RIL 205-1-2009 Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry Puurakenteiden suunnitteluohje Eurokoodi EN 1995-1-1
2 RIL 205-1-2009 JULKAISIJA JA KUSTANTAJA: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry MYYNTI: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry Töölönkatu 4, 00100 Helsinki Puh. 0207 120 600, fax 0207 120 619, email ril@ril.fi, www.ril.fi ISBN 978-951-758-510-1 ISSN 0356-9403 Painopaikka: Hansaprint Oy, 2009 Tämän teoksen osittainenkin kopiointi ja saattaminen yleisön saataviin on tekijänoikeuslain (404/61, siihen myöhemmin tehtyine muutoksineen) mukaisesti kielletty ilman nimenomaista lupaa. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry
RIL 205-1-2009 3 Alkusanat Eurokoodien virallinen käyttö alkoi syksyllä 2007, jolloin ns. ensimmäisen paketin kansalliset liitteet valmistuivat. Eurokoodit tulevat korvaamaan nykyiset määräykset ja ohjeet v. 2010 aikana. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL julkaisi Eurokoodi 5:n esistandardiin ENV 1995-1-1 perustuvan kantavien puurakenteiden suunnitteluohjeen vuosina 1997 ja 2003 (RIL 205-1997 ja RIL 205-2003). Tarkoituksena oli saattaa käyttäjäystävällisessä tiiviissä muodossa yhteinen eurooppalainen suunnittelujärjestelmä suomalaisten asiantuntijoiden käyttöön. Tavoite oli sama vuonna 2007 ilmestyneessä ohjeessa RIL 205-2007 Puurakenteiden suunnitteluohje. Ohje oli jaettu kahteen osaan, josta ensimmäinen RIL 205-1-2007 perustui standardiin EN 1995-1-1 Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt ja niiden Suomen kansallisiin liitteisiin. Toinen osa RIL 205-2-2007 perustui standardiin EN 1995-1-2 Puurakenteiden palomitoitus. Vuoden 2009 ohjeen päivitykset ovat pieniä tarkennuksia (standardiviittauksia, tarkennettuja tulkintaohjeita, merkintäkorjauksia ymv.) sekä muutama laajempi muutos, mm. kohdissa 6.1.5 (syysuuntaa vasten kohtisuora puristus), 8.7.2 (pituussuunnassaan kuormitetut ruuvit), 8.7.4S (vinoruuviliitokset) sekä 9.2.4.3S (levyjäykisteen yleinen mitoitusmenetelmä). Julkaisut antavat tiivistetyssä muodossa ohjeita puurakenteiden syvälliseen suunnitteluun eurokoodeihin perustuen. Ohje on tarkoitettu käytettäväksi muiden eurokoodien kanssa, eikä sitä saa käyttää yhdessä muiden määräysten, normien tai ohjeiden kanssa, ellei tätä ole erikseen sallittu. Ohjeen rakenne perustuu Eurocode Help Deskin johtoryhmässä sovittuun suunnitteluohjeen yleisiin periaatteisiin. Ohjeen päätoimittaja on tekn.tri Ari Kevarinmäki, joka myös on kirjoittanut osan 1. Osan 2 on kirjoittanut Tuuli Oksanen. Työtä on ohjannut johtoryhmä, johon ovat kuuluneet Alpo Ranta-Maunus (puh.joht.), Jaakko Huuhtanen, Ari Kevarinmäki, Teppo Lehtinen, Mika Leivo, Jarmo Leskelä, Tero Nokelainen ja Pekka Nurro. Ohjeen toimituskuntana toimi RILin Puurakenteiden toimikunta, johon ovat kuuluneet Alpo Ranta-Maunus (puh.joht.), Juha Elomaa, Antero Järvenpää, Matti Kairi, Mauri Konttila, Tuomo Poutanen, Jaakko Huuhtanen ja Ari Kevarinmäki (siht.). Hankkeen projektipäällikkönä toimi Gunnar Åström RIListä. Ohjeen rahoittajia ovat olleet ympäristöministeriö ja Metsäteollisuus ry (Wood Focus). Ohjeen luonnos on ollut laajalla lausuntokierroksella. Kiitämme ohjeen rahoittajia, kirjoittajia, johtoryhmää, toimituskuntaa, lausunnonantajia sekä kaikkia muita ohjeen laadintaan osallistuneita tahoja, jotka ovat tiedoillaan ja kannanotoillaan mahdollistaneet tämän ohjeen syntymisen. Uskomme, että se palvelee hyvin alan tarpeita. Lokakuussa 2009 SUOMEN RAKENNUSINSINÖÖRIEN LIITTO RIL ry Ralf Lindberg puheenjohtaja Helena Soimakallio toimitusjohtaja
4 RIL 205-1-2009 Varoitus: Eurokoodi 5:n ja suunnitteluohjeen päivitysmahdollisuus. Tämä suunnitteluohje perustuu Eurokoodi 5 suunnittelustandardin versioihin EN 1995-1-1:2004/AC:2006 ja EN 1995-1-1:2004+AC:2006+A1:2008 ja niiden Suomen kansallisiin liitteisiin. RIL kerää sovellusohjeesta käyttökokemuksia ja seuraa eurokoodien kansainvälistä ylläpitoa. Mikäli tässä ohjeessa havaitaan virheitä, kansallisiin liitteisiin vahvistetaan muutoksia tai eurokoodeihin tulee suunnitteluohjeen pätevyyteen vaikuttavia korjauksia, RIL tekee suunnitteluohjeeseen tarvittavat päivitykset, jotka julkaistaan RILin kotisivuilla, www.ril.fi. Eurokoodeihin liittyvät päivitykset julkaistaan internetissä Eurokoodi help deskin sivuilla (www.eurocodes.fi) ja tieto niistä toimitetaan automaattisesti ylläpitorekisteriin ilmoittautuneille. Standardeista tehdyt lainaukset on julkaistu Suomen Standardisoimisliitto SFS :n luvalla. Palautetta RILin julkaisuista RILin kotisivuilta www.ril.fi kohdasta Julkaisut Muut palvelut.
RIL 205-1-2009 5 Sisällysluettelo JOHDANTO... 10 OSA 1. EN 1995-1-1 YLEISET SÄÄNNÖT JA RAKENNUKSIA KOSKEVAT SÄÄNNÖT... 13 1. YLEISTÄ... 15 1.1 Soveltamisala... 15 1.1.1 Eurokoodi 5:n soveltamisala... 15 1.1.2 Eurokoodi 5:n osan 1-1 soveltamisala... 16 1.2 Velvoittavat viittaukset... 16 1.3 Oletukset... 19 1.4 Periaatesääntöjen ja soveltamissääntöjen välinen ero... 19 1.5 Termit ja määritelmät... 20 1.6 Merkinnät.... 21 2. SUUNNITTELUPERUSTEET... 23 2.1 Vaatimukset... 23 2.2 Rajatilamitoituksen periaatteet... 24 2.2.1 Yleistä... 24 2.2.2 Murtorajatilat.... 24 2.2.2.1S Standardin EN 1990 kansallisen liitteen kuormitusyhdistely... 25 2.2.3 Käyttörajatilat... 27 2.3 Kuormitus- ja kosteusmuuttujat... 29 2.3.1 Kuormat ja ympäristön vaikutukset... 29 2.3.1.1 Yleistä... 29 2.3.1.2 Kuormien aikaluokat... 29 2.3.1.3 Käyttöluokat... 30 2.3.1.3S Kuormien ominaisarvot... 31 2.3.2 Kuorman keston ja kosteuden vaikutukset.... 41 2.4 Mitoitusarvot... 42 2.4.1 Materiaaliominaisuuden mitoitusarvo.... 42 2.4.2 Mittojen mitoitusarvot... 43 2.4.3 Kestävyyden mitoitusarvot... 44 3. MATERIAALIOMINAISUUDET... 45 3.1 Yleistä... 45 3.2 Sahatavara... 46 3.3 Liimapuu... 47 3.4 LVL... 49 3.5 Puulevyt.... 51 3.6 Liimat.... 57 3.7 Metalliliittimet... 58 4. SÄILYVYYS.... 59 4.1 Biologinen kestävyys... 59 4.2 Korroosionkestävyys... 59
6 RIL 205-1-2009 5. RAKENTEIDEN MALLINTAMISPERUSTEET... 61 5.1 Yleistä... 61 5.2 Sauvat... 61 5.3 Liitokset... 62 5.4 Kehä- ja ristikkorakenteet... 62 5.4.1 Yleistä... 62 5.4.2 Kehärakenteet... 62 5.4.3 Yksinkertaiset ristikot... 64 6. MURTORAJATILAT... 65 6.1 Poikkileikkauksen mitoitus pääsuunnan jännitykselle... 65 6.1.1 Yleistä... 65 6.1.2 Syysuuntainen veto... 65 6.1.3 Syysuuntaa vastaan kohtisuora veto... 65 6.1.4 Syysuuntainen puristus... 66 6.1.5 Syysuuntaa vastaan kohtisuora puristus... 66 6.1.6 Taivutus... 68 6.1.7 Leikkaus... 68 6.1.8 Vääntö... 70 6.2 Poikkileikkauksen mitoitus yhdistetyille jännityksille... 71 6.2.1 Yleistä... 71 6.2.2 Puristus vinosti syysuuntaan... 71 6.2.3 Taivutuksen ja vedon yhteisvaikutus... 71 6.2.4 Taivutuksen ja puristuksen yhteisvaikutus... 72 6.2.5 Leikkaus- ja vääntöjännitysten yhteisvaikutus... 72 6.3 Puristetut ja taivutetut sauvat... 72 6.3.1 Yleistä... 72 6.3.2 Puristetun sauvan nurjahduskestävyys... 73 6.3.3 Taivutetun sauvan kiepahduskestävyys... 76 6.4 Vaihtuvakorkuiset ja kaarevat sauvat... 79 6.4.1 Yleistä... 79 6.4.2 Pulpettipalkit.... 79 6.4.3 Harjapalkit, kaarevat palkit ja kaarevat harjapalkit... 80 6.5 Lovetut sauvat... 84 6.5.1 Yleistä... 84 6.5.2 Tuen kohdalta lovetut palkit... 85 6.6 Kuorman jakautuminen rinnakkaisille rakenneosille... 86 6.7S Palkkien reiät... 86 7. KÄYTTÖRAJATILAMITOITUS... 89 7.1 Liitossiirtymät.... 89 7.2 Taipuman rajoittaminen... 89 7.3 Värähtelyn rajoittaminen... 91 7.3.1 Yleistä... 91 7.3.2 Koneista aiheutuva värähtely... 91 7.3.3 Kävelystä aiheutuva lattioiden värähtely... 91 8. MEKAANISET LIITOKSET... 95 8.1 Yleistä... 95 8.1.1 Liittimiä koskevat vaatimukset... 95
RIL 205-1-2009 7 8.1.2 Usean liittimen liitokset.... 95 8.1.3 Monileikkeiset liitokset... 96 8.1.4 Puun syysuuntaan vasten kohtisuorat liitosvoimat.... 96 8.1.5 Epäkeskiset ja vaihtelevat liitosvoimat... 97 8.2 Puikkoliitoksen leikkauskestävyys... 97 8.2.1 Yleistä... 97 8.2.2 Kahden puuosan sekä puulevyn ja puuosan väliset liitokset... 98 8.2.3 Teräslevylliset liitokset... 98 8.2.4 Lohkeamismurto.... 98 8.3 Naulaliitokset...100 8.3.0S Yleistä...100 8.3.1 Leikkauskuormitetut naulaliitokset...101 8.3.1.1 Yleistä...101 8.3.1.2 Naulatut puutavaran liitokset...103 8.3.1.3 Naulatut puulevyn liitokset...107 8.3.1.4 Naulatut teräksen ja puun liitokset...108 8.3.2 Pituussuunnassaan kuormitetut naulat...109 8.3.3 Naulojen yhdistetty leikkaus ja pituussuuntainen kuormitus...112 8.4 Hakasliitokset...112 8.5 Pulttiliitokset....113 8.5.1 Leikkauskuormitetut pulttiliitokset....113 8.5.1.1 Yleistä...113 8.5.1.2 Pultatut puulevyn ja puun liitokset...116 8.5.1.3 Teräksen ja puun väliset pulttiliitokset...117 8.5.2 Pituussuunnassaan kuormitetut pultit....118 8.6 Tappivaarnaliitokset...118 8.7 Ruuviliitokset...119 8.7.0S Yleistä...119 8.7.1 Leikkauskuormitetut ruuvit...119 8.7.1.1S Kansiruuvit...119 8.7.1.2S Itseporautuvat ruuvit...121 8.7.2 Pituussuunnassaan kuormitetut ruuvit...121 8.7.3 Ruuvien yhdistetty leikkaus ja pituussuuntainen kuormitus 124 8.7.4S Vinoruuviliitokset...124 8.8 Naulalevyliitokset....127 8.9 Rengas- ja lautasvaarnat.... 127 8.10 Hammasvaarnat...127 8.11S Liimatankoliitokset...127 8.11.1S Yleistä...127 8.11.2S Pituussuunnassa kuormitetut tangot...128 8.11.3S Vinotankoliitokset...129 9. KOOTUT RAKENNEOSAT, LEVYKENTÄT JA JÄYKISTYS...133 9.1 Kootut rakenneosat...133 9.1.1 Liimatut ohutuumaiset palkit....133 9.1.2 Liimatut laattapalkit....135 9.1.3 Mekaanisin liittimin kootut palkit...137 9.1.3.1S Yleistä...137
8 RIL 205-1-2009 9.1.3.2S Yksinkertaistettu analyysi....137 9.1.4 Yhdistetyt puristussauvat...140 9.1.4.1S Yleistä...140 9.1.4.2S Mekaanisin liittimin kootut pilarit...140 9.1.4.3S Välikapuloilla tai sidelevyillä yhdistetyt pilarit...141 9.1.4.4S Naulatut tai liimatut ristikkopilarit...144 9.2 Ristikkorakenteet ja levykentät...144 9.2.1 Ristikot...144 9.2.2 Naulalevyristikot...146 9.2.3 Kattojen ja välipohjien levykentät...146 9.2.3.1 Yleistä...146 9.2.3.2 Yksinkertaistettu analyysi....146 9.2.4 Jäykistysseinät...148 9.2.4.1 Yleistä...148 9.2.4.2 Jäykistysseinien yksinkertaistettu analyysi...148 9.2.4.3S Levyjäykisteen yleinen mitoitusmenetelmä...151 9.2.5 Poikittaisjäykistys...161 9.2.5.1 Yleistä...161 9.2.5.2 Nurjahdus- ja kiepahdustuentavoimat... 162 9.2.5.3 Palkiston ja vierekkäisten ristikoiden poikittaisjäykistys...163 10. VALMISTUS JA VALVONTA....165 10.1 Yleistä...165 10.2 Materiaalit...165 10.3 Liimaliitokset...165 10.4 Liitokset mekaanisin liittimin...166 10.4.1 Yleistä...166 10.4.2 Naulat....166 10.4.3 Pultit ja aluslaatat...167 10.4.4 Tappivaarnat...167 10.4.5 Ruuvit....167 10.5 Kokoaminen....169 10.6 Kuljetus ja asennus...169 10.7 Valvonta....169 10.8 Levykenttärakenteita koskevat erityissäännöt...170 10.9 Naulalevyrakenteita koskevat erityissäännöt....170 10.9.1 Valmistus...170 10.9.2 Asennus...171 LIITTEET... Liite A: Homeen ja lahon torjunta...173 Liite B: Lyhennetty suunnitteluohje...187 Liite C: Suomalaisten lujuusluokkien vastaavuudet....246 Liite D: Puutavaran suositeltavat mitat ja lujuusluokat....247 Liite E: Kaavioita rakenneosien mitoituksen kulusta...250 Liite F: Paikkakuntakohtaiset lumikuormat...253 Liite G: Pultti-, kansiruuvi- ja puuruuviliitosten mitoituskestävyyksiä... 256 Liite H: Kansallinen liite SFS-EN 1995-1-1...263
RIL 205-1-2009 9 Ilmoittajat Ilmoitukset julkaisun lopussa Casco Adhesives Finnforest Koskisen Oy KPM-Engineering Oy PRT-Lami Oy Puumerkki Oy Suomen Konepuristin Oy Suomen Kuitulevy Oy Suomen Standardisoimisliitto SFS ry Uulatuote Oy
10 RIL 205-1-2009 JOHDANTO YLEISTÄ Eurokoodi-standardit on tarkoitettu käytettäväksi rakennusten sekä maa- ja vesirakennuskohteiden suunnittelussa. Tämä sovellusohjeen sisältö on kuitenkin rajattu siten, että se muodostaa kokonaisuuden käytettäväksi talonrakenteiden suunnittelussa Suomessa tehtäviin kohteisiin. Eurokoodi-järjestelmää ei saa käyttää yhdessä muiden määräysten, normien tai ohjeiden kanssa, ellei tätä ole erikseen sallittu. Muiden suunnitteluohjeiden käyttö on sallittu, kunhan ne eivät ole ristiriidassa eurokoodien kanssa. Tällaisia tilanteita voi tulla vastaan esim. tapauksissa, joissa suunniteltava kohde on sellainen, ettei sitä koskevaa ohjeistusta suoranaisesti ole eurokoodissa. OHJEEN KÄYTTÖ Tässä ohjeessa on lyhennetty ja tiivistetty alkuperäisen eurokoodi-standardin EN 1995 sisältöä luettavuuden ja helpomman käsiteltävyyden aikaansaamiseksi. Lisäksi kansallisessa liitteessä (National Annex) tehdyt Suomea koskevat valinnat on suoraan sisällytetty ohjeen tekstiin ja kaavoihin. Ohje perustuu pääosin käännökseen 12.2.2007 ja siinä on huomioitu 31.3.2009 mennessä ilmoitetut korjaukset. Joissain kohdin on tehty yksinkertaistavia valintoja, joilla on pyritty saamaan standardin käyttöä helpommaksi. Näillä valinnoilla on saatettu hieman vähentää laskennan teoreettista tarkkuutta kuitenkin niin, että ne johtavat varmalla puolella oleviin tuloksiin. OHJEESSA NOUDATETUT MERKINTÄTAVAT Tässä ohjeessa on käytetty seuraavia tekstin merkintätapoja: Eurokooditeksti (normaalia tekstiä) Normaali teksti (normaali kirjasintyppi) on eurokoodin tekstiä (periaatesäännöt ja soveltamissäännöt), lainattu joko suoraan tai esitetty tiivistetyssä muodossa. Kansallisen liitteen teksti (kursivoitu tekstiä) Tekstin osat, jotka sisältävät kansallisen liitteen (National Annex) -liitteen määrittelyjä, on kursivoitu. Eurokoodin periaate- tai soveltamissääntöön on sisällytetty Suomen kansallisen liitteen mukainen ratkaisu. Tekstiä on joko lainattu suoraan tai esitetty tiivistetyssä muodossa.
RIL 205-1-2009 11 Sovellus- tai lisäohjeita eurokoodin esittämiin asioihin (pienennetty ja sisennetty teksti) Teksti on pienennetty, vedetty sisään ja varustettu täytetyllä ympyrällä. Teksti on viitestandardin mukainen Eurokoodin 5:n periaate- tai soveltamissääntöä noudattava ohje, Eurokoodi 5:n periaatesääntöä selittävä tai tulkitseva lisäohje tai lisäohjeilla tai -vaatimuksilla täydennetty Eurokoodi 5:n soveltamissääntö. Esitetyt yksinkertaistukset ovat aina varmalla puolella olevia yksinkertaistettuja eurokoodin soveltamissääntöjä. Täydentävä ohje, asia ei käsitelty eurokoodissa (pienennetty ja sisennetty teksti) o Teksti on pienennetty, vedetty sisään ja varustettu ympyrällä. Sisältää suunnitteluohjeita asiaan, johon ei eurokoodissa ole annettu ohjeita. Kappaleiden numerointi ja otsikot Kappaleiden numeroinnissa noudatetaan ensimmäisen ja toisen tason standardin numerointia, alemman tason kappaleita on voitu yhdistellä. Tämän ohjeen lisäkappaleiden jälkeen tulee aina S-kirjain (esim. 6.3.1S). Eurokoodin kappaleiden otsikot on paikoitellen lyhennetty ja selkeytetty. Kaavat Eurokoodista peräisin olevien kaavojen tunnukset ovat samat kuin eurokoodissa. Tämän ohjeen lisäkaavat on varustettu S-kirjaimella. Myös kansallisen liitteen kaavojen tunnukset (FI-merkintä) ovat samat kuin alkuperäiset. Kuvat ja taulukot Kuvien ja taulukoiden numerointi on juokseva, joten numerot eivät ole samat kuin eurokoodeissa tai kansallisessa liitteessä. Tämän ohjeen lisäkuvien ja lisätaulukoiden numeroihin on lisätty S-kirjain (esim. Kuva 6.7S, Taulukko 3.10S). Vastaavasti on kansallisen liitteen kuviin ja taulukoihin lisätty merkintä -FI (esim. Taulukko 2.1-FI). OHJEEN KÄYTTÖ ULKOMAAN PROJEKTEISSA Suunniteltaessa muihin maihin tulee kursivoidulla tekstillä merkityissä kohdissa käyttää kyseisen maan kansallisen liitteen mukaista valintaa. o Ympyrällä merkittyjen ohjeiden kohdalla tulee selvittää ratkaisun hyväksyttävyys kohdemaassa. Ympyrällä merkityt ohjeet eivät koske tyyppihyväksyttyjen tuotteiden suunnittelua, jos tuotteen tyyppihyväksynnässä viitataan Eurokoodi 5:n mukaiseen suunnitteluun.
12 RIL 205-1-2009 EUROKOODIN PERIAATE- JA SOVELTAMISSÄÄNNÖT JA NIIDEN MERKINNÄT Eurokoodeissa on periaatesääntö merkitty P-kirjaimella kohdan numeron jälkeen. Periaatesäännöt ovat yleisiä määräyksiä ja määritelmiä, joille ei ole vaihtoehtoa sekä vaatimuksia ja analyyttisiä malleja, joille ei sallita vaihtoehtoa, ellei niin erityisesti mainita. Soveltamissäännöt (vain kohdan numero, ei kirjainmerkintää) ovat yleisesti hyväksyttyjä sääntöjä, jotka ovat periaatesääntöjen mukaisia tai täyttävät niiden vaatimuksia. Standardin soveltamissääntöjen vaihtoehtona saa käyttää muiden rakenteiden suunnitteluohjeita, mikäli osoitetaan, että nämä muut ohjeet ovat asianomaisten periaatesääntöjen mukaisia ja johtavat rakenteiden varmuuden, käyttökelpoisuuden ja säilyvyyden kannalta vähintään samanarvoiseen tulokseen kuin mitä eurokoodin mukaisia sääntöjä käytettäessä on odotettavissa. Jos soveltamissäännön sijaan käytetään muita mitoitusohjetta, mitoituksen tulosta ei voi pitää täysin eurokoodin mukainen, vaikkakin mitoitus onkin standardin periaatesääntöjen mukainen. Käytännön eurokoodipohjaisessa suunnittelussa periaate- ja soveltamissäännöt liittyvät kiinteästi toisiinsa, joten niitä ei ole tässä ohjeessa eritelty. Ks. tarkemmin EN 1995. OHJEEN YLLÄPITO JA PÄIVITTÄMINEN Eurokoodien kehittäminen tulee jatkumaan. Tietoja eurokoodin EN 1995 päivityksistä ja korjauksista löytyy RILin kotisivujen kautta (www.ril.fi/ril205). Myös tähän ohjeeseen liittyviä täydennyksiä, korjauksia ym. päivityksiä löytyy em. osoitteesta.
RIL 205-1-2009 13 OSA 1. EN 1995-1-1 YLEISET SÄÄNNÖT JA RAKENNUKSIA KOSKEVAT SÄÄNNÖT
14 RIL 205-1-2009