SUUNNITTELUOHJE OHUTKUORINEN POLYMEERIKUITUBETONINEN SANDWICH-ELEMENTTI (KSW-ELEMENTTI) Betoniteollisuus ry

Transkriptio

1 SUUNNITTELUOHJE OHUTKUORINEN POLYMEERIKUITUBETONINEN SANDWICH-ELEMENTTI (KSW-ELEMENTTI) Betoniteollisuus ry Helmikuu 2014

2 Sivu 1 / 33 Sisällysluettelo 1 Lähtökohdat Suunnittelu Yleiset periaatteet Rakennusfysikaalinen toiminta Rakenteen kantokyky Rakenteen mitoitus Elementtirakenteiden erityisohjeet Ulkokuoren ripustus pistokkailla Ripustukset ja kiinnitykset ulkokuoreen Liitokset ja saumat Elementin koko Nostolenkit Lähtökohdat Ksw-elementille soveltuvat nostolenkit Palonkestävyys ja palokäyttäytyminen Säilyvyys Elementin pinta Pintojen luokitus Pinnan valinta Kuitubetonin pinta Kuljetus ja asennus Kuljetus ja nostot Asentaminen Piirustukset Elementtien valmistus LIITTEET... 33

3 Sivu 2 / 33 1 LÄHTÖKOHDAT Kuitubetonisandwich-elementti Suunnitteluohjeessa käsitellään kuitubetonisandwich-elementtejä (jatkossa ksw-elementti), jotka muodostuvat kuitubetoni ulkokuoresta, uritetusta vuorivillaeristeestä ja teräsbetoni sisäkuoresta. Ulkokuoren paksuus on tavallisesti 40 mm ja siinä käytetään polymeerikuituvahvistusta sekä mahdollisesti raudoitusta ruostumattomasta teräksestä. Ulkokuori kiinnittyy suoraan eristeeseen ja lisäksi sisäkuoreen pistokkailla, jotka ovat ruostumattomasta teräksestä ja asennetaan 45⁰ kulmaan. Eristeenä käytetään lamellivillaa, jossa voi olla tuuletusurat elementin pystysuunnassa. Eriste kiinnittyy sisä- ja ulkokuoreen ja välittää ulkokuorelta tulevia voimia, mutta yhteistoimintaa ei huomioida sisäkuoren mitoituksessa. Ksw-elementit voivat olla kantavia tai ei-kantavia ruutu- tai nauhaelementtejä. Tehdyt tutkimukset Tämä suunnitteluohje perustuu Kai Jyrkiäisen diplomityöhön (TTY), jossa on tutkittu kswelementin ominaisuuksia ja toimintaa. Tutkimukseen on sisällytetty seuraavien ksw-elementin rakennusfysikaaliseen toimintaan liittyvien TTY:llä tehtyjen tutkimuksien tuloksia: - Rantala Jukka, 2013, Tampereen teknillinen yliopisto, Rakennustekniikan laitos, Tutkimusselostus nro TRT/2200/2013, Kuitubetonisandwich-elementin FEM-laskenta, 25 s. - Tampereen teknillinen yliopisto, 2009, Rakennustekniikan laitos, Tutkimusselostus nro TRT/1761/2009, Ansaattoman ohutkuorisen kuitubetonisandwich-elementin kehittäminen, 11 s. - Tampereen teknillinen yliopisto, 2014, Palolaboratorio, Tutkimusselostus nro /PALO 2254/2014, Kuitubetonielementin polttokoe, 22 s. Ksw- elementeillä on tehty koemielessä kaksi pientaloa Betoniluoma Oy:n toimesta vuonna (kansikuva, kuvat ) Elementtien valmistuksissa, kuljetuksissa, nostoissa ja käytön aikana ilmenneet erityispiirteet sekä havaitut asiat on huomioitu tämän ohjeen laadinnassa. Rakennusten käytön aikana ei havaittu ongelmia/vaurioita ksw-elementeissä. Kuva 1.1 Ksw- elementtitalo, valmistunut 2010, Hyvinkää

4 Sivu 3 / 33 Kuva 1.2 Ksw- elementtitalo, valmistunut 2011, Kurikka Käytettävät materiaalit Sisäkuori Sisäkuori on teräsbetonia. Betonin lujuusluokan määrittää rakennesuunnittelija, ja se on tavallisesti C25/30. Betonin ominaisuudet määräytyvät suunnitellun käyttöiän, lujuusluokan ja rasitusluokan mukaan. Sisäkuoren rasitusluokka on tavallisesti XC1. Sisäkuoren raudoitteena käytetään teräslaatuja: B500B (A500HW) ja B500K. B500K on betoninormien mukainen kylmämuokattu harjatanko. B500B on standardien EN ja EN mukainen kuumavalssattu hitsattava harjatanko, sitkeysluokka B. Suunniteltaessa eurokoodeilla suositellaan merkittäväksi suunnitelmiin B500B (A500HW). A500HW on betoninormien mukainen kuumavalssattu hitsattava harjatanko. B500K on betoninormien mukainen kylmämuokattu harjatanko. Sisäkuoren tilavuuspainona käytetään arvoa γ sk = 25 kn/m³. Ulkokuori Ulkokuori on polymeerikuituvahvistettua betonia, jonka lujuusluokka on C30/37. Betonimassan maksimiraekoko on enintään 16 mm. Betonin muut ominaisuudet määräytyvät suunnitellun käyttöiän ja rasitusluokkien mukaan. Ulkokuoren rasitusluokat ovat tavallisesti XC3, XC4 ja XF1. Jos ulkokuoressa käytetään raudoitusta esimerkiksi ikkunanurkissa, niin sen on oltava ruostumatonta terästä B600KX ja raudoitteen peitepaksuuden vähimmäisarvon vähintään raudoitteen halkaisijan suuruinen. Kuituna ovat Propex Concrete Systemsin Enduro HPP45- makropolymeerikuidut (kuva 1.3), jotka ovat CE-merkitty. Kuituja sekoitetaan betonimassaan 5,5 kg/m³. Ulkokuoren tilavuuspainona käytetään arvo γ uk = 24 kn/m³. Eriste Ksw- elementissä käytetään eristeenä joko PAROC COL 40 tai vaihtoehtoisesti PAROC COL 40 G -lamellivillaa. Eriste on CE- merkitty ja se kuuluu rakennusmateriaalien päästöluokkaan M1. Eristeen normaalinen lämmönjohtavuus λ n on 0,039 W/mK ja paloluokka A1. Eristeet asennetaan

5 Sivu 4 / 33 enintään 200 mm leveinä ja 1500 mm pitkinä kappaleina. Eristeen tilavuuspainona käytetään valmistajan ilmoittamaa arvoa γ e = 0,7 kn/m³. PAROC COL 40 G:ssä on tuuletusurat (20x30) pituussuunnassa 30 mm eristeen reunasta (kuva 1.4). Vaakaurat tehdään elementin valmistuksen yhteydessä kohdan 2.2 Rakennusfysikaalinen toiminta mukaan. Pistokkaat Ksw-elementin sisä- ja ulkokuori kiinnittyvät eristeeseen elementin valmistuksen yhteydessä. Lisäksi kuorien välille asennetaan teräspistokkaat siirtämään kuormat vain katastrofitilanteessa sisäkuorelle. Teräspistokkaina ovat EK- Kaide Oy:n EK- pistoansaat (kuva 1.5) tai Peikko Finland Oy:n PPI- pistokkaat (kuva 1.6). Pistokkaat asennetaan 45 kulmaan. PPI-pistokkaat (ø 4 mm) ja EK- pistoansaat (ø 5 mm) ovat ruostumatonta terästä (B600KX) ja niillä on varmennetut BY 5 B- CE 2 Betonirakenteiden kiinnitysosien käyttöselosteet n:o 17 ja n:o 40. PPI- pistokkaiden pituus valitaan sisäkuoren paksuuden ja raudoitteiden sijainnin perusteella kohdan Ulkokuoren ripustus pistokkailla mukaisesti. EK- pistoansaan pituus L = 490 mm eristepaksuudella 240 mm ja 220 mm eristepaksuudella L = 460 mm. Kuva 1.3 Makropolymeerikuitu Enduro HPP 45 Kuva 1.4 Paroc COL 40 g -lamellivillaeriste Kuva 1.5 EK- pistoansas, EK- Kaide oy Kuva 1.6 PPI- pistokas, Peikko Finland Oy (kuva Peikko)

6 Sivu 5 / 33 2 SUUNNITTELU 2.1 Yleiset periaatteet Vaatimukset Ulkoseinä on osa rakennuksen julkisivua ja sen osien toiminnan ymmärtäminen on tärkeää onnistuneelle suunnittelulle. Julkisivun rakenteen valintaan vaikuttavia tekijöitä ovat ulkonäkö, toimivuus, pitkäaikaiskestävyys, huollettavuus, asennettavuus, rakentamiskustannukset, käyttö- ja huoltokustannukset. Kantavina ja jäykistävinä rakenteina toimivien rakenneosien vaatimukset poikkeavat merkittävästi ei-kantavien rakenneosien vaatimuksista. Standardin SFS-EN 1990 mukaan rakenne tulee suunnitella ja toteuttaa siten, että se kestää suunnitellun käyttöikänsä ajan tarvittavat luotettavuustasonsa säilyttäen ja taloudellisesti kaikki kuormat ja vaikutukset, joita todennäköisesti esiintyy toteutuksen ja käyttöiän aikana sekä pysyy käyttökelpoisena vaadittuun tarkoitukseen. Rakenteelle tulee suunnitella riittävä kestävyys, käyttökelpoisuus ja säilyvyys. Rakenteen kestävyyden tulee olla riittävä tulipalotilanteessa ja onnettomuustilanteessa. Riittävään luotettavuuteen päästään suunnittelemalla rakenne standardien EN 1990 EN 1999 mukaisesti. Standardeissa SFS-EN ja SFS-EN on esitetty betonirakenteita koskevat suunnitteluperusteet, joita noudatetaan ksw-elementin suunnittelussa. Käyttökohteet Ksw-elementti soveltuu hyvin käytettäväksi ulkoseinänä rakennuksissa, joiden runkojärjestelmänä ovat kantavat seinät ja laatat. Ksw-elementtiä voidaan käyttää niissä kantavana ja ei-kantavana seinänä. Päätyseinät ovat tavallisesti jäykistäviä rakenneosia ja sivuseinät voidaan suunnitella myös jäykistäviksi. Sivuseinien elementit tuetaan sisäkuoren välityksellä alempiin elementteihin tai ne kiinnitetään kerroksittain kantaviin seiniin. Ksw-elementtiä voidaan käyttää pilari-palkki runkoisissa rakennuksissa. Ksw-elementti toimii niissä ei-kantavana ulkoseinärakenteena, joka voi kantaa oman painonsa tai se voidaan kiinnittää kerroksittain runkorakenteisiin. Ksw-elementti ei tavallisesti toimi jäykistävänä rakenneosana pilari-palkki runkoisissa rakennuksissa. Kuormat ja ympäristön vaikutukset Ksw-elementti toimii osana rakennuksen julkisivua ja sille syntyvät kuormitukset määritetään eurokoodin mukaan. Kuormat luokitellaan niiden ajallisen vaihtelun mukaan pysyviin kuormiin (G), muuttuviin kuormiin (Q) ja onnettomuuskuormiin (A). Kuorma voi myös olla välitön, välillinen, kiinteä, liikkuva, staattinen tai dynaaminen.

7 Sivu 6 / 33 Pysyvät kuormat: - kiinteät: oma paino, kiinteiden laitteiden oma paino Muuttuvat kuormat: - liikkuvat: hyötykuormat, kaidekuormat - kiinteät: tuulikuormat, lumikuormat, kuoriin kiinnitettävien laitteiden paino Onnettomuuskuormat: - tulipalo - törmäys - räjähdys. Lisäksi ksw-elementtiin kohdistuu toteuttamisen aikaisia kuormia (muotista irrottaminen, kuljetus, varastointi, nostot ja tuuli) ja jäykistyksestä aiheutuvia kuormia (tuuli, rakenteiden mittaepätarkkuuksien vaikutus). Pakkovoimista johtuvia kuormia voi syntyä perustusten painumisesta, kuorien kosteus- ja lämpötilaeroista sekä kuorien kutistumasta ja virumasta. Varastoinnissa voi aiheutua myös muodonmuutoksesta johtuvia kuormia. Pakkosiirtymä- tai pakkomuodonmuutostilojen aiheuttamat välilliset kuormat voivat olla joko pysyviä tai muuttuvia. Aukotus ja geometria Julkisivuissa on ikkunoita ja parvekeovia, jotka muodostavat aukotusjärjestelmän. Aukotuksen suunnitteluperusteina ulkoseinillä on voimien siirtäminen mahdollisimman suoria reittejä pitkin. Kestävyys varmistetaan kaikissa tilanteissa (käyttö-, onnettomuus ja tilapäiset tilanteet), suunnitellaan materiaalin ehdoilla, huolehditaan tarpeellisista minimimitoista sekä vältetään kosteusteknisesti vaurioalttiita saumoja ja liitoksia. Kantavilla seinillä aukotuksessa tulee kiinnittää huomiota riittäviin tukilinjoihin sekä aukkopalkkien ja pielipilarien kantavuuteen (kuva 2.1). Ei-kantavilla seinillä on aukotus vapaammin valittavissa (kuva 2.2). Ruutuelementteihin jätetään mm leveä umpiosa huoneistojen välisten seinälinjojen viereen. Elementin paino on otettava huomioon aukotuksen suunnittelussa. Seinän aukotuksesta johtuen siihen voi muodostua osia, jotka tulee mitoittaa palkkina, pilarina tai seinämäisenä palkkina. Kuva 2.1 Kantavan seinän aukotusperiaate

8 Sivu 7 / 33 Kuva 2.2 Ei-kantavan seinän aukotusperiaate 2.2 Rakennusfysikaalinen toiminta Lämmöneristävyys Lämpimän tilan ulkoseinän lämmönläpäisykertoimen eli U-arvon vertailuarvo on 0,17 W/m²K ja puolilämpimän tilan ulkoseinän vertailuarvo on 0,26 W/m²K. Vertailuarvoa käytetään rakennuksen lämpöhäviöiden tasauslaskennassa, jossa lasketaan rakennuksen vaipan, vuotoilman ja ilmanvaihdon yhteenlaskettu lämpöhäviö. Ulkoseinän rakenteen U-arvo voi ylittää vertailuarvon, mutta silloin se tulee kompensoida vaipan muiden osien, ilmavuodon tai ilmanvaihdon lämpöhäviöillä. Rakennuksen vaippaan kuuluvan seinän U-arvo saa olla enimmillään 0,60 W/m²K ja koko vaipan lämpöhäviö enintään 30 % vertailuarvoilla laskettua suurempi ja lämpöhäviön ylitys on tasattava pienentämällä ilmavuodon tai ilmanvaihdon lämpöhäviötä. Ksw-elementin lämmöneristävyys on laskettu Suomen rakentamismääräyskokoelman osan C4 (2003) mukaisesti. Laskennassa on vähennetty tuuletusurat eristepaksuudesta, otettu huomioon pistokkaiden aiheuttamat kylmäsillat, sisäkuorena on käytetty mm betonia ja U-arvo on pyöristetty kahden desimaalin tarkkuuteen (taulukko 2.1).

9 Sivu 8 / 33 Taulukko 2.1: Ksw-elementin kokonaislämmönläpäisykertoimet eli U-arvot Sisäkuoren paksuus [mm] Eristepaksuus [mm] U-arvo [W/m²K] , , , , , ,16 Kosteustekninen toiminta Ksw-elementin kosteusteknistä toimintavarmuutta parannetaan pysty- ja vaakaurituksella. Pystysuunnan tuuletusurat (20x30 mm²) sijaitsevat lämmöneristeen valmistusteknisistä syistä 30 mm etäisyydelle ulkokuoren sisäpinnasta (k-jako 200 mm). Lisäksi elementtien vaakasaumoihin tehdään (30x40 mm²) tuuletusurat kohdassa 2.4 Liitokset ja saumat esitettyjen detaljien mukaisesti elementin valmistuksen yhteydessä tai työmaalla. Ääneneristävyys Ulkoseinärakenteen ilmaääneneristävyys, jota tarvitaan julkisivun ääneneristyksen suunnittelussa, ilmoitetaan kolmena eri lukuna: R w on ilmanääneneristysluku R w +C on ilmaääneneristysluku raide- ja lentomelua vastaan R w +C tr on ilmaääneneristysluku liikennemelua vastaan Ilmaääneneristävyysluvut tutkitaan laskennallisesti tai laboratoriomittausten perusteella. Tätä ohjetta varten ksw-elementin ilmaääneneristävyyttä ei ole tutkittu tarkalla menetelmällä, vaan sen määritys perustuu aikaisemmin tutkittuihin rakenneratkaisuihin. Ksw-elementin ilmaääneneristävyyden arvot ovat arvioitu betonirakenteen, sw- elementtien ja rapattujen ulkokuorielementtien ääneneristävyys arvojen perusteella (taulukko 2.2). Taulukko 2.2: Ksw-elementin ääneneristävyys Sisäkuori [mm] Eriste [mm] Rappaus/ulkokuori [mm] R w [db] COL 40 betoni COL 40 betoni COL 40 betoni COL 40 betoni 58 Huom. taulukon arvot eivät ole laskennallisia arvoja, vaan arvioita R w,c [db] R w,ctr [db] Mikäli ksw-elementtiä käytetään kohteessa, jossa julkisivun laskennallinen ilmaääneneristävyys on lähellä vaadittua eristävyyttä, tulee ksw-elementin ilmaääneneristävyys määrittää tarkemmalla menetelmällä.

10 Sivu 9 / Rakenteen kantokyky Suunnitteluperusteet Tässä ohjeessa mitoituksen kulku on esitetty vain pääpiirteissään ja on raudoittamattoman hoikan betoniseinän ja -pilarin yksinkertaistettu mitoitus. Ksw-elementin käytönaikainen kantavuus mitoitetaan vain sisäkuoren toimiessa tavallisena teräsbetoni- tai betoniseinänä. Ulkokuori kiinnittyy eristeeseen ja eriste sisäkuoreen liimautumalla elementin valmistuksessa. Lisäksi ulkokuori kiinnitetään pistokkailla. Eristeen ja pistokkaiden lujuutta hyödynnetään muotista nostossa, kuljetuksen aikana, asennuksessa ja onnettomuustilanteessa. Käytön aikana ulkokuoreen syntyvät kuormitukset (oma paino, tuuli ja kosteus- sekä lämpötilaerojen aiheuttamat pakkovoimat) välittyvät sisäkuorelle eristeen välityksellä Rakenteen mitoitus Seinän mitoitus Seinät ovat pääasiassa puristettuja rakenteita ja ne välittävät pääasiassa pystykuormia. Talonrakentamisessa seinät pyritään tekemään taloudellisista syistä raudoittamattomina. Raudoitettu seinä Raudoitetussa seinän molemmissa pinnoissa raudoitusta tulee olla vähintään minimiteräsmäärän verran, jolloin raudoitus otetaan huomioon kestävyystarkasteluissa. Raudoitettu seinä voidaan mitoittaa samalla tapaa kuin raudoitettu pilari ja nurjahduspituus määritetään kuten raudoittamattoman seinän nurjahduspituus. Toisen kertaluvun vaikutusten selvittämiseksi käytetään nimelliseen kaareutuvuuteen perustuvaa menetelmää ja vaadittava raudoitus saadaan pilareiden yhteisvaikutusdiagrammeista. Raudoittamattoman seinä Seinä on raudoittamaton, jos siinä on raudoitusta vähemmän kuin raudoitetun teräsbetoniseinän vaadittu minimimäärä. Raudoittamaton seinä siis voi sisältää raudoitusta, mutta sitä ei huomioida kestävyyden laskennassa. Raudoittamattomissa rakenteissa betonin puristus- ja vetolujuuteen vaikuttavat kertoimet α cc ja α ct korvataan kertoimilla α cc,pl ja α ct,pl standardin SFS-EN kohdan mukaan seuraavasti: α cc,pl = 0,80 α cc = 0,80 0,85 = 0,68 α ct,pl = 0,60 α ct = 0,60 1,0 = 0,60 Seinän palonkestävyys Standardin EN mukaan kantavien ja osastoivien teräbetoniseinien (myös raudoittamattomien) palonkestävyyden katsotaan olevan riittävä noudatettaessa standardiarvoja (taulukon 2.3), kun seinän vapaa korkeus suhteessa paksuuteen on korkeintaan 40 ja seinä on jäykistetty rakenne. Ei-kantavan osastoivan seinän vähimmäispaksuuden edellytetään olevan mm ja seinän vapaan korkeuden suhde paksuuteen korkeintaan 40 (taulukon 2.4).

11 Sivu 10 / 33 Taulukko 2.3: Kantavan seinän palonkestävyys Taulukko 2.4: Ei-kantavan seinän palonkestävyys Ulkokuoren raudoitus Ksw-elementin ulkokuoren ajatellaan toimivan raudoittamattomana eikä siihen yleensä suunnitella verkkoraudoitusta. Halkeamien ehkäisemiseksi ulkokuoressa voidaan kuitenkin käyttää pieliraudoitusta ulkoreunoihin ja aukkojen pieliin. Aukkojen pieliteräkset voidaan myös sijoittaa kohtisuorasti kulmaan nähden (45 vaakatasosta). Pieliraudoituksena käytetään ruostumatonta terästä B600KX, joka on halkaisijaltaan 5 mm (E5). Pieliteräkset asennetaan keskeisesti, 20 mm etäisyydelle reunoista (peitepaksuusvaatimus mm). Teräksen jatkospituutena käytetään vähintään 350 mm ja aukkojen pieliteräksien pituutena aukon leveys L mm Elementtirakenteiden erityisohjeet Yleistä Betonielementti rakenteesta tehdään suunnitelmat, joissa esitetään rakenteen ja sen osien vakavuus sekä rakennusaikana että valmiina rakenteena. Rakennusaikaisen vakavuuden varmistamiseksi laaditaan asennussuunnitelma. Rakenteiden pääsuunnittelija hyväksyy asennussuunnitelman. Liitokset Betonielementtien liitokset mitoitetaan kaikille niissä esiintyville voimille, mutta jatkuvan sortuman rajoittamisen, elementin putoamisen estämisen ja törmäyskuormien mitoituksessa kuormien sekä materiaalien osavarmuuskertoimina voidaan käyttää arvoa 1,0. Jatkuvaa sortumaa rajoitettaessa liitokset suunnitellaan siten, ettei kantavan rakenteen vaurioitumisesta tai elementin putoamisesta johtuva paikallinen sortuma-alue laajene. Ellei jatkuvan sortuman rajoitusta lasketa tarkemmin, se voidaan katsoa rajoitetuksi kantavalla ja jäykistävällä seinäelementillä, kun yhden elementin sortuminen ei johda jatkuvaan sortumaan tai elementti on liitetty muuhun kantavaan rakenteeseen liitoksella, jonka raudoituksen kapasiteetti täyttää seuraavat ehdot:

12 Sivu 11 / 33 Seinän tasossa, pysty- ja vaakasuunnassa 20 % yhdeltä kerrokselta tulevien kuormien ja seinäelementin painon ominaisarvosta, kuitenkin vähintään 20 kn laatan pituusmetriä kohden. Yhtä elementtiä kohden ei tarvitse käyttää vaakasuunnassa 100 kn eikä pystysuunnassa 150 kn suurempaa arvoa. Tasoa vastaan kohtisuoralle voimalle elementti tulee kiinnittää voiman arvolle 20 kn/m seinän pituusmetriä kohden (150 kn suurempaa arvoa ei tarvitse käyttää). Elementin putoamisen estämiseksi liitos tulee suunnitella siten, että elementin putoaminen tuelta on estetty. Liitoksen mitoituksessa voidaan käyttää voimaa, joka vastaa elementtien tukipintojen kitkavoimien oletettua suurinta erotusta. Liitospintojen ollessa betonia, ja jos tarkempia selvityksiä ei tehdä, niin liitospintojen kitkakertoimien erotukseksi valitaan vähintään k = 0,5, ja toisen liitospinnan ollessa terästä ja toinen betonia vähintään k = 0,4. Liitos mitoitetaan tuettavan elementin suuntaiselle voimalle F d kaavasta:. missä Rk F d = k R k 30 kn on elementin tukipinnan normaalivoiman (tukireaktion) ominaisarvo. Putoamisen estämiseksi elementtiä ei tarvitse kiinnittää suuremmalle voimalle kuin mitä tukena toimiva rakenneosa kestää normaalin murtorajatilamitoituksen perusteella. Ei-kantava seinäelementti kiinnitetään vaakasuuntaiselle voimalle vähintään 2 kn/m, elleivät muut syyt vaadi suurempaa voimaa, seinän pituusmetriä kohden ylä- ja alapuoliseen tai viereiseen kantavaan rakenteeseen. Elementtien liitokset mitoitetaan myös niihin kohdistuville törmäyskuormille. Tukipinnat Rakenneosat, jotka tukeutuvat toisiinsa, suunnitellaan siten, että niillä on edellytettyjen toleranssien puitteissa riittävät kapasiteetit. Jos rakenteet tuetaan ilman jälkivalua, niin ne tuetaan tasauslevyillä tai vastaavilla. Tasauslevyjen tulee sallia tarpeelliset kulmamuutokset ja vaakaliikkeet, ja ne suunnitellaan siten, että tasauslevyn etäisyydet tuen ja elementin reunoista ovat riittävän suuret. Tukipinnan leveyden tulee olla vähintään 40 mm, kun siitä on vähennetty sallitut mittapoikkeamat Ulkokuoren ripustus pistokkailla Pistokkaiden lukumäärä määritetään siten, että ulkokuoren ja eristeen tartunta pettäisi, jolloin ulkokuori jäisi pistokkaiden varaan (onnettomuustilanne). Kuormat Ulkokuoren omapaino lasketaan kaavasta: G k,j = d A γ c = 0,04m 1,0m² 24 kn = 0,96 kn m3 missä d on ulkokuoren paksuus, käytetään 40 mm = 0,04 m A on ulkokuoren pinta-ala, käytetään 1,0 m² γ d on betonin tilavuuspaino, käytetään 24 kn/m³

13 Sivu 12 / 33 Kuormitusyhdistelmänä käytetään onnettomuustilannetta, kun pääasiallinen kuorma on omapaino, kaavasta (RIL ): kn kn ,0 = 0, missä A d ψ 2,1 Q k,1 Laskenta P d = G k,j + A d + ψ 2,1 Q k,1 = 0,96 kn m on onnettomuuskuorma (ei ole) on yhdistelykerroin on tuulikuorma (tuulen imusta) Yhden pistokkaan tartunnan mitoituslujuus lasketaan kaavasta: F pd = F pk = 3,259 kn 2,716 kn γ c 1,2 missä F pk on yhden pistokkaan tartunnan ominaislujuus (TTY, 2009) γ c on betonin osavarmuuskerroin onnettomuustilanteessa Tarvittavien pistokkaiden määrä neliömetriä kohden lasketaan kaavasta: Pistokkaiden lkm A P 1,0 m 2 0,96 kn d = m 2 0,36 kpl/m² F pd 2,716 kn missä A on elementin ulkokuoren pinta-ala (m²) P d on ulkokuorelle kohdistuva kuormitus F pd on yhden pistokkaan tartunnan mitoituslujuus Yhteenveto Ksw-elementin (seuraamusluokka CC2 ja luotettavuusluokka RC2) ulkokuori kiinnitetään pistokkailla, joita sijoitetaan vähintään 0,6 kpl/m² ulkokuoren pinta-alan mukaan. Kiinnitetään kuitenkin siten, että kaikissa elementeissä on vähintään yksi pistokas joka ulkonurkassa. Jos ulkokuoreen kohdistuu muita kuormia, erillisiä onnettomuuskuormia, seuraamus- tai luotettavuusluokka on erilainen, on ulkokuoren riittävästä kiinnityksestä varmistuttava erikseen. Esimerkki: Elementin (3,0 x 6,6) m² ulkokuoren ripustaminen pistokkailla: Pistokkaat 19,8 m² 0,96kN/m² 2,716 kn m = 6,99 7 pistokasta Ksw-elementissä voidaan käyttää Peikko Oy:n PPI-pistokkaita tai EK-Kaide Oy:n EK-pistoansaita. Pistokkaiden käyttöselosteita ja -ohjeita käytetään soveltaen ksw-elementin suunnittelussa ainakin seuraavilta osin: m 2

14 Sivu 13 / 33 - asennuskulma aina 45 - pistokkaan upotussyvyys ulkokuoreen 50 mm pistokkaan suunnassa (ei vaakaetäisyys) o pistokkaiden tartuntalujuus ulkokuoreen ksw-elementissä on pienempi kuin käyttöselosteissa - pistokkaat asennetaan lamellivillan väleihin eikä eristeen läpi - pistokkaiden lukumäärä lasketaan edellisen kohdan mukaisesti, mutta aina vähintään 4 kpl / elementti. Pistokkaiden sijoitus Pistokkaat asennetaan ksw-elementin kuorien välille eristeen asennuksen yhteydessä. PPIpistokkaat asennetaan 45 kulmassa siten, että koukkupää on ylempänä ja sisäkuoressa. EKpistoansaan päät ovat samanlaiset keskenään. Peitepaksuuden ja pistokkaan riittävän ankkurointipituuden saavuttamiseksi asentamistoleranssin tulee olla tavallista pienempi. Pistokkaan ulkokuoreen menevään päähän tehdään merkki 50 mm etäisyydelle päästä, joka asetetaan ulkokuoren sisäpinnan tasoon tai jätetään korkeintaan 5 mm ulkopuolelle. Pistokkaat asennetaan vähintään 150 mm etäisyydelle elementin reunasta sekä ulko- että sisäkuoressa (huom. asennuskulma 45 ). Etäisyys mitataan kohdasta, jossa pistokas tunkeutuu betoniin (kuva 2.3). Kuva 2.3 Pistokkaiden sijoitus ksw-elementtiin Ripustukset ja kiinnitykset ulkokuoreen Ulkokuoren kestävyys Ksw-elementin ulkokuoreen voidaan asentaa erilaisia kiinnittimiä ja ankkureita, joita käytetään julkisivuvarusteiden kiinnitykseen. Ankkureiden mitoitusmenetelmät perustuvat veto- ja leikkauskokeiden perusteella määritettyyn kestävyyteen, jolla tulee olla riittävä varmuus. Kestävyyden perusarvona käytetään betonin murtumiseen perustuvaa arvoa, kun ankkuri on tarpeeksi kaukana vapaista reunoista (murtopinta ei ylety reunaan asti). Tärkeimpiä kestävyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat ankkurin tehollinen pituus (h ef ) ja betonin lujuus (f ck ). Kestävyyden

15 Sivu 14 / 33 arvioinnissa voidaan käyttää Betonirakenteiden suunnittelu ja mitoitus 2005-julkaisussa esitettyjä menetelmiä. Ankkureiden osavarmuusluvuissa ja käyttötavoissa on suuria eroja maittain. Suomessa valmistaja esittää ankkurien käyttöperiaatteet, kestävyyksien laskennassa tarvittavat kertoimet ja varmuusluvut. Ankkurikiinnityksestä ulkokuoreen välittyvä leikkauskuorma on myös otettava huomioon. Kiinnitykset ulkokuoreen Ksw-elementin ulkokuoreen asennettujen kiinnikkeiden välittämien kuormitusten aiheuttamien rasitusten vaikutusta ulkokuoren kiinnipysymiseen ei ole tutkittu. Tampereen teknillisessä yliopistossa vuonna 2009 tehdyssä Ansaattoman ohutkuorisen kuitubetonisandwich-elementin kehittäminen-tutkimuksessa selvitettiin elementin ulkokuoren pitkäaikaista muodonmuutosta. Kokeessa eristepaksuus oli 280 mm ja ulkokuoren paksuudet olivat 40, 70 ja 100 mm. Tulosten perusteella koekappaleiden viruma jäi hyvin maltilliseksi. Ksw-elementissä käytettävän 40 mm ulkokuoren omanpainon erotus 100 mm ulkokuoresta on 0,06 m x 24 kn/m³ = 1,44 kn/m². Pistokkailla voidaan parantaa ja varmistaa ulkokuoren kiinnittyminen. Kaikkien ripustusvoimien siirtyminen ulkokuorelta sisäkuorelle on varmistettava lisäpistokkailla tai muilla teräsosilla. Kuitenkin ksw-elementin ulkokuorelle voidaan sallia 1,0 kn/m² kuorma yksittäiselle seinäneliölle. Jos kuormitusta syntyy useammalle vierekkäiselle seinäneliölle (ei kulmikkain), niin tulee ulkokuoren kiinnitys varmistaa kuormitusalueelta lisäteräksillä. Lisäteräkset tulee asentaa myös, mikäli yhden elementin ulkokuorelle kohdistuva lisäkuorma on yhteensä yli 3,0 kn. Lisäpistokkaita voidaan asentaa ristikkäin 45 kulmaan pystysuoraan nähden, mutta ei vaakasuoraan (ankkurointipituus ulkokuoreen ei riitä). 2.4 Liitokset ja saumat Seinäelementtien vakioliitoksia on koottu elementtisuunnittelu.fi-sivustolle ja niistä kswelementtiin soveltuvat detaljit on muutettu ksw-elementin mukaisiksi. Detaljeissa on käytetty eristepaksuutena 220 mm. Liitteessä 1 olevien liitosten tunnukset ja sisällöt on esitetty ohessa (taulukko 2.5 ja 2.6). Liitteen detaljit ovat tarkoitettu suunnittelun lähtötiedoiksi tai malleiksi eikä niitä tule käyttää sellaisenaan, vaan ne on suunniteltava kohdekohtaisesti. Taulukko 2.5: Ksw-elementtien detaljeja Tunnus DR001 DR002 DR003 DR004 DR005 DR006 DR007 Sisältö Ikkunan (karmi 190 mm) karmikenkäliitos, ei-kantava ksw-elementti, vaakaleikkaus Parvekeoven (karmi 190 mm) liitos, ei-kantava ksw-elementti, pystyleikkaus Ikkuna + parvekeovi (karmi 190 mm) liitos, ei-kantava ksw-elementti, vaakaleikkaus Ikkunan (karmi 190 mm) karmikenkäliitos, ei-kantava ksw-elementti, pystyleikkaus Vaakasauman tuuletus Valesaumat ja kolmiourat Betoni- tai pesubetonipintaisen ksw-elementin ylä- ja alareunan

16 Sivu 15 / 33 DR008 DR009 DR010 DR011 reunamuodot, ei kantava Betoni- tai pesubetonipintaisen ksw-elementin sivureunan reunamuodot, ei kantava Ksw-elementin sisäkuoren s-pistekolot, ei-kantava Ksw-elementin sisäkuoren s-pistekolot, kantava Ksw-elementtien pasi-lenkki / välikiinnike, ei-kantava Taulukko 2.6: Ksw-elementtien liitosdetaljeja Tunnus DS101 DS102 DS103 DS104 DR201 DR202 DR203 DR204 DR205 DR206 DN301 DN302 DN303 DN304 DN305 DN306 DN307 DN308 DN309 DN310 DAR401 DAR402 Sisältö Kantavien ksw-elementtien liitokset Kantavien ksw-elementtien liitos, betonivaarna ja vaijerilenkit Kantavan ja ei-kantavan ksw-elementin liitos Kantavan ja ei-kantavan ksw-elementin liitos (sisänurkka) Kantavan ja ei-kantavan ksw-elementin liitos (ulkonurkka, puukkokannatus) Ei-kantavien ksw-elementtien liitokset Ksw-elementtien välikiinnitys pystysauman kohdalta, ei-kantava Ksw-elementin välikiinnitys, pasi-lenkki, ei-kantava Ksw-elementin välikiinnitys massiivilaattaan, ei-kantava Ei-kantavien ksw-elementtien liitos, betonivaarna ja vaijerilenkit Ei-kantavien ksw-elementtien ja väliseinän liitos, betonivaarna ja vaijerilenkit, pystysaumapumppaus Ei-kantavien ksw-elementtien ja väliseinän liitos (puukkokannatus) Ksw-nauhaelementtien liitokset Ksw-nauhaelementin pulttikiinnitys pilariin (yläreuna) Ksw-nauhaelementin kiinnitys pilarin C-kiskoon Ksw-nauhaelementin kannatus pilarista kevytkonsoli (Peikko oy) Ksw-nauhalementin kannatus palkista Ksw-nauhaelementin välikiinnitys palkkiin Ksw-nauhaelementin välikiinnitys teräspalkkiin Ksw-nauhaelementtien välinen hitsikiinnitys Ksw-nauhaelementtien välinen tappikiinnitys Ei-kantavien ksw-nauhaelementtien ja väliseinän liitos Kantavan ja ei-kantavan nauhaelementin liitos (ulkonurkka, puukkokannatus) Ksw-elementtien ja sokkelin liitokset Ei-kantavan sokkelielementin ja kantavan alapohjan liitos, ei-kantava ksw-elementti Kantavan sokkelielementin ja kantavan alapohjan liitos, kantava kswelementti

17 Sivu 16 / Elementin koko Elementin suurin mahdollinen koko määräytyy valmistuksen, kuljetuksen ja asentamisen muodostamien rajoituksien mukaan. Valmistuksen asettamat rajoitukset vaihtelevat elementtitehtaittain ja ovat pääasiassa tuotantolinjojen ominaisuuksista riippuvaisia. Elementin ulkokuori on alttiina kosteuden ja lämpötilan vaihteluille ja lisäksi kuoren betonissa tapahtuu kutistumaa. Näistä aiheutuu ulkokuoren pituuden muutoksia ja kaareutumaa, mitkä puolestaan aiheuttavat pakkovoimia kuorelle. Pakkovoimat lisäävät ulkokuoren halkeiluriskiä. Kuljetus Kuljetuksesta johtuvat rajoitukset riippuvat kuljetusreitistä. Normaalikuljetuksen voidaan yleensä toimittaa mm korkeita elementtejä, mutta sitä korkeammat tulee toimittaa erikoiskuljetuksena ja kääntää ne ilmassa työmaalla ennen asennusta eli ne ovat kääntökiviä. Kääntökivien käyttö aiheuttaa lisävaatimuksia elementin nostolenkkeihin. Erikoiskuljetuksille tulee aina hakea lupa Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskukselta (ELY- keskus). Elementin paino Asennuksen rajoitukset riippuvat työmaalla olevasta nostokalustosta ja nostoetäisyydestä. Tavallisesti elementin paino rajoitetaan noin 10 tonniin. Elementin paino eli massa saadaan laskemalla sisäkuoren, eristeen ja ulkokuoren massat yhteen. Laskennassa ei huomioida pintamateriaaleja, ansaita, pistokkaita tai nostolenkkejä. Elementin paino ilmoitetaan tonneina. Sisäkuoren massa lasketaan raudoitettuna (tiheys 2500 kg/m³) ja ulkokuoren raudoittamattomana (tiheys 2400 kg/m³). Lamellivillan tiheytenä laskennassa käytetään arvoa 70 kg/m³. Ulkokuoren liikkeet Tutkimuksen mukaan 6,6 m leveään ja 3,0 m korkean pistokkaallisen (vain nurkissa) elementin ulkokuoreen ei synny halkeamia ja kaareutuminen on maksimissaan 0,8 mm. Tutkimuksen elementissä ei ollut aukkoja. Tavallisesti sandwich-elementeissä yli kuuden metrin elementtejä tulisi välttää halkeiluriskin takia, etenkin aukollisissa elementeissä, joissa aukkojen nurkkiin voi muodostua halkeamia. Halkeilua voidaan hallita käyttämällä valesaumoja tai uritusta kapeissa ikkunoiden tai ovien pielissä. Ulkokuoren reunojen ja aukkojen pieliraudoituksella voidaan myös pienentää halkeiluriskiä. Betonirakenteiden mittapoikkeamat Betonielementtien mittojen sallitut vaihtelut eli toleranssit jaetaan kahteen luokkaan: Normaaliluokka (N) ja Erikoisluokka (E). Ulkoseinille käytetään yleensä tavanomaisissa rakennuksissa Normaaliluokkaa ja Erikoisluokkaa voidaan käyttää, kun halutaan parempaa mittatarkkuutta ulkonäöllisesti vaativissa kohteissa. Sopimusasiakirjoissa tai suunnitelmissa tulee mainita toleranssiluokka täydennyksineen ja mahdollisine poikkeuksineen. Elementtirakenteiden rakentamistoleranssi muodostuu valmistustoleranssista ja asennustoleranssista. Toleranssiväli ilmoitetaan joko rajamittojen avulla tai perusmitan ja sallittujen poikkeamien avulla. Suunnitelmiin

18 Sivu 17 / 33 merkitty mitta on perusmitta. Elementtien mitat tarkistetaan valmistuksen yhteydessä valmistajan toimesta ja rakentamistoleranssit mitataan tarvittaessa tai siitä sovitaan erikseen. Ksw-elementin valmistustoleranssit on esitetty julkaisussa Betonielementtien toleranssit Rakenteelliselle toiminnalle vaaditut toleranssit, kuten raudoitteiden sijaintitarkkuus esitetään suunnittelustandardeissa EN-SFS ja EN-SFS sekä harmonisoidussa tuotestandardissa SFS-EN Ksw-elementtien asennustoleransseja ei ole esitetty erikseen, vaan elementtien tulee asennettuna täyttää rakentamistoleranssien asettamat vaatimukset. 2.6 Nostolenkit Lähtökohdat Ksw-elementeissä käytetään vain sisäkuoreen sijoitettavia nostoelimiä. Betonielementeissä käytettäviä nostolenkkejä ja -ankkureita koskevat yleiset vaatimukset ja ohjeet esitetään Betoniteollisuus ry:n ohjeessa Betonielementtien nostolenkit ja -ankkurit Ohjeesta on julkaistu korjattu versio Ohjeessa esitetään myös pyörötanko- ja jännepunoslenkkejä koskevat suunnittelu-, valmistus- ja asennusohjeet. Lisäksi ohjeessa annetaan tietoja Suomessa käytettävistä nostoankkureista ja muista nostoelimistä. Painopiste Ksw-elementin painopistettä laskettaessa tulee ottaa huomioon sisäkuori (ja mahdolliset paksunnokset), aukot, eriste ja ulkokuori. Lisäksi tulee ottaa huomioon aukkojen vaikutus massakeskipisteeseen (taulukko 2.7). Taulukossa on esitetty ksw-elementin (eristepaksuus 220 mm) painopisteen laskenta z-suuntaan eli elementin syvyyssuuntaan sisäkuoren eri paksuuksilla. Lasketut painopisteet on esitetty ksw-elementin poikkileikkauksessa (kuva 2.4). Painopisteen paikka vaihtelee, sillä todellisuudessa sisäkuori on alaltaan usein pienempi kuin ulkokuori ja sisäkuoressa voi olla paksunnoksia nostolenkkien sekä aukkojen kohdalla. Taulukko 2.7: Ksw-elementin painopisteen laskenta z-suuntaan sisäkuoren eri paksuuksilla Pinta-ala [m²] Sisäk. [mm] Sisäk. [kn] Eriste [kn] Ulkok. [kn] Yht. [kn/m²] Sisäk. pp [mm] Eriste pp [mm] Ulkok. pp [mm] PP [mm] 1, ,8 0,2 1,0 4, ,0(s.k.0,9) 150 3,4 0,2 1,0 4, , ,5 0,2 1,0 3, ,0 80 2,0 0,2 1,0 3, Kuva 2.4 Ksw-elementin painopiste (z-suuntaan)

19 Sivu 18 / Ksw-elementille soveltuvat nostolenkit Ksw-elementin nosto suoritetaan vain sisäkuoreen kiinnitetyistä nostolenkeistä, jotka on taivutettu/muotoiltu niin, että nostokohta tulee mahdollisimman lähelle elementin syvyyssuuntaista painopistettä. Nostolenkit sijoitetaan elementin painopisteen suhteen symmetrisesti. Tässä ohjeessa on käsitelty pyörötankonostolenkin, PB-nostolenkin (Pintos Oy) ja AN-nostoankkurin (Anstar Oy) soveltuvuutta ksw-elementin nostoon. PB-nostolenkin ja AN-nostoankkurin käyttöselosteissa on huomioitu niiden nostokohdan vaikutukset elementin sisäkuoren kantokykyyn ja tarvittavaan lisäraudoitukseen, mutta pyörötankolenkkien osalta vastaavaa ohjeistusta ei ole. Pyörötankolenkit Käytettäessä pyörötankolenkkejä ksw-elementissä on suunnittelijan mitoitettava nostolenkin taivutuksen painopisteakselille aiheuttamat vaikutukset sisäkuoren yläosan kestävyyteen. Lisätaivutuksia tehtäessä on varmistettava rakenteen kantokyky ja tarvittaessa lisättävä raudoitusta. Tässä ohjeessa ei ole käsitelty pyörötankolenkkien mitoitusta eikä niiden lisäraudoituksen mitoitusta. Pyörötankolenkkien mitoitus tehdään ohjeen Betonielementtien nostolenkit ja -ankkurit 2010 mukaan. Ohjeesta tulee käyttää aina uusinta versiota. Vuonna 2013 julkaistussa versiossa on merkittäviä muutoksia aiempaan esimerkiksi pyörötankojen tartunnassa. Ksw-elementin nostoon soveltuvat taivutustyypit NA-ND (kuva 2.5). Kaksikuorinostoon tarkoitettu taivutustyyppi (NE) ei sovellu ksw-elementtiin, sillä sen ulkokuori on liian ohut. Kuvassa on lisäksi esitetty ankkurointipituus (L 1 ) ja päätekoukkujen taivutussäteet. Ksw-elementissä käytettävien pyörötankolenkkien päätekoukkujen taivutussäteeksi suositellaan R = 5 x ø, jolloin pyöröteräksen kapasiteetti voidaan hyödyntää paremmin. Kaikille taivutuksille suositellaan käytettäviksi taivutussädettä R = 5 x ø ja lisätaivutusten yhteydessä on varmistettava rakenteen kantokyky ja tarvittaessa käytettävä lisäraudoitusta. Kuva 2.5 Pyörötankolenkkien taivutusmallit

20 Sivu 19 / 33 PB nostolenkit Ksw-elementin nostamiseen voidaan käyttää Pintos Oy:n valmistamia PB-, PBK- (erikoisluja) tai PBR-nostolenkkejä (ruostumaton). Nostolenkkien mitoitus, käyttö ja asennus tehdään PB-, PBK- ja PBR-nostolenkkien käyttöohjeen (Betoniyhdistyksen käyttöselosteen BY 5B nro 364) mukaisesti. Käyttöohjeessa on annettu ohjeita nostolenkkien käytöstä sandwich-elementissä ja niitä voidaan käyttää myös ksw-elementin nostolenkkien suunnittelussa (kuva 2.6). Kuva 2.6 Nostolenkin sijoitus sandwich-elementtiin ja lisäraudoitus AN-nostoankkurit AN25 ja AN40 -nostoankkureiden nostokohta on eristetilassa, 30 mm etäisyydellä sisäkuoren (tai sen paksunnoksen) reunasta. AN60-nostoankkurin nostokohta on eristetilassa, 60 mm etäisyydellä sisäkuoren reunasta. Jos nostokohta ei sijaitse elementin painopisteakselille, niin elementti kallistuu nostettaessa. Ksw-elementin nostamiseen voidaan käyttää Anstar Oy:n valmistamia ANnostoankkureita, mikäli ankkurin nostokohta on riittävän lähellä painopisteakselia. Nostoankkureiden mitoitus, käyttö ja asennus tehdään AN Nostoankkuri käyttöohjeen (Betoniyhdistyksen käyttöselosteen BY 5B nro 360) mukaisesti (kuva 2.7).

21 Sivu 20 / 33 Kuva 2.7 Nostolenkin sijoitus sw-elementtiin ja lisäraudoitus 2.7 Palonkestävyys ja palokäyttäytyminen Vaatimukset Standardin SFS-EN Betonivalmisosat. Seinäelementit mukaan palonkestävyys ja palokäyttäytyminen tulee esittää CE-merkintää varten. Riippuen käytetystä CEmerkintämenetelmästä palonkestävyys ja palokäyttäytyminen esitetään myös suunnitteluasiakirjoissa. Palonkestävyys ilmoitetaan luokkina betoniseinäelementin kantavuuden R, tiiviyden E ja eristävyyden I mukaan. Palonkestävyys määritellään soveltaen standardin EN 13369:2004 kohtia Palokäyttäytymiseen sovelletaan standardia EN 13369:2004 kohtaa Eristysmateriaali tulee ilmoittaa, ja sen tulee täyttää asianmukaisen eurooppalaisen tuotestandardin vaatimukset. Ksw-elementissä ei käytetä palavaa eristemateriaalia. Polttokoe Tampereen teknillisessä yliopistossa vuonna 2014 tehdyssä Kuitubetonielementin polttokoetutkimuksessa tutkittiin ksw-elementin toimintaa ulkopuolisen palon tilanteessa. Ksw-elementin ulkokuori pysyi kiinni eristeessä koko kokeen ajan (polttimet päällä 61 minuuttia). Paloluokka Betonirakenteiden palomitoitus tehdään standardin EN mukaan. Ksw-elementissä sisäkuori toimii kantavana, tiivistävänä ja eristävänä rakenteena. Kantavan ja ei-kantavan kswelementin sisäkuoren paloluokan määritys esitetään kohdassa Seinän mitoitus. Sisäkuoren palonkestävyyden suunnittelussa tulee ottaa huomioon myös pilari- ja palkkimaisten osien palonkesto. Ksw-elementin palonkesto ulkopuolista paloa vastaan standardipalossa on polttokokeen perusteella enintään 60 minuuttia. Ksw-elementin paloluokka määritetään kohdekohtaisesti, mutta tavallisesti käytetään luokkaa R60.

22 Sivu 21 / Säilyvyys Yleistä Julkisivuelementin säilyvyyteen vaikuttaa teknisen säilyvyyden lisäksi ulkonäön säilyvyys, mutta tässä suunnitteluohjeessa tarkastellaan vain teknistä säilymistä. Betonijulkisivun säilyvyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat elementin halkeilu, pakkasenkesto, teräskorroosio, pintojen epätasainen likaantuminen, pinnoitteiden irtoaminen ja saumausten irtoaminen. Rakennukselle ja sen rakenneosille määritetään suunnittelukäyttöiän asettama vaatimus. Betonirakenteen suunnittelukäyttöiän vaatimusten täyttyminen todetaan käyttöikään vaikuttavien tekijöiden, kuten epäsuorasti betonin laatua koskevien parametrien ja rakennemittojen avulla. Säilyvyyssuunnitteluun kuuluu seuraavat vaiheet: 1. suunnittelukäyttöiän ja rasitusluokkien määrittely 2. betonin laatuparametrien halkeamaleveyden, rakennemittojen ja muiden käyttöikään vaikuttavien tekijöiden määrittely siten, että suunnittelukäyttöikään liittyvät vaatimukset täyttyvät 3. muiden säilyvyysohjeiden ja rakenteen myöhempään käyttöön liittyvien ohjeiden laatiminen. Suunnittelukäyttöikä Standardin EN 1990 mukaan rakennukselle ja rakenteille on määriteltävä suunniteltu käyttöikä, jonka ajan rakenteen on kestettävä suunnitellussa käyttötarkoituksessa normaalilla kunnossapidolla ilman tarvetta oleellisille korjauksille. Rakennuksen tilaaja asettaa tavoitekäyttöiän rakennuksen elinkaaren, turvallisuuden, viihtyisyyden ja terveellisyyden perusteella. Rakennesuunnittelija käyttää tavoitekäyttöikää lähtötietona säilyvyyssuunnittelulle. Rasitusluokat Rasitusluokat määritetään ympäristöolosuhteiden mukaisesti ja rakenne voi kuulua useampaan rasitusluokkaan samanaikaisesti. Suunnittelija valitsee rasitusluokan viiden rasitustekijän suhteen: 1. karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio (XC1 XC4) 2. kloridien aiheuttama korroosio (XD1 XD3) 3. merivedessä olevien kloridien aiheuttama korroosio (XS1 XS3) 4. jäätymis-/sulamisrasitus (XF1 XF4) 5. kemiallinen rasitus (XA1 XA3). Julkisivuille tyypilliset rasitusluokat ovat jäätymis-/sulamisrasitus ja karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio. Ulkokuoren rasitusluokat ovat XF1 ja XC3 tai XC4 riippuen onko elementti suojattuna sateelta. Ulkokuori voidaan suunnitella kestämään molemmat rasitusluokat XC3 ja XC4. Sisäkuori on kuivassa ympäristössä ja sen rasitusluokka on tavallisesti XC1. Muut käyttöikään vaikuttavat tekijät Raudoituksen betonipeite Ksw-elementin ulkokuoressa käytettävä teräs on ruostumatonta terästä B600KX, joten betonipeitevaatimukset eivät koske ulkokuorta. Betonipeitteen nimellispaksuuden tulee kuitenkin olla rasitusluokissa XC vähintään raudoitteen halkaisija käytettäessä B600KX terästä.

23 Sivu 22 / 33 Betonirakenteen suunnittelussa betonipeitteelle käytetään nimellisarvoa, joka muodostuu betonipeitteen vähimmäisarvosta ja sallitusta mittapoikkeamasta. Rasitusluokassa XC1 sisäkuoren betonipeitteen vähimmäisarvo on 50 ja 100 vuoden käyttöiällä 10 mm. Sallittu mittapoikkeama on tavallisesti ±10 mm, mutta betonielementtien valmistuksessa voidaan käyttää pienimmillään ±5 mm mittapoikkeamaa, jos se on perusteltua tehtaan sisäisen laadunhallintajärjestelmän mukaan. Betonipeitteen tulee kuitenkin olla vähintään raudoitteen halkaisijan suuruinen. Sallittu halkeamaleveys Rasitusluokkien XC3, XC4 ja XF1 (ulkokuori) mukainen vaatimus rakenteen sallitulle halkeamaleveydelle 50 vuoden suunnittelukäyttöiällä on pitkäaikaiskuormille w k50 0,2 mm ja lyhytaikaiskuormille w k50 0,3 mm. Ksw-elementin ulkokuoressa ei ole betoniraudoitusta ja näin ollen halkeamaleveyden määrityksessä tarvittavaa raudoituksen venymää käyttötilassa ei voida määrittää. FEM-laskennan perusteella ulkokuoreen ei synny halkeamia. Rasitusluokalle XC1 (sisäkuori) ei ole sallittua halkeamaleveyden vaatimusta käytettäessä betoniraudoitusta. Elementin pinnan laatuvaatimukset saattavat asettaa vaatimuksia sallituille halkeamaleveyksille. Elementin pinta on käsitelty kohdassa 2.9 Elementin pinta. Betonin koostumus ja ominaisuudet Rasitusluokat ja suunnittelukäyttöikä määrittelevät betonin koostumuksen ja ominaisuuksien rajaarvot (taulukko 2.8). Taulukko 2.8: Betonin koostumus ja ominaisuuksien raja-arvot suunnittelukäyttöiän mukaan Suunnittelukäyttöikä 50 vuotta Karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio Rasitusluokka XC1 XC3 XC4 XF1 W/C enintään 0,90 0,60 0,60 0,60 Vähimmäislujuusluokka C20/25 C30/37 C30/37 Vähimmäissementtimäärä [kg/m³] Ilmamäärä 4,0** Suunnittelukäyttöikä 100 vuotta Karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio Jäädytyssulatus-rasitus* Jäädytyssulatus-rasitus* Rasitusluokka XC1 XC3 XC4 XF1 W/C enintään 0,90 0,60 0,60 0,55 Vähimmäislujuusluokka C20/25 C30/37 C30/37 Vähimmäissementtimäärä [kg/m³] Ilmamäärä 5,5** *Lisäksi kelpoisuusvaatimukset **Ilmamäärävaatimus koskee betonia, jossa kiviaineksen ylänimellisraja on vähintään 16 mm. Ylänimellisrajan ollessa 12 mm ilmamäärävaatimusta nostetaan 0,5 %-yksikköä ja ylänimellisrajan ollessa 8 mm 1,0 %-yksikköä.

24 Sivu 23 / Elementin pinta Pintojen luokitus Betonielementtien pinnat jaetaan luokkiin AA, A, B ja C. B-luokkaa käytetään pinnoille, joille ei aseteta suuria ulkonäöllisiä vaatimuksia ja C-luokkaa käytetään yleensä täysin näkymättömiin jääviin pintoihin. Ksw-elementit ovat osa julkisivua ja niille asetetaan ulkonäöllisiä vaatimuksia, joten niiden ulkopinnat kuuluvat luokkaan AA tai A. Luokkaa AA käytetään yleensä merkittävissä julkisissa rakennuksissa tai julkisivun erikoiskohdissa tai -pinnoissa. Ksw-elementtien pinnat kuuluvat tavallisesti luokkaan A. Pintojen laatuvaatimukset määräytyvät pintaluokan ja pintatyypin perusteella. Pintojen luokkia kuvataan useasta osasta muodostuvilla pintakoodeilla Pinnan valinta Betonielementtien pinnoista, joille on asetettu ulkonäköä koskevia vaatimuksia, annetaan ohjeita julkaisussa BY 40 Betonirakenteiden pinnat/luokitusohjeet Ohjeissa on esitetty betonipinnan käsittelymenetelmät ja pintamateriaalit sekä niiden laatuvaatimukset, suunnitteluohjeet ja muut asiat. Pinnan soveltuvuus ksw-elementille on aina arvioitava tapauskohtaisesti. Ksw-elementin ulkokuoren paksuus ei saa alittaa arvoa 30 mm (taulukko 2.9). Taulukko 2.9: Ksw-elementille todennäköisesti soveltuvat pintakäsittelyt sekä pintamateriaalit ja lisätiedot Pintakoodi Pintatyyppi Lisätiedot / rajoitukset Muottia vasten valetut pinnat MUO AA, A Muottia vasten valettu pinta MUK AA, A Kuvioitua muottia vasten valettu pinta Ulkokuori min. 30 mm Tuoreena käsitellyt pinnat PES AA, A Pesty pinta Ulkokuori min. 30 mm PESH AA, A Hienopesty pinta Ulkokuori min. 30 mm Kovettuneena käsitellyt pinnat HIPM AA, A Hiekkapuhallettu pinta, matalapuhallus Ulkokuori min. 30 mm huokosten täyttö HIPK AA, A Hiekkapuhallettu pinta, keskisyväpuhallus Ulkokuori min. 30 mm huokosten täyttö HIPS AA, A Hiekkapuhallettu pinta, syväpuhallus Ulkokuori min. 30 mm huokosten täyttö HIOM Hiottu pinta, matta HIOK Hiottu pinta, kiiltävä HIOH Hiottu pinta, heijastava Pinnoitetut ja värilliset pinnat PIN Pinnoitettava pinta, maalilla tai pinnoitteella Kosteuden poistuminen, saumamassan väri VAL Valkoinen väribetonipinta Saumamassan väri KEL Keltainen väribetonipinta Saumamassan väri PUN Punainen väribetonipinta Saumamassan väri SIN Sininen väribetonipinta Saumamassan väri RUS Ruskea väribetonipinta Saumamassan väri VIH Vihreä väribetonipinta Saumamassan väri

25 Sivu 24 / 33 MUS Musta väribetonipinta Saumamassan väri ei koodia Harmaa pinta Muita pintoja S Pinta suojataan pinnoitteella tai impregnointiaineella Kosteuden poistuminen, ulkonäön muutos AG Pinta suojataan töherryksenestoaineella, antigraffittiaineella Kosteuden poistuminen, ulkonäön muutos E Pinnasta on tehty esimerkki (mallikappale), mallielementti tai vastaava (yli 300*300 mm²) Sovittava erikseen Muottia vasten valetut pinnat Muottia vasten valetut pinnat soveltuvat käytettäväksi ksw-elementissä, mutta voimakkaasti muotoiltujen pintojen (kumi-, muovi- ja lasikuitumuotti) käyttöä ksw-elementissä rajoittaa ulkokuoren paksuuden liiallinen kasvaminen. Teräsmuottia vasten valetussa polymeerikuitubetonissa kuidut eivät jää näkyviin (kuva 2.8), mutta muita muottimateriaaleja käytettäessä kuitujen näkyvyys tulee arvioida mallikappaleiden avulla tapauskohtaisesti. Ulkokuoren paksuuden tulee olla kaikkialta vähintään 30 mm. Käytettäessä itsetiivistyvää betonia korkealuokkaisia pintoja tehtäessä voidaan tapauskohtaisesti harkita vaatimusten kiristämistä. Ksw-elementit tulevat pääasiassa ulos rakennuksien julkisivuihin ja niiden pinta suositellaan impregnoitaviksi, joka vähentää sateen aiheuttamia tummuusvaihteluja. Muottia vasten valetun pinnan kastelulla ja pesulla laimennetulla suolahapolla voidaan pienentää pinnan värivaihtelua. Tuoreena käsitellyt pinnat Tuoreena käsitellyistä pinnoista ksw-elementtiin eivät sovellu ne, jotka vaativat elementin valmistuksen ulkopinta ylöspäin (hierretyt, telattu, töpötetty ja harjattu pinta). Levittämällä pintahidastinaine muotin pintaan ja pesemällä sementtiliima pois voidaan tehdä pesubetonipintaa tai graafista betonia, jossa haluttu kuvio tehdään pintahidastinaineella. Pestyt pinnat soveltuvat käytettäviksi ksw-elementissä, kunhan pesusyvyys on alle 10 mm. Graafisessa betonissa voidaan käyttää eri pesusyvyyksiä kuvioinnin aikaansaamiseksi, kunhan huolehditaan ulkokuoren riittävästä (30 mm) paksuudesta. Kovettuneena käsitellyt pinnat Elementin ulkokuoren pinta voidaan käsitellä usealla eri tavalla kovettumisen ja muotista noston jälkeen. Hiekkapuhallus ja hionta soveltuvat käytettäviksi ksw-elementissä, kunhan ulkokuoren riittävästä (30 mm) paksuudesta huolehditaan. Hakatut, murretut, lohkotut ja halkaistut pinnat ovat karkeita eivätkä ne sovellu työtekniikoiltaan käytettäviksi ksw-elementeissä. Pinnoitus tehdään maalilla (kalvonpaksuus alle 0,4 mm) tai muulla pinnoitteella tehtaalla tai työmaalla. Pinnoitukset soveltuvat käytettäväksi ksw-elementissä. Hiekkapuhallusta käytetään tavallisesti muottia vasten valettuihin, näkyviin jääviin pintoihin. Puhallusmenetelmänä voidaan käyttää myös vesihiekkapuhallusta, sinkopuhallusta ja muita suihkupuhdistusmenetelmiä. Hiekkapuhalluksen syvyydellä säädetään pinnan ulkonäköön

26 Sivu 25 / 33 vaikuttavia tekijöitä siten, että kiviaines vaikuttaa sitä enemmän, mitä syvempi puhalluskäsittely on. Puhalluskäsittely ulottuu syvemmälle pinnan osissa, joissa on korkea vesi-sementti suhde, mikä on otettava huomioon ulkokuoren paksuutta suunniteltaessa. Betonipinnan hionta ulotetaan noin mm syvyyteen, jolloin kiviaines muodostaa mosaiikkibetonia muistuttavan pinnan, jonka väri riippuu pääasiassa kiviaineksen väristä. Pintaan jäävät huokoset voidaan täyttää hiontojen välissä, mutta se on mainittava erikseen suunnitelmissa. Pinnan suunnittelussa tulee ottaa huomioon, että pintojen tasoerot ja urat ovat hankalia hioa ja kaareviin/pyöreisiin pintoihin tarvitaan uusinta hiontatekniikkaa. Hiottu pinta on tiiviimpi kuin muut pintavaihtoehdot ja siksi lämmöneristeen tulee aina olla uritettua. Hiottu pinta on helppo pitää puhtaana ja se voidaan suojata impregnoinnilla. Pinnoitetut ja värilliset betonipinnat Kaikki värilliset betonipinnat soveltuvat käytettäviksi ksw-elementeissä. Ksw-elementti on osa julkisivua, joten siihen soveltuu käytettäviksi vain pinnoitteet, jotka päästävät kosteuden pois rakenteesta. Kyseisten pinnoitteiden sideaine on yleensä epäorgaanista (sementti, kalkki tai silikaatti) tai orgaanista polymeeriä on korkeintaan 5 % sideaineen painosta. Pinnoitetun julkisivun kokonaistuuletuksen toimivuudesta on huolehdittava, sillä se vaikuttaa pinnoitteen kestävyyteen. Elementtien saumapintoja tai -massoja ei saa pinnoittaa. Muottia vasten valetut pinnat tulee aina esikäsitellä ennen pinnoitusta. Elementin pinnassa suositellaan käytettäväksi uria erottamaan erilaiset pintakuvioinnit ja värit toisistaan. Laattapinnat Laattapintojen toimivuutta ksw-elementeissä ei ole tutkittu ja niiden käyttö tulee arvioida tapauskohtaisesti ja tarvittaessa tehdä sääkokeet Kuitubetonin pinta Enduro HPP45-kuidut ovat väriltään läpikuultavan valkoisia. Kuitujen vaikutus elementin ulkonäköön riippuu pintakäsittelymenetelmästä ja se tulee arvioida sekä tarvittaessa varmistaa mallikappaleella suunnitteluvaiheessa. Kuidut eivät ole näkyvissä ulkokuoren ulkopinnassa teräsmuottia vasten valetuissa elementeissä (kuva 2.8). Elementin pintaa rikkovat pintakäsittelyt, kuten painepesu ja hiekkapuhallus saattavat tuoda kuidut näkyviin (kuva 2.9). Kuidut eivät erotu merkittävästi valkobetonin värisävystä. Rapatussa pinnassa kuidut jäävät piiloon. Kuitujen vaikutusta tartuntamenetelmällä kiinnitettävien laattojen tartunnan kestävyyteen ei ole tutkittu. Kuva 2.8 Teräsmuottia vasten valettu kuitubetonipinta Kuva 2.9 Pesubetonipintainen ksw-elementti