Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 1 (24) MAATALOUSRAKENNUSTEN VAURIOT. 28.03.2007 Markku Kortesmaa VTT
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 2 (24)
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 3 (24) Sisältö 3 Maatalousrakennusten vauriot... 4 1 Tiedossa olevat vauriot... 4 2 Yhteenveto vaurioista... 7 3 Sortumatapausten analysointi... 8 3.1 Stabiiliuden menettäminen... 8 3.1.1 Koko rakennuksen sortuminen... 8 3.1.2 Tuentojen pettäminen... 9 3.1.3 Puristettujen sauvojen nurjahtaminen... 9 3.1.4 Ristikon yläpaarteen nurjahtaminen... 9 3.2 Alakaton putoaminen... 10 4 Maatalousrakennusten sortumia... 10 4.1 Lihakarjanavetta (sortunut helmikuussa 2004)... 10 4.1.1 Kohde:... 10 4.1.2 Katon rakenne... 11 4.1.3 Sortuman syy... 11 4.1.4 Muita havaintoja... 11 4.1.5 Rakentaminen... 11 4.2 Lypsykarjanavetta (sortunut helmikuussa 2003)... 12 4.2.1 Kohde:... 12 4.2.2 Katon rakenne... 12 4.2.3 Sortuman syy... 12 4.2.4 Muita havaintoja... 12 4.2.5 Rakentaminen... 13 4.3 Emosikalarakennus (sortunut maaliskuussa 2006)... 13 4.3.1 Kohde:... 13 4.3.2 Katon rakenne... 13 4.3.3 Sortuman syy... 13 4.3.4 Muita havaintoja... 15 4.3.5 Rakentaminen... 15 4.4 Lypsykarjapihatto (sortunut huhtikuussa 2006)... 15 4.5 Kohde:... 15 4.5.1 Sortuman syy... 16 4.5.2 Muita havaintoja... 17 4.5.3 Rakentaminen... 18 4.6 Maneesi (sortunut huhtikuussa 2006)... 18 4.6.1 Kohde... 18 4.6.2 Katon rakenne... 18 4.6.3 Sortuman syy... 18 4.6.4 Rakentaminen... 20 4.7 Maneesi (sortunut helmikuussa 1996)... 20 4.7.1 Kohde:... 20 4.7.2 Katon rakenne... 20 4.7.3 Sortumisen syy... 21 4.7.4 Rakentaminen... 21 4.8 Lihakarjanavetta (sortunut vuonna 2004)... 21 4.9 Maneesi (vaurio vuonna 2006)... 23 4.10 Lantalan katto (vaurio vuonna 2006)... 23
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 4 (24) MAATALOUSRAKENNUSTEN VAURIOT 1 Tiedossa olevat vauriot Taulukossa 1 on esitetty lyhyet kuvaukset noin kolmestakymmenestä vauriosta, jotka ovat VTT:n tiedossa vuosilta 1980 2006. Näistä neljä on maatalouden tuotantorakennuksia. Kahdesta niistä syynä ollut naulalevyristikoiden puutteellinen tuenta ja kahdessa ristikkorakenteen nurkkaliitoksen pettäminen. Näiden lisäksi on tiedossa kaksi maneesirakennusta, joissa on myös syynä ollut naulalevyrakenteiden puutteellinen tuenta. Yhdessä maneesirakennuksessa oli niin sanottu läheltä piti tilanne. Tämän katolta kuitenkin ehdittiin poistamaan lumi ennen katon sortumista. Taulukkoon 1 on merkitty tummennetulla maatalousrakennuksille sattuneet vauriot ja maneeseille sattuneet vauriot. Nämä rakennukset vastaavat kokonsa ja usein toteutustapansa vuoksi toisiaan. Myöhemmin on esitetty taulukon 1 tummennetut tapaukset yksityiskohtaisesti. Taulukko 1. Yhteenveto Suomessa tapahtuneista rakennusvaurioista ja sortumista puurakenteet. Numero Vuosi Vaurion tai sortuman syyt 1 2003 Kaksi viikkoa käytössä olleen messuhallin katto sortui osittain. Syynä oli suunnitelmissa mukana olleiden liittimien osittainen pois jättäminen rasitetuimmasta vetoliitoksesta sekä suunnitteluohjeissa ollut puute, jonka seurauksena liitosalueen lohkeamismurtumista ei oltu laskettu oikein. 2 1998 Uuden noin 2500 m 2 suuruisen teollisuushallin katto sortui kokonaan, koska kantavia pystyrakenteiden jäykistys puuttui. Sortuman jälkeen sortui noin viikon kuluttua toinen samanlainen halli. Tämän katolta ei uskallettu poistaa lunta työturvallisuussyistä ensimmäisen sortuman jälkeen. 3 2000 Sortuneen liimapuupalkin kuormitus oli muuttunut lähinnä vedosta pelkäksi taivutukseksi hallin saneerauksen yhteydessä. Tällöin syystä palkin pään tuenta petti leikkausrasituksesta. Tuenta oli tehty palkin päähän pulttiliitoksella, jossa puun päähän tuli pulteista syitä vastaan kohtisuoria rasituksia 4 2000 Supermarketin sisäkatto putosi, koska vetorasitettu naulaliitos petti alusrimoituksen ja kattokannatteiden välillä. Naulaliitoksen oli alunperin suunniteltu siten, että kattoristikkojen ja 50x50 mm 2 alusrimoituksen väliseen liitokseen tuli kolme kpl 34x100 nauloja. Suunnitteluohjeiden mukaan tällaiseen liitokseen sopii vain yksi naula. Toteutetussa liitoksessa oli yksi tai kaksi 3,1x91 liimakärkistä konenaulaa. Kun nämä olivat loppuneet, käytettiin muita nauloja. Alakattoon ripustettiin ripustusta suunnittelematta ilmanvaihtoputkia, kaapelihyllyjä jne.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 5 (24) Taulukko 1 jatkuu Numero Vuosi Vaurion tai sortuman syyt 5 2002 Teollisuushallin liimapuuristikot kaatuivat asennusaikana puutteellisen työaikaisen tuennan vuoksi. Katon pystytys aloitettiin rakennuksen toisesta päästä muutaman ristikon ja niiden päälle tulevan kattoelementin asennuksella. Tähän valmiiseen rakenteeseen tuettiin seuraavat ristikot yläreunastaan kuormaliinoilla. Kuormaliinat luistivat diagonaaleja pitkin alaspäin ja ristikoiden asennusaikainen tuenta hävisi. 6 2002 Supermarketin nurinpäin olevissa liimapuisissa harjapalkeissa oli silmin havaittavia suuria kuivumishalkeamia, mutta ei kantavuuden kannalta kriittisissä kohdissa eivätkä halkeamat olleet kovin syviä. Rakenteelle ei tehty mitään. 7 2002 Kattorakenne koostui lappeen pituisista palkeista, joissa ei ollut harjalla pystytukea. Räystäältä toiselle oleva liimapuu ei toiminut todellisuudessa vetotankona, koska se oli kiinnitetty päästään muutamalla syiden suuntaisella ruuvilla. Rakenteesta ei löytynyt lujuuslaskelmia eikä sitä todennäköisesti oltu koskaan suunniteltukaan. Kattorakenne oli tarkastushetkellä levinnyt räystäiltä ulospäin noin 50 mm eli puupilarit olivat kallistuneet ulospäin. Rakenne korjattiin pilarien päällä olevien katon pituussuuntaisten palkkien läpi asennetuilla ja kiristetyillä vetotangoilla, jolloin myös noin 50 mm raot menivät kiinni 1995 Rakenteilla olevan myymälän kattorakenne sortui, koska L muotoisen katon osalta naulalevykattoristikon yläpaarretta ei oltu tuettu. L sakaran katto oli rakennettu ristikoiden yläpaarteiden varaan eikä ristikoiden yläpaarteita oltu tuettu sivusuunnassa, sillä korotuspilarit toimivat eräänlaisina pendeleinä 8 1996 Maneesin naulalevykattotuolien puristuspaarteita ei oltu tuettu sivusuunnassa noin 5 m matkalta ison kattoikkunan kohdalta. Kattoikkunan vaikutuksesta katon kantavuuteen ei tullut tietoon mitään selvitystä. Katto sortui talven ensimmäisen lumipyryn aikana. 9 2003 Lypsykarjanavetan kaikki naulalevyristikoiden yläpaarteet nurjahtivat samaan suuntaan, koska nurjahdussiteitä ei oltu jäykistetty tai kiinnitetty jäykkään rakenteeseen. Katto sortui ketjuna siten, että ristikoiden yläpäät taipuivat kaikki samaan suuntaan 10 2004 Lihakarjanavetan teräksiset kattoristikot pettivät ja rakennuksen koko katto sortui. Ristikkoihin oli käytetty aikaisemmin käytössä olleita teräsristikoita. Rakenteet oli tehty todennäköisesti ilman rakennesuunnitelmaa. Sortumisen syynä oli väärä konstruktio, jossa ristikon alapaarteeseen tuli taivutusta, kun se mittojensa puolesta olisi voinut kestää vain normaalivoimia.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 6 (24) Taulukko 1 jatkuu Nr. Vuosi Vaurion tai sortuman syyt 11 2004 Naulalevyristikon puristussauvan nurjahdus. Sauvasta puuttui suunnitelmiin merkitty nurjahdustuki. Sortuman jälkeen kuorma siirtyi vierekkäisille ristikoille, jotka kaatuivat puutteellisen tuennan vuoksi 12 1988 Naulatut kattoristikkojen yläpaarteiden nurjahtaminen sivulle. Lisäksi puristussauvojen nurjahdustuennassa oli puutteita ja naulaliitoksissa alimitoitettu. 13 1984 Kattotuolien yläpaarteiden sivuttaistuenta oli puutteellinen erityisesti jiirin alueella. 14 1992 Kattorakenne oli herkkä muodonmuutoksille epäsymmetrisestä tuennasta johtuen. Kaikkia kuormitustapauksia ei oltu tutkittu ja asennuksessa oli tehty virheellisesti 15 1993 Ristikot olivat kallistuneet sivulle noin 200 mm sivuttaistuennan puuttumisen takia. Näitä tukia ei ollut myöskään suunnitelmissa 16 1994 Teollisuushallin laajennusosan katosta sortui noin puolet katon jäykistyksen puuttumisen takia. 17 1991 Teollisuushallin katon naulattujen ristikoiden toteutuksessa oli puutteita: ristikon solmuissa puuosien sovitus oli epätarkka, nauloja oli liitoksissa vähemmän kuin suunnitelmissa, ja suunnitelmissa olleita stabiiliustukia oli jätetty pois. 18 1988 Elintarvikemarketin katto sortui osittainen. Rakenteiden lumikuorma oli suurimmillaan 1,25 kertainen normikuormaan verrattuna. Ristikoiden sivuttaistuenta oli puutteellinen ja puristussauvoista puuttuivat nurjahdustuet heikommassa suunnassa. 19 1991 Alkusyy oli tukemattoman ristikon puristusdiagonaalin nurjahtaminen sivulle. Vierekkäisistä ruodelaudoista oli useita jatkettu saman ristikon kohdalla. Vetosauvan yksi iso levy oli korvattu usealla pienellä ja sauvan pää oli halkeillut 20 yhteensä 5 kpl Ristikoiden yläpaarteiden käyristymisen syynä oli yläpaarteen riittämätön tuenta sivusuunnassa. Vauriosta ei aiheutunut sortumaa 21 Varastohallin katon liimapuupalkkiin pääsi katteen rikkoutumisen seurauksena palkkiin vettä ja syntyi lahovaurioita 22 Katolla olevan mainostaulun taakse oli kinostunut lunta, josta aiheutui liian suuri kuorma 23 Sortuneessa katon liimapuupalkissa oli mitoitusvirhe, jonka seurauksena tukipaine tuli liian suureksi ja tuella tehty kiinnitys oli tehty huonosti. 24 Laajennusosa katto sortui rakennusaikana. Rakennesuunnitelmia ei oltu tehty ja katto oli sortumahetkellä rakennusaikaisten tukien varas 25 2003 Teurastamon navetan katto sortui osittain Todennäköisesti katon naulalevyristikoiden jäykistys puutteellinen. Ruodeväli oli 1900 mm
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 7 (24) Taulukko 1 jatkuu Nr. Vuosi Vaurion tai sortuman syyt 26 2006 Maneesin katto sortui ratsastuskentän kohdalta kokonaan. Naulalevyristikon yläpaarteiden tuenta nurjahdustuenta oli täysin puutteellinen, rakennuksen vaakajäykistys kattorakenteiden tasossa oli puutteellinen ja suurin osa naulalevyristikkojen vinojen puristussauvojensauvojen nurjahdustuista puuttui. 27 2006 Myymälärakennuksen katto ja osittain seinät sortuivat. Sortuman välitön syy oli naulalevyristikon yläpaarteen puutteellinen nurjahdustuenta. Tukiväli oli suunnitelman mukaan 300 mm ja valmiissa rakennuksessa oli kohta, jossa se oli 1500 mm. Tästä johtuen kapasiteetti oli 20 % tarvittavasta kapasiteetista. 28 2006 Maneesin kattorakenne uhkasi sortua, mutta katolta ehdittiin poistaa lumi ajoissa. Syynä oli naulaamalla koottujen kolminivelkehien kiepahtaminen sivulle jalkaosan ja katto osan väliseltä käyrän alueelta. Tässä kohtaa kehän alareuna on puristettu. Vauriohetkellä lunta oli huomattavasti enemmän toisella lappeella kuin toisella. 29 2006 Kahden navetan kattorakenteen kattorakenteen sortuminen. Kummassakin kantavana rakenteena oli sahatavarasta tehdyt kattoristikot, joissa ristikkojen nurkkaliitoksissa olivat vanerilevyt, jotka murtuivat. Näitä saman valmistajan tekemiä kattoristikoita on yhteensä seitsemässä maatalousrakennuksessa. Kohteet ovat tiedossa. 30 Muita sisäkaton putoamisia, joissa on ollut vetiorasitettu naulaliitos alusrimoituksen ja kattokannatteiden välillä, on tiedossa kahdeksan kappaletta. 2 Yhteenveto vaurioista Taulukossa 2 on esitetty yhteenveto suomalaisten puurakenteiden vaurioiden primaarisista syistä. Monissa tapauksissa on ollut myös muita syitä, mutta niistä on taulukkoon 2 poimittu vain tärkein syy. Taulukon 2 luvuista huomataan, että noin 40 % tapauksista syynä on ollut stabiiliuden menettäminen. Stabiilius menetys on seurausta siitä, että jätetään osa rakenteista pois, koska ei oteta huomioon tällaista sortumavaaraa. Toiseksi suuri ryhmä, noin neljännes, on sisäkattojen putoaminen. Sisäkattokonstruktiota ei useinkaan mielletä kantavaksi rakenteeksi ja siksi sitä ei yleensä suunnitella erikseen. Lisäksi siihen ripustetaan sähköjohtoja, valaisimia ja jopa ilmastointilaitteita.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 8 (24) Taulukko 2. Suomalaisten puurakenteiden vaurioiden primaariset syyt, 1980 2006. Stabiiliuden menettäminen (puutteet jäykistyksessä ja nurjahdustuennassa) Sisäkattojen putoaminen (naulojen tartuntalujuus) Liimapuun taivutusmurto alhainen lujuus, syy tunnettu alhainen lujuus, syy tuntematon Muu suunnitteluvirhe (sisältää suunnittelun puuttumisen) Lukumäärä huomautuksia 16 yleensä toteutusvirhe, mutta osassa myös suunnitteluvirhe 9 usein suunnitteluvirhe ja kuormien ylittyminen 2 1 3 lahoaminen, hiiltyminen, alalamellin jatkoksen pettäminen syy jätetty selvittämättä 5 sisältää korjausrakentamisen; muutosten vaikutukset jätetty huomiotta Muu valmistusvirhe 1 mekaaninen liitos, Jyväskylä yhteensä 37 3 Sortumatapausten analysointi Rakennuksen sortuman syy voi olla se, että koko rakennus sortuu kuin korttitalo, yksittäinen rakenne, esimerkiksi palkki, pilari tai ristikko, sortuu tai yksittäisiä rakenteita tukeva rakenne pettää eli rakenne menettää stabiiliutensa, jolloin rakenteiden jäykisteet pettävät tai rakenne nurjahtaa, ja lopulta sortuu, jolloin puhutaan stabiiliuden menettämisestä. 3.1 Stabiiliuden menettäminen Taulukon 2 mukaan noin kolmannes sortumista johtui stabiiliuden menettämisestä, joten tämä on tärkein sortumisen syy. Koska stabiiliuden menettäminen on vielä ilmiö, jota ei useinkaan ensiksi ajatella, sitä tarkastellaan myöhemmin tarkemmin. 3.1.1 Koko rakennuksen sortuminen Jos koko rakennus sortuu, on se ollut niin sanottu korttitalo. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että seinät on tuettu riittämättömästi niiden kaatumisen estämiseksi. Seinät voidaan tukea alapäästään jäykästi, jolloin puhutaan mastorakenteista. Tämä tarkoittaa sitä, että seinärakenteiden kiinnitys perustuksiin on erikseen suunniteltu. Tällöin rakenteista on esitetty ainakin piirustukset, joista ilmenee raudoitukset tai muu kiinnitystapa. Suunnitelman luotettavuutta lisää, jos piirustusten lisäksi on esitetty rakennelaskelmat. Rakennus voidaan tukea myös siten, että ulkoseinät eivät ole mastorakenteita. Tällöin ne yläpäästään tuetaan jäykkään kattorakenteeseen, joka puolestaan tuetaan reunoistaan jäykkiin toisensuuntaisiin seiniin. Alkusyy koko rakennuksen sortumiselle voi olla myös kattorakenteiden sortuminen. Tällöin kattorakenteet jäävät aluksi nojalleen seinää vasten ja seinä kaatuu ulospäin seinän alareunan
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 9 (24) tuennan pettäessä. Toinen vaihtoehto on se, että seinä jää pystyyn ja korkeintaan kallistuu ulospäin. 3.1.2 Tuentojen pettäminen Yksittäisten rakenteiden kaatumisesta on esimerkki, kun katon ristikot kaatuvat sivusuuntaan. Kaatumisen voi aiheuttaa päätyyn puhaltava tuuli ja pystykuormien alkuepäkeskisyys. Tällöin kaikki katon ristikot kaatuvat samaan suuntaan. Ristikot on yleensä jollain tavalla tuettu pystysuuntaansa rakennusaikana, jotta ristikot voidaan asentaa. Tämä tuenta ei ole yleensä riittävä ainakaan isoissa rakennuksissa. Vastaava kaatumismahdollisuus koskee liimapuupalkkeja ja kehärakenteita. Kehärakenteita on kaatunut rakennusaikana ainakin tuulesta. 3.1.3 Puristettujen sauvojen nurjahtaminen Ristikkorakenteiden sauvat ovat usein hoikkia (esimerkiksi naulalevyristikon sauvoissa tämä mitta on yleisesti 42 mm) ristikon tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa. Jos tällainen sauva on puristettu päistään, niin se pyrkii taipumaan sivulle eli nurjahtamaan. Nurjahtaminen voidaan estää poikittaistuilla. Nämä pitää rakenteiden suunnittelijan merkitä piirustuksiin. Naulalevyristikkopiirustuksista löytyy tuentatapa ja sitä on syytä noudattaa. Jos naulalevyristikon ylä ja alapaarretta yhdistävään sisäsauvaan on merkitty nurjahdustuki ja jos se jätetään pois, ristikon kantavuus putoaa pahimmassa tapauksessa neljäsosan alun perin suunnitellusta. Tällöin kohtuullinenkin lumikuorma riittää katon sortumiseen. Ei riitä, että kaikkien vierekkäisten ristikoiden samat sauvat yhdistetään vain rakennuksen pituussuuntaisella tuella. Tällöin pahimmassa tapauksessa kaikkien ristikoiden samat sauvat nurjahtavat yhtäaikaisesti samaan suuntaan. Tällöin puhutaan nippunurjahduksesta. Nippunurjahduksen estämiseksi nurjahdustuki pitää tukea ristikon ylä ja alapaarretasoon esimerkiksi kolmiorakenteella. 3.1.4 Ristikon yläpaarteen nurjahtaminen Koko yläpaarre on päistään tuetuilla ristikoilla puristettu ja se vaatii siis nurjahdustuennan. Tämä pitää olla merkitty piirustuksiin. Se voi kätkeytyä esimerkiksi lauseeseen: Ruodeväli saa olla korkeintaan 300 mm. Kun yläpaarre nurjahtaa, se käyristyy sivulle, murtuu ja ristikko tai pahimmassa tapauksessa koko katto sortuu. Suunnitteluohjeissa on annettu ohjeet, kuinka suurelle voimalle yläpaarteen nurjahdustuet on mitoitettava. Nurjahdustuen on oltava myös riittävän jäykkä. Liian elastinen nurjahdustuki sallii liian suuret siirtymät ja mitoitusvoimat eivät pysty pitämään liikaa sivulle taipunutta yläparretta nurjahtamattomana. Yläpaarteen tuenta pitää olla levymäinen rakenne tai ristikkorakenne. Tiedossa on vauriotapauksia, jossa ristikoiden päällä on ollut ainoastaan tiilikattoon sopivat ruoteet ja katteena tiilet ja ristikoiden yläpaarteet ovat nurjahtaneet. Muutamissa tapauksissa ei huopakatteen alla oleva raakaponttilaudoitus ole estänyt ristikoiden nurjahtamista. Ristikon yläpaarteen nurjahdus ennen lopullista romahdusta näkyy usein rakennuksen päädyn pullistumana sen yläreunassa. Tällöin pitää välittömästi poistaa katolla mahdollisesti oleva lumi ja ryhtyä korjaustoimenpiteisiin. Jos rakennuksessa on L tai T katto, vaatii kattorakenteen tuenta huolellisuutta. Jos suorakaiteen muotoiseen rakennuksen pääosaan tehdään pääharjaa kohtisuorassa oleva harjaosa, on huolehdittava, että korotus tehdään siten, että korotustukina olevat ristikkojen yläpaarteet eivät nurjahda. Tätä on havainnollistettu kuvassa 1.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 10 (24) A A harja A A ristikko alla olevan ristikon yläpaarre ei liiku sivusuunnassa ristikon yläpaarteen tuki jiiri jiiri sortumavaara alue katon pystytuet harja B B B B ristikko alla olevan ristikon yläpaarre liikkuu sivusuunnassa katon pystytuet Kuva 1. L muotoisen pohjan rakenteellinen sortumavaara alue sekä väärä että oikea tuentatapa sortumavaara alueella 3.2 Alakaton putoaminen Maatalousrakennuksissa alakaton putoamisia ei ole tiedossa. Tyypillisesti pudonneessa alakatossa kattoristikoiden alareunaan on naulattu kattotuolien pituussuuntaan nähden ristikkäin noin 50x50 mm 2 rimat. Tällaiseen liitokseen mahtuu suunnitteluohjeiden mukaan yksi naula. Tarve saattaa olla jopa kolme naulaa. Sortuneissa tapauksissa on naulan tartuntalujuus pettänyt. Sortumat ovat tapahtuneet tyypillisesti muutaman vuoden kuluttua rakennuksen valmistumisesta. Tämäntyyppisiä vaurioita on maatalousrakennuksista vakuutusyhtiöillä tiedossa kaksi. Sortumariski on suuri silloin, kun puun kosteus on rakennusaikana lopullista kosteutta suurempi. Toinen riskiä lisäävä tekijä on kiinnitettävän riman käyryys. Tällöin rima pakotetaan naulauksen yhteydessä samaan linjaan kattotuolien alapaarteen kanssa ja nauloihin voi vaikuttaa oikaisemisesta aiheutuvia vetovoimia. Koneellisessa naulauksessa riman ja kiinnitysalustan väliin voi jäädä rako, koska rima ei ehdi painua kiinni alustaan nopean naulan upotuksen aikana. Nauloja parempi tartunta saadaan aikaan, kun naulojen sijasta käytetään ruuveja. 4 Maatalousrakennusten sortumia 4.1 Lihakarjanavetta (sortunut helmikuussa 2004) 4.1.1 Kohde: Sortunut rakennus oli lämmöneristetty lihakarjanavetta, jonka leveys oli 25 m ja pituus noin 50 m. Kantavina pystyrakenteina oli suurelementeistä tehtyjen betonisten ulkoseinien (korke
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 11 (24) us noin 3 m) lisäksi harjan kohdalla sen suuntainen kantava väliseinä (korkeus noin 4 m). Rakennuksen toinen pääty oli kiinni sortunutta rakennusta korkeamman rehuvaraston pitkän seinän ulkoseinässä. Rakennus oli harjansa suhteen symmetrinen. Rakennuksen toisessa päädyssä oli navetan rakentamisen jälkeen tehty navettaa korkeampi rehuvarasto. Katon pääkannatteina olivat naulalevyristikot. 4.1.2 Katon rakenne Naulalevyristikkojen alapaarteen pituus oli 12,7 m ja korkeus räystäällä 0,6 m ja harjalinjalla 2,8 m. Ristikkojen k väli oli seitsemässä ensimmäisessä ristikkovälissä rehuvarastosta päin laskettuna 870 mm ja muualla 1250 mm. Rehuvaraston ja navetan välillä ei olut voimia ottavaa liitosta. Ristikot oli tuettu betonielementtiseinän yläpäähän upotettuun ja ankkuroituun painekyllästettyyn 50x150 sahatavarajuoksuun. Ristikkosuunnitelmissa ei havaittu puutteita. 4.1.3 Sortuman syy Sortuman syynä oli nurjahdustukemattoman puristetun vertikaalisauvan nurjahtaminen ristikossa, joka on sijainnut 7 12 m etäisyydellä rehuvaraston seinästä. Ristikoihin kiinnitetyt rehuvaunukiskot siirsivät murtuneen ristikon kuormat muille ristikoille vinoina rasituksina, joka aiheutti ristikoiden kaatumisen. Sortuminen pysähtyi 23 metrin etäisyydelle. Kyseisessä kohdassa oli yläpohjaa jäykistävä tuuletushormi ja siteet viereiseen ristikkoon olivat heikkoja kiskojen jatkoskohdan, pystyreivausten jatkoskohdan, useidenruoteiden jatkosten ja kattopellin sauman vuoksi. 4.1.4 Muita havaintoja Lumikuorma oli ehjäksi jääneellä alueella noin 1 kn/m 2. Sortuneella alueella se lienee ollut noin 1,6 kn/m 2, mitä arviota tukee rehuhallin katolla tarkastushetkellä ollut kinostuma ja sortuneen alueen lumipaakkujen paksuudesta tehdyt havainnot. Suunnitteluohjeiden mukaan vauriopaikkakunnalla lumikuorman arvo on kinostuma alueiden ulkopuolella 2,1 kn/m 2. Mitoituksessa tämä kuorma kerrotaan vielä kuorman osavarmuuskertoimella 1,5. Naulalevyrakenteiden yläpaarteiden yläreunat olivat tummuneet kosteuden vuoksi, koska todennäköisesti aluskatteen alapintaan oli tiivistynyt todennäköisesti karjasuojasta tulleen vesihöyryn vuoksi. Vesihöyry oli ilmeisesti päässyt lämmöneristyslevyjen pontattujen saumojen läpi. Mitattu puun kosteus vastasi ajankohdan normaalia ulkokuivan puun tasapainokosteutta. Naulalevyissä oli valkoruostetta eli sinkkioksidi hydroksidia, jota muodostuu, kun naulalevyn pinnalla on kosteutta. Riittävän kauan jatkuttuaan tämä johtaa naulalevyteräksen ruostumiseen. 4.1.5 Rakentaminen Rakennustyöt oli tehty omatoimisesti ilman rakennesuunnitelmia. Kohteella ei ollut päärakennesuunnittelijaa eikä vastaavaa työnjohtajaa. Kunnan rakennusvalvonta ei ollut tehnyt erillistä rakennekatselmusta eikä ullakkotilaa ollut tarkastettu loppukatselmuksen yhteydessä.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 12 (24) 4.2 Lypsykarjanavetta (sortunut helmikuussa 2003) 4.2.1 Kohde: Sortunut hallirakennus oli lämmöneristetty lypsykarjanavetta, jonka leveys oli 21 m, pituus noin 37 m ja sisäkorkeus 3,5m. Lämmöneristetyistä betoniharkoista muurattujen rakennuksen ulkoseinien kantavien sisäkuorten paksuus oli noin 100 mm. Omistajan ilmoituksen mukaan seinät oli pelkästään vaakaraudoitettu. Etelän puoleisella pitkällä sivulla halliin liittyi noin 10 leveä erillishuone, jonka harjakatto oli tehty jiiriin navetan kanssa. Katon pääkannatteina olivat naulalevyristikot. 4.2.2 Katon rakenne Katon pääkannatteina olivat ulkoseinän ja väliseinän varaan tuetut naulalevyristikot, joiden alapaarteen pituus oli noin 20,9, harjakorkeus 4,3 m ja ns. katkaisukorkeus 3,6 m. Toisin sanoen rakennuspaikalla oli suunnitelmien mukaan asennettu ristikkoon harjakappale erikseen. Ristikkojen k välit olivat 1200 mm. Ristikot oli tuettu seinän päälle lappeelleen asennetun 50x125 mm sahatavarajuoksun päälle. Taulukkoon 2 on kerätty eroja toteutuksen ja suunnitelman välillä. 4.2.3 Sortuman syy Sortuman syynä on naulalevyristikoiden yläpaarteiden nippunurjahdus, jossa kaikki nurjahdussiteillä yhteen kytketyt ylävaakapuut nurjahtavat samanaikaisesti samaan suuntaan kohti rakennuksen länsipäätyä. Ylävaakapuiden nurjahduksen jälkeen kantavana rakenteena toimivat ainoastaan ristikon alapaarteet, jotka katkesivat ylikuormituksen vuoksi välittömästi alapaarrejatkoksen naulalevysauman kohdalta. Ylävaakapuiden nippunurjahdus johtui siitä, että niiden nurjahdussiteitä ei oltu jäykistetty eikä siis kiinnitetty mihinkään jäykkään rakenteeseen. Rakenteen kuormankantokykyä pienensi yläpohjan suuri kosteus ja ristikon yläkolmion heikko kiinnitys 4.2.4 Muita havaintoja Lumikuorma oli soruma alueella noin 1 kn/m 2. Ristikon suunnittelussa käytetty lumikuorman arvo oli 1,5 kn/m 2. Mitattu puun kosteus oli ullakkotilan puurakenteissa välillä 24 28 %. Ristikoissa ja tuentarakenteissa oli homekasvustoja, mutta ei vielä lahoa. Sortumahetkellä yläpohjan noin 300 mm paksun puukuitueristeen keskimääräiseksi painoksi arvioitiin punnitusten perusteella olleen keskimäärin 20 kg/m 2. Räystäsalueilla mitatut arvot olivat keskimäärin 30 kg/m 2. Kuivan eristeen tiheys on 10 kg/m 2. Ullakkotilan kostuminen oli tapahtunut alapuolisesta karjatilasta tulleen vesihöyryn vuoksi molemmille pitkille sivuille koko matkalle tehtyjen noin 120 mm leveiden tuuletusroilojen kautta. Rakennuksen pitkän sivun räystäille oli jätetty lähes 200 mm korkeat tuuletusraot, mutta ullakkotilan harjatuuletus puuttui. Naulalevyissä oli valkoruostetta eli sinkkioksidihydroksidia, jota muodostuu, kun naulalevyn pinnalla on kosteutta. Riittävän kauan jatkuttuaan tämä johtaa naulalevyteräksen ruostumiseen.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 13 (24) 4.2.5 Rakentaminen Tilaajan antamien tietojen mukaan rakennus on rakennettu omatoimisesti 1998 1999, ja se on otettu lypsykarjakäyttöön vuonna 2001. Naulalevyristikon toimittajalla on laadunvarmistustunnus Ristikoiden suunnittelussa ei havaittu puutteita eikä myöskään itse ristikoissa. 4.3 Emosikalarakennus (sortunut maaliskuussa 2006) 4.3.1 Kohde: Sortunut rakennus oli aikaisemmin karjasuojarakennuksen kylkeen rakennettu emosikalarakennus, jonka leveys oli noin 16 m, pituus noin 30 m. Rakennuksen pohjapinta ala oli 522 m 2. Rakennukselle oli myönnetty rakennuslupa 1999. 4.3.2 Katon rakenne Kattokannatteina olivat pulpettimalliset puiset ristikot. Ristikkojen sauvojen nurkkaliitoksissa olivat sauvoihin naulatut vaneriset liitoslevyt. Ristikkorakenteesta on esitetty periaate kuvassa 2. 750 1600 1900 2300 2300 2400 2100 1950 1500 Sortumakohta (alapaarteen jatkos) 650 3050 290 2500 2500 2500 2850 2250 1950 1500 14550 2150 Kuva 2. Sortunut ristikot, periaatepiirros. Ristikot tukeutuivat matalasta päästään teräsbetoniseinään. ja korkeammasta päästään noin 2,1 m etäisyydeltä päästä teräskehään. Ristikkojen ala yläpaarteet olivat sahatavaraa, jonka poikkileikkaus oli 44x175 mm 2, ja vinot diagonaalisauvat sahatavaraa 44x100 mm 2. Liitoslevyt olivat 9,8 mm paksua peilikuvacombivaneria, mikä tarkoittaa 9,8 mm paksulla vanerilla sitä, että pintaviilun suuntaiset viilut 4 kpl olivat 1,4 mm paksua koivuviilua ja pintaviiluja vastaan kohtisuorat sisäviilut (3 kpl ja paksuus 1,4 mm) olivat kuusta. Liitoslevyt oli naulattu ristikon sauvoihin konenauloilla 2,87x64 mm 2 ristikon kummaltakin puolelta. 4.3.3 Sortuman syy Ristikko murtui alapaarteen jatkoksesta kuvaan 2 merkitystä kohdasta. Murtumisen syynä oli vanerin vetomurto. Murtumiskohta on esitetty kuvassa 3.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 14 (24) Kuva 3. Murtunut liitoslevy. Liitoslevy poikkesi suunnitellusta. Eroa on havainnollistettu kuvassa 4. Molemmissa tapauksissa samaa liitoslevyä käytettiin sekä alapaarteen jatkamiseen että diagonaalisauvojen liittämiseen. Suunnitellun liitoslevyn kokoa ei ole annettu piirustuksissa. Toteutetun liitoslevyn korkeus oli 200 mm ja se oli käännetty noin 6 o vinoon alapaarteen pituussuuntaan nähden, jotta sitä voitiin käyttää myös diagonaalisauvojen liittämiseen. Toteutetussa liitoksessa vanerin huonompi suunta oli alapaarteen pituussuunta. Heikomman suunnan vetolujuus on vanerikäsikirjan mukaan f t, k =12,8 N/mm 2 ja vahvemman suunnan f 40,8 N/mm 2 t, II,k = Suuri ero johtuu siitä, että koivuviilun vetolujuus on paljon korkeampi kuin havuviilun. Lisäksi koivuviiluja on 4 kpl ja havupuuviiluja on 3 kpl. Liitoksessa olevan yhden vanerin vetokapasiteetti on N d = Af t,, d = 9,8 200 12,8 = 25090 N = 25,1 kn kun kuormitusaika on hetkellinen eli noin viisi minuuttia. ja käyttöluokka on 1 eli kuiva sisätila. Rakennesuunnittelija on saanut liitokseen suunnitteluvoiman 72,5 kn, kun suunnittelukuorma on ollut qd = 1,2 (0,5 + 0,4) + 1,6 1, 8 = 3,96 N/mm Sortumahetkellä oman painon lisäksi vaikutti lumikuorma, jolle käytetään arviota 1,2 kn/m 2. Oma paino oli myös todellisuudessa pienempi kuin laskelmissa käytetty arvo. Seuraavassa käytetään arvoa 0,6 kn/m 2 Näillä arvoilla saadaan murtohetkellä liitoksessa vaikuttavaksi voimaksi
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 15 (24) Ft,murto 0,6 + 1,2 = 72, 5 = 33 kn 3,96 Saatu arvo selittää sortumisen, koska laskettu voima 33 kn on pienempi kuin kahden vanerin vetokapasiteetti liitoksessa eli 2 25, 1=50,2 kn. Vanerit olivat kummallakin puolella liitosta. Todellisuudessa tulee liitoslevylle lisärasituksia siitä, että vetovoima ei ole levyssä keskeinen, koska liitoslevy on asennettu vinoon alapaarteen syysuuntaan nähden. Suunniteltu liitos: Toteutettu liitos: 100 100 175 600 5,7 o 200 175 Kuva 4. Suunniteltu ja toteutettu murtunut liitos. Ristikko on liitoksineen paikallista tuotetta ja samantapaisesti koottuja ristikoita on tehty Pihtiputaalla seitsemään navettarakennukseen, joista talvella 2006 sortui kaksi kappaletta. Näiden kahden sortuman jälkeen jäljelle jääneistä viidestä poistettiin lumi. 4.3.4 Muita havaintoja Lumikuorma oli sortumishetkellä 1 1,3 kn/m 2. Ristikon suunnittelussa käytetty lumikuorman arvo oli 1,8 kn/m 2. Puun kosteutta ei mitattu, mutta silmämääräisten havaintojen mukaan puu ei ollut kostunut (vrt. kuva 3). Muutenkin rakenteet näyttivät kuivilta eikä niissä näkynyt home eikä lahovaurioita. 4.3.5 Rakentaminen Saatujen tietojen mukaan sortuneen kattorakenteen oli rakentanut paikallinen urakoisija. Katossa käytetyt ristikkorakenteista oli rakennesuunnittelijan tekemät laskelmat ja rakennekuvat. Ristikkorakenteiden toteutus poikkesi suunnitelmasta. Suunnittelun ja toteutuksen välinen ero ilmenee murtuneen liitoksen osalta kuvasta 4. Vastaavalla liitostekniikalla on tehty kaikkiaan seitsemän maatalousrakennuksen kattorakenteet. 4.4 Lypsykarjapihatto (sortunut huhtikuussa 2006) 4.4.1 Kohde: Sortunut rakennus oli lypsykarjapihatto jonka leveys oli noin 15 m, pituus noin 31 m. Rakennuksen pohjapinta ala oli 522 m 2. Rakennukselle oli myönnetty rakennuslupa 2001.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 16 (24) 4.4.2 Katon rakenne Kattokannatteina olivat puiset harjaristikot. Ristikkojen sauvojen nurkkaliitoksissa olivat sauvoihin naulatut vaneriset liitoslevyt. Ristikkorakenteesta periaate on kuvassa 5. 1500 2500 1750 4200 1750 2500 1500 Sortumakohta (alapaarteen jatkos) 500 3600 2250 4200 2250 3600 15700 Kuva 5 Sortunut ristikko, periaatepiirros. Ristikot tukeutuivat matalasta päistään teräsbetoniseinin. Ristikkojen ala yläpaarteet olivat sahatavaraa, jonka poikkileikkaus oli 44x150 mm 2, ja vinot diagonaalisauvat sahatavaraa 44x100 mm 2. Liitoslevyt olivat 9,8 mm paksua koivuvaneria. Tämä tarkoittaa sitä että pintaviilun suunnassa oli 4 kpl 1,4 mm paksuja viiluja ja pintaviiluja vastaan kohtisuorat suunnassa 3 kpl 1,4 mm paksuja viiluja. Liitoslevyt oli naulattu ristikon sauvoihin konenauloilla 2,87x64 mm 2 ristikon kummaltakin puolelta, siten, että alapaarteen pituussuunnassa oli 5 kpl viiluja eli vaneri oli rakenteellisesti väärin päin. 4.4.3 Sortuman syy Ristikko murtui alapaarteen jatkoksesta kuvaan 5 merkitystä kohdasta. Murtumisen syynä oli vanerin vetomurto. Murtumiskohta on esitetty kuvassa 6. Kuva 6. Murtunut liitoslevy. Liitoslevy oli sijoitettu rakenteellisesti väärinpäin eli heikompi suunta oli rasitetuimmassa suunnassa. Koska suunnitelmia ei ollut käytettävissä, ei ole tiedossa, miten päin liitoslevy oli alun perin tarkoitus sijoittaa. Heikomman suunnan vetolujuus on vanerikäsikirjan mukaan f t, k =32,8 N/mm 2 ja
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 17 (24) vahvemman suunnan f 42,2 N/mm 2 t, II,k = Ero johtuu siitä, että koivuviilun heikommassa suunnassa on kolme viilua voiman suuntaan ja vahvemmassa suunnassa neljä viilua. Liitoksessa olevan yhden vanerin vetokapasiteetti on N d = Af t,, d = 9,8 200 32,8 = 63300 N = 63,3 kn kun kuormitusaika on hetkellinen eli noin viisi minuuttia. ja käyttöluokka on 1 eli kuiva sisätila. Sortumahetkellä oman painon lisäksi vaikutti lumikuorma, jolle käytetään arviota 1,2 kn/m 2. Omana painona käytetään arvoa 0,6 kn/m 2 Näillä arvoilla saadaan murtohetkellä liitoksessa vaikuttavaksi voimaksi Ft, murto = 40 kn Murtovoimaa laskettaessa on käytetty sortumapaikalla tehtyä ristikkopiirustusta. Ristikkopiirustus tehtiin viereisen varastorakennuksen ristikoista, jotka näyttivät ulkomitoiltaan samanlaisilta kuin sortuneet ristikot ja sortuneen rakennuksen omistaja kertoi, että ristikot ovat samanlaiset sortuneessa rakennuksessa ja pystyyn jääneessä varastorakennuksessa. Kuormitusaika oli todellisuudessa pitempi kuin edellä lasketuissa vetoarvoissa oletetaan. Kuormitusajan vaikutus on vanerikäsikirja mukaan 10 %. Lisäksi vanerin asennus vinoon alapaarteen pituussuuntaan nähden aiheuttaa vaneriin taivutusjännityksen, koska eri päiden liittimien painopisteet eivät osu alapaarteen suuntaiselle suoralle. Arvioitu epäkeskisyys on 20 mm, mikä tarkoittaa, että tavutuksesta aiheutuu lisärasitus, jonka suuruus on 60 % vetorasituksesta. Näin liitoksen laskennalliseksi kapasiteetiksi saadaan Ft,todellinen murto 0,9 = 63, 3 = 35,6 kn 1,6 Tämä selittää sortuman syyn. Lumikuorma on voinut olla myös edellä käytettyä arvoa suurempi, koska sortunut rakennus oli matalammalla kuin sen viereen myöhemmin rakennettu varastorakennus ja tarkastushetkellä ja tällä reuna alueella oli tarkastushetkellä kinostumaa. Lumikuorma suuruus ei kuitenkaan selitä sortuman syytä Ristikko on liitoksineen paikallista tuotetta ja samantapaisesti koottuja ristikoita on tehty Pihtiputaalla seitsemään navettarakennukseen, joista talvella 2006 sortui kaksi kappaletta. Näiden kahden sortuman jälkeen jäljelle jääneistä viidestä poistettiin lumi. 4.4.4 Muita havaintoja Lumikuorma oli sortumishetkellä 1 1,3 kn/m 2
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 18 (24) Puun kosteutta ei mitattu, mutta silmämääräisten havaintojen mukaan puu ei ollut kostunut (vrt. kuva 6). Muutenkin rakenteet näyttivät kuivilta eikä niissä näkynyt home eikä lahovaurioita. 4.4.5 Rakentaminen Saatujen tietojen mukaan sortuneen kattorakenteen oli rakentanut paikallinen urakoisija. Katossa käytetyt ristikkorakenteista ei ollut käytettävissä rakennesuunnittelijan tekemiä laskelmia eikä rakennekuvia. Rakennustarkastajan mukaan niitä ei vaadittu rakennusluvassa, joka oli myönnetty 1999. 4.5 Maneesi (sortunut huhtikuussa 2006) 4.5.1 Kohde Rakennus oli 90 luvun alussa rakennettu maneesirakennus. Sen maneesitilan pituus oli 60 m ja leveys 22 m. Vuoden 2005 aikana maneesi oli lämpöeristetty ja sen sisäseinät ja katto oli verhottu lautapaneeleilla. 4.5.2 Katon rakenne Kattokannatteina olivat harjalliset naulalevyristikot, joiden jänneväli oli 22 m. Kattoristikoiden k väli oli 1 200 mm. Ristikon korkeus harjalla oli 3,65 m ja räystäällä 0,7 m. Kattotuolipiirustusten mukaan kahdeksan kattotuolien diagonaalisauvaa olivat puristussauvoja. Niihin oli merkitty vaakasuuntaiset nurjahdustuet ja annettu ohjeet tukien naulauksesta. Suurin osa nurjahdustuista puuttui. Kattoristikot tukeutuivat puisiin alun perin vain ulkopuolelta lautaverhoiltuihin seinäelementteihin. Kattotuoli oli aina seinäelementin pystypuun kohdalta. Seinän korkeus oli noin 5 m ja pystypuiden koko oli 145x45 mm 2. Kattotuolien päällä oli ruoteet, joiden poikkileikkaus oli 32x72 mm 2 ja k väli 400 mm. Katteena oli onduline kate, mikä on muotoon puristettua bitumihuopaa. Se muistuttaa ulkonäöltään matalaharjaista pyöreäprofiilista teräskatetta ja kiinnitetään naulaamalla. Rakennus oli jäykistetty pitkille sivuilla ja päädyissä kattotuolien alapintaan naulatuilla vinolaudoilla. Vaakakuorma oli siirretty päätyjen ja pitkän sivun puolivälissä olevien maahan ankkuroitujen vetotankojen kautta perustuksille. Jäykistysrakennetta ei oltu kiinnitetty rakennuksen päätyyn. Myöskään jäykistysrakennetta ei oltu tehty levymäiseksi palkiksi, sillä seinien suuntaiset reunat eivät pystyneet ottamaan tarvittavia vetovoimia. 4.5.3 Sortuman syy Maneesi sortui lauantaina 8.4.2006 noin kello 22.40. Tilassa ei ollut ihmisiä eikä eläimiä. Rakennus oli sortunut siten, että kattoristikot olivat katkenneet, toinen pitkistä seinistä oli kaatunut ulospäin. kaatuneen seinä vastakkainen seinä oli jäänyt vinoon osittain vieressä olevan rakennuksen varaan. Kaatunut seinä oli kiinni pystyyn jääneessä päätyseinässä lapaliitoksellä ja muutamalla naulalla. Toisessa päässä oli ovi ja sen päällä oleva elementti oli irronnut ko
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 19 (24) konaan kaatuneesta seinästä. Pystyyn jääneen rakennuksen osan puolelta kiinnitys oli tehty kymmenellä naulalla. Vauriohetkellä lumikuorma oli mittausten mukaan katolla noin 120 125 kg/m3. Katolla lunta on yleensä vähemmän kuin maassa. Edellä olevan perusteella arvioidaan sortumahetken lumikuormaksi 1 kn/m 2 (100 kg/m 2 ). Rakennuksessa oli kolme vakavaa puutetta, joista kukin voi johtaa sortumaan. Nämä ovat: Ristikoiden puristettujen diagonaalien nurjahdustukien puuttuminen Kattoristikoiden yläpaarteiden nurjahdustuenta ja Rakennuksen vaakajäykistyksen heikkous. Diagonaalin nurjahdustuet Taulukkoon 3 n laskettu kahden kriittisimmän nurjahdussauvan käyttöasteet suunnittelukuormilla ja sortuman aikaisilla kuormilla. Jos käyttöaste alle 100 % sauva ei nurjahda. Sortuman aikaisilla kuormilla lumikuormaksi on arvioitu 1 kn/m 2. Taulukko 3 Kahden kriittisimmän nurjahdussauvan käyttöasteet suunnitteluarvoilla ja sortuman aikaisilla kuormilla. Suunnitteluarvojen laskennassa on käytetty suunnitteluohjeiden mukaisia kuorman ja materiaalin osavarmuuskertoimia. Sortumatarkastelussa kaikki osavarmuuskertoimet ovat 1. Jos käyttöaste on alle 100, niin suunnittelun kannalta rakenne on kunnossa ja sortuman kannalta noin 5 % rakenteista sortuu. Tapaus 1 tarkoittaa, että nurjahdustuet ovat paikallaan, ja tapaus 2, että ne puuttuvat Sauva Suunnittelu Sortuma Tapaus 1 Tapaus 2 Tapaus 1 Tapaus 2 Toinen vinosauva tuelta 54 267 24 120 Kahdeksas vinosauva tuelta 79 380 36 180 Taulukosta 3 huomataan, että suunniteltu rakenne vaatii puristussauvojen nurjahdustuet. Sortuman aikaisilla kuormilla sauvat nurjahtavat ilman nurjahdustukia, vaikka kuorman ja materiaalin osavarmuuskertoimet ovat kaikki 1. Ristikon yläpaarteiden nurjahdustuenta sivusuunnassa Nurjahdustuenta puuttui käytännössä kokonaan. Ainoa tuenta oli ruodelaudat, jotka siirsivät kuorman kattotuolilta toiselle. Ruoteet oli usein jatkettu saman kattotuolin kohdalta, joten jatkoksen kohdalla naulat tulivat liian lähelle puun päätä ja liitoksen kapasiteetti jäi vajaaksi. Ainoana levyjäykisteenä oli katteena ollut profiloitu huopa. Todellisuudessa lisäjäykkyyttä tulee hieman ruoteiden ja kattotuolin yläpaarteen välisestä kitkasta. Tämä on kuitenkin riittämätön. Esimerkiksi tiilikatoissa on tapahtunut yläpaarteiden nurjahtamista, kun kattorakenteena on ollut kattotuolien päällä olevat ruoteet ja tiilikatto. Edellä olevan perusteella ei voida yksiselitteisesti sanoa, mistä edellä mainitusta kolmesta syystä sortuminen on alkanut. Kaikki syyt riittävät sortuman primaariseksi syyksi.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 20 (24) Rakennuksen vaakajäykistys Toteutetun ratkaisun jäykistyssuunnitelma on päivätty 21.9. 92. Sen mukaan vaakajäykistys toteutetaan 3,6 m leveällä nauhamaisella jäykistyksellä, jonka vinolaudat naulataan kattotuolien alapaarteen alapintaan. Sekä suunnitelmasta että toteutuksesta puuttuivat seinän suuntaiset reunapalkit, ainakin reunapalkkien jatkokset, jotka toimivat jäykisteen paarreosina ottamassa jäykisteeseen taivutuksesta aiheutuvia vetovoimia. Tarvittava vetokapasiteetti olisi ollut noin 60 kn. Tämä on suuruusluokkaa 60 naulaa. Vetoliitoksessa oli noin viisi naulaa. Vaakajäykistettä ei oltu kiinnitetty pystyyn jääneeseen päätyseinään. Voima ajateltiin ilmeisestikin siirrettäväksi jollain tapaa kosketusliitoksen välityksellä. Tuulen aiheuttamaa imua ei ole otettu huomioon lainkaan. 4.5.4 Rakentaminen Alun perin rakennuslupa oli haettu rakennukselle, jossa kantavina pystyrakenteina olivat ulkoseinillä 6 m välein olevat pilarit. Rakennus toteutettiin edellä kuvatulla puuelementtiseinäratkaisulla. Jäykistyksen suunnittelija toimitti noin puolen vuoden kuluttua ensimmäisen jäykistyssuunnitelman jälkeen ainakin rakennusvalvontaan uuden jäykistyssuunnitelman, joka perustui rakennusluvassa olleeseen pilarirakenteeseen. Samalla jäykistyssuunnittelija kumosi aikaisemman suunnitelman. Vuonna 2005 lämmöneristämisen ja verhouslaudoituksen tekemisen yhteydessä poistettiin suurin osa harjalla olevista valoaukoista. Jäljellä olevien valoaukkojen kohdalla kattotuolien päällä olevat ruoteet oli naulattu kattotuoleihin. Tuntuu myös todennäköiseltä, että ruodelaudat oli naulattu kattotuoleihin valoaukkojen poistamisen jälkeen. Valoaukot oli aikaisemmin toteutettu omalla valoaukkoristikolla, joka oli kiinnitetty varsinaisen ristikon päälle. On mahdollista, että tämä valoaukkoristikko antoi ristikoiden yläpaarteille lisätukea siten, että katto romahti näiden valoaukkoristikoiden poistamisen jälkeen eli vasta noin 14 vuotta valmistumisensa jälkeen. Saneerauksen yhteydessä tuli kattorakenteelle lisäkuormaa katon verhouslaudoituksesta ja lämmöneristeistä. Näiden paino on kuitenkin pienempi kuin 0,2 kn/m 2, joten painon lisäys ei ole sortuman syy. Kattotuolimitoituksessa lumikuorma oli 1,5 kn/m 2 Ja oma paino vain 0,25 kn/m 2, joten todellinen oma paino saneerauksen jälkeen oli suurempi kuin kattoristikoiden mitoituksessa käytetty omapaino. 4.6 Maneesi (sortunut helmikuussa 1996) 4.6.1 Kohde: Kohde oli 22 m leveä ja 45 m pitkä maneesirakennus, jossa oli kantavina seinärakenteina puiset seinäelementit ja katon kantavana rakenteena naulalevyristikot. Rakennus oli lämpöeristämätön. 4.6.2 Katon rakenne Naulalevyristikoiden jänneväli oli 22 m, korkeus keskellä 3,6 m ja katon kaltevuus noin 14 o. Kattoruoteiden koko oli 35x72 mm 2, ja ruodeväli oli 600 mm. Keskellä jänneväliä oli kattoikkunarakenne, jonka pituus ristikoiden jännevälin suunnassa oli 4,8 m, harjan suunnassa
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 21 (24) 20 m. Korkeus oli 2 m. Kattoikkunarakenteessa olivat omat ristikkonsa, jotka oli tuettu pääkattoristikoiden yläpaarteisiin. 800 4800 2000 14 o 3586 640 2190 640 Kuva 7. Katon rakenne 4.6.3 Sortumisen syy Viisi vuotta vanha rakennus sortui kokonaisuudessaan 15.2 16.2.1996. Myös suurin osa seinärakenteista kaatui ulospäin.. Sortumahetkellä sää oli tuulinen ja lumikuorma noin 20 kg/m 2. Suunnittelulumikuorma oli 1,8 kn/m 2. Sortuminen oli alkanut kattoikkunakonstruktion alueelta, jossa pitkien ristikoiden yläpaarteen kohdalta, jossa ei ollut yläpaarteen nurjahdustukia 4,8 m matkalla. Muualla niitä oli siis 600 mm välein. 4.6.4 Rakentaminen Arkkitehti oli suunnitellut rakennuksen. Kohteessa oli päärakennesuunnittelija ja rakentamisen valvoja. 4.7 Lihakarjanavetta (sortunut vuonna 2004) Lihakarjanavetan kattokannatteina olivat kuvan 8 kaltaiset teräskehät. Jänneväli oli noin 15 metriä. Ristikot rikkoutuivat kuvaan punaisella nuolella piirretystä kohdasta ristikon alapaarteesta. Saatujen tietojen mukaan ristikkoja tehtäessä oli käytetty hyväksi muusta rakennuksesta purettuja ristikoita, joihin oli hitsattu tarpeelliseksi katsotut lisäosat. Todennäköisesti rakenteita ei oltu suunniteltu Rakenne on staattiselta toiminnaltaan epäonnistunut. Ristikkomainen palkki kannattaa suunnitella ja toteuttaa siten, että se koostuu kolmioista. Tästä seuraa, että yläpaarretetta lukuun ottamatta rakenteeseen ei synny taivutusmomenttia. Tällöin alapaarre ja diagonaalisauvat voivat olla suhteellisen ohuita. Puristetut diagonaalisauvat on kuitenkin mitoitettava nurjahdusta vastaan. Sortuneessa rakenteessa taivutusmomentti syntyy murtokohtaan alapaarteen taitekohtaan. Toinen taivutusta synnyttävä kohta on päätypilari, jossa uloin diagonaalisauva aiheuttaa taivutusta. Koska pilari oli paksu muihin rakenteisiin verrattuna, siihen ei syntynyt murtumaa. Oikean puoleisessa kuvassa punaisella on merkitty lisäsauvat, joiden lisääminen estää taivutusrasitukset alapaarteeseen ja pystypilariin.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 22 (24) Kuva 8. Ristikkokehä, jossa vasemmalla puolella on sortunut kehärakenne, johon on nuolella merkitty murtumakohta. Oikeanpuoleiseen kuvaan on merkitty lisäsauvat, jotka ovat tarpeen taivutusmomentin estämiseksi. Alapaarteen taitteesta yläpaarteeseen menevän lisäsauvaan syntyvä vetovoima voidaan laskea likimäärin seuraavasti katso kuva 9. Lasketaan aluksi voima S, joka on S = M h cosα missä M h α on yläpaarteen solmupisteessä vaikuttava kuormista syntyvä taivutusmomentti on yläpaarteen solmupisteen kohtisuora etäisyys alapaarteen solmupisteitä yhdistävästä suorasta ja on alapaarteen ja edellä määritetyn alapaarteita yhdistävän suoran välinen kulma Nyt voidaan laskea voima D u, jonka suuruus on voimien S komponentti etäisyyden h suunnassa. Sille saadaan kaava 2M D u = 2S sin α = tanα h Tämä voima D u aiheuttaa alapaarteeseen taivutusmomentin, jonka suuruus on Dua M u = = 2 Ma tanα h Viimeksi mainitusta kaavasta huomataan: Jos α=0, niin ei synny voimaa eikä taivutusmomenttia. M Kuva 9. D u S α a h S Taitteeseen syntyvät voimat ja kaavojen merkinnät.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 23 (24) 4.8 Maneesi (vaurio vuonna 2006) Maneesin kattokannatteina olivat naulatut kolminivelkehät, joiden rakennetta on havainnollistettu kuvassa 10. Kuva 10. Vaurioituneen maneesin naulatut kolminivelkehät. Toispuolisesta lumikuormasta naulatut kolminivelkehät alkoivat menettää stabiiliuttaan. Tilanne huomattiin ajoissa ja lumi ehdittiin poistaa katolta ennen sortumaa. Sortumatilanne alkoi syntyä siten, että kehien sisänurkka alkoi kääntyä sivulle eli kehä alkoi kiepahtaa. Sisänurkka näkyy kuvassa 10 kohdassa, jossa on kehien välillä vaaleat vaakajuoksut. Nämä ovat korjauksen vaatimia tukia. Tuenta tehtiin siten, että saman seinän puoleiset kehän puolikkaat tuettiin toisiinsa puristussauvoilla. Jäykistyssysteemi saatiin toimivaksi kokonaisuudeksi, kun hallin kumpaankin päähän tehtiin jäykistävät teräshenkselit kahden vierekkäisen kehän väliin. joiden yläpää oli sisänurkassa ja alapää kehän jalan alaosassa. 4.9 Lantalan katto (vaurio vuonna 2006) Toisesta päästään avoin ja sivuseiniltään osittain avoin lantalan katto alkoi kiertyä avoimesta päästään siten, että nurkkapilarit kallistuivat. Rakennus on näkyvissä kuvassa 11.
Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus Liite 1 24 (24) Kuva 11. Lantalan kattorakenne Kuvasta 11 huomataan, että oikean puoleinen päätypilari on kallistunut yläpäästään hieman sivulle. Rakennus oli periaatteessa jäykistetty siten, että takaseinässä ja katossa oli laudoista tehdyt jäykisteet, mutta ne eivät olleet riittävät. Näitä jäykisteitä on näkyvissä kuvassa 12. Jäykisteinä on takaseinällä puiset vinotuet, jotka ovat käytännössä pitäneet takaseinän suorassa. Katossa on naulalevyristikoiden alapinnassa vinolaudoitus. Seinää kantavat pilarit kanavat vain pystykuormia. Rakenne korjattiin alkuperäisen suunnitelman mukaiseksi eli avoimeen etureunaan tehtiin vinotuet, jotka alapäästään oli kiinnitetty pilarin alapäähän ja yläpäästään ensimmäiseen kattoristikkoon siten, että tuki kulki suunnilleen etuseinän valkoisen reunalaudan kulmasta (kuva 11). Kuva 12. Lantalan rakenteiden jäykistys