Korkealujuusbetonia (> 60 MPa) tarvitaan korkeitten rakennusten kantavissa rakenteissa, etenkin niiden alimmissa kerroksissa. Alemmilla betonilujuuksilla voidaan runkorakenteet toteuttaa yleensä n 100 m korkeisiin rakennuksiin. Korkealujuusbetonia käytettäessä ei voida määritellä tarkkaa rajaa sille kuinka korkea rakennus käytännössä betonirungolla voidaan toteuttaa.
Korkean rakennuksen tärkeitä suunnittelun tavoitteita ovat rakennuksen staattinen kestävyys ja rakennuksen tasapaino, maan geotekninen kantavuus ja perustusten kantavuus, värähtelyn hallinta sekä mahdolliset onnettomuuskuormitustilanteet.
Suomessa korkeissa rakennuksissa esiintyvä tuulikuormitus ja sen vaikutukset rakennuksen värähtelyyn ovat merkittävin haaste suunnittelijalle. Yli 100 m korkeissa rakennuksissa värähtelyn vaikutukset on tutkittava tuulitunnelikokeilla. Värähtely aiheuttaa rakenteille dynaamisia kuormia. Ihmiset kokevat rakennuksen liian voimakkaan värähtelyn epämiellyttävänä ja myös siksi värähtelyn rajoittaminen on tärkeää.
Rakennuksen muoto vaikuttaa oleellisesti runkoon syntyviin värähtelyihin. Rakennuksen ohittava tuulen paine ja siitä syntyvät pyörteet aiheuttavat etenkin rakennuksen yläosissa voimakkaita imu- ja painevaikutuksia julkisivupintoihin.
Betonin käyttö korkeassa rakentamisessa on kasvanut
Betonin käyttö on lisääntynyt korkeissa rakennuksissa merkittävästi viimeisten 20 vuoden aikana. Syynä tähän ovat korkealujuusbetonien ohella lisäaineiden, pumppauksen ja nostomenetelmien kehitys. Myös raudoitus ja muottitekniikkaa on kehitetty korkeisiin runkoihin sopivaksi. Betonin käyttöä edistäviä hyviä ominaisuuksia ovat betonin lujuuden ohella hyvä äänen eristävyys ja hyvä palonkesto.
Tunnetussa BurDubain tornissa runko on 828 metrin korkuinen. Rakennus määritellään teräsrunkoiseksi, mutta siinä on betonia noin kymmenkertainen tonnimäärä teräkseen verrattuna. Valtaosa betonista on tehty paikalla valettuna.
Paikalla valetut rakenneosat soveltuvat hyvin korkeiden rakennusten runkorakenteisiin ja erityisesti jäykistäviin rakenteisiin. Paikalla valettujen rakenteiden jatkuvuus helpottaa huomattavasti rakenteissa esiintyvien voimien hallintaa. Rakennuksen rungon jäykistys hoidetaan kantavien seinien, tarvittavien hissi- ja muiden kuilujen sekä paikalla valettujen laattojen yhdessä muodostaman monoliittisen rakennejärjestelmän avulla.
Raudoituskomponentit suositeltavia
Suuret voimat vaativat rakenteisiin tavanomaista suuremmat raudoitusmäärät. Seinä- ja pilarirakenteiden raudoitukset voidaan jatkaa esim. Lenton-kierremuhvijatkosten avulla (kuva)
Limijatkosten käyttö ei ole useinkaan mahdollista tilanpuutteen vuoksi ja järeiden tankojen limijatkosten toiminta voi näissä rakenteissa olla myös teknisesti epävarmaa. Kuilujen ja holvien liittymä seinärakenteisiin voidaan hoitaa esivalmisteisten raudoituskomponenttien avulla
(kuva) Tapauskohtaisesti ratkaistavia raudoitus – ja rakennedetaljeja saatetaan tarvita seinien vaakaliitoksissa esiintyvien suurien voimien hallintaan. Esivalmisteiden raudoitekomponenttien käyttö eri rakenneosien raudoittamiseen on suositeltavaa teknisistä sekä työturvallisuussyistä johtuen.
Teolliset muottiratkaisut
Kaikkien rakenneosien valamiseen löytyy nykyisin erilaisia teollisia muottiratkaisuja. Eri rakenneosien muottityön lisäksi korkeissa rakennuksissa on oleellisen tärkeää huolehtia työturvallisuudesta ja suojata työntekijät korkealla yleensä vallitsevasta kovasta tuulesta. Muottiyhtiö Peri on kehittänyt tähän tarkoitukseen hyvin toimivan suojaseinäratkaisun. Seiniä voidaan hydraulisesti nostaa kerroksesta toiseen työn edetessä. Oheisessa kuvassa näkyy suojaseinien käyttö Helsingin Kalasataman Redi- työmaan ensimmäisessä asuintornityömaassa.
Suurtehopumppu betonointiin
Korkeiden rakennusten betonointi ei nykyisin ole ongelma. Betoni voidaan pumpata rakennukseen asennettavan teräksisen runkolinjan kautta ylimmille holveille saakka. Runkolinjoja jatketaan työmaan edistyessä. Betoni pumpataan maan tasossa olevalla korkeapainepumpulla ja massa jaetaan ylhäällä valukohteisiin jakelupuomin avulla. Bur Dubai tornin työmaalla betoni pumpattiin yhdellä pumpulla maanpinnan tasosta 610 m:n korkeuteen, joka on tähän astinen maailmanennätys tässä tekniikassa.
Kuvassa vasemmalla on pyörillä liikuteltava suurtehopumppu, johon betoniautot syöttävät massan. Kuvassa oikealla on saksalaisella työmaalla käytössä suuren ulottuman jakelupuomisto. Helsingin
Kalasataman Redi- kohteen asuintornissa on käytössä edellä kuvattu betonin pumppausjärjestelmä runkolinjaa pitkin. Rudus Oy toimittaa kohteen betonit.