KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma. Jonna Kauhtila MASTOJÄYKISTETYN LIIMAPUURUNGON JA LIITOSTEN MITOITUS

Transkriptio

1 KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Jonna Kauhtila MASTOJÄYKISTETYN LIIMAPUURUNGON JA LIITOSTEN MITOITUS Opinnäytetyö 015

2 TIIVISTELMÄ KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma KAUHTILA, JONNA Opinnäytetyö Työn ohjaaja Toimeksiantaja Toukokuu 015 Avainsanat Mastojäykistetyn liimapuurungon ja liitosten mitoitus 84 sivua + 58 liitesivua lehtori Jani Pitkänen Tero Dillström (Versowoo Oy) Versowoo Oy liimapuu, liimapuurungon mitoitus, RX-Timber, liimapuurungon liitokset Opinnäytetyön tarkoituksena oli luoa taulukkomitoitusohjelma liimapuurungon perinteisten liitosten mitoittamiseen sekä suunnitella liimapuurunko uuella eurokooipohjaisella RX-Timber -mitoitusohjelmalla. Liitosten mitoituksessa tuli huomioia myös palomitoitus. Työ tehtiin Versowoo Oy:lle, ja työn tavoitteena oli uuen mitoitusohjelman käyttöönoton nopeuttaminen sekä mitoitustyökalun luominen RX-Timber -ohjelman rinnalle. Työn teoriaosuuessa esitetään liimapuu rakennusmateriaalina, liimapuurungon mitoittamisessa huomioitavat asiat sekä RX-Timber -ohjelman toiminta. Mitoitusosiossa käsitellään sekä rungon että liitosten mitoittaminen. Työ sisältää myös opinnäytetyön tekijän huomiot RX-Timber -ohjelmalla mitoittamisesta. Työn aikana tehtiin laskelmat käsin mitoittamalla sekä RX-Timber -ohjelmalla. Saatuja tuloksia verrattiin toisiinsa. Tuloksista on nähtävissä, että RX-Timber toimii parhaiten muotopalkkien mitoittamisessa ja pilareien mitoittaminen onnistuu vain yksittäisinä pilareina. Muotopalkkien mitoittamisessa selvisi, että RX-Timber ei hyöynnä kaikkia optimointimahollisuuksia, joita Suomessa on mahollista käyttää. Työn aikana tehtiin myös toimeksiannon mukainen taulukkolaskentasovellus, jota kehitetään eelleen opinnäytetyön jälkeen.

3 ABSTRACT KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU University of Applie Sciences Construction Engineering KAUHTILA, JONNA Bachelor s Thesis Supervisor Commissione by May 015 Keywors Structural Calculation of Glulam Frame an Joints 84 pages + 58 pages of appenices Jani Pitkänen, Senior Lecturer Tero Dillström (Versowoo Lt) Versowoo Lt glulam, structural calculation of glulam frame, RX-Timber, joints of glulam frames The subject of this bachelor s thesis was to create a spreasheet calculation -base software to perform structural calculation of the joints of a glulam frame an to make structural calculations for a glulam frame with new Eurocoe-base software RX- Timber. Fire calculation for the joints was also inclue. The aim of this thesis was to accelerate the introuction of the new calculation software an to make a new calculation program that coul be use with RX-Timber. The theoretical section iscusses glulam an points to be consiere when calculating glulam frames. The section also escribes information about RX-Timber calculation software an comments the use of the program. The thesis inclues comparison of manual glulam frame calculation an calculation by RX-Timber. The comparison reveale that RX-Timber works best with shape beams. The calculation for columns works only for one column. Calculation of shape beams showe that RX-Timber oes not use all the optimization possibilities that can be use in Finlan. As part of the assignment, a functional joint calculation software was also create, an it will be further improve after this thesis.

4 SISÄLLYS TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO 6 LIIMAPUU 7.1 Liimapuu materiaalina 7. Liimapuutuotteet 11 3 LIIMAPUUN MITOITUS Suunnitteluperusteet Kuormat Materiaalien mitoitusarvot 3. Liimapuurungon mitoitusperiaatteet Mitoituksessa huomioitavat erityispiirteet Pilari-palkkirungot Tasakorkeat palkit Vaihtuvakorkuiset suorat palkit Pilarit Jäykistys Palo Liimapuurungon liitokset Mastopilarin liimaruuviliitos perustuksiin Pääkannattimen hankolautaliitos mastopilariin Päätypalkin liitos mastopilariin Palkin tukipinnan teräslevyvahvistus tuella 66 4 RX-TIMBER Ohjelman esittely Mitoittaminen RX-Timber -ohjelmalla 69 5 RAKENNELASKELMAT JA NIIDEN VERTAILU Lähtötieot 77

5 5. Harjapalkki Päätypalkki Mastopilari Pääyn mastopilari Nurkkapilari 80 6 TAULUKKOMITOITUSOHJELMA 81 7 YHTEENVETO 81 LÄHTEET 83 LIITTEET Liite 1. Rungon käsin mitoitus Liite. Harjapalkkilaskelma RX-Timber -ohjelmalla Liite 3. Päätypalkkilaskelma RX-Timber -ohjelmalla Liite 4. Mastopilarilaskelma RX-Timber -ohjelmalla Liite 5. Pääyn mastopilarilaskelma RX-Timber -ohjelmalla Liite 6. Nurkkapilarilaskelma RX-Timber -ohjelmalla Liite 7. Taulukkomitoitusohjelman etusivun näkymä

6 6 1 JOHDANTO Liimapuu on kevyt ja painoonsa nähen luja rakennusmateriaali, joka monimuotoisuutensa puolesta sopii erilaisiin kantaviin rakenteisiin. Liimapuuta käytetään perinteisen rakentamisen lisäksi arkkitehtonisesti vaativissa kohteissa. Käyttökohteina ovat muun muassa liike- ja maatalousrakennukset, teollisuushallit, urheiluareenat, kerrostalot sekä sillat. Opinnäytetyön toimeksiantaja Versowoo Oy on yksi Suomen suurimmista liimapuun valmistajista. Liimapuien lisäksi Versowoo tunnetaan sahatavaran, infra-, pakkausja energiatuotteien valmistajana sen ollessa Suomen suurin mekaanista puunjalostusta harjoittava perheyritys. Liimapuun valmistaminen Versowooilla alkoi jo luvulla, joten yrityksellä on pitkä kokemus liimapuurakenteien valmistamisesta ja suunnittelemisesta. Nykyään liimapuurakenteet suunnitellaan eurokooien mukaisesti, jolloin myös Versowooilla siirryttiin käyttämään eurokooi-pohjaista mitoitusohjelmaa. Työn tavoitteena oli liimapuurungon mitoittaminen uuella mitoitusohjelma RX- Timberillä sekä taulukkomitoitusohjelman tekeminen liimapuurungon perinteisistä liitoksista. RX-Timberillä tehyn mitoituksen tuloksia verrattiin käsin tehtyyn laskelmaan. Taulukkomitoitusohjelma toteutettiin uusien liimapuuliitoksien mitoitusohjeien ja RX-Timber -ohjelman vaatimusten mukaan. Liitosten mitoitus tapahtuu avoimen puuelementtistanari HalliPES 1.0:n ohjeien mukaisesti huomioien myös palotilanteen. Tilaajan tavoitteena oli työn avulla tehostaa uuen mitoitusohjelman käyttöönottoa sekä saaa ohjelma liitosten mitoittamiseen.

7 7 LIIMAPUU.1 Liimapuu materiaalina Liimapuu on pitkälle jalostettu puutuote, jota käytetään ensisijaisesti kantavissa rakenteissa. Liimapuu valmistetaan sormijatketuista sahatavaralamelleista, jolloin puuraakaaine saaaan tarkoin hyöynnettyä. Valmistustapansa ansiosta liimapuu on lujempaa ja jäykempää kuin vastaavan kokoinen sahatavara sekä painoonsa nähen lujempaa kuin mikään muu rakennusaine. Liimapuu antaa arkkiteheille ja rakennesuunnittelijoille monia mahollisuuksia kestävyytensä, muotoiltavuutensa ja kauneutensa ansiosta. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 7, 15.) Puu on rakennusmateriaaleista ainoa, jota kasvaa kaiken aikaa lisää. Metsien vuotuinen kasvu on paljon suurempaa kuin poistuma, ja Suomessa metsää kasvaakin päivässä enemmän kuin rakennuspuuteollisuus käyttää vuoessa. Suomessa metsiä hoietaan kestävän kehityksen periaatteien mukaisesti, ja puun laillinen alkuperä voiaan osoittaa sertifioiusti. Puu sitoo kasvaessaan ilmasta hiiliioksiia ja noin puolet puuaineksesta onkin hiiltä. Puurakenteet sitovat hiilen koko rakennuksen eliniäksi, jolloin puuhun varastoituneen hiiliioksiin määrä on huomattavasti suurempi kuin puutuotteien valmistamisen aiheuttama määrä. Puu onkin ainut rakennusmateriaali, jonka valmistaminen ei aiheuta hiiliioksiipäästöjä. Liimapuuta voiaan siis hyvin kutsua ympäristöystävälliseksi rakennusmateriaaliksi. (Puuinfo ja Suomen Metsäsäätiö 010, 18, 19, 0.) Liimapuu valmistetaan ja CE-merkitään valvotussa teollisessa prosessissa harmonisoiun tuotestanarin EN 14080:n mukaisesti. Pohjoismaissa raaka-aineena on pääasiassa kuusi, mutta myös mäntyä ja toisinaan lehtikuusta käytetään. Kuusi on raakaaineena tasasävyisempää kuin mänty, sillä kuusen pinta- ja syänpuu ovat molemmat kellanvalkoisia. Mänty on tummempaa kuin kuusi ja männyn syänpuu huomattavasti tummempaa kuin pintapuu. Liimapuuta voiaan valmistaa myös kyllästetystä männystä, joka on väriltään vihreää tai ruskeaa. Liimapuun valmistusprosessi on esitetty kuvassa 1. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 17, 19.)

8 8 Kuva 1. Liimapuun valmistuskaavio (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 16) Kuvan 1 mukaisesti liimapuun valmistuksessa käytetään kuivattuja ja lujuuslajiteltuja sahatavaralamelleja. Kuivaus on oleellinen vaihe valmistusprosessia, sillä lamellien kosteuen tulee liimattaessa olla 6 15 % ja vierekkäisten lamellin kosteussuhteen erotus saa olla enintään 5 %. Näin taataan hyvä liimasauman lujuus ja lopputuotteen sopiva kosteus sekä saaaan vältettyä lopputuotteen haitallinen halkeilu. Lujuuslajittelun jälkeen yksittäiset lamellit sormijatketaan pitkiksi lamelleiksi, jotka katkotaan haluttuihin pituuksiin. Katkonnan jälkeen lamellit pinotaan päällekkäin ja sormijatkosten

9 9 annetaan kuivua muutamia tunteja. Lamellit pinotaan aina syänpuoli samaan suuntaan, jolloin saaaan vähennettyä kosteuseroista johtuvia sisäisiä jännityksiä. Palkin uloimmat lamellit käännetään kuitenkin syänpuoli ulospäin. Kuivumisen jälkeen lamellit höylätään, liimoitetaan ja siirretään puristimeen. Kaarevia palkkeja saaaan valmistettua latomalla lamellit puristimeen kaarevaan muotoon. Liiman kovettumisen jälkeen liimapuut höylätään ja viimeistellään toivottuun laatuluokkaan. Liimapuita on myös mahollista työstää ja pintakäsitellä sekä niihin voiaan kiinnittää teräsosia tehtaalla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-7, 1-8.) Liimapuu valmistetaan yleensä yhistettynä liimapuuna kahesta eri lujuusluokan lamellista. Palkin uloimmat lamellit ovat vahvempaa lujuusluokkaa kuin keskilamellit kuvan mukaisesti. Näin palkin poikkileikkaus saaaan optimoitua jännitysten mukaan. Esimerkiksi yleisesti käytetty lujuusluokan GL30c liimapuu voiaan valmistaa niin, että 1/6 poikkileikkauksen ylä- ja alapinnan lamelleista ovat lujuusluokkaa T ja keskellä olevat lamellit ovat lujuusluokkaa T14 tai T15. Jos sisälamelliksi valitaan T14, pitää ulkolamellien sormijatkosten lujuuen olla vähän parempi, kuin jos sisälamelliksi valitaan T15. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-7.) Kuva. Yksi mahollinen valmistustapa lujuusluokan GL30c liimapuulle (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 3) Liimapuu voiaan valmistaa myös kokonaan saman lujuusluokan lamelleista, jolloin saaaan homogeenista liimapuuta. Esimerkiksi lujuusluokan GL30h liimapuu saaaan valmistettua lujuusluokan T1 lamelleista. Homogeenisellä liimapuulla on kokonaisuuessaan paremmat lujuusarvot kuin yhistetyllä liimapuulla. (Suomen Stanarisoimisliitto SFS 013, 3, 4.) Valmistukseen käytettävät liimat ovat hyvin tutkittuja; erityisesti niien lujuus ja pitkäaikaiskuormituskestävyys tunnetaan hyvin. Liimojen vaatimukset on esitetty stan-

10 10 arissa EN ja viitestanareissa EN 301, EN 30, EN ja EN Liimojen soveltuvuus määräytyy lopputuotteen käyttöolosuhteien mukaisesti tyyppeihin I ja II. Tyypin II liimaa voi käyttää vain käyttöluokassa 1 ja tyypin I liimaa voi käyttää kaikissa käyttöluokissa 1, ja 3. Liimaukseen käytetään perinteisesti tyypin I melamiiniureaformalehyi/muf- ja fenoliresorsinoliformalehyi/prf -liimoja, mutta nykyään myös polyuretaani/pur- ja ispersio/epi -liimojen käyttäminen on mahollista. Liiman valinnalla vaikutetaan liimapuien saumojen väriin, sillä PRFliimalla saaaan tummanpunaruskeat saumat ja MUF-liimalla vaaleat saumat. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-16.) MUF-liima 147 yhessä kovetteen 56 kanssa on hyväksytty EN 301 -vaatimusten mukaiseksi ja se soveltuu kantavien puurakenteien, sormijatkosten ja liimalevyjen valmistukseen. Liiman ja kovetteen erillislevitykseen käytetään erillisraitalevitintä ja seoslevitykseen tela- tai raitalevitintä. Lamellien lämpötilan pitää liiman levityksessä olla vähintään 0 C, liimauksen lämpötilan 17-5 C ja puristuksen lämpötilan vähintään 0 C. Suositeltava liiman vähimmäislevitysmäärä yhelle puolelle levitettäessä on noin 300 g/m. Liimaukseen liittyvä ootusaika jaetaan avoimeen ja suljettuun ootusaikaan. Avoin ootusaika on liiman levityksen ja liimapintojen vastakkain asettamisen välinen aika ja suljettu ootusaika on tästä eteenpäin puristuksen alkamiseen asti. Esimerkiksi 0 C:n lämpötilassa liiman yksipuolisella levityksellä, liimamäärällä 400 g/m ja seossuhteella 50 paino-osaa kovetetta on suljettu ootusaika minimissään 5 minuuttia ja enimmillään 80 minuuttia. Avoin ootusaika on suljetusta ajasta noin puolet. Valmistuksessa tarvittava puristuspaine on riippuvainen lamellien paksuuesta ja puulajista. Erillislevityksessä vähimmäispuristuspaine on 0,8 MPa riippumatta lamellien paksuuesta. Liimaseoslevityksessä puristuspaine on riippuvainen lamellien paksuuesta ja puulajista vaihellen 0,6-1,0 MPa:n välillä. Puristusaika riippuu liimasauman paksuuesta, lämpötilasta, työtilan lämpötilasta ja liimattavien materiaalien lämpötilasta. Esimerkiksi suorien palkkien puristusaika on vähintään h, kun liimasauman lämpötila on 0 C ja liiman ja kovetteen sekoitussuhe on 100:50 paino-osaa. Tehtäessä kaarevia liimapuita puristusaika on piempi. (Akzo Nobel Casco Ahesives 006.) Stanari antaa liimapuun lujuusluokan määrittämiseen kolme erilaista tapaa. Lujuusluokka voiaan määrittää laskennallisesti lamellien lujuuesta, palkkien koekuormituksen avulla sekä stanarissa kuvatun luokittelumenetelmän avulla. Yleensä käyte-

11 11 tään luokittelumenetelmää, jolloin liimapuun lujuus määräytyy sahatavaran lujuuesta, liimapuun poikkileikkauksen koostumuksesta ja sormijatkosten lujuuesta. Taulukossa 1 on esitetty yhistetyn liimapuun eri lujuusluokkien lujuus- ja jäykkyysarvot. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-16.) Taulukko 1. Yhistetyn liimapuun eri lujuusluokkien lujuus- ja jäykkyysarvot (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-1). Liimapuutuotteet Kehittyneen valmistustekniikan ansiosta liimapuisten rakennusosien poikkileikkauksia ja muotoja voiaan vaihella laajoissa rajoissa. Rajoituksia tulee käytännöstä, kuten valmistajan tiloista ja laitteista, kuljetusmahollisuuksista ja muista vastaavista seikoista. Perinteisesti liimapuun poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen, mutta muitakin muotoja voiaan valmistaa, kuten I-, T- ja L-poikkileikkauksia. Liimapuun leveys riippuu sahatavaralamellin leveyestä, joka voi olla jopa 75 mm. Tällöin palkin leveys on 65 mm. Korkeus muuttuu yleensä lamellipaksuuen 45 mm kerrannaisen mukaan, suurimman korkeuen ollessa riippuvainen valmistajan laitteistosta. Yleensä suurin korkeus on noin m. Pituuet ulottuvat valmistajakohtaisesti jopa 40 metriin,

12 1 mutta käytännössä kuljetusmahollisuuet rajoittavat pituutta. Liimapuille on määritetty mittatoleranssit, jotka riippuvat liimapuun imensioista. Toleranssit esitetään taulukossa. Toleranssivaatimukset on annettu vertailukosteuspitoisuutta vastaavista mitoista. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 0, 1, 8.) Taulukko. Liimapuien mittatoleranssit (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-19) Liimapuisten rakennusosien pinnat voiaan viimeistellä neljään eri ulkonäköluokkaan, joita ovat puhtaaksi höylätyt ja viimeistellyt pinnat, puhtaaksi höylätyt ja viimeistelemättömät pinnat, höylätyt pinnat sekä mitallistetut pinnat. Puhtaaksi höyläys takaa parhaimman pinnanlaaun ja sitä suositellaankin näkyville pinnoille, joilla on ulkonäöllisiä vaatimuksia. Höylättyjä pintoja suositellaan näkyville pinnoille, joilla ei ole suuria ulkonäkövaatimuksia. Mitallistetut pinnat saavat olla suurimmaksi osaksi höyläämättömiä, joten niitä suositellaan piiloon jääviin rakennusosiin. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 6.) Yksinkertaisimmillaan liimapuurunko on lyhyillä jänneväleillä, jolloin se koostuu pilarien varassa olevista vapaasti tuetuista tasakorkeista yksiaukkoisista palkeista. Piemmillä jänneväleillä on talouellisempaa käyttää muotoiltuja palkkeja, joien korkeus muuttuu palkin voimasuureien mukaisesti. Liimapuusta voiaan valmistaa erilaisia palkkityyppejä kuvan 3 mukaisesti. Massiivipuisilla palkeilla päästään 30 metrin jänneväleihin ja erilaisilla kaari- sekä ristikkorakenteilla vielä piemmälle. Riippuen kaari- ja ristikkotyypistä on mahollista saavuttaa jopa 100 metrin jänneväli. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 014, 46, 47, 48.)

13 13 Kuva 3. Erilaisia palkkityyppejä (Versowoo 014) 3 LIIMAPUUN MITOITUS 3.1 Suunnitteluperusteet Liimapuurakenteet lasketaan ja mitoitetaan Suomessa Eurocoe 5:n vaatimusten mukaisesti osavarmuuskerroinmenetelmällä, joka sisältää murto- ja käyttörajatilamitoituksen. Murtorajatilassa mitoitetaan rakenteen kestävyys käyttämällä kuormille ja materiaaleille varmuuskertoimia. Murtorajatilaksi luokitellaan tila, jossa rakenne sortuu tai menettää kantavuutensa ja stabiliteettinsa. Käyttörajatilassa mitoitetaan rakenteen käyttökelpoisuus ilman varmuuskertoimia. Käyttörajatilassa tarkistetaan muun muassa siirtymät ja värähtelyt, jotka vaikuttavat käyttäjien mukavuuteen. (Carling 003, 4, 43.) Eurokooi 5:n mitoitus perustuu ominaislujuuteen ja -jäykkyyteen, jotka liimapuulla on. Ominaisarvot määritetään liimapuupalkeille tehtyjen kokeien ja niien tulosten perusteella fraktiileina lujuusjakautumasta, jonka tietty osuus suuresta liimapuien joukosta täyttää. Murtorajatilamitoituksessa käytetään fraktiilia, jonka arvon alittaa viisi koekappaletta saasta, eli käytetään alempaa 5 %:n fraktiilia. Tällöin on 95 prosentin toennäköisyys, että liimapuu täyttää sille asetetun vaatimuksen. Käyttörajatilamitoituksessa käytetään kimmokertoimen ja liukukertoimen ominaisarvojen kes-

14 14 kiarvoja. Käytettäessä kyseisiä arvoja lujuusmitoituksessa, käytetään 5 %:n fraktiilin arvoja samoin kuin murtorajatilatarkastelussa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 1-11.) Eurokooi 5, eli suunnittelustanari EN 1995, jakautuu kolmeen osaan. EN käsittelee puurakenteien suunnittelun yleisiä sääntöjä ja rakennuksia koskevia sääntöjä, EN käsittelee puurakenteien palomitoitusta ja EN siltoja. Stanarin EN 1995 yhteyessä nouatetaan suunnittelustanaria EN 1990, jossa on esitetty rakenteien varmuuen ja käyttökelpoisuuen periaatteita sekä suunnitteluperusteita, sekä suunnittelustanari EN 1991, jossa on esitetty rakenteien kuormat. Suunnittelussa tulee lisäksi käyttää Suomen kansallisia NA (National Annex) -liitteitä. EN ja sitä koskevat Suomen kansalliset liitteet on koottu yhteen yksinkertaistettuina RIL suunnitteluohjeeseen. Palomitoituksen osio EN ja sitä koskevat kansalliset liitteet on julkaistu RIL suunnitteluohjeessa. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 15.) Suunnitteluohjeeseen RIL , eli suunnitteluperusteet ja rakenteien kuormat, on lyhennetty ja tiivistetty EN 1990, EN , EN ja EN sekä niitä koskevat Suomen kansalliset liitteet. Ohjeessa RIL on vastaavasti käsitelty stanarien EN , EN , EN , EN , EN ja EN sisältöä. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 13.) Kuormat Rakenteen kestävyyslaskennassa käytetään osavarmuusluvuilla korotettuja kuormitusyhistelyitä, jotka on esitetty kuvassa 4. Kuormitusyhistelyissä huomioiaan kuormien tyypit, kuormien vaikuttaminen yhtä aikaa sekä kuormien kestojen aikaluokat. Kuormat luokitellaan ajan mukaan pysyviin kuormiin (G), muuttuviin kuormiin (Q) ja onnettomuuskuormiin (A). Mitoittava kuorma haetaan vaihtamalla määräävää muuttuvaa kuormaa ja yhistelemällä muut yhtä aikaa vaikuttavat muuttuvat kuormat yhistelykertoimilla. Kestävyyen mitoitus toteutetaan kuormitusyhistelmällä, joka antaa rakenteelle raskaimmat kuormat. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 5.)

15 15 Kuva 4. Rakenteen kestävyyen kuormitusyhistelyt erilaisille aikaluokille (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 5) Murtorajatilalaskennan kuormitusyhistelmissä mahollisen vaurion suuruus huomioiaan luotettavuusluokalla. Jos kestävyyen menettäminen aiheuttaa suuren henkilövahingon riskin, tulee kuormakertoimelle kuormia korottava arvo. Luotettavuusluokkien mukaiset kuormakertoimet KFI on esitetty taulukossa 3. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 4.) Taulukko 3. Luotettavuusluokat RC ja kuormakertoimet KFI (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 10) Kuormien yhistelyssä huomioiaan niien esiintyminen yhtä aikaa taulukossa 4 esitettyjen yhistelykertoimien avulla. Yhistelykerroin huomioi ajan lisäksi myös kuorman tyypin. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 9, 36.)

16 16 Taulukko 4. Yhistelykertoimien ψ arvot (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 13) Kuormien vaikutuksista rakenteelle syntyvä muoonmuutos tarkastetaan käyttörajatilassa ilman osavarmuuslukuja. Muoonmuutosten tulee pysyä riittävän pienenä, jotta niistä ei ole haittaa liittyville rakenteille. Rakenteen lopputilassa vallitseva kokonaistaipuma wfin (eli ufin) laskemiseen käytettävä kaava on esitetty kuvassa 5. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 7, 8.)

17 17 Kuva 5. Rakenteen kokonaistaipuman kaava (Suomen Stanarisoimisliitto SFS 008, 19) Pysyvät kuormat (G) syntyvät rakennuskohteen omasta painosta, johon kuuluvat muun muassa rakennusosat ja kiinteät laitteet. Useimmiten omana painona käytetään rakenneosan ominaisarvoa. Liimapuulle käytetään ominaispainoa 5,0 kn/m 3. Tehasvalmisteisille rakennusosille sekä rakennuksissa käytettäville laitteille ominaispainot saaaan valmistajilta. Muuttuviksi kuormiksi (Q) oletetaan liikkuvat kuormat, jotka vaikuttavat rakenteen kannalta epäeullisimmassa kohassa. Tällaisia ovat hyöty-, lumi- ja tuulikuormat. Hyötykuormia on käsitelty tarkemmin julkaisuissa RIL ja RIL (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 31, 3.) Katon lumikuorman laskennassa huomioiaan maanpinnan lumikuorma sekä katon ominaisuuksien mukainen muotokerroin. Katolla oleva lumikuorma qk saaaan laskettua kaavalla 1. Lisäksi tulee huomioia myös katolle mahollisesti muoostuvat kinostukset. Kinostumisen laskenta on esitetty tarkemmin julkaisuissa RIL ja RIL (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, ) q k = µ s, (1) i k jossa µi = muotokerroin sk = maanpinnan lumikuorma

18 18 Rakennuspaikkakunnan mukaan vaihtelevat maanpinnan lumikuormat on esitetty kuvassa 6. Arvot ovat minimiarvoja, joita voiaan suurentaa tapauskohtaisesti sovittaessa. Lumikuorman ominaisarvo perustuu sen vuotuiseen ylittymistoennäköisyyteen 0,0. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 9.) Kuva 6. Maanpinnan lumikuorman ominaisarvot sk (Puuinfo 011, 11) Kuvien 7 ja 8 mukaan määritettävään muotokertoimeen vaikuttaa katon malli ja kattokaltevuus. Muotokertoimeen tulee kiinnittää erityisesti huomiota silloin, kun kattomuoto voi johtaa lumikuorman merkittävään lisäykseen verrattaessa suoraviivaiseen kattoon. Arvot pätevät silloin, kun lumen liukumista katolta ei estetä. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 95.)

19 19 Kuva 7. Kattotyyppien mukaiset lumikuorman muotokertoimet (Puuinfo 011, 1) Kuva 8. Lumikuorman muotokertoimet µ (Puuinfo 011, 1) Tuulikuorma voiaan tavanomaisten rakennusten yhteyessä laskea yksinkertaistetulla menettelyllä, joka jaetaan rakennuksen kokonaisstabiliteetin mitoitukseen sekä rakenteen osapintojen ja kiinnitysten mitoitukseen. Rakennuksen kokonaisstabiliteetin laskentaan käytetään vaakasuuntaista kokonaistuulikuormaa, jonka suuruuteen vaikuttavat nopeuspaineen ominaisarvo, voimakerroin sekä rakenteen tuulta vastaan kohtisuora projektiopinta-ala. Kokonaistuulikuorman ominaisarvo Fw,k lasketaan kaavalla.

20 0 Rakenteen osapintojen ja kiinnitysten mitoitusta käsitellään tarkemmin julkaisuissa RIL ja RIL (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 38, 39.) F ( h) A, = c q () w, k f k ref jossa cf = voimakerroin qk(h) = nopeuspaineen ominaisarvo Aref = rakenteen tuulta vastaan kohtisuora projektiopinta-ala Nopeuspaine koostuu rakennuspaikan mukaisesta maastoluokasta ja rakennuksen kokonaiskorkeuesta (h). Erilaiset maastoluokat on esitetty taulukossa 5 ja nopeuspaineen ominaisarvot kuvassa 9. Mitä avoimempi rakennuspaikka ja korkeampi rakennus on kyseessä, sitä suuremman arvon nopeuspaine saa. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 38, 39.) Taulukko 5. Maastoluokat (Puuinfo 011, 1)

21 1 Kuva 9. Nopeuspaineen ominaisarvot qk(h) (Puuinfo 011, 13) Rakennuksen hoikkuus, mittasuhteet ja tuulen kitkan vaikutukset huomioiaan voimakertoimella. Mitä pienemmän tehollisen hoikkuuen rakenne saa, sitä suurempi on kertoimen arvo. Voimakertoimet on esitetty taulukossa 6. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 011, 136, 137.) Taulukko 6. Voimakertoimet cf (Puuinfo 011, 13) Kattorakenteen mahollinen jatkuvuus on huomioitava pääkannattajien kuormia laskettaessa. Jos kattorakenne on yksiaukkoinen, ei kuormia tarvitse lisätä. Kattorakenteen ollessa esimerkiksi kaksi- tai kolmiaukkoinen tulee pääkannattajan

22 keskituen kuormat kertoa aukkoisuutta vastaavalla kertoimella. Kaksiaukkoisten elementtien keskituella käytetään kerrointa 1,5 ja kolmiaukkoisten elementtien keskituilla kerrointa 1,1. (Puuinfo 009, 35.) 3.1. Materiaalien mitoitusarvot Materiaalin lujuuen laskennassa huomioiaan kuorman keston ja kosteuen vaikutus lujuuteen. Taulukossa 7 esitetyt kuormien aikaluokat on jaettu viiteen osaan sen mukaan, kuinka pitkän aikaa kyseisen kuorman oletetaan vaikuttavan. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 9, 30.) Taulukko 7. Kuormien aikaluokat (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8) Materiaalin käyttökosteuen mukaan rakenteet jaotellaan kolmeen erilaiseen käyttöluokkaan. Käyttöluokkaan 1 kuuluu lämmitettyjä sisätiloja vastaavassa kosteusluokassa oleva puurakenne. Käyttöluokkaan kuuluu kuivana ulkoilmassa oleva puurakenne, joka on katetussa ja tuuletetussa tilassa sekä kastumiselta suojattu. Käyttöluokkaan 3 kuuluu ulkona säälle alttiina, kosteassa tilassa tai veen välittömässä vaikutuksessa oleva puurakenne. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 9, 30, 31.) Lujuusominaisuuen suunnitteluarvo murtorajatilassa koostuu lujuusominaisuuen ominaisarvosta, muunnoskertoimesta sekä materiaalin jäykkyys- ja kestävyysominai-

23 3 suuksien osavarmuusluvusta. Lujuusominaisuuen suunnitteluarvo X saaaan laskettua kaavalla 3. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 4, 43.) X xk = kmo, (3) γ M jossa kmo = kuorman keston ja kosteuen huomioiva muunnoskerroin Xk = lujuusominaisuuen ominaisarvo γm = materiaaliominaisuuen osavarmuusluku Muunnoskerroin kmo määritetään materiaalin, rakennuksen käyttöluokan ja kuorman aikaluokan mukaan. Erilaiset muunnosketoimet on esitetty taulukossa 8. Muunnoskertoimella kasvatetaan lujuusominaisuuen suunnitteluarvoa, jolloin lyhytaikaisemmalla kuormalla on suhteessa suurempi lujuus kuin pitkäaikaisella kuormalla. Kuormitusyhistelmän koostuessa eri aikaluokan kuormista valitaan kertoimelle arvo, joka vastaa lyhytkestoisinta kuormaa. Kahta erilaista puumateriaalia yhteen liitettäessä tulee käyttää sen materiaalin kmo ja γm kertoimia, joien kmo/γm -suhe on pienempi. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 45, 95.) Taulukko 8. Kuorman keston ja kosteusvaikutuksen muunnoskertoimen kmo-arvot (Puuinfo 011, 17) Liimapuukäsikirjan osa esittää muunnoskertoimelle vaihtoehtoisen arvon, kun kyseessä on kahen erilaisen puumateriaalin liittäminen yhteen. Liitoksen kmo-arvoksi voiaan käyttää materiaalien muunnoskertoimien keskiarvoa. Kun liitoksen muunnos-

24 4 kertoimet ovat kmo,1 ja kmo,, lasketaan liitoksen kmo-arvo kaavalla 4. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, -11.) k mo = k k, (4) mo,1 mo, jossa kmo,1 = materiaalin 1 muunnoskerroin kmo, = materiaalin muunnoskerroin Materiaalien erilaiset jäykkyys- ja kestävyysominaisuuksien osavarmuusluvut puutuotteille on määritetty taulukossa 9. Osavarmuusluvulla heikennetään lujuusominaisuuksien suunnitteluarvoa, joten mitä suurempi osavarmuusluku on kyseessä, sitä pienempi suunnitteluarvo on ominaisarvoon nähen. Erilaisia puutuotteita yhistävää liitosta mitoitettaessa käytetään osavarmuuslukuna sitä, joka antaa suurimman γm:n arvon. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 43.) Taulukko 9. Materiaalien osavarmuusluvut γm (Puuinfo 011, 15) Käyttörajatilan laskennassa huomioiaan materiaalin virumisen vaikutus lopputilan muoonmuutokseen. Laskennassa käytettävät virumakertoimet on määritetty taulukossa 10. Mitä kosteammassa tilassa materiaali on, niin sitä suurempi virumakerroin on ja sitä suuremman taipuma-arvon rakenne saa. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 8, 45, 46.)

25 5 Taulukko 10. Virumaluvun kef-arvot (Puuinfo 011, 17) 3. Liimapuurungon mitoitusperiaatteet 3..1 Mitoituksessa huomioitavat erityispiirteet Liimapuu eroaa muista rakennusmateriaaleista monin tavoin biologisen luonnonmukaisuutensa takia. Mitoituksessa tulee ottaa huomioon puun ominaisuuksien runsas vaihtelu, sillä puu on sekä ortotrooppista että hygroskooppista. Kosteuen vaihtelu vaikuttaa suuresti liimapuun ominaisuuksien lisäksi jäykkyyteen ja lujuuteen. Erilaiset kosteusolosuhteet määritetään käyttöluokkien avulla. Liimapuun mitoitukseen vaikuttavat myös kuormien erilaiset kestot, sillä liimapuu kestää paremmin lyhytaikaista kuin pitkäaikaista kuormaa. Mitoituksessa kosteuen ja kuormien vaikutukset huomioiaan muunnoskertoimella kmo, johon vaikuttavat sekä käyttöluokat että kuormien aikaluokat. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, -9, -10.) Kosteusmuoonmuutokset aiheuttavat suurimmat pituuen muutokset puurakenteissa. Syynsuunnassa pituuenmuutos on noin 0,0 % kosteuspitoisuuen muuttuessa prosenttiyksikön verran. Tämä tulee huomioia erityisesti yläpohjan jatkuvia sekunäärisiä rakenteita suunniteltaessa, jotta pääkannattimille ei aiheuu sitä heikentäviä rasituksia ja muoonmuutoksia sekunäärirakenteen pituuen muutoksista. Myös sekunäärirakenteen tukipinnan säilyvyys tulee tarkistaa. (Finnish Woo Research 014a, 15.) Syitä vastaan kohtisuoraan pituuenmuutos on noin 0,0 % / 1 % -yksikön kosteuspitoisuuen muutos. Liimapuun lujuus voi ylittyä ja puu tyssäytyä tai haljeta, jos kosteusmuoonmuutos jostakin syystä estyy. Tämän takia erityisesti liitokset tulee suun-

26 6 nitella niin, että kosteusmuoonmuutokset estyvät mahollisimman vähän. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 6-0, 6-1.) Halkeilu huomioiaan liimapuun leikkauslujuutta laskettaessa halkeilukertoimella kcr, joka on sahatavaralle ja liimapuulle käyttöluokassa 1 yleensä 0,67. Kertoimella joko pienennetään leikkauslujuutta kertomalla leikkauslujuuen suunnitteluarvo halkeilukertoimella tai sen avulla määritetään palkin tehollinen leveys bef kertomalla toellinen leveys b kertoimella kcr. Kun käyttöluokassa 1 oleva liimapuu tai sahatavara käsitellään kosteuen siirtymistä estävällä pintakäsittelyllä, voiaan kertoimena käyttää arvoa 1, jolloin palkin koko leveys saaaan hyöynnettyä. Arvoa 1 käytetään myös käyttöluokassa ja 3 oleville puurakenteille. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 68, 69.) Mitoitukseen vaikuttaa liimapuun korkeus, kun kyseessä on suorakulmainen poikkileikkaus. Suorakulmaisen liimapuupoikkileikkauksen ollessa alle 600 mm voiaan taivutuslujuuen ja syien suuntaisen vetolujuuen mitoitusarvoa korottaa kokovaikutuskertoimella kh. Kokovaikutuskerroin lasketaan kaavalla 5. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, -1.) 0,1 600 k h = 1,1, (5) h jossa h = taivutetun sauvan korkeus tai veetyn sauvan leveys Liimapuun kestävyyen mitoitusarvoa laskettaessa voiaan kaava 3 kirjoittaa kaavan 6 muotoon. Tällöin huomioiaan myös kokovaikutuskerroin. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, -1.) f fk = kmo kh, (6) γ M jossa kmo = kuorman keston ja kosteuen huomioiva muunnoskerroin

27 7 kh = kokovaikutuskerroin fk = lujuusominaisuuen ominaisarvo γm = materiaaliominaisuuen osavarmuusluku Liimapuulamellien paksuus on yleensä enintään 45 mm. Poikkeuksena ovat kaarevat liimapuut sekä käyttöluokan 3 liimapuu, jossa lamellipaksuus on enintään 35 mm. Kaarevissa liimapuissa lamellien paksuus rajoittuu kaarevuussäteen sekä lamellijatkoksen lapetaivutuslujuuen mukaan. Lamellipaksuus t määritetään kaavan 7 mukaan. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 48.) f m r,, 1, 50 + j k t 80 (7) jossa r = liimapuun kaarevuussäe fm,j,k = lamellijatkoksen lapetaivutuslujuus Liimapuurakenteien taipumalle on asetettu raja-arvoja kansallisissa rakentamismääräyksissä. Palkit tulee suunnitella niin, että ne eivät taipuman kautta pääse tukeutumaan esimerkiksi keveisiin väliseiniin ja näin aiheuttamaan näille suunnittelematonta kuormitusta. Taipumasta aiheutuvaa haittaa voiaan pienentää suunnittelemalla rakenteelle esikorotus. Esikorotus tehään usein yhtä suureksi kuin rakenteen ja tavallisen muuttuvan kuorman aiheuttama taipuma, jolloin saaaan lopputilanteessa suurin piirtein suora palkki. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, -13.) 3.. Pilari-palkkirungot Pilari-palkkirungoissa on kehän suunnassa tyypillisesti mastopilarit, joien varaan katon pääkannattimet on asennettu. Yleensä pääkannattimet ovat massiivisia palkkeja tai ristikoita. Pääyissä on joko jäykkä- tai nivelkantaiset tuulipilarit sekä näien varaan asennetut kevyet päätypalkit. Pilarin ja pääkannattimen liitos toteutetaan yleensä han-

28 8 kolauoilla ja pilarin alapään liitos perustuksiin pulteilla tai hitsaamalla. (Puuinfo 009, 18.) Rungon rakennejärjestelmä valitaan rakennuksen toiminnan ja arkkitehtonisten vaatimusten mukaan. Yksinkertaisimmillaan rakenne muoostuu kahesta pilarista ja vapaasti tuetusta tasakorkeasta palkista. Tällöin jänneväli on yleensä lyhyempi ja leikkausvoima mitoittaa palkin. Piemmillä jänneväleillä on talouellisempaa käyttää palkkeja, joien poikkileikkaus muuttuu palkin voimasuureien mukaisesti. Esimerkkinä tällaisesta palkista voiaan käyttää harjapalkkia, jonka suurin korkeus on suurimman taivutusmomentin kohalla. Pitkillä jänneväleillä määrääväksi tulee vaaitun kestävyyen sijasta suurin sallittu taipuma. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 3-, 3-3, 3-4.) Tasakorkeat palkit Poikkileikkaukseltaan tasakorkean suoran palkin ollessa pääkannattajana tarkistetaan mitoituksessa taivutus-, leikkausvoima-, tukipaine- ja kiepahuskestävyys sekä taipuma. (Carling 003, 79, 80, 81) Taivutuskestävyys Taivutusmomentin rasittaessa suorakaiepalkkia jäykemmän akselin suhteen tarkastetaan taivutuskestävyys kaavan 8 mukaisella mitoituseholla. Mitoituksessa voiaan myös huomioia kokovaikutuskerroin kh, jos sen vaatimukset täyttyvät. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 7.) M σ m, = f m, (8) W n jossa σm, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo y-akselin suhteen M = taivutusmomentin suunnitteluarvo

29 9 Wn = nettopoikkileikkauksen taivutusvastus, suorakaiepoikkileikkaukselle: W n b h =, (9) 6 jossa b = palkin leveys h = palkin korkeus fm = taivutuslujuuen suunnitteluarvo Taivutusmomentin rasittaessa suorakaiepalkkia kahen pääakselin suhteen tarkastetaan kestävyys kaavojen 10 ja 11 mukaisilla mitoitusehoilla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 7) W M n, y y, f m, y, M + 0,7 W f n, z z, m, z, 1 (10) M 0,7 W f n, y y, m, y, M + W f n, z z, m, z, 1, (11) joissa fm,y, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo y-akselin suhteen fm,z, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo z-akselin suhteen My, = taivutusmomentin suunnitteluarvo y-akselin suhteen Mz, = taivutusmomentin suunnitteluarvo z-akselin suhteen Wn,y = nettopoikkileikkauksen taivutusvastus y-akselin suhteen, kaava 9

30 30 Wn,z = nettopoikkileikkauksen taivutusvastus z-akselin suhteen, kaavasta 9 soveltaen Suunnitteluohje RIL käsittelee taivutuksen mitoitusehot vain, kun kyseessä on taivutus kahen pääakselin suhteen. Ohje antaa myös vaihtoehtoisen arvon kaavan kertoimelle 0,7, kun kyseessä on muunlainen poikkileikkaus kuin suorakaie ja materiaalina jokin muu kuin sahatavara, liimapuu tai LVL. Muille poikkileikkauksille ja muille puisille rakennustuotteille käytetään arvoa 1,0. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 68.) Leikkauskestävyys Taivutuksen aiheuttama leikkausvoimakestävyys tarkastetaan kaavan 1 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8) V S τ = kcr fv, (1) I b jossa τ = leikkausjännityksen suunnitteluarvo fv, = leikkauslujuuen suunnitteluarvo V = leikkausvoiman suunnitteluarvo S = poikkileikkauksen suurin staattinen momentti, suorakaiepoikkileikkaukselle: S b h =, (13) 8 I = poikkileikkauksen jäyhyysmomentti, suorakaiepoikkileikkaukselle: 3 b h I =, (14) 1

31 31 joissa b = palkin leveys h = palkin korkeus kcr = halkeilukerroin, lämmitetyissä sisätiloissa sahatavaralle ja liimapuulle yleensä 0,67 ja kosteuen siirtymistä estävällä pintakäsittelyllä käsiteltynä 1,0. Suorakaiepoikkileikkaukselle leikkausjännityksen suunnitteluarvo voiaan yksinkertaistaa, jolloin kaava 1 muuttuu kaavan 15 esittämään muotoon. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-3) 3 V τ = (15) b h Tasaisesta kuormasta aiheutuvaa leikkausvoimaa voiaan tukialueella pienentää kuvan 10 ja kaavan 16 mukaisesti. Palkin korkeuen ollessa h voiaan laskea, että enintään etäisyyellä h palkin yläpinnasta vaikuttavat pistekuormat eivät vaikuta leikkausvoimaan. Tällöin tuella vaikuttavan leikkausvoiman V sijasta voiaan käyttää pienennettyä leikkausvoiman arvoa Vre. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8.) Kuva 10. Leikkausvoiman pienentäminen tasaisella kuormalla kuormitetulle palkille (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8) h + la Vre = V 1, (16) l

32 3 jossa Vre = leikkausvoiman pienennetty arvo V = leikkausvoiman suunnitteluarvo h = poikkileikkauksen korkeus la = tuen pituus l = palkin jänneväli Tukipainekestävyys Tukipainekestävyys kohtisuoraan syitä vastaan tarkastetaan kaavan 17 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 31) Fc,90, σ c, 90, = kc,90 kl fc90, (17) l * b ef jossa σc,90, = puristusjännityksen suunnitteluarvo kohtisuoraan syitä vastaan fc,90, = puristuslujuuen suunnitteluarvo kohtisuoraan syitä vastaan Fc,90, = puristusvoiman suunnitteluarvo kohtisuoraan syitä vastaan lef = tukipinnan tehollinen pituus kc,90 = puristuslujuuen kerroin k1 = oman painon gk ja hyötykuorman qk välisen suhteen huomioonottava kerroin: kun gk/qk 0,4 on kerroin

33 k 1 33 f c,90, k γ M = =, (18) f k c,90, mo jossa fc,90,k = puristuslujuuen ominaisarvo kohtisuoraan syitä vastaan fc,90, = puristuslujuuen suunnitteluarvo kohtisuoraan syitä vastaan γm = materiaaliominaisuuen osavarmuusluku kmo = muunnoskerroin kun gk/qk > 0,4, kerroin k1 = 1 Eurokooi 5 olettaa aina, että kerroin kl on 1,0. Tämän johosta kerrointa ei mainita RIL suunnitteluohjeessa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8) Palkin tehollinen kosketuspinta lef on riippuvainen siitä, onko kyseessä yksiaukkoisen vai moniaukkoisen palkin tukipinta. Kosketuspinta määritetään kuvan 11 ja kaavan 19 mukaisesti. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 30.) Kuva 11. Palkin tehollisen tukipinnan lef määrittäminen (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 30) l = l + l + l, (19) ef sup l r

34 34 jossa lef = tehollinen tukipituus puristuksessa kohtisuoraan syitä vastaan lsup = tuen pituus ll ja lr = tuen näennäinen lisäpituus, min {30 mm ; lsup} Havupuisen liimapuun puristuslujuuen kertoimelle kc,90 voiaan käyttää arvoa 1,75, jos tukipituus lsup on alle 400 mm ja puristuspintojen välinen etäisyys on h, jossa h on palkin korkeus. Jos tukipituus on yli 400 mm ja puristuspintojen välinen etäisyys on h, käytetään kc,90 arvona 1,5. Muissa tapauksissa kc,90 arvona käytetään arvoa 1,0. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 66.) Kiepahuskestävyys Taivutetun sauvan kiepahuskestävyys tarkastetaan kaavan 0 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 41) M σ m, = kcrit fm,, (0) W n jossa σm, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo fm, = taivutuslujuuen suunnitteluarvo M = taivutusmomentin suunnitteluarvo Wn = nettopoikkileikkauksen taivutusvastus, kaava 9 kcrit = kiepahuskerroin:

35 35 k crit 1,0 _ kun. _ λrel, m 0,75 = 1,56 0,75 λrel, m _ kun _ 0,75 < λrel, 1 _ kun _ λ, > 1,4 rel m λrel, m m 1,4, (1) jossa λrel,m = palkin suhteellinen hoikkuus: f m, k λ rel, m =, () σ m, crit jossa fm,k = taivutuslujuuen ominaisarvo σm,crit = kriittinen taivutusjännitys: M π E, 0,05 I y crit z G0,05 Itor σ m, crit = =, (3) W l W y ef y jossa My,crit = kriittinen taivutusmomentti Wy = vahvemman suunnan taivutusvastus, kaava 9 E0,05 = kimmokertoimen ominaisarvo Iz = poikkileikkauksen jäyhyysmomentti z-akselin suhteen, kaava 13 G0,05 = liukukertoimen ominaisarvo Itor = vääntöjäyhyysmomentti, suorakaiepoikkileikkaukselle:

36 36 I tor 3 b h =, (4) 3 jossa b = palkin leveys h = palkin korkeus lef = nurjahuspituus Nurjahuspituuen määrittelyyn vaikuttaa palkin tuentatapa sekä kuormituksen tyyppi. Vapaasti tuetulle palkille, jolla on tasaisesti jakautunut kuormitus, voiaan nurjahuspituuen arvona lef käyttää arvoa 0,9 L, jossa L on palkin jänneväli. Tällöin kuormituksen oletetaan vaikuttavan painopisteen korkeuella. Jos kuormitus vaikuttaa palkin puristetun reunan korkeuella, tehollisen pituuen arvoa suurennetaan mitan h verran. Jos kuormitus vaikuttaa palkin veetyn reunan korkeuella, tehollisen pituuen arvoa voiaan pienentää mitan 0,5 h verran. Palkin ollessa kiepahustuettu sivusuunnassa puristetulta reunalta ja kuormituksen vaikuttaessa puristetulla reunalla, käytetään tehollisena pituutena kaavan 5 antamaa arvoa. Kun palkki on kiepahustuettu sivusuunnassa puristetulta reunalta ja kuormitus vaikuttaa veetyllä reunalla, voiaan tehollisena pituutena käyttää kaavan 6 antamaa arvoa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-5, 4-6.) l ef = a + h, (5) l ef = a 0,5 h, (6) joissa a = palkin kiepahustuenta väli h = palkin korkeus Suorakaiepalkille kriittisen taivutusjännityksen kaava 3 saaaan muokattua kaavan 7 muotoon. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 78)

37 37 c b σ (7) m, crit = E0,05, h lef jossa c = materiaalista riippuva kerroin, liimapuun lujuusluokille GL4c, GL8c, GL30c ja GL3c käytetään arvoa 0,71 Palkit eivät kiepaha, jos suhteellinen hoikkuusluku λrel,m on pienempi kuin 0,75. Jos λrel,m on suurempi kuin 1,4, määräytyy palkin kestävyys kiepahuksen mukaan. Suhteellisen hoikkuusluvun ollessa näien arvojen välissä taivutusmomenttikestävyys ylittyy, jos suuria siirtymiä pääsee tapahtumaan sekä vaaka- että pystysuorassa suunnassa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-6.) Hoikilla palkeilla tulee erityisesti kiinnittää huomiota palkin jäykistämiseen kiepahusta vastaan. Palkin puristettu reuna tulee jäykistää joko jatkuvasti tai sopivin välein olevilla jäykisteillä. Jatkuvien palkkien kohalla palkin puristettu alareuna tulee jäykistää välituilla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-7.) Taipuma Lopullinen nettotaipuma koostuu hetkellisestä taipumasta, viruman aiheuttamasta taipumasta ja mahollisesta esikorotuksesta. Kuvassa 1 on esitetty taipuman muoostuminen. Kokonaistaipuma koostuu hetkellisestä taipumasta ja viruman aiheuttamasta taipumasta. Lopullinen taipuma saaaan, kun kokonaistaipumasta vähennetään mahollinen esikorotus. Taipuman laskemisessa käsiteltävät kuormitusyhistelmät on esitetty kuvassa 5. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 90.) Kuva 1. Taipuman muoostuminen (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 64)

38 38 Taipumarajoille on annettu suosituksia taulukon 11 mukaisesti. Ulokkeen ollessa kyseessä, saa sen taipuma jännevälin suhteen olla kaksinkertainen. Jos rakenteen, rakennuksen tyypin, käyttötarkoituksen tai toiminnan luonteen takia on tarpeellista, voiaan taipuman raja-arvoiksi sopia myös muunlaiset arvot. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 90.) Taulukko 11. Taipumarajoja (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 6-8) Vapaasti tuetun ja tasaisella kuormalla kuormitetun palkin taivutusmomentin aiheuttama taipuma wb lasketaan kaavan 8 mukaisesti. Kaavan käyttämisen eellytyksenä on, että palkin jännevälin suhe korkeuteen L/h on suurempi kuin 10. Jos suhe on pienempi kuin 10, tulee huomioia myös leikkausvoiman aiheuttama taipuma ws, joka lasketaan kaavalla 9. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 6-10.) w b 4 5 q L =, (8) 384 E I c w E h = 1+ 0,96, (9) G L s w b jossa q = palkin yläpinnan tasainen kuormitus L = palkin pituus E = kimmokertoimen keskiarvo

39 39 Ic = jäyhyysmomentti määräävän poikkileikkauksen mukaan, kaava 14 G = liukukertoimen keskiarvo h = palkin korkeus 3... Vaihtuvakorkuiset suorat palkit Poikkileikkaukseltaan lineaarisesti vaihtuvakorkuisilta suorilta palkeilta tarkastetaan mitoituksessa taivutuskestävyys mitoittavassa poikkileikkauksessa, taivutuskestävyys harjalla, poikittainen vetokestävyys harjalla, yhistetty poikittainen veto- ja leikkauskestävyys harjalla, leikkauskestävyys maksimitaivutusjännityksen kohalla, leikkauskestävyys tuella, tukipainekestävyys, kiepahuskestävyys sekä taipuma. (Puuinfo 014a,.) Taivutuskestävyys mitoittavassa poikkileikkauksessa Vaihtuvakorkuisessa palkissa sekä momentti että poikkileikkauskorkeus vaihtelevat palkin pituussuunnassa, jolloin maksimitaivutusjännitys ei yleensä esiinny maksimimomentin kohassa, vaan lähempänä tukea. Jotta maksimitaivutusjännitys saaaan laskettua, pitää määrittää mitoittava poikkileikkaus. (Carling 003, 83.) Symmetrisellä tasaisella kuormalla mitoittava kohta xm voiaan laskea kaavalla 30 ja palkin korkeus hm kyseisessä mitoittavassa kohassa kaavalla 31. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 53) x m l h1 =, (30) h ap h m h1 = h1 ( ), (31) h ap joissa l = palkin pituus

40 40 h1 = palkin tukikorkeus hap = palkin harjakorkeus Taivutuskestävyys mitoittavassa poikkileikkauksessa tarkastetaan kaavan 3 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 54) 6 M σ m, α, = k,,, m α fm (3) b h m jossa σm,α, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo kulmassa α syien suuntaan nähen fm, = taivutuslujuuen suunnitteluarvo M = taivutusmomentin suunnitteluarvo kohassa xm b = palkin leveys kohassa xm hm = palkin korkeus mitoittavassa poikkileikkauksessa xm km,α = kerroin, kun viistetty reuna on puristettu: 1 k m, α =, (33) f m, fm, 1+ tanα + tan α 1,5 fv, fc,90, jossa fv, = vetolujuuen suunnitteluarvo fc,90, = puristuslujuuen suunnitteluarvo kohtisuoraan syitä vastaan α = harjapalkin yläpinnan kaltevuus asteina

41 41 Taivutuskestävyys harjalla Taivutuskestävyys harjalla tarkastetaan kaavan 34 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 57, 58) 6 M σ m, = kl k,, r fm (34) b h ap jossa σm, = harjan taivutusjännityksen suunnitteluarvo fm, = taivutuslujuuen suunnitteluarvo M = harjan taivutusmomentin suunnitteluarvo b = palkin leveys harjan kohalla hap = palkin harjakorkeus kl = harjapalkilla 1+1,4*tan α +5,4*tan α α = harjapalkin yläpinnan kaltevuus asteina kr = harjapalkilla 1,0 Poikittainen vetokestävyys harjalla Poikittainen vetokestävyys harjalla tarkastetaan kaavan 35 mukaisella mitoituseholla. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 58) 6 M σ t, 90, = k p k,90,, is kvol ft (35) b h ap jossa σt,90, = vetojännityksen suunnitteluarvo syitä vastaan kohtisuoraan

42 4 fm, = vetolujuuen suunnitteluarvo syitä vastaan kohtisuoraan M = taivutusmomentti palkin keskellä b = palkin leveys harjan kohalla hap = palkin harjakorkeus kis = jännityksen jakautumisen vaikutuksen huomioiva kerroin, harjapalkille 1,4 kvol = poikittaisen vetolujuuen kokovaikutuskerroin: 0,, V k 0 vol = (36) V jossa V0 = vertailutilavuus 0,01 m 3 V = harjavyöhykkeen tilavuus kuvan 13 mukaisesti, max. arvo /3 Vb, kun Vb on palkin kokonaistilavuus Kuva 13. Harjavyöhykkeen tilavuuen määrittäminen harjapalkilla (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 60) Jos harja-alueen puupinnat käsitellään kosteuen siirtymistä estävällä pintakäsittelyllä, voiaan poikittaisen vetojännityksen suunnitteluarvo laskea kaavalla 37. Esimerkiksi kaksinkertaista säänkestävää lakkausta voiaan pitää kosteuen siirtymistä estävänä pintakäsittelynä. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 69, 8, 83.)

43 43 6 M p σ t,90, = k p 0,6, (37) b h b ap jossa p = tasaisesti palkin yläpinnalla harja-alueella vaikuttava kuorma Yhistetty poikittainen veto- ja leikkauskestävyys harjalla Yhistetty poikittainen veto- ja leikkauskestävyys harjalla tarkastetaan kaavan 38 mukaisella mitoituseholla. Harjan leikkausjännitystä laskettaessa tulee myös huomioia halkeilukerroin kcr. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 8.) τ f v, + k is σ k t,90, vol f t,90, 1, (38) jossa τ = leikkausjännityksen suunnitteluarvo fv, = leikkauslujuuen suunnitteluarvo σt,90, = vetojännityksen suunnitteluarvo syitä vastaan kohtisuoraan kis = jännityksen jakautumisen vaikutuksen huomioiva kerroin, harjapalkille 1,4 kvol = poikittaisen vetolujuuen kokovaikutuskerroin, kaava 36 Leikkauskestävyys maksimitaivutusjännityksen kohalla Leikkauskestävyys maksimitaivutusjännityksen kohalla tarkastetaan kaavan 39 mukaisella mitoituseholla. Tätä mitoitusehtoa ei ole Eurokooi 5:ssa. (Puuinfo 014a, 10.) τ = σ m, max tan α kcr fv,, (39)

44 44 jossa τ = leikkausjännityksen suunnitteluarvo σm,max = maksimitaivutusjännityksen suunnitteluarvo α = harjapalkin yläpinnan kaltevuus asteina kcr = halkeilukerroin, lämmitetyissä sisätiloissa sahatavaralle ja liimapuulle yleensä 0,67 ja kosteuen siirtymistä estävällä pintakäsittelyllä käsiteltynä 1,0 fv, = vetolujuuen suunnitteluarvo Leikkauskestävyys tuella sekä tukipaine- ja kiepahuskestävyys Leikkauskestävyys tuen kohalla tarkastetaan samalla tavalla kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkeilla palkeilla eli tarkastus tapahtuu kaavan 1 tai 15 mukaisesti. Leikkausrasitusta voiaan pienentää tarkastelemalla sitä kohassa, joka ulottuu palkin päästä pilarin mitan ja tukikorkeuen verran harjalle päin. Tällöin kaavoissa käytetään palkin korkeutena tämän kohan korkeutta. (Puuinfo 014a, 10) Tukipainekestävyys tarkastetaan samoin kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkeilla palkeilla eli tarkastus tapahtuu kaavan 17 mukaan. (Carling 003, 83) Myös kiepahuskestävyys tarkastetaan samalla tavalla kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkeilla palkeilla eli tarkastus tapahtuu kaavan 0 mukaan. Tällöin mitoittavana korkeutena käytetään palkin määräävän poikkileikkauksen korkeutta hm. (Puuinfo 014a, 1.) Taipuma Harjapalkin taipuma tarkastetaan pitkälti samalla tavalla kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkealla palkilla, sillä lopullinen nettotaipuma muoostuu samalla lailla ja taipumarajat ovat samat kuin tasakorkeilla palkeilla. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 90)

45 45 Tasaisesti kuormitetulle ja vapaasti tuetulle symmetriselle harjapalkille taipuma jännevälin keskellä lasketaan kaavan 40 mukaan. Kaavassa on huomioitu myös leikkausmuoonmuutosta eustava termi. Tämä voiaan jättää pois pitkillä palkeilla, jos L/(h1+hap)>5. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 6-11.) 4 5 q L 384 0,35 q L w = + (40) E I G b 0, mean c 0, mean ( h + h ), s ap jossa q = palkin yläpinnan tasainen kuormitus L = palkin pituus E0,mean = kimmokerroin Ic = jäyhyysmomentti määräävän poikkileikkauksen mukaan, kaava 13 G = liukumouuli b = palkin leveys h1 = palkin tukikorkeus hap = palkin harjakorkeus Pilarit Pilareien mitoituksessa tarkastetaan pystykuorman vaikutus, momentin ja pystykuorman yhteisvaikutus sekä pilarin alapään tukimomenttia vastaava liimaruuvimäärä. Mitoitettaessa tuulikuormaa voiaan olettaa, että puolet kattoon kohistuvasta tuulikuormasta siirtyy pääkannatinta myöten suojan puoleiselle pilarille. (Puuinfo 009, 36.) Eulerin nurjahusteoria luo pohjan pilarien laskentaan. Teoriassa on esitetty matemaattisesti suoran, molemmista päistään nivelellisesti kiinnitetyn ja keskeisesti kuor-

46 46 mitetun hoikan, nurjahtavan ja tasapaksun sauvan nurjahuskuorman kaava. Kaavaa on kehitetty eteenpäin sellaisille tapauksille, joissa pilarin päät eivät ole täyellisesti kitkattomin nivelin kiinnitettyjä. Tällöin huomioiaan pilarin nurjahuspituus Lc = β L, joka on nurjahtaneen muoon kahen nollakohan välinen etäisyys. Kertoimelle β annetut arvot eri tuentatapojen mukaan on esitetty kuvassa 14. Mastopilarin tuentatapa ja β:n arvo on esitetty kohassa e). (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-13, 4-14.) Kuva 14. Teoreettiset ja käytännössä sovellettavat nurjahuspituuen kertoimet (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-14) Suunnitteluohje RIL esittää vaihtoehtoisen tavan nurjahuspituuen määrittämiseen. Mastopilarin laskennassa käytetään kerrointa β =,5. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 74.) Liimapuupilarit voiaan kiinnittää jäykästi perustuksiin liimaruuviliitoksen avulla. Kyseistä kiinnitystapaa käytettäessä mastopilarin nurjahuspituus Lc on mahollista määrittää kaavan 41 avulla. (Finnish Woo Research 014a, 14.) L c = β L, (41) jossa L = pilarin pituus

47 47 π E0,05 I β = 4 +, (4) L K r, u jossa E0,05 = liimapuun kimmomouulin ominaisarvo puun syien suuntaan I = pilarin jäyhyysmomentti tarkastettavassa suunnassa, kaava 13 Kr,u = liimaruuviliitoksen kiertymäjäykkyys murtorajatilassa: n K r, u = Kser ri, (43) 3 i= 1 jossa Kser = liimaruuvin siirtymäkerroin aksiaalisessa kuormituksessa: N / mm K ser = 85000N / mm teräslajin S35JRG liimaruuveilla lujuusluokan 5.8 liimaruuveilla n = liimaruuvien lukumäärä koko liitoksessa ri = liimaruuvin i etäisyys pilarin neutraaliakselilta Yksinkertaistetusti voiaan käyttää arvoa β=,, jos pilarilla on nurjahuspituutta,5 L vastaava pilarin hoikkuus: 10 λ 100 käytettäessä teräslajin S35JRG liimaruuveja käytettäessä lujuusluokan 5.8 liimaruuveja Käytännössä pilarien muoot ja kuormien keskeisyyet eivät toteuu ieaalisella tavalla, mikä aiheuttaa pilarille taivutusmomenttia heti kuormituksen alusta lähtien. Tällöin pilarin kestävyyen laskennassa huomioiaan pilarin suoruus ja materiaalin ominaisuuksien vaihtelu. Kestävyyen arviointiin voiaan käyttää toisen kertaluokan analyysiä tai lineaarista nurjahusteoriaa, jossa toisen kertaluokan vaikutukset huomioi-

48 48 aan lujuuen nurjahuskertoimella kc. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 4-16, 4-17.) Sauvan puristuskestävys tarkastetaan kaavan 44 mukaisella mitoituseholla, jolloin sauvan mahollista nurjahusta ei huomioia. Tällöin nurjahus tulee tarkastaa kaavojen 5 ja 53 mukaisesti. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 66.) σ f, (44) c, 0, c,0, jossa σc,0, = syynsuuntaisen puristusjännityksen suunnitteluarvo fc,0, = syynsuuntaisen puristuslujuuen suunnitteluarvo Liimapuukäsikirja esittää sauvan puristuskestävyyelle vaihtoehtoisen mitoitusehon kaavan 45 mukaisesti. Kaava huomioi myös sauvan mahollisen nurjahuksen. Oletuksena on, että sauvan nurjahtaminen heikommassa y-suunnassa on estetty. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 38.) Fc,0, σ c, 0, = kc fc,0,, (45) A jossa Fc,0, = syynsuuntaisen puristavan kuorman suunnitteluarvo A = nettopoikkileikkauksen pinta-ala kc = nurjahuskerroin: k c = k + 1 _ kun _ λrel 0,3 1 _ kun _ λ rel k λ rel > 0,3, (46) jossa

49 49 ky = nurjahuskerroin: k y = 0,5 ( 1+ 0,1 ( λ 0,3) + λ ), (47) rel rel jossa λrel,y = muunnettu hoikkuus: λy fc,0, k λ rel, y =, (48) π E 0,05 jossa fc,0,k = puristuslujuuen ominaisarvo syien suunnassa E0,05 = kimmokertoimen ominaisarvo λy = pilarin hoikkuusluku z-suuntaan: Lc λ y =, (49) i y jossa Lc = pilarin nurjahuspituus: L c = L β, (50) jossa L = pilarin pituus β = nurjahuskerroin, kuva 11 tai kaava 14 iy = jäyhyyssäe, suorakaiepoikkileikkaukselle:

50 50 hy i y =, (51) 1 jossa hy = pilarin korkeus z-suuntaan Yhistetty puristus- ja taivutuskestävyys tarkastetaan kaavojen 5 ja 53 esittämien mitoitusehtojen mukaisesti. Kaava huomioi nurjahuksen sekä y-akselin että z-akselin suuntaan. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 74.) k σ c, y c,0, f c,0, σ + f m, y, m, y, + k m σ f m, z, m, z, 1, (5) k σ c, z c,0, f c,0, + k m σ f m, y, m, y, σ + f m, z, m, z, 1, (53) joissa σc,0, = syynsuuntaisen puristusjännityksen suunnitteluarvo fc,0, = syynsuuntaisen puristuslujuuen suunnitteluarvo kc,z = nurjahuskerroin y-akselin suuntaan, kaava 46 kc,y = nurjahuskerroin z-akselin suuntaan, kaava 46 σm,z, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo y-akselin suuntaan σm,y, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo z-akselin suuntaan fm,y, = fm,z, = taivutuslujuuen suunnitteluarvo km = kerroin, jolla huomioiaan jännitysjakauma ja materiaalin epähomogeenisuus: 0,7 suorakaiepoikkileikkaus liimapuulle

51 51 Taivutuskestävyyet poikkileikkauksen y- ja z-suuntaan tarkastetaan kaavalla 8, jota käytetään myös poikkileikkaukseltaan tasakorkeien palkkien laskentaan. Laskettaessa pilarien taivutusvastusta kaavan 9 mukaisesti, tulee huomioia tarkasteltavan poikkileikkauksen suunnat. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 7.) Taivutuksen aiheuttama leikkausvoimakestävyys pilarin y- ja z-suuntaan tarkastetaan kaavalla 1 tai 15, jotka ovat samoja kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkeien palkkien laskennassa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015b, 8) Pilarin kiepahuskestävyys tulee tarkastaa tapauksissa, joissa vain momentti vaikuttaa vahvemman akselin z-suuntaan, sekä tapauksissa, joissa momentti ja puristusvoima vaikuttavat yhtä aikaa. Momentin kuormittaessa pilaria kiepahuskestävyys tarkastetaan kaavalla 0, joka on sama kuin poikkileikkaukseltaan tasakorkeien palkkien laskennassa. Momentin ja puristusvoiman yhteisvaikutuksen mitoitusehto on esitetty kaavassa 54. Kaavaa 54 voiaan käyttää, kun kiepahuskerroin kcrit < 1. Useimmiten pilarit ovat poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoisia, jolloin kiepahuskestävyystarkastelussa tarvittava kriittinen taivutusvastus voiaan laskea kaavalla 7. Pilarin tehollinen kiepahuspituus lasketaan kaavalla 5. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 76.) σ kcrit f m, z, m, σ + k f c, z c,0, c,0, 1, (54) jossa σm,y, = taivutusjännityksen suunnitteluarvo z-akselin suuntaan fm, = taivutuslujuuen suunnitteluarvo kcrit = kiepahuskerroin, kaava 1 σc,0, = syynsuuntaisen puristusjännityksen suunnitteluarvo fc,0, = syynsuuntaisen puristuslujuuen suunnitteluarvo kc,z = nurjahuskerroin z-akselin suuntaan, kaava 46

52 Jäykistys Rakennesuunnittelun tärkeimpiä tehtäviä on rakenteien jäykistäminen kaatavia voimia vastaan. Tyypillisiä vaakavoimia ovat tuulikuormat, pilareien ja palkkien epäkeskisyyestä aiheutuvat voimat sekä maholliset nosturiratojen jarruvoimat ja trukkien törmäyskuormat. Vaakavoimia esiintyy kaikissa suunnissa, joten ne tulee ottaa huomioon rakennuksen poikki- ja pituussuunnassa sekä kattotasossa. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 13-.) Jäykistys sisältää rakennuksen kokonaisjäykistyksen lisäksi yksittäisten rakenneosien muoostaman kokonaisuuen sisäisen jäykistyksen. Rakenneosien sisäisiä voimia ei tarvitse siirtää perustuksille, vaan ne otetaan vastaan rakennesysteemin sisällä. Sisäisiä rasituksia syntyy, kun rakenne poikkeaa ieaalisesti virheettömästä rakenteesta. Tällaisia ovat esimerkiksi nurjahus- ja kiepahusvoimien aiheuttamat rasitukset. (VTT 006, 4, 6.) Rungon jäykistys poikkisuunnassa voiaan toteuttaa momenttijäykillä liitoksilla, iagonaalijäykistyksellä tai levyjäykistyksellä kuvan 15 mukaisesti. Yleisin jäykistystapa on pilarin ja perustusten välisen liitoksen toteuttaminen momenttijäykästi. Tällöin sivuseiniin kohistuvat tuulikuormat siirretään ulkoseinän ja katon rakenteilla pääpilareille ja siitä suoraan perustuksille. Menetelmän etuna on yksinkertaisuus ja jäykistymisen valmistuminen heti pilareien asentamisen jälkeen. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 13-, 13-8.)

53 53 Kuva 15. Pilari-palkkirakenteen jäykistämistavat kehän suunnassa (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 13-) Matalat rungot voiaan pituussuunnassa jäykistää pääyissä mastoiksi mitoitetuilla tuulipilareilla. Jäykistys pituussunnassa voiaan toteuttaa myös ulkoseinille sijoitettavilla tuuliristikoilla, vinotuilla tai levyjäykistyksellä. Tällöin päätyihin kohistuvat tuulikuormat siirtyvät ensin tuulipilareien kautta katon päätypalkille ja perustuksille. Päätypalkilta kuormitus siirtyy kattoon sijoitetulle tuuliristikolle ja sitä kautta eelleen sivuseinille sijoitetuille pystyristikoille. Yläpohjan vaakavoimien siirtämiseen voiaan käyttää kattorakenteita, joko kattoelementtejä tai erillisiä orsia. Yleensä tuuliristikossa on puiset puristussauvat ja harjateräs- tai kierretankovetosauvat. Kattoelementeillä ja - orsilla saaaan myös hoiettua kattokannattimien kiepahustuenta. Kuvassa 16 on esitetty rungon jäykistyksen periaate, kun käytetään tuuliristikoita. (Puuinfo 014b, 6, 7.) Kuva 16. Rungon jäykistyksen periaate (Carling 003, 13)

54 54 Yleensä hallien vaakasiirtymistä ei ole haittaa. Lopulliselle siirtymälle on kuitenkin annettu raja H/300, jossa H on rakennuksen korkeus. Pääyn mastopilareita tai katon tuuliristikoita mitoitettaessa tulee huomioia poikittaisjäykistyksen taipumaraja L/500, jossa L on hallin pääkannattimen pituus. Vaakataipuma lasketaan murtorajatilan mitoituskuormalle. (Puuinfo 014b, 3.) Kun kattopalkkien sivuttaistuennassa käytetään poikittaistukia, tulee tukien kohalla vaikuttava stabiloiva voima ottaa mitoituksessa huomioon. Kiepahustuentaan tarvittava voima F lasketaan kaavan 55 mukaan. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 163.) N F =, (55) 80 jossa N = kiepahustukeen kohistuva puristava voima: N M = ( 1 kcrit ), (56) h jossa kcrit = poikittain tukemattoman palkin kiepahuskerroin, kaava 1 M = palkin suurimman momentin mitoitusarvo h = palkin korkeus Rungon jäykistyksessä tulee huomioia lisävaakavoima, jota Eurokooi 5 ei tunne. Rakennuksen leveyssuunnassa lisävaakavoimaa ei tarvitse huomioia, jos pilarit ovat toisesta päästään jäykästi kiinnitetty ja nurjahusmitoitusmenetelmä huomioi toisen kertaluvun rasitukset. Leveyssuuntainen lisävaakavoima HT voiaan laskea kaavalla 57 ja pituussuuntainen lisävaakavoima HL kaavalla 58. (Finnish Woo Research 014b, 15.)

55 55 N H T =, (57) 150 H L B N N =, (58) L joissa N = pilarille tuleva pystykuorma B = rakennuksen leveys L = rakennuksen pituus 3..4 Palo Järeien puurakenteien on toettu säilyttävän kantavuutensa hyvin tulipalotilanteissa. Tämän johosta liimapuurakenteita voiaan käyttää rakennuksissa, joissa on korkeat palotekniset vaatimukset. Palon eetessä liimapuun pintaan muoostuu hiilikerros, joka toimii lämmöneristeenä ja estää myös palamisvyöhykkeen hapen saantia. Kuvassa 17 esitetty hiiltyminen hiastaa palon etenemistä ja näin auttaa liimapuuta säilyttämään kantavuutensa. Yksinkertaistetussa mitoitusmenetelmässä palotilanteen liimapuut mitoitetaan teholliselle jäännöspoikkipinta-alalle käyttäen liimapuulle palotilanteen lujuusarvoja ja pienennettyjä kuormia. (Carling 003, , 185.) Kuva 17. Puun hiiltymisprosessi (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 15-4)

56 56 Tulipaloa käsitellään onnettomuustilanteena, jolloin liimapuun lujuus- ja jäykkyysominaisuuksia saaaan korottaa kertoimella kfi = 1,15. Myös kuormien aiheuttamat rasitukset lasketaan onnettomuustilanteen kuormitusyhistelyllä, jolloin kuormituskertoimia käyttämällä palotilanteelle saaaan pienemmät kuormat kuin normaalilämpötilassa. Onnettomuustilanteen kuormitusyhistelyjä käsitellään tarkemmin suunnitteluohjeissa RIL ja RIL (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 37, 38.) Tehollinen jäännöspoikkileikkauspinta-ala saaaan vähentämällä alkuperäisen poikkileikkauksen mitoista tehollinen hiiltymissyvyys kaikilta niiltä sivuilta, jotka ovat palolle alttiina kuvan 18 mukaisesti. Tehollinen hiiltymissyvyys ef lasketaan kaavalla 59. Palkkien ja pilarien nimellisen hiiltymissyvyyen laskennassa huomioiaan kulmapyöristykset ja halkeamien vaikutukset, jolloin hiiltymissyvyys lasketaan käyttämällä nimellistä hiiltymänopeutta βn = 0,7 mm/min. (Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL 009, 40, 41, 4, 43.) Kuva 18. Jäännöspoikkileikkaus ja tehollisen poikkileikkauksen määritelmät (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 15-7.) ef = + k, (59) char, n 0 o jossa 0 = 7 mm k0 = min {t/0;1}, kun t on tarkasteltava paloaika minuutteina char,n = nimellisen hiiltymissyvyyen mitoitusarvo:

57 char 57, n = β n t, (60) jossa βn = nimellisen hiiltymänopeuen mitoitusarvo: 0,7 mm/min t = palorasituksen kesto 3.3 Liimapuurungon liitokset Liitokset ovat oleellinen osa suunnittelua, sillä ne voivat olla rakenteen heikoin kohta ja näin määrätä koko rakenteen kestävyyen. Liimapuurungon liitosmitoituksessa huomioiaan puun ortotrooppisuus ja hygroskooppisuus käyttämällä mitoituksessa aikaluokkia, käyttöluokkia sekä huomioimalla rasituksen suunta puun syien suunnan suhteen. Suunnittelussa tulee myös huomioia se, että haurasta murtoa pitää välttää. Liitoksien tulee varoittaa selkeästi ennen mahollista sortumista. (Suomen Liimapuuyhistys ja Puuinfo 015a, 14-3.) Mastopilarin liimaruuviliitos perustuksiin Liimaruuviliitoksella saaaan aikaiseksi jäykästi perustuksiin kiinnitetty liitos, joka siirtää vaaka- ja pystyvoimien lisäksi momentteja. Tällöin pilaria voiaan käyttää rakennuksen rungon jäykistämiseen vaakavoimia vastaan. Liimaruuviliitoksella saaaan ulkonäöllisesti siisti sekä paloteknisesti toimiva piiloliitos. Perustuksiin liitos voiaan tehä monella tavalla. Liimaruuvit voiaan sijoittaa perustuksiin tehtyihin koloihin, jotka betonoiaan. Liimaruuveihin voiaan myös kiinnittää teräsosat, joista pilari työmaalla joko hitsata perustuksissa oleviin tartuntalevyihin tai kiinnittää perustuksissa oleviin pultteihin. Pilarin suoraan betoniin liittyvä pää tulee varustaa kosteussululla. (Carling 003, 147.) Liimaruuviliitoksia on tehty jo ainakin 1980-luvulta lähtien. Niin kuin nykypäivänäkin, perustui liitoksen laskenta VTT:n tekemään tutkimukseen ja tutkimusselostukseen, jossa on määritetty ruuvien laskenta-arvot. Tällöin olettamuksena on ollut, että vetoteräkset myötäävät eikä puristusteräksiä tarvitse huomioia, sillä puristusvoima otetaan kokonaan puulle. Mitoituksessa on huomioitu liitokselle tuleva normaalivoima sekä momentti, joien kautta on laskettu liitosruuvien lukumäärä. Mitoituksessa on

58 58 laskettu puun riittävä kapasiteetti, liimaruuvien tartuntakapasiteetti betonissa sekä tarvittava ankkurointipituus betoniin. Asennus on tapahtunut niin, että liimapuupilari on tuettu betonipilarin lauoituksen varaan oikealle paikalleen, jonka jälkeen betonipilari on valettu. Tällöin pilarin päästä ulos tulevat liimaruuvit ovat jääneet betonipilarin rauoituksen keskelle ja liitoksesta on saatu jäykkä. (Insinööritoimisto Kaista & Sebbas 1984.) Nykyään liimaruuveja käytetään useimmiten perustuksiin ruuvattavan tai hitsattavan teräslevyn kanssa. Liitoksessa käytetään epoksi- tai polyuretaaniliimalla syien suuntaisesti liimattuja kansiruuveja, jotka ovat kärkiosastaan kierteistettyjä ja joien sileän osan halkaisija on 19 mm. Liimaruuvien mitoituksessa huomioiaan kuvan 19 mukaisesti pilarin aksiaalinen kuormitus, leikkauskuormitus sekä momentti, joka jaetaan voimapariin. Liimaruuviliitosta ei voia käyttää käyttöluokassa 3 eikä rakenteissa, jotka ovat alttiita ynaamisille kuormille. (Finnish Woo Research 015, 4.) Kuva 19. Liimaruuviliitos (Finnish Woo Research 015, 4) Voimaparin kautta lasketaan liitokseen kohistuva vetovoima kaavan 61 mukaan ja puristusvoima kaavan 6 mukaan. Vetovoima siirtyy täysin liitoksen ruuvien kautta. Puristusvoima voiaan laskea siirtyväksi joko liitoksen ruuvien kautta tai puristuspaineena teräskengän kautta. Mitoituksessa tarkastetaan ruuvin normaalivoimakestävyys,

59 59 ruuvin leikkauskestävyys sekä liimapuun vetokestävyys. Liimaruuvin normaalivoimakestävyyen mitoitusarvo Rax, lasketaan kaavalla 63, vetorasitetun liimaruuviryhmän lisämitoitusehto esitetään kaavassa 64 ja liimapuun vetokestävyys Nt, lasketaan kaavalla 65. Liitoksen leikkausvoima V vastaanotetaan puristetun reunan liimaruuveilla. Liimaruuvin leikkauskestävyyen mitoitusarvo Rv, esitetään taulukossa 1. (Finnish Woo Research 015, 4.) A M N =, (61) e M N B = +, (6) e joissa M = momentin mitoitusarvo N = normaalivoiman mitoitusarvo e = momenttivarsi, puristus- ja vetoterästen painopisteien etäisyys R ax, = min k mo R y, k γ M, y R γ a, k M, (63) joissa Ry,k = ruuvin myötökestävyyen ominaisarvo: lujuusluokan S35 ruuville 6 kn, lujuusluokan 5.8 ruuville 101 kn γm,y = ruuvin myötäämisen osavarmuusluku: 1,1 kmo = liimapuun muunnoskerroin γm = liimapuun osavarmuusluku: 1,

60 60 Ra,k = ruuvin tartuntakestävyyen ominaisarvo: lujuusluokan S35 ruuville: Ra,k = (La/490) 7 kn lujuusluokan 5.8 ruuville: Ra,k = (La/490) 84 kn joissa La = ruuvin uppoumasyvyys liimapuuhun F 0,9 n R, (64) t, t ax, jossa Ft, = veetyn liimaruuviryhmän mitoituskuorma nt = veettyjen liimaruuvien lukumäärä Rax, = ruuvin tartuntakestävyyen mitoitusarvo, kaava 63 n t t, t, i= 1 N = f A F, (65) ef, i t, jossa ft, = liimapuun vetolujuuen mitoitusarvo Aef,i = liimapuun tehollinen vetovyöhykkeen pinta-ala ruuvia i kohen nt = liitinryhmän veettyjen liimaruuvien lukumäärä Ft, = veetyn liimaruuviryhmän mitoituskuorma

61 61 Taulukko 1. Puristetun liimaruuvin leikkauskestävyyen mitoitusarvo Rv, ja mitoitusarvon käyttöehot (Finnish Woo Research 015, 4) Mitoitus ei huomio palonkestävyyttä. Jos liitokselta vaaitaan palonkestävyyttä, mitoitetaan liitos erillisten itseporautuvien paloruuvien tai palolle altistumattomien liimaruuvien varaan. Itseporautuvien ruuvien mitoituksessa tulee huomioia se, että ne asennetaan syysuuntaan. (Finnish Woo Research 015, 4.) 3.3. Pääkannattimen hankolautaliitos mastopilariin Useimmiten palkin ja pilarin yläpään välinen liitos tehään nivelenä, joka siirtää vain pysty- ja vaakasuoria voimia. Liitos on suunniteltava niin, että palkin kulmanmuutosta ei estetä. Näin saaaan estettyä ylimääräisten jännitysten syntyminen liitokseen ja estettyä maholliset vauriot pilariin tai palkkiin. Liitoksissa on käytetty naulaamalla tai ruuvaamalla pintaan kiinnitettäviä teräksiä tai piiloliitoksena liimattuja ruuveja. (Carling 003, 156.) Liitos voiaan toteuttaa myös hankolautaliitoksena, joka on perinteinen liitostyyppi, mutta jonka mitoittamiseen ei ole ollut tarkempia ohjeita. Puuinfon sovelluslaskelmassa hankolautaliitoksesta on aikaisemmin tarkistettu vain hankolauan leikkausvoimakestävyys ja naulauksen kestävyys sekä laskettu naulojen määrä liitoksessa (Puuinfo Oy, 010, 13, 133, 134). Nyt HalliPES 1.0 tarjoaa hankolautaliitoksen mitoittamiseen menetelmän, jossa liitoksen voimat määritetään rungon pituus- ja poikittaissuuntaiseen muoonmuutokseen perustuen. Kosteusmuoonmuutos mitoituksessa on huomioitu niin, että hankolauan ylimmän ruuvirivin etäisyys pilarin päästä on kolmasosa palkin tukikorkeuesta. Näin hankolauta ei merkittävästi estä palkin kosteusmuoonmuutosta. Palkin kulmanmuutoksen vaikutus hankolautaan on pyritty minimoimaan sillä, että hankolauta asennetaan pilarin keskialueelle. (Finnish Woo Research 015, 17.)

62 6 Tekemällä hankolautaliitoksesta momenttijatkos pääkannattimen ja pilarin välille kulkeutuu pilarille tuleva voima N liitoksen läpi perustuksille ja pilarin yläpäähän ei tarvitse suunnitella vaakasuuntaista jäykistesauvaa. Liitoksen mitoituksessa huomioiaan kuvan 0 mukaisesti kaltevuus, johon pääkannatin voi teoriassa siirtyä. Epäkeskisyys e aiheuttaa liitokseen momenttia ja leikkausvoimaa. (Finnish Woo Research 015, 18.) Kuva 0. Pääkannattimen epäkeskeisyys (Finnish Woo Research 015, 18) Hankolautaliitoksen mitoituksessa huomioiaan pääkannattimen tukireaktio A = N, pääkannattimen kaltevuus α, epäkeskisyyestä syntyvä momentti M = A e ja leikkausvoima V = A sin α sekä tuulen imukuorman aiheuttama tukireaktio pilarin yläpäässä H. Kuormat on esitetty kuvissa 0 ja 1. Kuvassa 1 on esitetty myös liitosruuvien reunaetäisyyet. Mitoituksessa ei huomioia pääkannattimen pystytukireaktion aiheuttamaa stabiloivaa vaikutusta eikä liitoksen palonkestovaatimuksia. Liitoksen palonkestävyys R30-vaatimus saaaan täytettyä suurentamalla hankolauan imensioita mitalla afi, joka huomioi hiiltymisen vaikutuksen. Palonkestävyys R60- vaatimukseen päästään suurentamalla hankolauan imensioita hiiltymän verran ja suojaamalla liittimet esimerkiksi palonsuojalevyllä. (Finnish Woo Research 015, 18.)

63 63 Kuva 1. Hankolautaliitos (Finnish Woo Research 015, 19) Hankolautaliitoksen mitoitus perustuu yhen ruuviryhmän mitoittamiseen ja oletukseen, että liitoksessa on kaksi ruuviryhmää yhessä hankolauan puoliskossa. Liitoksessa esiintyvät liitosvoimat ja mitoituksessa käytettävät etäisyyet ovat kuvan 1 mukaisia. Leikkausvoima Vx, lasketaan kaavalla 66, leikkausvoima Vz, kaavalla 67, normaalivoima Ny, kaavalla 68, momentti Mz,,hankolauta kaavalla 69, leikkausvoima Qz,,hankolauta kaavalla 70, momentti My,,hankolauta kaavalla 71 ja leikkausvoima Qy,,hankolauta kaavalla 7. (Finnish Woo Research 015, 19.) V x, M =, (66) z n R

64 64,, b n c H n n H V H R H z + = (67),, H R y n n V b c V N + = (68),,, R H H hankolauta z n n b V n c V M = (69),,, H hankolauta z n V Q = (70),,, R H H hankolauta y n n b H n c H M = (71),,, H hankolauta y n H Q = (7) joissa nr = ruuviryhmien määrä / hankolauan puolisko nh = hankolautojen määrä / liitos Ruuviryhmä mitoitetaan vetovoimien Vx, ja Vz, resultantille R kaavan 73 mukaisesti sekä ruuvin suuntaiselle vetovoimalle Ny,. Hankolauan mitoituksessa tarkastetaan hankolauan leikkauskestävyys leikkausvoimille Qz,,hankolauta ja Qy,,hankolauta, taivutuskestävyys momenteille Mz,,hankolauta ja My,,hankolauta, veto- ja puristuskestävyys voimalle Vx,, yhistetty veto- ja taivutusjännityskestävyys sekä yhistetty puristus- ja taivutusjännityskestävyys. (Finnish Woo Research 015, 19.),, z x V V R + = (73)

65 Päätypalkin liitos mastopilariin Pääyissä käytetään usein nivelellistä liitosta, jossa palkki kiinnitetään pilarin yläpäähän tehtyyn loveen. Liitoksessa on aikaisemmin käytetty joko läpimeneviä pultteja tai kulmateräksiä. Mitoitus on tapahtunut nostaville pystyvoimille ja niille vaakavoimille, jotka ovat pyrkineet siirtämään palkkia pilarin päältä. Alaspäin suuntautuvat pystyvoimat ja pilaria palkkia vasten työntävät vaakavoimat ovat siirtyneet pintapuristuksena. (Carling 003, 156.) Itseporautuvat ruuvit ovat tuoneet liitosten toteuttamiseen uusia vaihtoehtoja. Myös päätypalkin liitos pilariin voiaan nykyään toteuttaa itseporautuvilla ruuveilla kuvan mukaisesti. (Finnish Woo Research 015, 1.) Kuva. Päätypalkin liitos mastopilariin (Finnish Woo Research 015, 1) Liitoksessa esiintyvät liitosvoimat ovat kuvan mukaisia. Mitoitettaessa huomioiaan nostavat pystyvoimat N,1, puristavat pystyvoimat N, sekä päätypalkin tukireaktiot H,1 ja H,, jotka koostuvat pääkannattimien sivuttaistuentakuormasta ja lisävaa-

66 66 kavoimasta sekä päätyseinien tuulikuormista ja katon kitkatuulikuormista. Vetovoima A määritetään kaavan 74 mukaan, leikkausvoima V,1 kaavalla 75 ja normaalivoima N kaavalla 76. Leikkausvoima R,1 lasketaan kaavalla 77, tukivoima B kaavalla 78, leikkausvoima V, kaavalla 79 ja vetovoima R, kaavalla 80. (Finnish Woo Research 015, 1.) H,1 max_ A = (74) H, V = N (75), 1,1 N = A (76) R = V + N (77), 1,1 B = α (78) cos N, V = α N (79), sin, R = V + A (80),, Yläreunan ruuviryhmä mitoitetaan liitosvoimille R,1 ja R,. Pilarissa olevan loven vaikutus tarkastetaan voimalle H,. Palomitoituksessa liitos mitoitetaan paloteknisesti täysin suojatuksi, sillä päätyseinä suojaa ruuvien kantoja palossa. Mitoituksessa tulee kuitenkin huomioia, että reuna- ja päätyetäisyyet täytyvät myös hiiltyneessä poikkileikkauksessa. (Finnish Woo Research 015, 1.) Palkin tukipinnan teräslevyvahvistus tuella Palkin tukipintaa voiaan vahvistaa tukipaineteräsosilla ja näin siirtää palkin tukireaktio pilarille. Teräsosa koostuu teräslevystä, joka kiinnitetään palkkiin joko harjaterästai kierretangoilla kuvan 3 mukaisesti. Kiinnityksen tekeminen on luvanvaraista työtä, jolloin se pitää toteuttaa tehtaan valvotuissa olosuhteissa. (Finnish Woo Research 015, 0.)

67 67 Kuva 3. Tukipinnan teräslevyvahvistus (Finnish Woo Research 015, 0) Mitoituksessa tarkastetaan liimatankojen tartuntakestävyys palkilta pilarille tulevalle normaalivoimalle N, kun koko tukireaktio siirretään liimatankojen kautta. Laskennassa käytetään liimatangon puristuskestävyyen mitoitusarvoa, joka saaaan laskettua liimasauman tartuntalujuuen ominaisarvoa hyöyntämällä. Liimasauman tartuntalujuuen ominaisarvon fa,k laskeminen on esitetty kaavassa 81 ja liimatankojen puristuskestävyyen mitoitusarvon Rax, laskeminen kaavassa 8. Pilarin tukipainekestävyys mitoitetaan teräslevyn pinta-alalle. (Finnish Woo Research 015, 0.) La fa, k = 6,5 1, (81) 100 R ax, = min k mo f y γ π A M, s ef s f γ M a, k L a, (8) joissa La = liimatangon tartuntapituus palkissa = liimatangon halkaisija fy = terästangon myötölujuus

68 68 As = terästangon poikkileikkausala γm,s = terästangon myötäämiselle käytettävä osavarmuusluku: 1,1 kmo = muunnoskerroin liimapuulle ef = liimatangolle poratun reiän halkaisija, max 1,5 fa,k = liimatangon tartuntalujuuen ominaisarvo γm = liimapuun osavarmuusluku: 1, 4 RX-TIMBER 4.1 Ohjelman esittely RX-Timber on Dlubal Software GmbH:n kehittämä liimapuurakenteien suunnitteluun tarkoitettu mitoitusohjelma, jolla on mahollista suunnitella sekä Eurokooi 5:n että DIN-normien mukaan. Ohjelmalla voiaan suunnitella liimapuisia muotopalkkeja, jatkuvia palkkeja, pilareita, sekunääriorsia, kehiä ja jäykistysrakenteita. Mitoitus tapahtuu murto- ja käyttörajatilassa. Ohjelmalla voiaan myös tarkistaa rakenteien palonkestävyys. (Dlubal Software 015.) Liimapuien mitoitus tapahtuu joko normin EN : 004 tai DIN 105: ja valitun maan kansallisten liitteien mukaisesti. Ohjelma muoostaa lumikuormat normien EN tai DIN 1055:005, osa 5:n mukaisesti ja tuulikuormat normien EN tai DIN 1055:005, osa 4:n mukaisesti. Kuormien automaattisen muoostumisen lisäksi on mahollista määrittää muita kuormitustapauksia sekä käytettäviä kuormia. (Rak-Tek Solutions 015.) Muotopalkkien mitoitukseen on kaheksan erilaista palkkityyppiä, jotka voiaan yksinkertaistetusti jakaa seuraavasti: tasakorkeat suorat palkit, yksikaltevuuksiset ja kaksikaltevuuksiset palkit sekä kaaripalkit kuvan 4 mukaisesti. Palkit pystytään mitoittamaan myös epäsymmetrisinä ja ulokkeellisina. Tarvittaessa niitä voiaan vahvistaa jäykiste-elementeillä poikittaisia jännityksiä vastaan. Vahvistus toteutetaan joko liimatuilla terästangoilla, ruuvikierteisillä terästangoilla, liimatuilla puutangoilla tai kylkiin

69 69 liimatuilla puulevyillä. Mitoitus voiaan toteuttaa määrittämällä palkkien imensiot itse tai käyttämällä ohjelman optimointia korkeuen, leveyen tai sivuttaistukien mukaan. (Rak-Tek Solutions 015.) Kuva 4. Erilaiset muotopalkkityypit (Dlubal Software 015) Raportointi tapahtuu selkeästi järjestettyinä taulukoina yhistettynä täyentävään grafiikkaan. Ohjelma esittää mitoituksen väliarvot yksityiskohtaisen tarkasti, jolloin raporttien ymmärtäminen on helppoa. Rakenteien sisäisten voimien jakautuminen ja muoonmuutokset esitetään x-sijainnilla koko palkin pituuelta. Tulostettavaan raporttiin voi vapaasti valita kuinka paljon ja mitä tietoa siinä näytetään. (Rak-Tek Solutions 015.) 4. Mitoittaminen RX-Timber -ohjelmalla RX-Timber on selkeä ja toimiva ohjelma liimapuurakenteien mitoittamiseen. Ohjelma toimii parhaiten muotopalkkien mitoittamisessa, sillä muotopalkkityyppejä on useampia ja palkkien tietojen sekä kuormien syöttäminen on sujuvaa. Myös jatkuvien palkkien mitoittaminen on kohtalaisen sujuvaa. Sen sijaan pilareien mitoitus toimii vain yksittäisille pilareille. Tällöin liimapuurungon kehävaikutusta ei voia pilareien mitoituksessa hyöyntää. Ohjelma tarjoaa myös muita liimapuien mitoitusvaihtoja, mutta niitä ei tässä opinnäytetyössä käsitellä, sillä työ keskittyy vain perinteisen rungon mitoittamiseen. Tässä luvussa mainitut RX-Timber -ohjelman mitoitusasiat perustuvat opinnäytetyön tekijän tekemään ohjelmistokokeiluun.

70 70 RX-Timber -ohjelman perusalustana on Project Manager -ikkuna, jossa annetaan projektille nimi, määritetään minkälaista liimapuurakennetta mitoitetaan sekä voiaan tarkastella aikaisempia mitoituksia. Project Manager -ikkunan näkymä on esitetty kuvassa 5. Yläreunan valikoista sääetään näkymää sekä muun muassa luoaan uusi projekti tai avataan aikaisemmin tallennettu mitoitus. Vasemmassa yläreunassa esitetään jo tallennetut projektit, alareunassa erilaiset liimapuurakenteet ja oikeassa reunassa esitetään valitulle projektille ja palkkityypille jo tehyt ja tallennetut mitoitukset. Mitoittaminen aloitetaan rakenteen valinnalla vasemmasta alareunasta sekä mitoituksen nimeämisellä, jonka jälkeen avautuu kyseisen rakenteen mitoitusikkuna. Kuva 5. Project Manager -ikkuna Mitoitusikkunoien File-ylävalikosta mitoitukset voiaan muun muassa tallentaa, tietoja voiaan siirtää Exceliin tai kääntää rakenteesta piirretty kuva DXF-muotoon. DXF-muoto on mahollista avata AutoCa-ohjelmalla, jolloin päästään tarkistamaan, että rakenne on halutun lainen. Settings-valikolla päästään Units an Decimal Places - ikkunaan, jossa valitaan ohjelman käyttämät mitoitusyksiköt. Muotopalkin mitoitus Muotopalkkien mitoituksessa tieot syötetään neljälle eri välilehelle, joita ovat palkin tyypin ja materiaalin valinta, geometria, kuormat sekä mitoitusparametrit. Tämän lisäksi tulee myös tarkistaa yksityiskohtien ja kansallisen liitteen tieot. Ensimmäisel-

71 71 lä välilehellä päätetään palkin ja mitoituksen perustieot. Palkin perustieoissa tehään valinnat palkkityypistä, palkin mahollisesta epäsymmetrisyyestä, ulokkeista ja vahvistamisesta jäykiste-elementeillä. Jäykiste-elementtejä tarvitaan useimmiten mitoitettaessa bumerangipalkkeja, joissa yleensä määräävänä mitoitusehtona on palkin harjan poikittaiset jännitykset. Palkin tietojen valintaa helpottaa palkista mitoitusikkunan oikeaan reunaan piirtyvä kuva. Mitoituksen perustietoihin kuuluvat valinnat palkin materiaalista, mitoitukseen käytettävästä stanarista ja kansallisesta liitteestä. Ensimmäisen välilehen näkymä on esitetty kuvassa 6. Kuva 6. Muotopalkin mitoitus Geometria-välilehellä syötetään rakennuksen ja palkin mittatieot. Mittatietoihin kuuluvat muun muassa palkin pituus, korkeus, leveys, kehäväli ja tukipinnan pituus sekä kattorakenteen jatkuvuuen huomiointi kuormituskertoimella. Valikkoon syötetään myös tieot palkin kiepahustuennasta ja tukien toiminnasta palotilanteessa. Kiepahustukien tietojen syöttämisessä tulee huomioia palkille tulevan kuormituksen sijainti palkin painopisteeseen nähen. Tehollista pituutta joko pienennetään tai suurennetaan sen mukaan vaikuttaako kuorma puristetulla vai veetyllä reunalla. Tietojen syöttämistä helpottaa rakennuksen ja palkin graafinen esitys, jossa kysyttävä tieto esiintyy korostetusti. Tieot ovat linkitetty ja lukittu toisiinsa, jolloin muun muassa palkin korkeuet muuttuvat toistensa vaikutuksesta. Tarvittaessa lukituksen pystyy purkamaan oikean reunan lukon kuvasta.

72 7 Kuormat-välilehellä syötetään kattorakenteen omapaino joko materiaaleittain tai yleisemmin käytettynä kattorakenteen kokonaisneliökuormana. Ohjelma laskee palkin omanpainon itse ja lisää sen koko kattorakenteen kuormitukseen. Hyötykuorma syötetään neliökuormana. Välilehellä valitaan myös palkin käyttöluokka, maanpinnan lumikuorman ominaisarvo ja tuulen maastoluokka. Ohjelma laskee automaattisesti lumikuorman katolla ja palkkiin kohistuvan tuulenpaineen. Maanpinnan lumikuorma ja tuulikuorma voiaan myös määrittää käsin. Tuulivyöhykkeen arvo on aina 1, sillä Suomessa tuulennopeuen moifioimaton perusarvo on 1 m/s, joka vastaa luokan 1 arvoa. Tarvittaessa kuormia voiaan tarkastella graafisesti sekä lisätä käsin Show Generate Loas -valinnasta. Valinta aukaisee Loa Cases -ikkunan, joka esittää valitun kuormitusyhistelmän annetut kuormat sekä taulukossa että graafisesti. Taulukkoon on mahollista lisätä muita kuormia antamalla kuorman tyyppi, suunta ja suuruus. Mitoitusparametrit-välilehellä valitaan palkille tehtävät mitoitustarkastelut, syötetään palkin mahollinen esikorotus ja päätetään laskelmassa näytettävät mitoitusarvot. Mitoitustarkasteluista valitaan yleensä murto- ja käyttörajatilatarkastelu sekä tarvittaessa tarkastetaan palotilanteen mitoitus halutulle palonkestoajalle. Välilehellä päätetään myös palkin tuentatavat, joita yleensä ovat toisesta päästä kiinnitetty ja toisesta päästä vapaa. On myös mahollista valita ohjelman mukainen palkin optimointi korkeuen, muoon, leveyen tai kiepahustukien mukaan. Mitoitusikkunoien alareunassa olevien Details- ja Nat. Annex -valintojen tieot tulee tarkistaa ennen mitoitusta. Details-ikkunasta voiaan valita liimapuun taivutus- ja vetolujuuen korottaminen kertoimella kh sekä leikkausvoiman pienentäminen tuella. Kerrointa kh voiaan käyttää, kun palkin korkeus on alle 600 mm ja leikkausvoimaa voiaan pienentää, kun on kyse tasaisesta kuormituksesta. Nat. Annex -tieoista voiaan muuttaa kansallisen liitteen tietoja, joita ovat taipumarajat sekä mitoituskertoimet. Taipumarajat tulee muuttaa kyseisen mitoitustapauksen mukaisiksi. Kertoimista kannattaa tarkastaa ainakin leikkausvoimankerroin kcr sekä syysuuntaa vastaan kohtisuoran puristuksen kerroin kc,90. Leikkausvoimakerroin on riippuvainen pintakäsittelystä ja kohtisuoran puristuksen kerroin tukipinnan pituuesta sekä kuormatyypistä. Valitsemalla näihin kohtiin oikeat arvot, saaaan rakennetta optimoitua.

73 73 Jatkuvan palkin mitoitus Jatkuvan palkin mitoitusta käytetään useimmiten suunniteltaessa rakennuksen päätypalkkeja, jotka tukeutuvat useampaan pilariin. Palkin mitoituksessa tieot syötetään muotopalkista poiketen kuuelle välilehelle, joita ovat yleiset tieot, geometria, poikkileikkauksen määrittely, kuormat, mitoitusparametrit sekä teholliset jännevälit. Yleisten tietojen välilehellä valitaan palkin materiaali, mitoitukseen käytettävä stanari ja kansallinen liite sekä palkin kaltevuuskulma kuvan 7 mukaisesti. Kuva 7. Jatkuvan palkin mitoitus Geometria-välilehellä valitaan palkin jännevälien määrä, palkin kokonaispituus ja määritetään mahollisten ulokkeien pituuet. Välilehellä olevaan taulukkoon syötetään jännevälien ja tukien pituuet sekä tukien tyypit. Tietojen syöttämistä helpottaa palkin graafinen esitys, jossa on esitetty palkin mitat ja tuet. Kysytty tieto esiintyy kuvassa korostetusti. Poikkileikkaus-välilehellä määritetään palkin poikkileikkausmitat. Maholliset poikkileikkauksen mittojen vaihtelut palkin pituussuunnassa voiaan syöttää taulukkoon. Välilehelle piirtyvä palkin kuva päivittyy taulukkoon syötettyjen tietojen mukaan.

74 74 Kuormat-välilehellä tieot määritetään samalla lailla kuin muotopalkkien mitoituksessa. Lisänä on kuormitusalueen, lumikuorman muotokertoimen µ ja tuulen ulkopuolisen painekertoimen maksimi- ja minimiarvon määrittäminen. Jatkuvan palkin kuormia määritettäessä tulee erikseen huomioia kattorakenteen mahollinen jatkuvuus kertomalla kuormat jatkuvuuskertoimella ennen kuin ne syötetään ohjelmaan. Yleensä jatkuvuus tulee huomioitavaksi mitoitettaessa muita jatkuvia palkkeja kuin rakennuksen päätypalkkeja. Myös jatkuvalla palkilla kuormia voiaan lisätä käsin ja tarkastella graafisesti Show Generate Loas -valinnan aukaisemasta Loa Cases -ikkunasta. Mitoitusparametrit- välilehellä valitaan palkille tehtävät mitoitustarkastelut, syötetään mahollinen esikorotus ja päätetään näytettävät mitoitusarvot samoin kuin muotopalkkeja mitoitettaessa. Välilehellä voiaan myös valita korotetaanko liimapuun taivutus- ja vetolujuutta kertoimella kh ja muunnetaanko voimasuureita uuelleen lineaarisen kimmoteorian mukaisesti. Teholliset jännevälit -välilehellä määritetään palkin mahollisuus nurjahtamiseen ja kiepahtamiseen sekä teholliset jännevälit nurjahukselle ja kiepahukselle. Mitoitettaessa palkkia, joka on kiepahusherkkä, kannattaa kiepahukselle syöttää kiepahustukien toelliset teholliset jännevälit. Oletuksena ohjelmassa on, että kiepahustukien teholliset jännevälit ovat samat kuin palkkien tukipilareien välit. Yleensä kiepahustukena kuitenkin toimivat katon sekunääriorret tai kattoelementit, jolloin teholliset jännevälit ovat lyhempiä kuin ohjelman oletus. Jatkuvan palkin Details-valinnasta voiaan valita leikkausvoiman reusoiminen tuella. Nat. Annex -valinnasta voiaan muuttaa taipumarajoja sekä mitoituskertoimia samalla tavalla kuin muotopalkkeja mitoitettaessa. Taipumarajat tulee tarkistaa kyseisen mitoitustapauksen mukaisiksi. Kertoimista kannattaa tarkastaa leikkausvoimankerroin kcr sekä syysuuntaa vastaan kohtisuoran puristuksen kerroin kc,90. Pilarin mitoitus Pilarin mitoituksessa tieot syötetään kolmelle välilehelle, joita ovat systeemi, kuormat ja mitoitusparametrit. Systeemi-välilehellä päätetään pilarin ja mitoituksen perustieot. Pilarin perustieoissa valitaan pilarin tyyppi, perustusliitoksen tyyppi, pilarin pituuet ja imensiot. Mitoituksen perustieoissa valitaan pilarin materiaali, mitoitukseen käytettävä stanari ja kansallinen liite. Pilarityyppejä ovat nivelpilarit ja jäy-

75 75 kästi kiinnitetyt pilarit. Lisäksi on mahollista valita jousimekanismi pilarin päähän. Useimmiten liimapuupilarit mitoitetaan jäykästi kiinnitettyinä mastopilareina, jolloin tämä tulee huomioia pilarin pituutta määritettäessä. Ohjelmaan syötetään pilarin oikea pituus, nurjahuspituuet z- ja y-akselin suuntaan sekä pilarin kiepahuspituus. Pilari toimii z-suuntaan mastopilarina, jolloin nurjahuspituus y-suhteen määritetään mastopilarin nurjahuspituuen mukaan. Y-suuntaan pilari toimii nivelpilarina, jolloin z-suhteen nurjahuspituus on sama kuin pilarin oikea pituus. Kiepahuspituus määritetään sen mukaan vaikuttaako kuormitus kiepahustuetun pilarin puristetulla vai veetyllä reunalla. Kuvassa 8 on esitetty systeemi-välilehen näkymä. Kuva 8. Pilarin mitoitus Kuormat-välilehellä määritetään pilarille tulevat kuormat, kuormien mahollinen epäkeskisyys pilarin keskilinjaan nähen ja pilarin käyttöluokka. Yleensä pilarille syötettävät kuormat saaaan palkkilaskelman antamista käyttörajatilan tukivoimista, jotka jaetaan pysyväksi kuormaksi, hyötykuormaksi ja lumikuormaksi. Kuormat syötetään pilarille pistevoimiksi pilarin yläpäähän. Ohjelma huomioi itse pilarin oman painon. Tuulikuorma syötetään metrikuormana, joka on laskettu käsin huomioimalla tuulen nopeuspaineen ominaisarvo, voimakerroin ja kehäjako. Show Generate Loas - valinnan aukaisemassa Loa Cases -ikkunassa pilarille voiaan luoa muita kuormituksia sekä tarkastella niitä graafisesta esityksestä. Lisäkuormina voivat olla lisävaa-

76 76 kavoima, katon osuuelle tuleva tuulikuorma sekä maholliset välipohjakuormat. Kuormat voiaan määrittää pilariin halutulle korkeuelle ja haluttuun suuntaan. Mitoitusparametrit -välilehellä valitaan pilarille tehtävät mitoitustarkastelut ja päätetään näytettävät mitoitusarvot samoin kuin palkkeja mitoitettaessa. Voiaan myös valita korotetaanko liimapuun taivutus- ja vetolujuutta kertoimella kh. Nat. Annex -valinnasta voiaan muuttaa taipumarajoja sekä mitoituskertoimia samalla tavalla kuin palkkeja mitoitettaessa. Taipumarajat tulee tarkistaa kyseisen mitoitustapauksen mukaisiksi. Kertoimista kannattaa tarkastaa leikkausvoimankerroin kcr. Mitoitustulokset ja raportti Kaikkien liimapuurakennetyyppien mitoittaminen tapahtuu mitoitusikkunan alalaiassa olevasta Calculation-valinnasta. Mitoitustulokset esitetään tuloksien ensimmäisellä välilehellä selkeästi värikooattuina ja yhteen koottuina jokaiselle kuormitusyhistelmälle. Vihreä väri kertoo heti, että mitoitus on mennyt läpi ja punainen sen, että mitoitus ei ole onnistunut ja jokin käyttöaste on yli sata prosenttia. Mitoitustulosten ensimmäisen välilehen näkymä on esitetty kuvassa 9. Kuva 9. Mitoitustulokset

77 77 Tulosikkunan vasemmassa reunassa olevan listauksen kautta tuloksia voi tarkastella tarkemmin eri mitoitusehtojen, rakenteen x-koorinaatin, tukivoimien sekä muoonmuutosten mukaan. Kuvan 9 oikeassa alalaiassa olevista valinnoista voiaan tarvittaessa piilottaa osa tuloksista niin, että tarkastellaan vain murto- tai käyttörajatilan tai palotilanteen mitoituksia. Alhaalla keskellä olevasta valinnasta päästään tarkastelemaan rakenteen kuormituksia graafisesti. Tarkasteluun voiaan valita haluttu kuormitusyhistelmä sekä tarkasteltavat voimat ja muoonmuutokset. Mitoitusraportti saaaan mitoitusikkunan alalaiassa olevasta Report-valinnasta. Raporttia on mahollista muokata sen mukaan, mitä mitoituksesta haluaa esittää. Pisimmillään raportti on useamman saan sivun mittainen, joten kaikkia tietoja ei välttämättä kannata esittää. 5 RAKENNELASKELMAT JA NIIDEN VERTAILU 5.1 Lähtötieot Mallihallin runko mitoitettiin sekä RX-Timber -ohjelmalla että käsin laskemalla ja saatuja tuloksia verrattiin keskenään. Halli oli perinteinen liimapuurunkoinen mastopilareilla jäykistetty rakennus, jossa oli harjapalkit ja pääyissä kevyet jatkuvat päätypalkit. Mitoituksen tarkemmat lähtötieot on esitetty käsin laskennan yhteyessä liitteessä 1. RX-Timber -ohjelmasta tulostetut mitoitusraportit on esitetty liitteissä, 3, 4, 5 ja Harjapalkki Harjapalkkimitoituksen tulokset on esitetty taulukossa 13. Tuloksista on havaittavissa, että taivutuskestävyys mitoittavassa poikkileikkauksessa, taivutuskestävyys harjalla, tukipainekestävyys ja kiepahuskestävyys ovat käyttöasteiltaan hyvin lähellä toisiaan. Näien kohalta saatiin vahvistettua se, että käsin laskenta tapahtui samalla tavalla kuin laskenta RX-Timberillä. Huomiota kuitenkin herätti poikittainen vetokestävyys harjalla, poikittainen veto- ja leikkauskestävyys harjalla, leikkauskestävyys tuella ja taipuma.

78 78 Taulukko 13. Harjapalkkimitoitusten tulokset RX-Timber on laskenut poikittaisen vetokestävyyen harjalla ilman, että se on käyttänyt pintakäsittelyn mahollistamaa pienennyskerrointa vetojännitystä määritettäessä. Pienennyskerrointa ei ole ohjelmaan syötetty, koska sen käyttö on monessa EUmaassa kielletty. Kiellon takia Dlubal ei ole kerrointa ohjelmaan lisäämässä tulevaisuuessakaan. Poikittaista veto- ja leikkauskestävyyttä harjalla RX-Timber ei esitä, koska se ei ole mitoituksessa määräävä mitoitusehto. Mitoitustuloksen saisi näkyviin poistamalla kuormitustapauksen, jossa on täysi lumikuorma, mutta tällöin tulokset vääristyisivät, koska täyen lumikuorman mitoittava vaikutus jäisi huomioimatta. Määritettäessä leikkauskestävyyttä tuella RX-Timberin laskennassa ei ole hyöynnetty leikkausvoiman pienennysmahollisuutta. Leikkausvoiman pienentäminen on kuitenkin jatkossa mahollista, sillä ohjelmaan on tulossa päivitys, joka pienennyksen huomioi. RX-Timberin päivityksen jälkeen harjapalkin mitoittaminen toimii muuten optimoiusti paitsi tarkastettaessa poikittaista vetokestävyyttä harjalla. Taipuma-arvot eroavat toisistaan vain muutamalla millimetrillä, joten myös niien käyttöasteien voiaan arvioia olevan lähellä toisiaan. Leikkauskestävyyttä maksimitaivutusjännityksen kohalla ei taulukossa ole esitetty, sillä RX-Timber ei sitä tarkista, koska kyseistä mitoitusehtoa ei ole Eurokooi 5:ssa. Käsin laskennassa leikkauskestävyys maksimi taivutusjännityksen kohalla sai käyttöasteen 34 %, josta voiaan päätellä, että tämä ei tule harjapalkilla mitoittavaksi. 5.3 Päätypalkki Päätypalkkimitoituksen tulokset on esitetty taulukossa 14. Tuloksista on havaittavissa, että käsin mitoitus ja mitoittaminen RX-Timberillä tapahtui samalla tavalla. Pienet eroavaisuuet tuloksissa johtuvat siitä, että käsin laskennassa kuormat määritettiin so-

79 79 veltamalla, vaikka jatkuvan palkin mitoituksessa kannattaisi hyöyntää mitoitusohjelmia. Tällöin kuormat ovat vähän suurempia ja mitoitus on varmalla puolella. Taulukko 14. Päätypalkkimitoitusten tulokset 5.4 Mastopilari Kehän mastopilarin mitoitustulokset on esitetty taulukossa 15. Tuloksissa on puristuskestävyyen sekä puristus- ja taivutusjännitysten yhteisvaikutuksissa pieniä eroavaisuuksia. Muuten tulokset ovat hyvin lähellä toisiaan. Taulukko 15. Mastopilarimitoitusten tulokset Puristuskestävyyen ero johtuu siitä, että käsin laskennassa kestävyys määritettiin kuormitusyhistelmällä, jossa tuulikuorma on määräävää muuttuva kuorma. RX- Timber tarkasti pilarin puristuskestävyyen kuormitusyhistelmällä, jossa lumi on määräävä muuttuva kuorma, jolloin puristuskestävyyen käyttöaste on suurempi. Kuormien määrittelytapa vaikutti myös puristus- ja taivutusjännitysten yhteisvaikutustarkastelun käyttöasteisiin. RX-Timber laskee pilarit vain yksittäin, ei osana kehärakennetta. Käsin laskennassa pilarikuormia määritettäessä on hyöynnetty kehävaikutusta, jonka johosta puristus- ja taivutusjännitysten käyttöasteet ovat käsin laskennassa pienemmät. Pilarilaskenta RX-Timberillä on siis varmalla puolella, mutta kehärunkoja mitoitettaessa epäkäytännöllistä. Pilareita mitoitettaessa kehärakennetta kannattaa hyöyntää, sillä se vaikuttaa käyttöasteisiin huomattavasti.

80 80 RX-Timberillä pilarin taipuman käyttöasteeksi saatiin 48 %. Vaikka kehän vaikutusta taipumaa laskettaessa ei pystytty huomiomaan, ei taipumasta tullut määräävää mitoitusehtoa. Useimmiten määräävä mitoitusehto kehän mastopilarille on pääpalkin vaatima tukipinta. 5.5 Pääyn mastopilari Pääyn mastopilarimitoituksen tulokset on esitetty taulukossa 16. Eroavaisuuet käyttöasteissa johtuvat kuormien määrityksissä kuten kehän mastopilarimitoituksessa. Taulukko 16. Pääyn mastopilarimitoitusten tulokset Mastopilarin taipuman käyttöasteeksi RX-Timberillä saatiin 93 %, jolloin se on määräävää mitoitusehto. Taipuman käyttöasteen suuruus johtuu siitä, että kehärakennetta ei saatu hyöynnettyä ja päätypalkin tukeva kuormitus on pieni. 5.6 Nurkkapilari Nurkkapilarimitoituksen tulokset on esitetty taulukossa 17. Eroavaisuuet käyttöasteissa johtuvat kuormien määrityksistä. Taulukko 17. Nurkkapilarimitoitusten tulokset