi pyrkiä mahdollisimman pieneen tulkinnan varaan, jotta meillä olisi yhtenevät suunnittelukäytännöt mitoitustyön suhteen. Toivon näkeväni tulevaisuudessa eurokoodien uudistuessa tähän otettavan kantaa ja että mahdolliset tulkintavirheet pyrittäisiin minimoimaan.

Kirjoittaja:

Jani Marttila

Savonia-ammattikorkeakoulun ylemmän korkeakoulututkinnon opiskelija

jani.marttila@edu.savonia.fi

Työn ohjaaja: Rakennetekniikan yliopettaja, TkT, Arto Puurula

Lähteet:

RIL 201-4-2017. Rakenteiden vaurionsietokyvyn varmistaminen onnettomuustilanteessa 2017. Helsinki: Suomen Ra-kennusinsinöörien Liitto RIL ry.