Elementtirakenteisen S1-luokan väestönsuojan liitosten mitoitus: Lainsäädäntö ja tekniset ratkaisut

Abstract

Elementtiväestönsuojien rakennesuunnitteluprosessia on tutkittu niukasti tieteellisestä näkökulmasta. Sen lisäksi väestönsuojarakentamista koskeva lainsäädäntö ja muut ohjeet eivät tarjoa selkeitä ohjeita nimittäin elementeistä toteutettavien väestönsuojien suunnitteluun. Tiedon puute aiheuttaa paljon kysymyksiä erityisesti elementtiväestönsuojan liitoskohtien suunnittelussa. Liitoskohdat ovat elementtiväestönsuojan kriittisimpiä paikkoja. Liitoskohtien suunnittelussa on varmistuttava niiden lujuudesta, sitkeydestä ja kaasutiiveydestä. Väestönsuojia on rakennettu elementeistä jo vuosikymmenien ajan. Elementtitekniikka on kehittynyt koko ajan ja eri toimittajat ovat kehittäneet monta erilaista elementtiväestönsuojajärjestelmää, joiden joukkoon kuuluu ruutuelementtimenetelmä, kuorilaattamenetelmä ja massiivilaattamenetelmä. Liitoskohtia on vuosien saatossa kehitetty ja testattu, ja niiden kestävyys osoitettu kokeellisesti. Elementtiväestönsuoja koostuu seinistä, kattolaatasta ja paikallavalettavasta lattiasta. Näitä rakenneosia sanotaan väestönsuojan ympärysrakenteiksi ja ne muodostavat yhdessä usein laatikkomaisen suorakulmaisen rakennekokonaisuuden. Kyseistä rakennekokonaisuutta voidaan analysoida eri rakennemalleilla, joista yksinkertaisin on symmetrinen tasokehämalli. Elementtiväestönsuojia analysoidaan usein jyrkkänurkkaisina nivelkantaisina sivusiirtymättöminä kehinä. Painekuormat vaikuttavat kehään ulkoapäin ja takaisinheilahduskuormat sisältäpäin aiheuttaen voimakkaita taivutus- ja leikkausrasituksia kehän kenttiin ja nurkkiin. Monet perinteisessä elementtirakentamisessa käytössä olevat liitostavat eivät sovellu elementtiväestönsuojan ympärysrakenteiden liitoskohtien toteuttamiseksi suurten rasitusten ja lainsäädännön esittämien rajoitteiden vuoksi. Ainoa käyttökelpoinen liitostapa on toistaiseksi ollut työsaumaliitos. Työsaumaliitos koostuu kahdesta kovettuneesta betonipinnasta sekä niiden väliin jäävästä saumasta ja teräsliittimistä, jotka ankkuroituvat liitettäviin betonielementteihin. Työsaumat valetaan työmaalla elementtien asennuksen jälkeen. Työsaumaliitoksen mitoituksesta esitettiin taivutusta, leikkausta, ankkurointia ja halkeilua koskeva teoria. Koottua teoriaa hyödynnettiin kattolaatan ja seinän välisen liitoksen laskentaesimerkissä. Väestönsuojaa tarkasteltiin symmetrisenä tasokehänä, jonka avulla määritettiin liitoksen mitoituksessa tarvittavat rasitukset. Liitoskohdalle määritettiin taivutus- ja leikkausmitoituksen avulla sopivat raudoitusmäärät. Ankkurointipituudet laskettiin väestösuojien suunnittelua ohjaavan lainsäädännön ja standardin SFS-EN 1992-1-1 sääntöjen mukaisiksi. Liitoksen todettiin olevan riittävän luja ja sitkeä painekuormien alaisena. Liitoksen todettiin myös olevan kaasutiivis halkeilutarkastelun yhteydessä. Liitokselle laadittiin detalji. Todettiin leikkauskestävyyden olevan määräävä ilmiö nurkkaliitoskohdan mitoituksessa. Jatkotutkimusaiheeksi ehdotettiin raudoitusmäärien vähentämistä.