Rakennuksen jäykistyksen laskentaperiaatteet ja lisävaakavoimat

Abstract

Rakennuksen rungon pitää kyetä vastaanottamaan rakennukseen kohdistuvat vaakakuormat menettämättä stabiliteettiaan. Stabiliteetti ja kyky palautua vaakakuormien aiheuttamista hetkellisistä muodonmuutoksista saavutetaan jäykistämällä runko joko erillisillä rakenneosilla tai koko runkorakenteella. Jäykistävä rakenne siis huolehtii, että rungolla on riittävä varmuus kaatumista vastaan ja se ei taivu, eikä heilahtele yli sallittujen rajojen. Rakennuksen jäykistysjärjestelmän valintaan vaikuttavat esimerkiksi rakennuksen runkojärjestelmä, kokonaismitat, kustannustehokkuus, käyttötarkoitus ja haluttu muuntojoustavuuden taso. Yksi suurimmista vaikuttavista tekijöistä on runkojärjestelmä. Yleisiä runkojärjestelmiä ovat kehä-, seinälaatta- ja pilarirunko. Muita, harvemmin käytettyjä järjestelmiä, ovat kaaret, holvit, kuori- ja taiterakenteet sekä riippurakenteet. Varsinaiset jäykistysjärjestelmät voidaan jakaa neljään pääluokkaan, jotka ovat masto-, kehä-, levy- ja ristikkojäykistys. Mastojäykistys voidaan vielä jakaa kolmeen alaluokkaan, mastoseinä-, mastopilari- ja sydänjäykistykseen, jotka kaikki toimivat hiukan eri tavalla laskennallisesti. Suomessa yleisimmin käytetty jäykistysjärjestelmä on mastoseinäjäykistys, jonka rakennemallina on jäykästi perustuksiin kiinnitetty, koko rakennuksen korkuinen ulokepalkki. Mastoseinäjäykistys soveltuu hyvin korkeisiinkin rakennuksiin ja on erittäin yleinen asuinrakentamisessa. Jäykistyksen laskentaperiaatteena on selvittää käytettävään jäykistysjärjestelmään kohdistuvat vaakakuormat, jotta voidaan määrittää rakenneosan tarvittava jäykkyys ja poikkileikkauskoko. Yleisimmin käytetyssä mastoseinäjäykistyksessä tärkeää on selvittää rakennuksen vääntökeskiö ja yksittäisille seinille kohdistuvat rasitukset ulkoisista vaakakuormista, jonka jälkeen voidaan määrittää, pysyykö seinä pystyssä pysyvien kuormien avulla, vai onko ulkoisesta kuormasta aiheutuva kaatava momentti pystyssä pitävää momenttia suurempi, jolloin seinä pitää ankkuroida perustuksiin. Jäykistyksen laskennassa merkittävimpiä kuormia ovat tuulikuorma ja lisävaakavoimat. Lisäksi laskennassa pitää huomioida omapaino, lumi- ja hyötykuorma. Lisävaakavoiman laskennassa on oleellista määrittää rakenteen vinous, joka koostuu mittaepätarkkuuksista eli kuorman sijainnin epäkeskisyydestä ja rakenneosien vinoudesta. Vinous määritetään nykynormeilla eurokoodin mukaisesti, mutta tässä työssä on huomattu, että suhteutettuna voimassa oleviin rakentamistoleransseihin, vinouden arvot eivät ole aina varmalla puolella. Tämän vuoksi on suositeltavaa käyttää vinouden laskennassa pelkkää vinouden perusarvoa, joka antaa toleransseihin nähden varmalla puolella olevia arvoja.