Antti Leinonen SEMINAARIESITELMÄ: PUURAKENTEISET ASUIN- JA TOIMISTORAKENNUKSET

Transkriptio

1 Rakennuksen rungon suunnittelu Rak Tuomas Leminen Markus Kollin Antti Leinonen SEMINAARIESITELMÄ: PUURAKENTEISET ASUIN- JA TOIMISTORAKENNUKSET

2 SISÄLLYS 1. JOHDANTO 3 2. PUU RAKENNUSMATERIAALINA FYSIKAALISET OMINAISUUDET (SIIKANEN 1998) KOSTEUS LÄMPÖ SÄHKÖISET OMINAISUUDET AKUSTISET OMINAISUUDET LUJUUSOMINAISUUDET PALOTEKNISET OMINAISUUDET 5 3. RAKENTAMISMÄÄRÄYKSET 5 4. ASUINRAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMÄT KANTAVAT SEINÄT - JÄRJESTELMÄ (Viljakainen 1997) PILARI- PALKKIJÄRJESTELMÄT JA PILARI- LAATTAJÄRJESTELMÄT(Viljakainen 1997) 8 5. TOIMISTORAKENNUSTEN PUURUNKO TOIMISTORAKENNUSTEN JÄYKISTÄMINEN JÄYKISTYS AVOIMESSA PUURAKENNUSJÄRJESTELMÄSSÄ POIKKEUKSET TOIMISTORAKENNUKSISSA ESIMERKKEJÄ TOIMISTORAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMISTÄ METSÄNTUTKIMUSLAITOS (METLA) KOHTEEN ESITTELY RAKENNERATKAISU VÄLIPOHJA PILARIT PALKIT LIITOKSET JÄYKISTYS FINNFOREST MODULAR OFFICE (FMO) KOHTEEN ESITTELY RAKENNERATKAISUT VÄLIPOHJA PILARIT PALKIT LIITOKSET JÄYKISTYS LÄHDELUETTELO 19 2

3 1. JOHDANTO Rakentamisessa olennaisena osana suunnitteluun kuuluu käytettävän materiaalin valinta. Puu on yksi vaihtoehto monien muiden joukossa. Materiaalina puu asettaa rakennukselle erityisiä vaatimuksia esim. palomääräysten takia. Toisaalta puu tarjoaa mahdollisuuksia omaleimaisille ja mielenkiintoisille esteettisille ratkaisuille. Tässä seminaarityössä on esitelty erilaisia vaihtoehtoja puurakenteisten asuin- ja toimistorakennusten toteuttamiseksi. Lisäksi työssä on käsitelty puuta rakentamismateriaalina. 2. PUU RAKENNUSMATERIAALINA. Puulla on hyvät rakennustekniset ominaisuudet. Puun monipuolisuutta kuvaa hyvin se, että sitä voidaan käyttää kantavissa rakenteissa ja pintamateriaalina. Puun käyttö rakentamisessa perustuu sen hyviin ominaisuuksiin (Siikanen 1998): Puu on suhteellisen kevyt materiaali. Puu on helppo ja siisti työstettävä. Puutuotteita ja puisia rakennusosia voidaan liittää toisiinsa monin tavoin. Puukonstruktioilla saavutetaan monia rakenne- ja tilamuotoja, jotka eivät olisi lainkaan tai olisivat vain vaivoin toteutettavissa muilla toteutustavoilla. Monet puurakenteet ovat taloudellisempia kuin vastaavat betoniset tai muut massiiviset rakenteet. Puusta ei haihdu terveydelle vaarallisia aineita. Puulla on rakennusfysikaalisesti edullisia ominaisuuksia kuten hyvä lämmön eristävyys ja hyvät lujuusominaisuudet painoon nähden. Puu soveltuu hyvin sekä kesä- että talvi rakentamiseen. Puu on puhdas, uusiutuva luonnontuote. Puuta on saatavana kaikkialla. Puu on enne kaikkea lämmin, kaunis materiaali, joka vanhenee kauniisti. Puun käyttö rakennusmateriaalina rajoittavat/vaikeuttavat ainakin seuraavat seikat(siikanen 1998): Suuri kosteuseläminen Palavuus Lahoamisalttius Materiaalin anisotrooppisuus. 2.1 FYSIKAALISET OMINAISUUDET (SIIKANEN 1998) KOSTEUS Normaalioloissa puu sisältää aina vettä. Osa siitä on irtaimena ja osa sitoutuneen a soluseinämiin. Kun puu kuivuu, haihtuu ensin vapaana soluonteloissa oleva vesi ja sitten sitoutunut vesi. Kosteustilaa, jossa vapaana oleva vesi on haihtunut, kutsutaan puunsyiden kyllästymispisteeksi. Puun kosteuden laskiessa alle kyllästymispisteen, poistuu soluseinämiin sitoutunutta vettä, mikä aiheuttaa puun kutistumista. Puun kutistuessa sen lujuusominaisuudet paranevat. Koska puu on anisotrooppinen materiaali, se kutistuu ja turpoaa eri suuntiin eri tavoilla. Esim. mänty ja kuusi kutistuvat kuivuessaan pituus suunnassa 0,2-0,3%, tangentin suunnassa noin 8% ja säteen suunnassa noin 4%. Tilavuuskutistuminen on noin 12%. Tämän vuoksi puun pitkittäissuuntaisella kosteuselämisellä ei ole vaikutusta rakenteelliseen suunnitteluun. Poikittainen kosteuseläminen on 3

4 sen sijaan otettava huomioon. Puun liiallinen kosteus on haitallista rakenteen toimivuudelle, joten puu on huolellisesti kuivattava enne käyttöä. Puun oikeanlaisella kuivaamisella on eritäin suuri merkitys puun lujuudelle ja säilymiselle. Kuva 2.1 Puun kuivumisesta aiheutuva muodonmuutos (Siikanen 1997.s. 39) LÄMPÖ Muiden hyvien ominaisuuksiensa lisäksi puulla on myös hyvät lämpötekniset ominaisuudet. Huokoisuutensa takia puu johtaa huonosti lämpöä. Eristeenä käytettyyn mineraalivillaan verrattuna puun lämmönjohtavuus on noin 3-kertainen, mutta se on vain noin 1/12 betonin lämmönjohtavuudesta. Esim. männyn lämmönjohtavuus syiden suunnassa on 0,22 W/m C ja syitä vastaan kohtisuorassa 0,14 W/m C. Kosteus vaikuttaa lämmönjohtavuuteen. Kosteuden kasvaessa 1%, kasvaa lämmönjohtavuus 2,7%. Puun lämpökapasiteetti eli lämmönvaraamiskyky riippuu puun tiheydestä, kosteudesta, lämpötilasta ja syysuunnasta. Alueella C voidaan kuusella ja männyllä käyttää keskimääräisenä ominaislämmön arvona c=2300 J/kg C. Veden ominaislämpö on noin nelinkertainen puuhun verrattuna, joten kosteuden kasvaminen nostaa ominaislämpöä. Puun lämpölaajeneminen on vähäistä kosteuden aiheuttamiin muodonmuutoksiin nähden. Kuivumiskutistuminen kompensoi lämpölaajenemisen SÄHKÖISET OMINAISUUDET Kuivan puun sähköjohtavuus on alhainen. Kuivaa puuta voidaankin verrata eristeisiin. Puunsyiden kyllästymispisteessä puun sähkönjohtavuus on lähellä veden sähkönjohtavuutta AKUSTISET OMINAISUUDET Puun akustisilla ominaisuuksilla on merkitystä kohteissa, jossa rakenteelta vaaditaan tiettyjä äänen eristys- tai vaimennusominaisuuksia. Koska puu on tilavuuspainoltaan kevyt materiaali, ovat sen ääneneristysominaisuudet huonot. Äänen vaimennusominaisuuksiltaan puu on kohtalainen. Puu soveltuu käytettäväksi esim. konserttisaleihin, koska sillä on hyvä resonoimiskyky LUJUUSOMINAISUUDET Puu on anisotrooppista ainetta, joten sen lujuusominaisuudet riippuvat siihen kohdistuneen kuorman suunnasta. Lujuusominaisuudet vaihtelevat käytetystä puulajista/materiaalista riippuen. Rakennuksissa käytetyltä puutavaralta vaaditaan seuraavia lujuusominaisuuksia: Kimmoisuus 4

5 Puristuslujuus Taivutuslujuus Leikkauslujuus Kulutuksenkestävyys Näille lujuusominaisuuksille on määritetty erilaisia taulukkoarvoja ja niitä on löydettävissä esim. Eurocode:sta. Puun kosteus vaikuttaa lujuusominaisuuksiin taulukon 2.1 esittämällä tavalla. taulukko 2.1. Virheettömän puun likimääräinen muutos -%/kosteuden muutos -%. Perustana ovat ominaisuudet 12%-kosteudessa.(Kurkela 1996 s.15) PALOTEKNISET OMINAISUUDET Puun palotekniset ominaisuudet rajoittavat puun käyttöä ja soveltuvuutta erilaisiin rakenteisiin. Puu pehmenee lämpötilan noustessa. Puun ollessa kosteaa pehmeneminen alkaa aikaisemmin kuin kuivalla puulla. Puun syttymiseen tarvittava aika riippuu lämpötilasta siten, että mitä suurempi lämpötila, sitä lyhyempi syttymisaika. Puun paloteknisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa palonkyllästyksellä. Kantavien rakenteiden suunnittelun kannalta on tärkeää tietää puun palamisnopeus, jotta se voidaan ottaa mitoituksessa huomioon. 3. RAKENTAMISMÄÄRÄYKSET Rakentamista ohjaavat lait, asetukset valtioneuvostojen ja ministeriöiden päätökset sekä rakentamismääräykset ja - ohjeet. Suomen rakentamismääräyskokoelmassa annetaan maankäyttö- ja rakennuslakia, ja -asetusta täydentäviä rakennusteknisiä määräyksiä ja ohjeita. Rakentamismääräyskokoelman määräykset ovat velvoittavia. Ohjeet sen sijaan eivät ole velvoittavia, vaan muitakin kuin niissä esitettyjä ratkaisuja voidaan käyttää, jos ne täyttävät rakentamiselle asetetut vaatimukset. Rakentamismääräyskokoelman määräykset koskevat uuden rakennuksen rakentamista. Rakennuksen korjaus- ja muutostyössä määräyksiä sovelletaan, jollei määräyksissä nimenomaisesti määrätä toisin, vain siltä osin kuin toimenpiteen laatu ja laajuus sekä rakennuksen tai sen osan mahdollisesti muutettava käyttötapa edellyttävät ( Eurocode -standardit ja niiden kansalliset liitteet tulevat korvaamaan rakentamismääräyskokoelman. Kokoelmassa on esitetty määräyksiä koskien kaikkia tärkeitä rakentamiseen liittyviä tekijöitä. Esim. suunnittelijaa koskevat vaatimukset on esitetty osassa A2 ja puurakenteisiin liittyvät seikat on esitetty osassa B10. 5

6 4. ASUINRAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMÄT Puurakentamisessa on monia käytettävissä olevaa runkojärjestelmävaihtoehtoa. Näistä asuntorakentamiseen parhaiten sopivat: Kantavat seinät - järjestelmä Pilari-palkkijärjestelmä Pilari-laattajärjestelmä Kantavan rungon sekajärjestelmät 4.1 KANTAVAT SEINÄT - JÄRJESTELMÄ (Viljakainen 1997) Kantavat seinät -mallisia runkojärjestelmiä ovat sellaiset järjestelmät, joissa kantavaa rakennetta ja seinien runkoa ei ole eritelty toisistaan, vaan joissa seinien rungot voivat sellaisinaan toimia kantavina rakenteina. Hyvä esimerkki kantavat seinät -järjestelmästä ovat ns. platform-framemenetelmä sekä sen sovellukset puoli- ja täyselementtijärjestelmät. Platform frame - menetelmä on kantavat seinät -mallinen puinen rankorakenne. Platformilla rakentaminen on valmisosista rakentamista, jossa rakennuksen kokoaminen tapahtuu työmaalla. Platform -järjestelmässä rakennuksen runko rakennetaan kerroksittain siten, että jokainen vaakataso toimii työalustana seuraavan kerroksen pystyrakenteiden rakentamiselle. Seinien rungot kootaan vaakatasojen päällä valmiiksi elementeiksi ja nostetaan pystyyn. Valmisosien käyttö tarkoittaa puutavaran osalta ns. pre-cut puutavaraa. Suunnittelun osalta menetelmä vaatii tarpeeksi yksikertaisten ja tarkasti mitoitettujen valmisosien suunnittelua. Kaikkia osia ei kuitenkaan kannata suunnitella elementeiksi, vaan osia voidaan työstää sopiviksi myös työmaalla. Rungon peruskomponentit näkyvät kuvasta 4.1. Platform- puurakennejärjestelmässä lähes kaikki liitokset voidaan tehdä naulaamalla. Rakentamisen helppoudesta johtuen tarvitaan vain perustyökaluja. Myöskään raskasta nostokalustoa ei rakenneosien keveydestä johtuen tarvita. Rakennuksen runkoon kohdistuu pystysuuntaisten voimien lisäksi myös vaakasuuntaisia voimia kuten esim. tuulen ja rakennuksen massan aiheuttamat voimat. Tästä johtuen on rakennuksen runko jäykistettävä, ettei se kaatuisi tai etteivät sen rakenteet vääntyisi. Rungon jäykistävien rakenteiden on tarkoitus siirtää runkoon kohdistuvat vaakakuormitukset perustuksille. 6

7 kuva 4.1. Rungon peruskomponentit. 1. yläsidepuut, 2.levyjäykiste, 3.runkotolppa, 4. alasidepuu, 5.aluslattialevy, 6.välipohjapalkki, 7.kehäpalkki. (Viljakainen 1997.s.37) Koska yksi jäykistävä levyrakenne voi siirtää kuormia vain yhdessä tasossa, tarvitaan vähintään kolmen suuntaisia jäykistäviä tasoja. Platform -järjestelmässä jäykistys hoidetaan pääasiassa levyrakenteilla, jolloin jäykisteinä toimivat aluslattiat ja osa sisä- ulkoseinistä. Levyinä käytetään jäykkyysluokiteltuja rakennuslevyjä, joiden lisäksi voidaan käyttää metallisia vinojäykisteitä. Jokaiselle käytettävälle levytyypille on määritettävä kiinnitysohjeet. Levyjäykistyksen periaate on esitetty kuvassa 4.2. kuva 4.2. Levyjäykistyksen periaate. Liitoksien tehtävänä on estää levyjen kiertyminen (Viljakainen 1997 s.49) Lisäksi rakennusta jäykistettäessä on otettava huomioon myös rakentamisaikainen jäykkyys ja jäykkyyden säilyminen palotilanteessa. Käytännössä rakennusaikaisen jäykkyyden huomioiminen tarkoittaa sitä, että jäykistys levyt asennetaan seiniin jo seinien pystytys vaiheessa. Palotilanteessa jäykistävien levyjen palettua rungon jäykkyyden tulee säilyä, jos rakenteelta vaadittu palonkestoaika on pidempi kuin jäykistävien levyjen palonkestoaika. Tämän vuoksi jäykistävät levyt päällystetään palon kestävällä kipsikartonkilevyllä. Palo-osastossa olevien rakenteiden 7

8 palaminen ei myöskään saa aiheuttaa koko rakennuksen jäykistysjärjestelmän kantokyvyn menetystä. kuva 4.3. Esimerkkejä naulaliitoksista. (Siikanen s.56) 4.2 PILARI- PALKKIJÄRJESTELMÄT JA PILARI- LAATTAJÄRJESTELMÄT(Viljakainen 1997) Pilari- palkki- ja pilari- laattajärjestelmissä kantava rakenne on erotettu omaksi kokonaisuudekseen tilaa rajaavista rakenteista. Järjestelmiä voidaan pitää moderneina versioina 1800-luvulle asti yleisestä massiivisesta ristikkorakentamisesta. Pilari- palkki järjestelmä koostuu kantavista pilareista ja palkeista sekä niihin liittyvistä täydentävistä seinä-, laatta-, ja kattorakenteista. Pystyrakenteina toimivat pilarit, joiden avulla kuormat johdetaan perustuksille. Vaakasuunnassa kuormat johdetaan pilareille palkkien avulla. Kantavaan runkoon liittyvät täydentävät rakenteet ovat hyvin samankaltaisia kuin kantavat seinät -järjestelmässä. Täydentävistä rakenteista seinien on tarkoitus kantaa vain oma painonsa. Seinät erotetaan joustavilla liitoksilla palkeista, jotta ääni ei pääsisi siirtymään rakenteiden välillä. Laatat ja kattorakenteet on ripustettu primääripalkkeihin. Pilari- palkkijärjestelmässä täydentävät rakenteet voivat olla joko paikalla rakennettuja, osittain tai kokonaan elementein toteutettuja. Pilari- laattajärjestelmä on periaatteeltaan melko samanlainen kuin pilari- palkkijärjestelmä. Pystyrakenteina toimivat pilarit, joilla kuormat välitetään perustuksille. Järjestelmässä primääripalkit on integroitu laattarakenteisiin, mikä yleensä edellyttää laattarakenteiden esiteollista valmistamista. 8

9 kuva 4.3. Pilari- palkkirunko. (Viljakainen s.68) Pilari- palkkirungon materiaalina voidaan tilanteesta (esim. kuormista ja jänneväleistä) riippuen käyttää liimapuuta, viilupuuta tai massiivipuuta. Liitoksissa käytetään yleensä teräsosia, mutta myös kokonaan puisia liitostapoja kehitellään. Liitosvaikutuksen aiheuttava teräosa sijoitetaan yleensä puun sisälle, jolloin puu samalla palosuojaa teräksen. Perinteisiä liitostapoja ovat Esim. puiset tappi-, vaarna liitokset. Pilari- palkkirunko voidaan palosuojata sijoittamalla se osastoivien rakenteiden sisään, puuaineksen ylimääräisellä hiiltymävaramitoituksella tai erillisellä palosuojauksella. Pilari- palkkirunko voidaan jäykistää monella tavalla. Vaakasuuntainen jäykistys kannattaa yleensä hoitaa laattojen avulla. Pystysuuntainen jäykistys voidaan matalissa rakennuksissa hoitaa pilarien ja palkkien kehäjäykistyksellä. Korkeissa rakennuksissa joudutaan tavallisesti käyttämään levyjäykistystä tai erillisiä, yleensä teräksestä valmistettuja jäykistysristikoita. Levyjäykistystä käytettäessä ongelmaksi muodostuu rakennusaikaisen jäykistyksen puuttuminen levyrakenteiden asentamiseen asti. kuva 4.3. Pilari- palkkirungon liitoksia A) Liimapuupalkkien ja pilarien liitos ulkoseinällä. B)Sama liitos huoneistojen välisessä rakenteessa Edellä mainittujen järjestelmien etuna voidaan pitää sitä, että pystyrakenteet vievät vain vähän tilaa ja pistemäisinä ne rajoittavat suunnittelua vain vähän. Tämä takaa kyseisille järjestelmille hyvän suunnittelu- ja muuntojoustavuuden. Muunnettavuus on hyvä myös pystysuunnassa, koska osia 9

10 laattakentistä voidaan avata rakenteellisen lujuuden heikentymättä. Rakenteellisesti järjestelmän etu on kuormien tasainen jakaantuminen ja siitä johtuen suurien pistekuormien estyminen. Merkittävä etu pilari - palkkijärjestelmässä on korkeasta esivalmistusasteesta johtuva rakentamisen nopeus. Järjestelmä voi kuitenkin myös rajoittaa suunnittelua, ongelmaksi voi muodostua esim. rungon jäykistäminen. Suurin ongelma edellä mainituissa järjestelmissä on kustannukset. Kustannuksia kohottavat esim. järjestelmien edellyttämä tehdasvalmistus ja tarvittava raskas työmaakalusto. Myös materiaalimenekki kasvaa verrattuna kantavat seinät järjestelmään. Lisäksi kustannuksiin vaikuttaa liitostekniikoiden tuotekehitys. 5. TOIMISTORAKENNUSTEN PUURUNKO Toimistorakennuksen runkojärjestelmänä voidaan käyttää edellä esitettyjä menetelmiä. Usein toimistorakennuksissa pilarit ja palkit jätetään näkyville mielenkiintoisten esteettisten ratkaisujen vuoksi. 5.1 TOIMISTORAKENNUSTEN JÄYKISTÄMINEN JÄYKISTYS AVOIMESSA PUURAKENNUSJÄRJESTELMÄSSÄ Toimistorakennusten jäykistämisessä voidaan tietyiltä osin soveltaa avoimen puurakennusjärjestelmän jäykistysmenetelmiä, olkoonkin että järjestelmän jäykistysmallit soveltuvat parhaiten puurakenteisten pien- ja kerrostalojen valmistukseen. Rakennuksen rungon vakavuuden varmistamiseksi runkojärjestelmä tai sen osat jäykistetään tarkoituksenmukaisella tavalla. Jäykistys tarvitaan lähinnä tuulikuormia vastaan. Yleisimpiä jäykistystapoja ovat seinien ja vaakarakenteiden levy- tai vinojäykisteet sekä rakennuksen runkoa jäykistävä porrashuone ja/tai hissikuilu. Levyjäykisteiden etuna vinojäykisteisiin nähden on se, että tällöin voimat jakautuvat tasaisesti koko rakenteelle eivätkä keskity kuten vinojäykistyksessä tapahtuu. Yleensä on työjärjestyksen kannalta edullista käyttää ulkoseinissä jäykistävää tuulensuojalevyä, jolloin se jäykistää runkoa jo rakennusvaiheessa. Vaakasuunnassa rakennus jäykistetään välipohjien aluslattialevytyksin ja tarvittaessa yläpohjan kattolevytyksellä tai aluskatelevyillä. Jäykistyksen kannalta on edullista, jos aluslattialevy tehdään yhtenäisenä koko rakennuksen alalta. Rakennuksen jäykistyksen kannalta huomioon otettavia seikkoja ovat: jäykistys on yleensä edullista jakaa mahdollisimman laajalle ja siksi on suositeltavaa, että pääosa ulkoseinistä ja huoneistojen välisistä seinistä tehdään jäykistäviksi huoneiston sisäisiä jäykistäviä seiniä tulisi välttää, koska niissä jäykistyksen palosuojaus on hankalaa jäykistävien seinien (tai seinän osien) tulisi olla mahdollisimman pitkiä, vähintään huonekorkeuden mittaisia jäykistävät seinät (tai seinän osat) tulisi sijoittaa päällekkäin, jolloin jäykistävän seinälevyn korkeus vastaa rakennuksen korkeutta (vastaavasti jäykistävässä ulkoseinässä suurehkot ikkuna-aukot tulisi sijoittaa päällekkäin) rungon leveyden suurentamisesta on etua rungon jäykistämiselle Jäykistys suunnitellaan ja mitoitetaan siten, että se toimii myös mahdollisessa palotilanteessa. Jäykistyksen tulee toimia koko rakenteelta edellytetyn palonkestoajan. Palotilanteen mitoitus voi 10

11 perustua normaalimitoituksesta poikkeavaan jäykistystapaan, jossa vaakakuormien voidaan otaksua siirtyvän ulkoseinien tuulensuojalevyille sekä välipohjan välityksellä viereisten palolta suojassa olevien huoneistojen jäykistäville rakenteille. Jäykistävät levyt joudutaan yleensä päällystämään suojaverhouksella (esim. kartonkipintaisella kipsilevyllä). Osastoivissa jäykistävissä seinissä on jäykistävä levy kiinnitettävä yleensä seinän molemmille puolille. Jäykistyksen lisäksi eri kerrokset sidotaan välipohjarakenteiden välityksellä toisiinsa. Sidonta voidaan tehdä tarkoitukseen soveltuvin nauloin, ruuvein tai pultein. Alin kerros ankkuroidaan rakennuksen perustuksiin. Ankkurointi, sidonta sekä jäykistävien levyjen kiinnitykset mitoitetaan aina tapauskohtaisesti POIKKEUKSET TOIMISTORAKENNUKSISSA Koska puu on kevyttä, siitä valmistettujen rakenteiden stabiliteetti ei ole yhtä suuri kuin esimerkiksi teräs- ja betonirakenteissa. Näin ollen, suunniteltaessa puurunkoisen toimiston jäykistystä, tulee vastaan erilaisia ongelmia kuin muiden materiaalien kohdalla. Toimistorakennuksille tyypillisiä ominaisuuksia ovat mm. välipohjien suuret aukot, runsas lasipinta julkisivuissa ja muuntojoustavuus. Näin ollen toimistoja on käytännössä lähes mahdotonta jäykistää avoimen puurakennusjärjestelmän keinoin tai ylipäänsä puusta valmistetuilla rakenteilla. Puurunkoisten toimistorakennusten yksilöllisyydestä johtuen myös jäykistyskeinot ovat usein tapauskohtaisia. Voidaan todeta, että yleisessä tapauksessa puurunkoinen toimistorakennus jäykistetään teräsbetonisilla porras- ja ilmanvaihtokuiluilla. Teräsbetoniset tornit ovat paloturvallisuuden kannalta melko hyvä vaihtoehto. Lisäksi betonin suurempi omapaino antaa enemmän stabiliteettia vastaavaan puusta tehtyyn torniin nähden. Vaakasuuntaisessa voimien siirtämisessä saattaa joissakin tapauksissa olla järkevää valaa puisten kotelopalkkien päälle pintavalu. 6. ESIMERKKEJÄ TOIMISTORAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMISTÄ Työssämme tarkastellaan kahta puurakenteista toimistorakennusta. Työ rajattiin käsittelemään Metlan ja FMO:n rakenneosien ja elementtien asennustekniikoiden toteutustapoja. Molempien kohteiden rakenneratkaisut käytiin läpi METSÄNTUTKIMUSLAITOS (METLA) KOHTEEN ESITTELY Metlassa on kolme toimistokerrosta ja niiden päällä IV-konehuone. Kerrosalaa kohteessa on noin 7653 m 2 ja kokonaistilavuus on noin m 3. Puuta rakennukseen on tarvittu 2000 m 3. Toimistorakennuksessa on työpisteet 225 henkilölle sekä laboratoriotiloja. Metla-talo perustuu kehämäiseen, keskeispihaa kiertävään ratkaisuun. Sisäänkäyntialuetta hallitsevat kelohonkaiset puuseinät. Aulatilan kattoa kannattelee massiiviset kimppupilarit. Kosteuden hallinnan varmistamiseksi ja muuntojoustoa silmälläpitäen ensimmäiseen kerrokseen on sijoitettu laboratoriotilat ja valtaosa märkätiloista. 11

12 6.1.2 RAKENNERATKAISU Rakennejärjestelmä on toimistotaloissa yleisin pilarit-palkit-laatat -ratkaisu. Rungon jäykistää teräsbetoniset porrashuoneet ja IV-kuilut. Liikuntasaumalohkoja rakennuksessa on kolme. Perustus ja alapohja ovat teräsbetonia. Pilarit ovat kerroksen korkuisia ja palkit staattiselta toimintatavaltaan kaksiaukkoisia leukapalkkeja, joiden varaan kotelolaatat asennetaan. Pilareilta tulevat kuormat viedään palkkien läpi teräsosien avulla. Rakennuksen moduulijako on 7200 mm. Kuvassa 6.1 on esitetty yksi rakennuksen poikkileikkauspiirustus. Kuva 6.1. Metlan poikkileikkauspiirustus (Metlan viitesuunnitelma) Kuvassa 6.1 näkyy rakennejärjestelmä, mihin kuuluvat liimapuiset pilarit, palkit sekä massiivipuukotelolaatat VÄLIPOHJA Palkkien alaosat ovat liimapuuta ja yläosat betonia. Palkkien hyödyllinen korkeus on 580 mm ja jänneväli 7200 mm. Välipohjalaatat ovat massiivipuisia kotelolaattoja, joiden päälle on valettu 80 mm betonia. Betonilaatta sitoo laataston jäykäksi levyksi, jonka avulla vaakavoimat siirretään jäykistäville betoniseinille. Laattojen jänneväli on 7200 mm ja rakennekorkeus 315 mm. Puupalkit ja -kotelot sekä betonivalu toimivat liittorakenteena, mikä lisää jäykkyyttä sekä parantaa värähtelyominaisuuksia ja käyttömukavuutta PILARIT Kantavat pilarit ovat liimapuuta, kooltaan keskimäärin 400x400mm 2. Pilarit ovat liimattu yhteen kahdesta samankokoisesta osasta. Liitoksien vaatimat teräsosat myös yhdistävät osat toisiinsa. Pilarin rakenne on esitetty kuvassa 2. 12

13 Kuva Liimapuupilarin rakenne (Metlan viitesuunnitelma) PALKIT Kantavat palkit ovat pääosin kaksiaukkoisia liimapuusta valmistettuja leukapalkkeja. Palkkien yläpinnat ovat varustettu kuvan 3 mukaisilla vaarnoilla, joilla kotelolaatat liitetään palkkiin. Kuva 6.3. Palkin rakenne (Metlan viitesuunnitelma) LIITOKSET Kuvassa 4 on esitetty pilarin ja palkin välinen liitos. Palkissa on liitoksen kohdalla halkaisijaltaan 300 mm kokoinen reikä. Pilarin teräksiset liitososat kulkevat palkin läpi ylempään pilariin. 13

14 Kuva Pilarin ja palkin välinen liitos (Metlan viitesuunnitelma) JÄYKISTYS Rakennuksen jäykistys on toteutettu paikallavaletuilla porras- ja iv-kuilujen teräsbetoniseinillä. (Metlan viitesuunnitelma) 6.2. FINNFOREST MODULAR OFFICE (FMO) 6.2.1KOHTEEN ESITTELY Rakennus on puurakenteinen 4-kerroksinen noin 240 työntekijälle tarkoitettu toimistotalo. Kellarikerros on betonirakenteinen. Myös jäykistävinä rakenteina toimivat porras- ja hissikuilut ovat teräsbetonia. Katon jäykistävät ristikot ovat terästä. FMO:n kokonaispinta-ala on brm² ja tilavuus m3. Talo on Euroopan korkein puurunkoinen toimistotalo. Kuvassa 5 on esitetty rakennuksen runko kolmiulotteisesti ilman kotelolaattoja sekä kotelolaattojen kanssa. 14

15 Kuva Finnforest Modular Office 3D-kuva (Suunnitelukortes Oy). FMO koostuu kuudesta eri lohkosta A:sta F:ään. Lohkojako toteutettiin rakennusaikana numeromoduulien jaolla seuraavasti: 1-4 on A, 4-6 on B, 6-9 on C, 9-11 on D, on E ja on F RAKENNERATKAISUT FMO:n runko on pilari-palkki-laatta-rakennejärjestelmään perustuva kertopuuelementtirunko. Pilarit ovat yhden kerroksen korkuisia ja palkit yksiaukkoisia. Pilarien ja palkkien kantamat kuormat siirretään liitoskohtien teräsosilla alaspäin kohti perustuksia. Rakennuksen moduulijako on pääosin 7200 mm VÄLIPOHJA Kohteen välipohjat ovat kertopuurakenteisia kotelolaattoja kuvan 6 mukaisesti. Kuva FMO:n kotelolaatta. 15

16 Kotelolaatassa pitkittäiset jänteen suuntaiset rivat ovat laatan ylä- ja alapuolisen kertopuulevyn välissä. Levyt ovat kiinnitetty ripoihin sekä liimaamalla että ruuvaamalla. Palkin jänteen puolivälissä olevat poikittaiset rivat jäykistävät laattaa poikittaissuunnassa. Välipohjarakenne muodostuu kotelolaatan lisäksi laatan päälle asennettavasta askeläänieristeestä sekä eristeen päälle valettavasta pintabetonilaatasta PILARIT Kohteen pilarit ovat kertopuurakenteisia pilarielementtejä. Pilarien liitokset ovat toteutettu teräslevyliitoksina. Kuvassa 7 on esitetty pilarin rakenne. Kuva 6.7. Pilarin rakenne PALKIT Palkit ovat pääosin kertopuisia 360 x 600 mm leukapalkkeja. Kuvassa 8 on havainnollistettu palkkien rakenne. Palkkien konsolit on kiinnitetty vinoruuvauksilla palkkiin. Muutoin palkit koostuvat kahdesta 180 mm leveästä kertopuupalkista, jotka ovat kiinnitetty toisiinsa sekä liimaamalla että pulteilla. 16

17 Kuva 6.8. Kertopuupalkkien rakenne LIITOKSET Pilarien ja palkkien sisäiset teräsosaliitokset ovat tappivaarnaliitoksia. Elementtien väliset liitokset ovat teräksisiä pulttiliitoksia. Kuvassa 9 on esitetty pilari-palkki-pilari-liitos. Kuva Pilari-palkki-pilari-liitos. Kuvassa 10 on esitetty palkin ja kotelolaattojen välinen liitos. Liitoksesta saadaan kestävä siten, että laattojen päissä olevat reikävanteet naulataan palkin yläosaan. Reikävanteet näkyvät kuvassa 6. Reikävanteiden lisäksi palkin ja laattojen päälle asennetaan naulaamalla vanerilevy, joka sitoo osat toisiinsa. 17

18 Kuva Palkin ja kotelolaattojen välinen liitos JÄYKISTYS Toimistotalo on jäykistetty neljällä erillisellä porrashuoneella, kahdella hissikuilulla ja usealla teräsrakenteisella jäykistysristikolla. 18

19 7. LÄHDELUETTELO Kurkela Juha, Raija Lehtinen, Jaakko Muilu, Leena Mäki-Ketelä 1996, Puurakenteet STEP1, Rakennustieto Oy, Tammer-paino Oy, Tampere Siikanen Unto 1998, Puurakennusten suunnittelu, Rakennustieto Oy, Vammalan Kirjapaino Oy, Vammala Viljakainen Mikko 1997, Puukerrostalo, Rakennustieto Oy, Tammer-paino Oy, Tampere RT , Tuomas Leppäsen seminaarityö, Puurakenteiset toimistorakennukset (2005). Puuinfo.fi / Puulehti 05-1 Puuinfo.fi / Puulehti