Viruman ja kutistuman vaikutukset runkoon korkeassa betonirakentamisessa

Abstract

Betonin käyttö korkeiden rakennusten runkomateriaalina yleistyy ja sitä hyödynnetään yhä korkeammalle tähtäävissä rakennushankkeissa. Korkealle rakennettaessa myös rakennuksen runko ja sen toiminta monimutkaistuvat, mikä aiheuttaa haasteita niin yksittäisten rakenneosien kuin koko runkojärjestelmän rakennesuunnittelussa. Rakennuksen käyttötarkoitukseen sopivan runkojärjestelmän valinta ja suunnittelu edellyttävät runkorakenteiden kuormituskestävyyden lisäksi ajasta riippuvien betonissa syntyvien muodonmuutosilmiöiden tuntemista. Tunnetuimmat näistä ajan kuluessa syntyvistä muodonmuutosilmiöistä ovat betonin viruma ja kutistuma, jotka kehittyvät jo rakentamisvaiheessa sekä jatkuvat rakennuksen käytön aikana. Rakennuksen korkeuden kasvaessa viruma ja kutistuma aiheuttavat ongelmia rungon kantavien rakenteiden lisäksi myös täydentävissä rakenteissa, mihin vaikuttavat käytettävä runkojärjestelmä, rakenteiden ominaisuudet sekä rakentamistapa.

Tämä kandidaatintyö tutkii viruman ja kutistuman vaikutusta korkeiden betonirakennusten runkorakenteisiin. Työssä selvitetään betonin virumaan ja kutistumaan vaikuttavia tekijöitä syntymekanismeineen, niiden suhdetta korkeaan rakentamiseen ja vaikutuksia korkean betonirakennuksen runkoon. Työssä selvitetään lisäksi mitä merkitystä rakennuksen runkojärjestelmällä ja rakentamistavalla on runkorakenteiden virumis- ja kutistumisominaisuuksiin sekä viruman ja kutistuman vaikutuksien laajuuteen. Tutkimus on tehty kirjallisuusselvityksenä, minkä lisäksi viruman ja kutistuman vaikutuksia runkoon tutkitaan esimerkkilaskelman avulla. Esimerkkilaskelma koostuu käsin tehtävästä 30-kerroksisen betonirakennuksen kokoonpuristumalaskelmasta, jossa laskenta-analyysi tehdään kahdella menetelmällä. Ensimmäisessä menetelmässä ei huomioida rakentamisen vaikutusta ja toisessa menetelmässä se huomioidaan.

Tutkimuksessa selvisi, että korkean rakennuksen betonirakenteiden viruma ja kutistuma aiheuttavat pystyrakenteiden kokoonpuristumaa, kokoonpuristumaeroja sekä lisärasitusten syntymistä ja kuormien uudelleenjakautumista pysty- ja vaakarakenteiden välillä. Vaikutusten havaittiin heijastuvan myös täydentäviin rakenteisiin. Lisäksi tutkimuksessa selvisi, että runkojärjestelmä, jäykistysmenetelmä ja käytettävien rakenneosien ominaisuudet vaikuttavat siihen, miten rakenteet viruvat ja kutistuvat sekä kuinka suuriksi viruman ja kutistuman vaikutukset kasvavat. Tutkimustuloksia pyrittiin havainnollistamaan laskentaesimerkillä, jossa selvisi, että aika, kuorman suuruus, rakenneosan koko sekä raudoitus ovat keskeisiä virumasta ja kutistumasta syntyvään kokoonpuristumaan vaikuttavia tekijöitä. Myös rakentamisen vaiheittaisuudella selvisi olevan vaikutusta kokoonpuristuman suuruuteen. Laskennassa tämä näkyi tulosten eroavaisuudessa kahden käytetyn menetelmän välillä.

Työn tarkoituksena on löytää korkeiden betonirakennusten runkorakenteelle keskeisiä virumasta ja kutistumasta syntyviä vaikutuksia sekä nostaa esille näihin vaikuttavia tekijöitä. Työn tulosten avulla pyritään esittämään tärkeimmät vaikutukset sekä keinot virumasta ja kutistumasta syntyvien ongelmien ehkäisemiseen. Korkean rakentamisen yleistyessä Suomessa on tarkoituksena myös kerätä aiheesta tietoa sekä ohjeistusta, jotka mahdollisesti auttavat syntyvien ongelmien ehkäisemisessä rakenneteknisin valinnoin.