Raudoitettujen ja raudoittamattomien betoniseinien mitoitus ja vertailu

Abstract

Betoniseinät ovat yleisiä rakenteita asuin- ja toimistotiloissa. Betonista tehtyjä seiniä mitoitetaan kuten sauvamaisia rakenteita eli tarkastellaan puristettuna ja taivutettuna rakenteena. Betoniseinän voi tehdä raudoitettuna ja raudoittamattomana. Betonilla on hyvä puristuskestävyys ja se kestää hyvin pystykuormaa. Raudoittamattoman seinän toimintaperiaate perustuu juuri betonin hyvään puristuskestävyyteen. Raudoittamattomalla seinällä täytyy rakenteeseen sijoittaa pieli- ja vaakateräkset, joten se ei ole täysin ilman raudoitusta. Näiden tehtävä on estää reunojen halkeilua ja kutistumaa. Jos kuorma on keskeistä ja kuormitus on pieni, ei raudoituksen tarvetta juuri ole ja voidaan käyttää pienemäpää teräsmäärää kuin mitä betonirakenteiden suunnittelustandardi SFS EN 1992-1-1 vaatii. Raudoitetulla seinällä saadaan suurempi kuormankantokyky, sillä raudoitusteräkset ovat mukana ottamassa vastaan kuormaa. Teräksillä saavutetaan parempi taivutus-kestävyys sekä mahdollistetaan suurempia epäkeskisyyksiä kuin raudoittamattomalla seinällä. Tämä johtuu siitä, että seinän vetorasitus otetaan vastaan pystyteräksillä. Vaakateräksillä otetaan vastaan leikkausvoimaa ja hallitaan kutistumista. Mitoituksessa on käytetty nimellisen kaarevuuden menetelmää ja työssä tehty laskentapohja hyödyntää tätä teoriaa. Laskentapohjan avulla tutkittiin raudoittamattomien seinien käyttöasteita sekä raudoitetuilla seinillä teräsmäärän tarvetta kasvavan pystykuorman alla. Tulosten perusteella arvioitiin raudoitetun ja raudoittamattoman rakenteen soveltuvuutta eri suuruisten rasitusten alla. Tämän lisäksi johtopäätöksiä tehtiin millainen poikkileikkauspaksuus tulisi valita rakenteelle tietyllä kuormitusalueella. Seiniä tarkasteltiin tilanteessa, jossa ne eivät vielä tarvinneet poikittaisraudoitusta. Paksuin tarkasteltavista seinistä oli 240 mm. Tällä paksuudella raudoitettu rakenne kykeni kantamaan yli kolme kertaa enemmän pystykuormaa kuin raudoittamaton rakenne. Paksuudella 240 mm kyetään ottamaan vastaan eniten kuormaa tarkasteltavista seinistä, oli rakenne raudoitettu tai raudoittamaton. Ohuin tarkasteltava seinä oli 160 mm paksu ja sen kuormankantokyky on työssä toteutettujen laskentojen mukaan raudoitettuna 10 kertaa suurempi kuin raudoittamattoman seinän. Raudoitettuna tämä rakenne pystyy ottamaan kuormaa paremmin vastaan, mutta pystytankojen välin pienentyessä, lähellä poikittaisraudoituksen rajaa, on rakenteen toteutus haastavaa. Pieni pystytankojen väli mahdollistaa riskin valuonteloiden syntymiselle. Kolmas tarkasteltavista seinistä oli 200 mm paksu. Raudoitettuna seinä kykenee ottamaan vastaan yli neljä kertaa enemmän kuormaa verrattuna raudoittamattomaan rakenneosaan. Tällä paksuudella saatiin hyvä kestävyys sekä raudoitetulla että raudoittamattomalla rakenteella. Työn tuloksista voidaan todeta, että raudoittamattomilla seinillä pystykuorman kestävyys on huomattavasti pienempi kuin raudoite-tuilla seinillä. Tulosten perusteella voidaan arvioida oikea poikkileikkauspaksuus, raudoituksen koko ja k-jako tietylle kuormitukselle. Tämä helpottaa mitoitustyössä tehtäviä alustavia valintoja. Tuloksia tarkasteltaessa on otettava huomioon, että laskennassa on käytetty pääasiallisena rasitusmuotona pystykuormaa. Tästä syystä tulosten käyttö reaalimaailmassa vaatii kohdekohtaista harkintaa.