• betoni
• paloturvallisuus
• rakennesuunnittelu
• rakentaminen

Betoniseinien palotilanteen mitoitus voidaan tehdä usealla menetelmällä, joista yksinkertaisin tapa on ns. taulukkomitoitus. Taulukkomitoituksessa on kuitenkin omat rajoitteensa ja välillä on tarve tarkemmalle mitoitukselle. 500 °C:n isotermimenetelmä on tähän hyvä vaihtoehto sen tarkkuuden ja kohtuullisen työmäärän vuoksi.

Betoniseinien palotilanteen mitoitus voidaan tehdä usealla menetelmällä. Kun halutaan selvittää seinän kestävyys palossa, useimmiten järkevin vaihtoehto käytettäväksi mitoitusmenetelmäksi on standardin SFS-EN 1992-1-2 liitteen B esittämä 500°C isotermimenetelmä. Isotermimenetelmä sopii käytettäväksi betoniseinien mitoituksessa, sillä menetelmällä voidaan ottaa huomioon toisen kertaluvun vaikutukset ja sillä pystytään laskemaan rakenteiden taivutus- ja puristuskestävyys (SFS-EN 1992-1-2, 28).

Isotermimenetelmä on yksinkertainen laskentamenetelmä, joten mitoituksessa käytetään samoja menettelytapoja kuin normaalilämpötilamitoituksessa huomioiden kuitenkin palon heikentämät betonin ja raudoituksen mekaaniset materiaaliominaisuudet (SFS-EN 1992-1-2, 66, 67).

Palotilanteen materiaaliominaisuudet

Betonin ja raudoituksen heikentyneet mekaaniset materiaaliominaisuudet saadaan laskettua kertomalla normaalilämpötilamitoituksessa käytettävä lujuus- tai muodonmuutosominaisuuden ominaisarvo standardissa SFS-EN 1992-1-2 esitetyllä ominaisuutta vastaavalla heikennyskertoimella. Kuten normaalilämpötilan mitoituksessa, materiaaliominaisuus tulee myös jakaa osavarmuusluvulla, joka on palotilanteessa betonille ja raudoitukselle 1,0 (Ympäristöministeriö 2019, 15). Betoniseinien palomitoituksessa tarvittavia materiaaliominaisuuksia on raudoituksen lujuus ja kimmokerroin sekä betonin puristuslujuus.

Materiaaliominaisuuksien heikennyskertoimen valitsemiseen tulee selvittää kyseisen materiaalin lämpötila. Seinässä vallitsevat lämpötilat voidaan määrittää käyttämällä esimerkiksi standardin SFS-EN 1992-1-2 liitteessä A esitettyjä lämpötilaprofiileja tai muista tutkimuksista saatuja lämpötilaprofiileja. Lämpötilaprofiiliin valintaan vaikuttavat seinän paksuus, palolle altistuneiden sivujen määrä, valittu paloaltistus ja palonkestoaika. Näiden muuttujien takia sopivan lämpötilaprofiilin löytäminen voi olla hyvin vaikeaa ja siksi usein helpoin vaihtoehto on laskea suunniteltavaan seinään sopiva profiili itse tietokoneavusteisesti. Raudoitukset johtavat hyvin lämpöä ja tankojen pinta-alat ovat suhteellisen pieniä, joten niiden lämpötiloina käytetään tangon keskipisteessä vallitsevaa lämpötilaa (SFS-EN 1992-1-2, 67).

Betonille ei pystytä käyttämään samanlaista yksinkertaistusta, sillä betonin pinta-ala on suuri ja lämmönjohtavuus huono. Tämä aiheuttaa betonin sisälle suuria lämpötilajakaumia, minkä vuoksi betoni voi olla menettänyt kokonaan lujuutensa palon vastaisilla pinnoilla, mutta kuitenkin seinän viileimmissä kohdissa betonin lujuus ei välttämättä ole laskenut lainkaan.

Lämpötilan jakautuminen poikkileikkauksessa

Betonin puristuslujuuden määrittämisen helpottamiseksi isotermimenetelmässä tehdään oletus, jossa yli 500 °C:n lämmennyt betoni on menettänyt lujuutensa täysin, mutta alle 500 °C:n betoni säilyttää täyden lujuutensa (SFS-EN 1992-1-2, 66). Tällöin seinän mitoituksessa käytetään betonin lujuutena huoneen lämpöisen betonin lujuuden arvoa ja seinän poikkileikkauksena käytetään pienennettyä poikkileikkausta, joka lasketaan vähentämällä alkuperäisestä poikkileikkauksesta yli 500 °C:n rajaama alue. Vaikka osa raudoituksista jää pienennetyn poikkileikkauksen ulkopuolelle, voidaan ne ottaa kuitenkin huomioon mitoituksessa. (SFS-EN 1992-1-2, 67)

Palotilanteen kuormat ja palokäyrät

Seinään vaikuttavat palotilanteen kuormat voidaan laskea käyttämällä standardin SFS-EN 1990 onnettomuustilanteen kaavaa. Kuormien laskentaa voidaan helpottaa käyttämällä yksinkertaistusta, jossa palotilanteen kuormien mitoitusarvo saadaan kertomalla normaalilämpötilassa vaikuttavien kuormien mitoitusarvo pienennyskertoimella. Pienennyskerroin voidaan laskea standardin SFS-EN 1992-1-2 mukaisesti tai käyttää arvoa 0,7. (SFS-EN 1992-1-2, 16)

Isotermimenetelmällä mitoittaessa tulee käyttää standardipalokäyrää ja muita palokäyriä, jotka aiheuttavat rakenteeseen samanlaisia lämpötilakenttiä. Jos käyrän aiheuttamat lämpötilakentät eivät ole samanlaisia, tulee tehdä erillinen laaja-alainen analyysi huomioiden betonin suhteellinen lujuus lämpötilan funktiona. Isotermimenetelmässä seinän poikkileikkauksen paksuuskin tulee olla standardissa SFS-EN 1992-1-2 esitetyn taulukon B1 mukainen, jotta mitoitus voidaan suorittaa. (SFS-EN 1992-1-2, 66.)

Kun seinän mitoituksessa on selvitetty raudoituksen pienentynyt lujuus ja kimmokerroin, seinän pienentynyt poikkileikkaus, palotilanteen kuormat ja on todettu menetelmän ehtojen täyttyminen, voidaan mitoitus suorittaa loppuun käyttäen tavanomaisia laskentamenetelmiä.

Lähteet

Keihäs, P. 2023. Betoniseinien palomitoitus. Opinnäytetyö. Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka. Turun ammattikorkeakoulu. Saatavissa: https://www.theseus.fi/handle/10024/794600

SFS-EN 1990 + A1 + AC. 2006. Eurokoodi. Rakenteiden suunnitteluperusteet. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto.

SFS-EN 1992-1-2 + AC. 2005. Eurokoodi 2: Betonirakenteiden suunnittelu. Osa 1–2. Yleiset säännöt. Rakenteiden palomitoitus. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto.

Ympäristöministeriö 2019. Rakenteiden lujuus ja vakaus: Betonirakenteet. Viitattu 28.1.2023. https://www.edilex.fi/data/rakentamismaaraykset/Betonirakenteet_16122019.pdf