Laskentamenetelmien vertailu betoniseinien mitoituksessa

Betonirakenteisten kerrostalojen pystyrakenteista suurin osa on betoniseiniä. Betoniseinät siirtävät suurimman osan rakennuksen kuormituksista perustuksille ja perustuksien kautta maapohjaan. Betoniseinien mitoittamista Euroopassa ohjeistaa standardit, joita kutsutaan eurokoodeiksi. Eurokoodeissa annetaan betoniseinien mitoitukseen kolme laskentamenetelmää. Nämä menetelmät ovat yleinen menetelmä, nimellisen jäykkyyden menetelmä ja nimellisen kaarevuuden menetelmä. Näistä laskentamenetelmistä nimellisen kaarevuuden menetelmä ja nimellisen jäykkyyden menetelmä ovat käsinlaskentamenetelmiä. Yleinen menetelmä on laskentamenetelmä, jota käytetään elementtimenetelmään perustuvien FEM-laskentaohjelmien (engl. Finite Element Method) yhteydessä. Tässä tutkimuksessa tutkitaan näitä laskentamenetelmiä ja vertaillaan laskentamenetelmillä saatuja tuloksia. Tutkimuksen tavoite on vertailla laskentamenetelmillä saatuja tuloksia laskentaesimerkkien avulla ja pohtia laskentamenetelmien hyödyllisyyksiä korkeiden betonikerrostalojen betoniseinien mitoituksessa. Tutkimus jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosassa esitellään betoniseinien mitoitukseen liittyvät lähtötiedot, laskentamenetelmät ja suunnitteluohjeet. Kirjallisuustutkimusosa esittelee peruskäsitteet ja luo yhteenvedon betoniseinien mitoituksesta. Tapaustutkimusosassa tarkastellaan esimerkkiseinän ja betonisen asuinkerrostalon jäykistävän seinän mitoitusta eri laskentamenetelmillä. Saatuja tuloksia ja laskentamenetelmien soveltuvuutta vertaillaan ja pohditaan korkearakenteisten betonikerrostalojen betoniseinien mitoituksessa. Tutkimuksen tuloksena huomattiin käsinlaskentamenetelmien antavan suuremman toisen kertaluvun momentin ja mitoitusmomentin kuin yleinen menetelmä. Nimellisen jäykkyyden menetelmän toisen kertaluvun momentin arvoon huomattiin betoniseinän hoikkuusluvun ja raudoituksen vaikuttavan suuresti. Laskentamenetelmien välillä huomattiin eroavaisuus ensimmäisen kertaluvun momentin suuruudesta. Käsinlaskentamenetelmillä ensimmäisen kertaluvun momentin suuruus riippui normaalivoimasta ja sen epäkeskisyydestä. Yleisellä menetelmällä ensimmäisen kertaluvun momentin suuruuteen vaikuttivat FEM-laskentaohjelmaan mallinnettu rakenne, tukiehdot ja voimat. Yleisellä menetelmällä voitiin mitoittaa pystyterästen lisäksi myös vaakateräkset. Korkearakenteisten betonikerrostalojen betoniseinät voidaan mitoittaa näillä kolmella laskentamenetelmällä. Nimellisen kaarevuuden menetelmällä saadaan mitoitus tyypillisesti varman puolelle. Mikäli seinään vaikuttaa suuri normaalivoiman epäkeskisyys, on syytä tarkastaa seinän mitoitus myös nimellisen jäykkyyden menetelmällä. Yleistä menetelmää on suositeltava käyttää, mikäli seinään vaikuttaa suuria leikkausvoimia