Outoa eurokoodikehitystä, vaikka oikealla menettelyllä puurakenteiden suunnittelu helpottuisi ja betonirakenteet halpenisivat

Tietoa kirjoittajasta Tuomo Poutanen
Tuomo Poutanen on tekniikan tohtori ja dosentti Tampereen teknillisessä yliopistossa.
Kaikki kirjoittajan kirjoitukset

Olen viime vuosina tehnyt ehdotuksia eräiden eurokoodivirheiden korjaamiseksi. Ehdotukset on torjuttu. Päätöksiä ei ole perusteltu. Tein taannoin yhteisen ehdotuksen kolmen Tampereen Yliopiston professorin ja yhden tohtoriopiskelijan kanssa. Ehdotustamme ei otettu käsiteltäväksi.

Ehdotimme, että pysyvä ja muuttuva kuorma yhdistetään riippuvasti. Väärästä riippumattomasta yhdistämisestä seuraa mm. suomen teräsnormin 20% alivarmuus ja pysyvän kuorman virheellinen varmuusluku 1.15. Jokainen perusmekaniikan taitaja voi päätellä riippumattoman kuormayhdistelyn virheellisyyden: Olkoon pysyvä kuorma 1, silloin mitoituskuorma on 1.35, kun muuttuvaa kuormaa lisätään 0…0.133 mitoituskuorma on edelleen 1.35 eli kun kuorma kasvaa, mitoituskuorma ei kasva. Hooken laki ei ole voimassa Suomen eurokoodissa milloinkaan, kun kuormana on pysyvää ja muuttuvaa kuormaa, sillä kimmomoduleja on ennen materiaalin myötäämistä kolme. Hooken lain mukaan on vain yksi. Aritmetiikka ei ole voimassa: olkoon kattopalkin omapaino 1 ton ja lumikuorma 1 ton. Suomen eurokoodin ja deterministisen mekaniikan mukaan kokonaiskuorma on 1.86 ton.

Ehdotimme myös, että eurokoodin likimääräinen varmuusluvun ja luotettavuuden laskenta-algoritmi (semi-probamilistic, FORM) korvataan kehittämälläni tarkalla algoritmilla. Silloin varmuusluvut voidaan johtaa yksikäsitteisesti yleisesti hyväksytyistä ja spekulaatiovapaista jakaumista. Normin maksimivirhe pienenee huomattavasti. Nykyisen eurokoodin alivarmuus on noin 20 % ja ylivarmuus noin 60 %,. Eurokoodiorganisaatio päätyi hiljattain kahdessa tutkimuksessa likimäärin samoihin maksimivirheisiin. Uudella varmuuslukujen määritystavalla ja todettujen virheiden korjaamisella päästään siihen, että alivarmuutta tavoiteluotettavuuteen nähden ei ole ja että ylivarmuus on enintään noin 10 %.

Esitimme myös, että kuormavarmuusluvut asetetaan samoiksi, mikä yksinkertaistaa normia, vähentää laskentaa ja yhdessä muiden tekijöiden kanssa tuottaa arvioni mukaan noin 10 mrd eur vuosittaisen säästön Euroopassa.

Muutakin korjattavaa on, esimerkiksi:

Aikavaikutuskaavat ovat huomattavan alivarmoja, sillä se perustuvat 0.98 luotettavuuteen, mutta pitää perustua murtotilaluotettavuuteen.

Yhdistelykerroinkaavat perustuvat 0.98 luotettavuuteen eikä niissä huomioida aikaa. Kuorman kesto pitää huomioida ja kaavojen täytyy perustua murtotilaluotettavuuteen. Esimerkiksi lumen yhdistelykerroin on 0.7, mutta pitää olla Suomessa noin 0.9.

Hyötykuormien yhdistelykerroin on 0.7, mutta hyötykuormat yhdistetään keskenään sellaisenaan ilman yhdistelykerrointa eli yhdistelykerroin on 1. Hyötykuormien ominaisarvot ovat tarpeettoman suuria.

Eurokoodi on osavarmuuslukunormi. Sen perusoletus on, että rakenteet murtuvat korotetuilla kuormilla. Kuitenkin, rakenteet murtuvat käyttötilakuormilla, murtumisen syy on alikestävyys, ei ylikuorma. Osavarmuuslukunormien teoreettinen perusta on väärä ja ovat lisäksi monimutkaisempia kuin sallittujen jännitysten menetelmä, jolla saadaan sama tulos yksinkertaisemmin.  Kun sallittujen jännitysten menetelmässä muuttuvan kuorman ominaisarvo sovitetaan kuorman vaihteluun, mitoitus on sekä käyttö- että murtotilassa tarkempi, maksimiluotettavuusvirhe ja kokonaismateriaalimenekki on pienempi, kuin missään osavarmuuslukunormissa. Muuttuvan kuorman vaihtelu voitaisiin huomioida myös osavarmuuslukumenetelmässä. Jos näin tehtäisiin, päädyttäisiin käytännössä sallittujen jännitysten menetelmään.

Ehdotetusta normimuutoksesta kaikki voittaisivat. Betonirakenteet ovat ylivarmoja, betonimenekki pienenisi ja betonirakenteet halpenisivat. Puurakentamisen suuri ongelma on aikavaikutuksesta johtuva monimutkainen ja kallis suunnittelu. Normi yksinkertaistuisi ja suunnittelukustannus pienenisi. Teräsrakenteissa teräsmenekki kasvaisi, mutta nykyiseen teräsrakentamiseen liittyvä alivarmuus poistuisi. Suunnittelijat hyötyisivät, sillä laskentatyö ja laskentatulosteet vähenisivät useita kymmeniä prosentteja, eräissä tapauksissa vähenisivät noin puoleen. Nykyisen normin suurin ongelma, monimutkaisuus, häviäisi. Kansantaloudellinen säästö olisi Suomessa suuruusluokaltaan noin 100 milj eur/a vähentyneiden virheiden, halventuneen suunnittelun ja pienentyneen materiaalimenekin johdosta. Kasvihuonepäästöt vähenisivät karkean arvion mukaan noin yhden prosentin.

Tampere 18.11.2019

Tuomo Poutanen

Tätä artikkelia on kommentoitu kerran

Yksi vastaus artikkeliin “Outoa eurokoodikehitystä, vaikka oikealla menettelyllä puurakenteiden suunnittelu helpottuisi ja betonirakenteet halpenisivat”

  1. Pidän julkisen ja avoimen esitelmän

    UUSI EUROKOODI

    Torstaina 12.12.2019 klo 14.15-15.15
    Tampereen Yliopiston Hervannan kampuksen rakennustalon sali RO105
    Korkeakoulunkatu 7, Tampere
    Ei ennakkoilmoittautumista

    ja

    Perjantaina 13.12.2019 klo 11.00-12.00
    Suomen standardisoimisliitto SFS ry:n ”Lautakunta” tila
    Malminkatu 34, Helsinki
    Rajoitetun osallistujamäärän vuoksi ennakkoilmoittautuminen
    tuomo.poutanen@tuni.fi, 0408490900

Vastaa

Tilaa uutiskirje

Kooste rakennusalan tärkeistä uutisista sähköpostiisi kolmesti viikossa. Saat myös kutsuja Rakennuslehden tapahtumiin. Lisätietoja

Kooste rakennusalan tärkeistä uutisista sähköpostiisi kolmesti viikossa. Saat myös kutsuja Rakennuslehden tapahtumiin.

Anna sähköpostiosoitteesi