Ihmisjoukkojen aiheuttama kuormitus on se kuormitus, jota varten rakenne on suunniteltu kantamaan, kun sillä olevat ihmiset ovat tiiviisti pakkautuneina eivätkä hajallaan, ja eurooppalaisessa käytännössä se ilmaistaan tasaisesti jakautuneena kuormituksena kilonewtonina neliömetriä kohti. Lähes jokaisessa eritelmässä mainitaan arvo 5 kN/m². Harvemmissa eritelmissä kerrotaan, mistä tämä luku on peräisin, ja juuri tämä ratkaisee, onko se oikea arvo ostettavalle rakenteelle.
The question is not academic. The category assigned to a viewing platform, a walkway or a footbridge sets the deck thickness, the beam depth and the loads that reach the foundations, so a structure designed one category too low is cheaper to build and wrong to use.
Mitkä luokitukset koskevat ihmisten käyttämiä alueita
Standardissa EN 1991-1-1 tilojen käyttötarkoitukset on jaoteltu luokkiin, joista kolme kattaa tilanteet, joissa ihmiset kokoontuvat suurina joukoina. Niitä ei erotella sen perusteella, kuinka monta ihmistä tilaan mahtuu, vaan sen perusteella, mitä nämä ihmiset tekevät.
| Luokka | Mitä se kattaa | Suositeltu qk |
|---|---|---|
| C3 | Ihmisten liikkuminen, esteetön liikkuminen | 3,0–5,0 kN/m² |
| C4 | Liikunta | 4,5–5,0 kN/m² |
| C5 | Suuret väkijoukot | 5,0–7,5 kN/m² |
Luokka C3 kattaa alueet, joilla liikkumista ei estä mikään: museot ja näyttelytilat, julkisten ja hallinnollisten rakennusten kulkualueet, hotellit ja sairaalat sekä asemien edustat. Luokka C4 kattaa alueet, joilla odotetaan fyysistä toimintaa, kuten tanssisalit, kuntosalit ja näyttämöt. Luokka C5 kattaa alueet, joille voi kerääntyä suuria väkijoukkoja; standardissa esimerkkeinä mainitaan konserttisalit, urheiluhallit katsomoineen, terassit ja kulkualueet sekä rautatieasemien laiturit.
Puistossa sijaitseva näköalatasanne luokitellaan yleensä luokkaan C3 tai C4 sen käyttötarkoituksesta riippuen, kun taas tapahtumapaikalla tai stadionin vieressä joen yli johtavalla tasanteella sijaitseva tasanne kuuluu luokkaan C5. Luokkien määritelmät kannustavat pohtimaan hetken verran vuoden vilkkainta päivää keskimääräisen päivän sijaan.
Miksi 5 kN/m² on suositus eikä sääntö
Taulukon arvot ovat vaihteluvälejä, ja ne on tarkoituksella määritelty vaihteluväleiksi. Eurokoodi julkaisee suositellut arvot ja jättää varsinaisen valinnan kunkin maan tehtäväksi, joka määrittää arvon kansallisessa liitteessään. Määritys, jonka mukaan rakenne on suunniteltava 5 kN/m²:n kuormitukselle Eurokoodin mukaisesti, voi viitata oikeaan kansalliseen arvoon tai olla sitä alhaisempi, eikä lauseesta itsestään käy ilmi, kumpi vaihtoehto on kyseessä.
Rajat ylittävissä hankinnoissa tämä on yleisin ongelman aiheuttaja. Yhdessä maassa suunniteltu ja toiseen maahan asennettu rakenne on oltava sen maan liitteen vaatimusten mukainen, jossa rakenne sijoitetaan, ei sen maan, jossa se on suunniteltu, ja juuri kuormitus on juuri sellainen parametri, jossa on eroja.
Silta ei ole rakennus
Yllä mainitut luokitukset perustuvat Eurokoodin rakennuksia käsittelevään osaan. Kävelysilta on silta, ja siltojen liikennekuormitukset määritellään standardissa EN 1991-2, jossa kävelysillalle suositeltu tasaisesti jakautunut kuorma riippuu kuormitetusta pituudesta eikä käyttötarkoituksen luokasta. Suositeltu kaava on qfk = 2,0 + 120 / (L + 30), jonka alaraja on 2,5 kN/m² ja yläraja 5,0 kN/m².
Kaavan taustalla oleva logiikka on syytä ymmärtää, sillä se selittää tuloksen, joka näyttää ensi silmäyksellä virheelliseltä: mitä pidempi jänneväli, sitä pienempi on neliömetriä kohti laskettu suunnittelukuorma. Kymmenen metrin pituinen, päästä päähän täytetty silta on tavallinen ilmiö, kun taas sata metriä pitkä, päästä päähän täytetty silta samalla tiheydellä ei ole, ja Eurokoodi ottaa huomioon tämän todennäköisyyden sen sijaan, että se olettaisi molempien olevan yhtä todennäköisiä.
Käytännössä tämä tarkoittaa, että näköalatasanteelle ja siihen johtavalle kävelysillalle voidaan määrittää kaksi erilaista suunnittelukuormitusta, ja molemmat voivat olla oikeita. Insinöörimme määrittelevät laskentapaketissa, mikä arvo koskee rakenteen mitäkin osaa, koska alumiinin suunnittelustandardi olettaa, että kuormitukset on jo määritetty muualla.
”Ihmisjoukko liikkuu, mutta paikallaan oleva hahmo ei kuvaa sitä”
Eurokoodissa kiinnitetään nimenomaisesti huomiota luokkien C4 ja C5 dynaamisiin vaikutuksiin, ja syynä tähän on se, että väkijoukossa olevat ihmiset liikkuvat synkronoidusti. Vilkkaalla rakenteella kävelytahti taipuu mukautumaan rakenteen liikkeeseen eikä päinvastoin, ja vaikutus kasvaa ihmismäärän kasvaessa. Siksi laiturialue voi läpäistä kaikki staattiset tarkastukset, mutta tuntua silti käyttökelvottomalta, kun se on täynnä.
Alumiinirakenteet vaativat tässä yhteydessä erityistä huomiota. Metalli on samankokoisena poikkileikkauksena noin kolmasosa teräksen jäykkyydestä, joten suunnittelussa otetaan usein huomioon pikemminkin käyttökelpoisuus kuin lujuus, ja valmiin rakenteen taajuus on suunnittelutulos, joka tulisi ilmoittaa etukäteen eikä selvittää vasta avajaispäivänä.
The parapet carries a load as well
Teknisissä eritelmissä huomio kiinnitetään yleensä terassipintaan, ja kaide käsitellään puusepäntyönä. Näin ei kuitenkaan ole. Parapetit ja kaiteet on suunniteltu kestämään vaakasuoraa linjakuormitusta, joka kohdistuu käsijohteen korkeudelle, ja tilanteissa, joissa ylikuormitus on mahdollista, kaiteeseen sovelletaan luokkaan C5 liittyvää linjakuormitusta, vaikka terassipinta itsessään kuuluisikin alempaan luokkaan.
Tämä on se kohta, joka puuttuu useimmiten tarjousasiakirjoista, ja kyseessä on kallis laiminlyönti, koska kaiteiden kiinnikkeet ja niitä kannattelevat pylväät on integroitu terassin rakenteeseen. Vaatimuksen lisääminen valmistuksen jo alettua tarkoittaa terassin muuttamista, ei kaiteen.
Mitä erittelyssä on mainittava
Viisi riviä riittää. Mainitse käyttötarkoitusluokka. Ilmoita laskenta-arvo yksiköinä kN/m² ja sen lähteenä oleva kansallinen liite. Ilmoita, käsitelläänkö rakennetta siltana vai rakennuksena, sillä se määrää, mikä Eurokoodin osa määrittää kuormituksen. Ilmoita esteen vaakasuora viivakuormitus. Lopuksi ilmoita, vaaditaanko dynaamista arviointia ja mitä mukavuuskriteeriä valmiin rakenteen on täytettävä.
Juuri tuo viimeinen rivi erottaa sellaisen erittelyn, jonka on laatinut henkilö, jolla on aiempaa kokemusta rakennuksen tilaamisesta, erittelystä, joka on laadittu mallipohjan mukaan. Mukavuuskriteeri muuttaa subjektiivisen valituksen mitattavaksi hyväksyntätestiksi, eikä sen lisääminen maksa mitään.
Ennen alustan suunnittelua
Luku 5 kN/m² on kohtuullinen lähtökohta, mutta huono päätepiste. Se on suositeltu arvo tietyn vaihteluvälin sisällä; vaihteluväli määritetään kansallisella tasolla, ja sillana käsiteltävän rakenteen arvo lasketaan täysin eri tavalla. Mikään näistä ei ole vaikeaa, mutta mikään ei tapahdu itsestään, jos tarjouspyynnössä ei mainita asiasta mitään.
Insinöörimme tarkastavat kuormitusmäärittelyn luonnoksen ennen sen julkaisemista ja määrittelevät asennusmaassa sovellettavat luokat ja arvot. Se alumiiniset näköalatasanneet ja kävelytie Rakentamamme rakennukset suunnitellaan asiakkaan määrittelemän luokan mukaisesti, ja laskelmissa käytetyt kuormitukset on esitetty laskentapaketissa, jotta asiakkaan oma insinööri voi tarkistaa ne sen sijaan, että joutuisi luottamaan niihin sokeasti.