Preventing progressive collapse in hall-like precast concrete structures

Vuodesta 2013 alkaen Suomessa uudisrakennuksiin liittyvä rakennesuunnittelu on tullut toteuttaa Eurokoodien mukaisten määräysten mukaisesti. Eurokoodien mukana on tullut uusia tai muuttuneita määräyksiä verrattaessa niitä aikaisemmin käytettyyn Suomen rakentamismääräyskokoelmaan. Yhtenä suurimpana uudistuksena RakMk:n mukaiseen suunnitteluun on tullut standardien SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991-1-7 vaatima jatkuvan sortuman rajoittaminen, jota ei ole aikaisemmin niin laaja-alaisesti huomioitu. Standardi SFS-EN 1991-1-7 esittää jatkuvan sortuman estämiselle kolme menetelmää, sidevoimamenetelmän, avainasemassa olevan rakenneosan suunnittelemisen kuorman Ad varalle tai vaihtoehtoisen kuormansiirtorakenteen suunnittelemisen. Kyseisillä menetelmillä saavutetaan erilainen varmuus jatkuvan sortuman estämiselle eikä niitä pystytä täysin vertaamaan toisiinsa. Opinnäytetyön tehtävänä oli selvittää, miten jatkuva sortuma voidaan estää eri seuraamusluokissa ja mitä eroja standardien esittämillä menetelmillä on sekä selkeyttää aihetta suunnittelijoille. Työn aikana suoritettiin vertailulaskelmia standardien SFS-EN 1991-1-7 ja SFS-EN 1992-1-1 sekä näiden kansallisten liitteiden ja Betoninormikortti 23 EC sidevoimamenetelmien kesken, kun tarkasteltiin TT-laatoilla ja elementtipalkein varustettua hallirakennusta, jossa keskimmäinen betonipilari vaurioituu. Laskelmista oli nähtävissä, että sidevoimamenetelmistä standardi SFS-EN 1991-1-7 tuottaa pääsääntöisesti suurimman sidevoiman ja senkin tulokset olivat 17-25 % pienemmät kuin todellisen köysiteorian tulokset. Menetelmiä ei kuitenkaan pystytä täysin vertaamaan toisiinsa, koska sidevoimamenetelmät eivät ota huomioon mitenkään rakenteen todellista käyttäytymistä onnettomuustilanteessa eivätkä sitä, onko rakenteella riittävää muodonmuutoskykyä. Näiden tarkastelujen perusteella pystyttiin osoittamaan, etteivät sidevoimamenetelmät vastaa vaihtoehtoisten kuormansiirtoreittien suunnittelemista. Analyyttisen köysiteorian tuottamien tulosten rinnalle tehtiin myös vertailulaskelmia FEM-ohjelmiston avulla, jotta tulosten todenmukaisuudesta voitiin varmistua. Tulokset poikkesivat noin 4-16 % toisistaan. Laskenta tuotti kuitenkin suuria ongelmia FEM-ohjelmistoille, koska siirtymät olivat hyvin suuria ja rakenteessa oli suuria jäykkyyseroja, mitkä lisäsivät numeerista epätarkkuutta laskennassa. Työn lopussa käsiteltiin myös jatkuvan sortuman estämisen suunnittelun kulkua kahdessa eri seuraamusluokan hallirakennuksessa esimerkkien avulla. Esimerkkikohteiksi valittiin betonielementtirakenteiset seuraamusluokan CC2b varastohalli ja CC3b-luokan messukeskus