Teräs-, betoni- ja betoni-teräs-liittopilarin vertailu
Huttunen, Santeri (2024)
Huttunen, Santeri
2024
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-02-27
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023122011137
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023122011137
Tiivistelmä
Teräs- ja betonirakenteet ovat tyypillisiä talonrakentamisessa ja teollisuuskohteissa. Rakennesuunnittelija voi suunnitteluparametrien puitteissa vaikuttaa rakennekohtaisesti muun muassa rakenteen massaan, hintaan ja päästöihin. Valinta rakennusmateriaalien ja rakennetyyppien välillä ei ole kuitenkaan yksinkertaista, minkä vuoksi suunnittelija tarvitsee riittävät työkalut ja tieto-taidon valitsemaan rakennuskohteeseen sopivimmat rakenteet.
Tässä työssä tutkittiin neliön mallisten teräs-, betoni- ja betoni-teräs-liittopilarien vertautuvuutta toisiinsa massan, hinnan ja hiilidioksidiekvivalenttien päästöjen suhteen eri suunnitteluparametreillä. Muuttuvina parametreinä tässä työssä olivat palonkestovaatimukset, materiaalien lujuusluokat ja pilarien pituus. Pilarien rakennemalliksi oletettiin niveltuettu ja puristettu sauva, joka mitoitettiin kunkin rakennetyypin Eurokoodin suunnitteluohjeisiin perustuen murtorajatilassa ja palotilanteessa palonkestovaatimuksilla R30, R60, R90 ja R120. Pilarien mitoitusta varten luotiin Excel-laskentapohja tuloksien visuaalista esittämistä ja pilarien nopeaa vertailua varten. Lisäksi tässä työssä tutkittiin kirjallisuuskatsauksena vastaavien tutkimusten tuloksia sekä käytiin läpi tarkemmin pilarien mitoituksen kulkua sekä materiaalien hinnan ja päästöjen muodostumista.
Materiaalilujuuksien vertailussa nähtiin, että betonipilarilla ei ollut selkeästi yhtä parasta lujuusluokkaa. R0, R30 tai R120 paloluokissa C30/37 ja C40/50 lujuudet tuottivat keskimäärin edullisimman ja vähäpäästöisimmän pilarin, kun taas R60 ja R90 paloluokissa lujempi C50/60 betoni oli ainakin lyhyemmillä pilaripituuksilla hieman parempi vaihtoehto. Teräspilarissa lähes kaikissa vertailuissa lujimmat teräslaadut, S420 ja S460, osoittautuivat massan, hinnan ja päästöjen vertailuissa parhaiksi. Liittopilarissa parhaimmaksi betonin ja teräksen lujuusyhdistelmäksi todettiin C50/60 ja S235.
Tutkimuksen tuloksista rakennetyyppien välillä havaittiin, että betonipilari on selkeästi muita rakennetyyppejä edullisempi ja vähäpäästöisempi vaihtoehto riippumatta paloluokasta tai pilarin pituudesta. Betonipilarin massa on kuitenkin pääasiassa suurin ja jopa 8-kertainen teräspilariin verrattuna. Teräspilarilla etuna on siis keveys, mutta se on kallis ja suhteellisen korkeapäästöinen vaihtoehto. Palorasittamattomana liittopilarilla päästään teräspilaria hieman edullisempaan ja vähäpäästöisempään ratkaisuun, mutta palorasituksen kasvaessa yli R30 luokan liittopilarista ei enää saada hyötyä massaan, hintaan tai päästöihin.
Päästöjen vertailussa huomioitiin myös vähäpäästöiset materiaalivaihtoehdot. Vähäpäästöisen betonin ja teräksen vertailusta huomattiin, että vähäpäästöisellä teräksellä on selkeästi hyvin suuri potentiaali pilarin päästöjen vähentämisessä. Vähäpäästöisestä teräksestä tehty pilari osoittautuikin selkeästi muita rakennetyyppejä vähäpäästöisimmäksi ratkaisuksi.
Tässä työssä tutkittiin neliön mallisten teräs-, betoni- ja betoni-teräs-liittopilarien vertautuvuutta toisiinsa massan, hinnan ja hiilidioksidiekvivalenttien päästöjen suhteen eri suunnitteluparametreillä. Muuttuvina parametreinä tässä työssä olivat palonkestovaatimukset, materiaalien lujuusluokat ja pilarien pituus. Pilarien rakennemalliksi oletettiin niveltuettu ja puristettu sauva, joka mitoitettiin kunkin rakennetyypin Eurokoodin suunnitteluohjeisiin perustuen murtorajatilassa ja palotilanteessa palonkestovaatimuksilla R30, R60, R90 ja R120. Pilarien mitoitusta varten luotiin Excel-laskentapohja tuloksien visuaalista esittämistä ja pilarien nopeaa vertailua varten. Lisäksi tässä työssä tutkittiin kirjallisuuskatsauksena vastaavien tutkimusten tuloksia sekä käytiin läpi tarkemmin pilarien mitoituksen kulkua sekä materiaalien hinnan ja päästöjen muodostumista.
Materiaalilujuuksien vertailussa nähtiin, että betonipilarilla ei ollut selkeästi yhtä parasta lujuusluokkaa. R0, R30 tai R120 paloluokissa C30/37 ja C40/50 lujuudet tuottivat keskimäärin edullisimman ja vähäpäästöisimmän pilarin, kun taas R60 ja R90 paloluokissa lujempi C50/60 betoni oli ainakin lyhyemmillä pilaripituuksilla hieman parempi vaihtoehto. Teräspilarissa lähes kaikissa vertailuissa lujimmat teräslaadut, S420 ja S460, osoittautuivat massan, hinnan ja päästöjen vertailuissa parhaiksi. Liittopilarissa parhaimmaksi betonin ja teräksen lujuusyhdistelmäksi todettiin C50/60 ja S235.
Tutkimuksen tuloksista rakennetyyppien välillä havaittiin, että betonipilari on selkeästi muita rakennetyyppejä edullisempi ja vähäpäästöisempi vaihtoehto riippumatta paloluokasta tai pilarin pituudesta. Betonipilarin massa on kuitenkin pääasiassa suurin ja jopa 8-kertainen teräspilariin verrattuna. Teräspilarilla etuna on siis keveys, mutta se on kallis ja suhteellisen korkeapäästöinen vaihtoehto. Palorasittamattomana liittopilarilla päästään teräspilaria hieman edullisempaan ja vähäpäästöisempään ratkaisuun, mutta palorasituksen kasvaessa yli R30 luokan liittopilarista ei enää saada hyötyä massaan, hintaan tai päästöihin.
Päästöjen vertailussa huomioitiin myös vähäpäästöiset materiaalivaihtoehdot. Vähäpäästöisen betonin ja teräksen vertailusta huomattiin, että vähäpäästöisellä teräksellä on selkeästi hyvin suuri potentiaali pilarin päästöjen vähentämisessä. Vähäpäästöisestä teräksestä tehty pilari osoittautuikin selkeästi muita rakennetyyppejä vähäpäästöisimmäksi ratkaisuksi.