S1-luokan väestönsuojan paikallavaletun kattolaatan raudoitusmitoitus ja CO₂-optimointi

Abstract

Tämän opinnäytetyön päätavoitteena oli kehittää käyttäjäystävällinen Excel-pohjainen mitoitustyökalu, joka soveltuu S1-luokan väestönsuojan paikallavaletun kattolaatan raudoituksen mitoitukseen. Työn tarkoituksena oli nopeuttaa ja yhdenmukaistaa väestönsuojien kattolaattojen suunnitteluprosessia. Lisäksi mitoitustyökalun avulla mahdollistettiin raudoituksen ja betonin CO₂-optimointi, joissa muuttujina olivat laatan paksuus, betonin lujuusluokka sekä raudoitussuhde. CO₂-optimoinnissa tarkoituksena oli pyrkiä vähentämään väestönsuojan kattolaatan rakennusmateriaaleista aiheutuneita hiilidioksidipäästöjä siten, kuin se vain oli taloudellisesti ja toteutuksellisesti järkevää.

Työssä hyödynnettiin väestönsuojien Suomessa annettuja määräyksiä, joita löytyy muun muassa pelastuslaista ja valtioneuvoston sekä sisäasiainministeriön asetuksista. Myös Rakennustiedon ohjekorttia väestönsuojista hyödynnettiin työssä.

Väestönsuojan kattolaatan rasitusten laskentaan käytettiin työssä massiivilaattamenetelmää sekä 3D FEM-laskentaohjelmaa. Opinnäytetyössä vertailtiin massiivilaattamenetelmällä sekä 3D FEM-laskentaohjelmalla tuotettuja laattojen rasituksia sekä näiden muutoksia, kun esimerkiksi väestönsuojan kattolaatan pinta-ala tai paksuus muuttuu. Laatan raudoitusten mitoitus tehtiin Suomen Betoniyhdistyksen betonirakenteiden suunnittelun oppikirjan sekä Eurokoodi 2:n mukaan.

Väestönsuojien kattolaatan rakenteen hiilijalanjäljen laskenta suoritettiin kansallisen CO2data päästötietokannassa olleiden rakennustuotteiden keskimääräisten päästötietojen mukaan. Rakenteen hiilijalanjälki sisälsi tässä työssä pelkästään moduulit A1-A3, eli tuotevaiheen. Rakenteen hiilijalanjälki ilmoitettiin työssä CO2-ekvivalentteina, jonka yksikkö on kgCO2e.

The main objective of this thesis was to develop a user-friendly Excel-based design tool suitable for the reinforcement design of an S1-class cast-in-place shelter roof slab. The purpose of this work was to speed up and simplify the designing process of these shelter roof slabs. In addition, the design tool enabled CO₂ optimization of reinforcement and concrete, with slab thickness, concrete strength class and reinforcement ratio used as variables. The aim of the CO₂ optimization was to reduce the carbon dioxide emissions associated with the shelter roof slab’s construction materials as far as was economically and practically reasonable.

The thesis made use of Finnish regulations given to civil defence shelters, such as the Finnish Rescue Act and the decrees of the Government and Ministry of the Interior. Also, the guidance document about civil defence shelters from Rakennustieto was considered.

The strains in the shelter roof slabs were calculated by using the Method of Solid Concrete Slabs and a 3D FEM analysis program. The thesis compared the slabs’ stresses produced by these methods, as well as the changes in these stresses when, for example, the area or the thickness of the shelter roof slab was varied. Reinforcement design of the shelter roof slab was calculated in accordance with the Concrete Association of Finland’s textbook on design of concrete structures and Eurocode 2.

The carbon footprint of the shelter roof slab structure was calculated using average emission data for building products from the national CO2data emissions database. In the thesis, the structure’s carbon footprint included only modules A1-A3, the product stage. The structure’s carbon footprint was reported as CO2-equivalents (kgCO2e).