• palomitoitus
• palosuojaus
• rakennesuunnittelu
• teräs

Teräs on suosittu rakennusmateriaali erityisesti hallirakennuksissa, mutta sen heikkoutena on nopea lujuuden menetys palotilanteessa. Teräsrakenteet joudutaankin usein palosuojaamaan, mikä on kallista. Palosuojauksen tarkempi analysointi mahdollistaa kuitenkin kustannussäästöjä.

Rakennusten turvallisuuteen ja terveellisyyteen kiinnitetään paljon huomiota. Yksi oleellinen turvallisuuden osa-alue on paloturvallisuus. Teräs on tunnetusti hyvä rakennusmateriaali korkean lujuutensa ansiosta. Sitä käytetäänkin etenkin pitkiä jännevälejä vaativissa rakennuskohteissa, kuten halleissa. Jokaisella rakennusmateriaalilla on omat haasteensa, ja teräksen kohdalla yhtenä haasteena on palonkestävyys. Tämän takia rakenteellisen paloturvallisuuden merkitys on korostunut teräsrakenteisissa rakennuksissa, koska kantava teräsrakenne menettää suojaamattomana nopeasti lujuutensa tulipalossa, jolloin se sortuu (Tiainen & Papula 2020, 228-229).

Teräsrakenteiden suunnittelussa keskeistä on määrittää rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset sekä tarkastella niiden kestävyyttä kuormituksia vastaan. Normaalilämpötilassa tämä on usein varsin yksinkertaista, mutta asia monimutkaistuu palotilanteessa. Tällöin rakenneosan kestävyys voi olla vallitsevasta palokaasujen lämpötilasta hyvinkin alhainen (Tiainen & Papula 2020, 231). Palosuojaamalla rakenteet estetään tulipalon palokaasujen korkeiden lämpötilojen aiheuttamaa kestävyyden heikkenemistä. Palosuojauksen toteutuksessa on käytettävissä useita menetelmiä, mutta niiden vaikutus kustannuksiin usein vaihtelee. Suoritettaessa palomitoitusta kohteeseen sopivalla menetelmällä voidaan palosuojauksen määrää optimoida. Näin voitaisiin vähentää teräsrakentamisesta syntyneitä kustannuksia.

Palomitoituksessa käytetään kolmea laskentamenetelmää

Palomitoituksen periaatteita ja siihen sisältyviä vaiheita säätelee standardi SFS-EN 1993-1-2. Standardissa annetaan useita eri tapoja suorittaa rakenteen palomitoitus. Näitä ovat yksinkertaiset ja kehittyneet laskentamallit. Kehittyneet laskentamallit perustuvat fysikaaliseen tietoon, joka kuvaa rakenteen palokäyttäytymistä mahdollisimman todenmukaisesti. Käytännössä näissä laskentamenetelmissä on oltava sekä terminen että mekaaninen vaste, jotka kuvaavat rakenneosan lämpötilan kehittymistä ja jakaantumista sekä mekaanista käyttäytymistä. (SFS-EN 1993-1-2, 26-27.)

Kehittyneet laskentamallit vaativat erityisosaamista ja siihen tarkoitettuja ohjelmistoja, jolloin rakennesuunnittelijan ns. yksinkertaisten laskentamallien käyttö on perusteltua. Näiden mallien toimintaperiaate on sellainen, että jos kuormitus on palotilanteessa pienempi kuin rakenneosan kestävyys palotilanteessa, niin rakenne kestää. Tähän mitoitusehtoon pääsemiseksi on laskettava palotilanteen kuormat, poikkileikkausluokitus ja sen mukaiset kestävyydet. (SFS-EN 1993-1-2, 26.)

Edellä mainittua tapaa voidaan kutsua kestävyystarkasteluksi. Vaihtoehtoinen tapa on lämpötilatarkastelu, jossa mitoitus suoritetaan vertaamalla lämpötiloja. Tarkastelu suoritetaan siten, että lasketaan teräsrakenteen lämpötila tietyllä ajanhetkellä joko suojaamattomalle tai palosuojatulle rakenteelle. Tätä arvoa verrataan rakenteen kriittiseen lämpötilaan, joka ilmaisee, millä lämpötilan arvolla rakenne menettää lujuutensa. Lämpötilatarkastelu on usein varsin epätarkka menetelmä eikä sovellu, mikäli sauva ei ole stabiili. (SFS-EN 1993-1-2, 34.)

Palosuojaus vaikuttaa rakennuksen ulkonäköön

Teräsrakenne voidaan joko palosuojata tai jättää suojaamattomaksi. Pääsääntöisesti käytössä olevia palosuojamateriaaleja ovat palosuojamaali sekä erilaiset palosuojalevyt. Levytyksen tai maalin kerrospaksuus on riippuvainen muun muassa palosuojamateriaalin ominaisuuksista sekä teräksen lämpötilamuutoksesta. Arkkitehtuurilla on vaikutusta käytettävään menetelmään, koska palosuojauksella on vaikutusta rakennuksen esteettisyyteen.

Rakenne voidaan jättää myös suojaamattomaksi, mutta käytännössä tämä ei ole usein mahdollista. Vaihtoehtoisesti teräsprofiilin kokoa yksinkertaisesti kasvatetaan riittävän suureksi, jotta se kestää suojaamattomana. Tätä kutsutaan ylimitoitukseksi.

Elinkaarikustannukset vaikuttavat palosuojauksen kustannuksiin

Palosuojauksen kustannus muodostuu useasta eri tekijästä. Näitä ovat muun muassa palosuojamaalin kalvon ja palosuojalevytyksen kerrospaksuus. Lisäksi asennuksesta aiheutuu kustannuksia. Kustannuksia määriteltäessä on huomioitava suunnittelijan tärkeä rooli, jolla on mahdollisuus vaikuttaa käytettyyn palosuojaukseen. Tarkka ja täsmällinen palomitoitus onkin parhaimpia keinoja optimoida palosuojauksen määrää. Rakenne palosuojataan vain ja ainoastaan tarkasti tehdyn palomitoituksen tulosten perusteella.

Valinta palosuojausratkaisun välillä tehdään usein hankinta- ja asennuskustannukset edellä, mutta on hyvä pohtia, mitä kyseisen palosuojan elinkaarikustannukset mahdollisesti ovat. Jokainen palosuojaratkaisu vaatii jonkinlaista huoltoa ja ylläpitoa. Palosuojamaali vaatii säännöllisesti ylläpitoa, jotta suunniteltu käyttöikä voidaan saavuttaa, mutta kotelointi saattaakin olla altis iskuille, mikä taas vaatii korjausta. Ylimitoituksesta syntyvä lisäkustannus suuremmasta teräsprofiilista saattaakin olla tällöin yllättävän edullista.

Lähteet

Cero, B. 2024. Teräsrakenteen palosuojauksen kustannusvertailu – case monitoimihalli. Opinnäytetyö. Turun ammattikorkeakoulu.

SFS-EN 1993-1-2 Eurokoodi 3: Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1–2: Rakenteen palomitoitus. Helsinki: Suomen standardisoimisliitto SFS ry.

Tiainen, T. & Papula, S. 2020. Teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus: Eurocode 3 -oppikirja. Uudistettu painos. Helsinki: Teräsrakenneyhdistys ry.

Artikkelikuva: Unsplash