Betonipalkin päästöjen vähentäminen rakenneosan jatkuvuuden avulla : Yksiaukkoisen ja jatkuvan 3-aukkoisen palkin hiilidioksidipäästövertailu

Abstract

Tässä työssä tutkitaan teräsbetonisen suorakaidepalkin mitoittamista ja hiilidioksidipäästöjä. Tutkimuksen tavoite on selvittää, onko jatkuva palkkirakenne päästöiltään yksiaukkoista palkkirakennetta ympäristöystävällisempi. Kysymyksen selvittämiseksi suoritetaan yksiaukkoisen ja jatkuvan 3-aukkoisen teräsbetonipalkin murto- ja käyttörajatilamitoitus sekä hiilidioksidipäästölaskenta.

Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustutkimus mitoituksen toteutukseen ja betonin sekä teräksen valmistuksen hiilidioksidipäästöihin. Betonin päästöt aiheutuvat sementin käytöstä ja sementin valmistuksessa tapahtuvasta klinkkerin kalsinoinnista. Teräksen päästöt aiheutuvat energian tuotannosta sekä hiilipitoisen koksin käytöstä raudan pelkistäjänä. Mitoituksen toteuttamisesta työssä esitetään eurokoodien mukaiset perusteet ja mitoituskaavat taivutukselle, leikkaukselle, ankkuroinnille, jännitysten rajoittamiselle ja taipuman rajoittamiselle. Lisäksi kirjallisuusosiossa tutustutaan vähähiilisyyteen betonin vähähiilisyysluokituksen ja teräksen vetypelkistyksen avulla. Kirjallisuustutkimusosan tärkeimpiä lähteitä ovat Eurokoodi 2 suunnittelustandardi sekä Metallinjalostajat ry:n ja Suomen betoniyhdistys ry:n kirjallisuusteokset.

Tutkimuksen toinen osa on esimerkkilaskenta tavanomaisen pysäköintihallin välipohjan suorakaideteräsbetonipalkille. Laskentaosiossa selvitettiin yksiaukkoisen ja jatkuvan 3-aukkoisen palkin päästöerojen muuttumista vaihtelemalla käytetyn betonin ja teräksen lujuutta. Tarvittavilla rajauksilla mitoituslaskenta suoritettiin molemmille palkkirakenteille yhdeksän kertaa hyödyntäen sekä betonille että teräkselle kolmea eri lujuusluokkaa. Hiilidioksidipäästöjen laskemiseksi mitoituksessa käytetyn betonin ja teräksen massoja kerrottiin yksiköltään kg CO2e / kg olevilla hiilidioksidiekvivalenttikertoimilla, jonka jälkeen jatkuvan palkin päästöjä verrattiin yksiaukkoisen palkin päästöihin.

Tutkimustulokset osoittavat palkkirakenteen jatkuvuuden vähentävän hiilidioksidipäästöjä keskimäärin 13,9 %. Tulosten analysoinnissa havaitaan jatkuvan palkkirakenteen muuttuvan yhä kannattavammaksi betonin ja teräksen lujuuksien noustessa. Alhaisimmilla tutkituilla betonin ja teräksen lujuusluokilla päästöjen lasku on 5,6 %, kun taas korkeimmilla lujuusluokilla päästöjen lasku on 16,9 %.

Tuloksista päätellään, että palkkirakenteen muuttuminen yksiaukkoisesta jatkuvaksi ei koko rakennuksen rungon mittakaavassa aiheuta huomattavia vaikutuksia hiilidioksidipäästöihin. Sen sijaan tutkimus osoittaa rakenneosien jatkuvuuden mahdollisen hyödyn ja lisätutkimusten aiheellisuuden. Tutkimuksen hetkellä jatkuvuus on yksi mahdollinen lisätyökalu, jota rakennesuunnittelija voi muiden menetelmien ohella hyödyntää päästöjen vähentämisessä.