Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 1(26) DI Markku Kortesmaa VTT PUURAKENTEIDEN VARMUUS Yleensä rakennukset ja rakenteet toimivat hyvin käytössä. Kuitenkin on poikkeuksia, jotka olisi pitänyt tehdä toisin. Tämä esitys on laadittu siksi, että näitä poikkeuksia olisi entistä vähemmän. Tästä syystä tähän on kerätty huonoja tapauksia, jotta ne tunnistettaisiin ja niihin voitaisiin ajoissa puuttua. Tästä syystä kannattaa tarkistaa rakennukset, joissa kattokannatteina ovat naulalevyristikot, koska on hyvin todennäköistä, ettei näitä ole toteutettu ristikkosuunnitelman mukaan. Todennäköisesti puutteita on Puristettujen diagonaalisauvojen nurjahdustuissa, Ristikon yläpaarteen sivuttaistuennassa ja Mahdollisesti ristikon kaatumista estävissä tuennoissa. Tarkastusohjeet ristikoille löytyvät osoitteesta http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=53597&lan=fi Omakotitalossa tai vastaavassa ei yleensä satu sorumia tai vakavia rakenteellisia vaurioita. Tällaisesta rakennuksesta on pitkät perinteet ja mahdolliset rakenteelliset puutteet hoituvat muilla rakenteilla (esim, väliseinät), joita ei ole suunniteltu kantaviksi rakenteiksi. Kun siirrytään suuriin hallimaisiin rakennuksiin, mittakaava muuttuu eikä yleensä ole enää pelastavia piilorakenteita. Rakennusta ei tällöin pitäisi toteuttaa vanhalla konseptilla ja näppituntumalla, mitä valitettavasti on tehty, mutta toivottavasti ei enää tehdä. Varsinkin maatalousrakennukset ovat kasvaneet viimeisen vuosikymmenen aikana, mutta ne toteutettu usein puutteellisella ammattitaidolla. Hyvään lopputulokseen päästään, jos rakennus suunnitellaan oikein ja toteutetaan suunnitelman mukaan. Hyvä suunnittelu edellyttää, että suunnittelijalla on ymmärrystä ja aikaa. Toteutus pitää tehdä suunnitelman mukaan. Tämä edellyttää, että suunnitelmat ovat käytössä rakentamisen aikana, ymmärretään, mitä niissä on esitetty, eikä poiketa niistä ilman suunnittelijan lupaa. Suunnittelun ja toteutuksen siis pitää kohdata työmaalla. Suunnitelmat eivät ole välttämätön paha, jota jotkut byrokraatit vaativat. TAUSTAA JA TUTKIMUKSIA Vuonna 2003 tapahtuneiden rakennusonnettomuuksien seurauksena käynnistyi muun muassa laajarunkoiosia liikuntahallien turvallisuutta käsittelevä projekti, jota ovat rahoittaneet opetusministeriö, ympäristöministeriö, VTT, Teräsrakenneyhdistys ja Wood Focus. Projektissa laadittiin puurakenteita koskien Puurakenteiden jäykistyssuunnittelun ohje, Puurakenteiden halkeilun hallinta, opas japuurakenteisten hallien kuntotarkastusohjeet.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 2 Nämä ohjeet on saatavissa kokonaisuudessaan nettiosoitteesta http://www.vtt.fi/vtt_search.jsp?target=julk&fuzz=true&search=halturva Hieman myöhemmin käynnistyi maa ja metsätalousministeriön, ympäristöministeriön ja VTT:n rahoittama projekti suurten maatalousrakennusten rakenteellisesta turvallisuudesta. Tämä on päättymäisillään ja siitä ei vielä ole saatavissa julkaisuja. Tärkein tulos on ohje viljeliöille, jota apuna käyttäen he voisivat tunnistaa riskit ja myös epävarmoissa tapaksissa kääntyä ammattilaisten puoleen. PUURAKENTEIDEN HALKEILU Loveusta tuen lähellä vedetyssä reunassa ei saisi olla. Esimerkki tällaisesta on kuvassa 1. Suunnitteluohjeissa loveuksen vaikutus otetaan huomioon yksinkertaisuuden vuoksi leikkausmitoituksen avulla siten, että leikkausjännitys lasketaan poikkileikkaukselle, josta on vähennetty loveuksen osuus, ja verrataan sitä puun pienennettyyn leikkauslujuuteen. Pienennuksen suuruuteen vaikuttaa loveuksen koko ja muoto. Pienennyskertoimen laskentakaavat on annettu suunnitteluohjeissa. h h e Kuva 1. V d b α=h e /h x i(h h e ) Loveus alareunassa ja todennäköisin murtumakohta Mahdollinen murtuminen lähtee loveuksen yläreunasta, jonka paikka on hahmoteltu kuvaan 1. Ripustusliitoksia ovat esimerkiksi liitokset, joilla ripustetaan sekundaaripalkit primaaripalkkien kylkiin. Koska puun vetolujuus on pieni, niin lähelle palkin alareunaa tehtyjen liitosten liitosvoimat voivat halkaista puun varsinkin silloin, jos puu pääsee voimakkaasti kuivumaan. Ripustusliitoksissa tavallisen liitosmitoituksen lisäksi on tarkistettava puun kapasiteetti syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Tähän kapasiteettiin vaikuttaa se, missä kohdassa liitos on palkin korkeussuunnassa ja kuinka leveä on liitosalue, kun käytetään metallista liitoselintä, levyä tai vastaavaa. Ripustuksilla tarkoitetaan tässä tapauksia, joissa kuormat aiheuttavat oleellisia rasituksia puun syysuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa. Tästä on esimerkkejä kuvassa 2.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 3 Kuva 2. Esimerkkejä huonoista ripustusliitoksista, jossa puu halkeaa syitä vastaan kohtisuorasta vetorasituksesta.. Kuvassa 3 on esimerkki sekä hyvästä että huonosta liitoksesta. Siinä vasemman puoleisessa tapauksessa ei ole halkeiluvaaraa kuormituksen takia. Oikean puoleisessa tapauksessa on vasemman puoleista tapausta suurempi halkeamisvaara. A A A A F F F F Kuva 3. Paras ripustus vasemmalla, hyvä keskellä ja huono oikealla. Palkin kuivuminen, nimenomaan kuivuminen ja kutistuminen eikä kostuminen ja paisuminen, lisää halkeiluvaaraa. Tällöin syntyy syitä vastaan kohtisuoria vetorasituksia, jos muodonmuutos on tavalla tai toisella estetty joko osittain tai kokonaan. Liimapuun valmistuskosteus on suuruusluokkaa 10 12 %, mihin kosteuteen liimapuu asettuu, jos se on riittävän pitkään ilman suhteellisessa kosteudessa 50 60 % RH. Vaikka iso liimapuu kostuukin hitaasti kosteassa tai märässä ilmassa, sen kosteus on asennuksen jälkeen suurempi kuin valmistuskosteus varsinkin silloin, kun se asennetaan loppuvuodesta. Lämmityskaudella palkit alkavat kuivua joko valmistuskosteudestaan tai asennuksen aikaisesta kosteudesta. Tämä ensimmäinen kuivumisjakso on pahin halkeamien syntymisen kannalta. Seuraavat kuivumis kostumissyklit seuraavat vuodenaikojen vaihtelua, joten palkki on kuivimmillaan keskimäärin maaliskuussa ja kosteimmillaan juuri ennen lämmityskauden alkua. Vuotuinen palkin kosteuden keskiarvo on suunnilleen 10 % ja kuivin palkin pinnassa 5 8 % ja kostein 12 15 %. Jos kosteusvaihtelusta aiheutuvat muodonmuutokset pääsevät tapahtumaan ilman, että muodonmuutokset on estetty joko kokonaan tai osittain, niin vauriot jäävät yleensä korkeintaan esteettiseksi. Jos rakenteet ovat sellaisia, että muodonmuutokset on estetty, kuivuessa syntyy halkeamia, jotka voivat heikentää palkin kantavuutta merkittävästi. Estäviä rakenteita ovat mm.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 4 palkin teräskiinnitykset tuella ja laajalle alalle syiden suuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa oleva puuhun kiinnitetyt teräsosat. Jos palkki on kiinnitetty alustaansa teräsosilla, jotka puolestaan on kiinnitetty palkin kylkiin, saattaa seurauksena olla palkin halkeaminen. Tällöin teräsosat tai teräksen ja palkin välinen liitos olla sellainen, että palkin kuivuessa kuormasta ainakin osa siirtyy palkin alareunan kosketukselta liitososille. Tätä on havainnollistettu kuvassa 4. Palkin kiertymän vaikutus teräsosien ja palkin kiinnityksen rasituksiin pienenee, jos teräsosat sijoitetaan mahdollisimman lähelle pilarin sisäreunaa. Asennus, soikeat reiät Kuivuminen, ehjä Asennus, tiukat reiät Kuivuminen, halkeilu Kuva 4. Palkin liitos tuella. Kiinnitykseen on käytetty teräslevyä, joka on kiinnitetty palkin kylkeen pulteilla tai vastaavilla. Ylemmässä kuvassa on teräsosien reiät tehty alun perin soikeiksi ja liittimet on kohdistettu asennuksessa reikien ylälaitaan. Kuivuessaan palkki kutistuu, liitin liukuu soikeissa reiässään ja palkki jää ehjäksi. Alemmassa kuvassa kiinnikkeet on sovitettu tiukkaan reikään ja kuivuessaan palkki jää roikkumaan kiinnikkeiden varaan, kunnes palkin pää murtuu syitä vastaan kohtisuoran vetolujuuden ylittyessä kokemuksen mukaan reikien kohdalta. Jos kattorakenteella ei ole lumikuormaa, niin palkki jää roikkumaan ilmaan kiinnikkeiden varaan. Tällöin riittää käytännössä korjaukseksi se, että rakoon kiilataan, esimerkiksi vanerista tehty raon täyttävä täyte, jonka mitat määritetään siten, ettei syitä vastaan kohtisuora puun puristuslujuus ylity mitoituskuormalla.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 5 Jos palkki jostain syystä kostuu asennuksen jälkeen, niin se ei välttämättä johda vaurioon. Tämä johtuu siitä, että puristus syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa on suurempi kuin vastaava vetolujuus ja murtotapa puristuksessa on sitkeä ja vedossa hauras. Sitkeässä murrossa muodonmuutokset kasvavat suureksi ennen murtumista varsinkin puun puristuksessa syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Vauriovaara syntyy silloin, kun kostumisaika on niin pitkä, että, että palkki kostuu syvältä ja palkki kuivataan nopeasti. Tällöin pintaa tulee vetojännityksiä ja pahassa tapauksessa myös halkeamia. Edellä selostettua kiinnitystä suunniteltaessa kuivumisesta aiheutuva halkeiluvaara helposti unohtuu, jos liitoksen on tarkoitus estää palkkia kaatumasta sivulle. Kuvassa 5 olevat liitokset ovat huonoja myös siitä syystä, että kiinnitys on viety korkealle palkin korkeussuunnassa. Tällöin etäisyys palkin alapinnasta liitinryhmän ylimpiin liittimiin tulee suureksi ja kutistumisesta aiheutuva tarvittava liikkumisvara tulee myös suureksi. Ripustuksessa palkin kylkeen kuivumisesta aiheutuu syitä vastaan kohtisuora vetorasitetus liitosalueella. Lopputuloksena ovat halkeamat palkissa, jotka useimmiten kulkevat liittimien kohdalta. Tämä vauriotyyppi on paha siinä mielessä, että halkeamat syntyvät silloin, kun ilman suhteellinen kosteus on pieni eli lämmitetyssä tilassa talvella. Tällöin on todennäköisesti myös lumikuormaa, joten rasitus on muutenkin suuri. Kuva 5. Korkea ripustusliitos palkin kyljessä. Vasemmalla on liitos, jota pitää välttää halkeiluvaaran takia. Oikealla oleva toimii paremmin, koska kauimmaisen liittimet palkin korkeussuunnassa ovat lähempänä toisiaan kuin vasemmalla olevassa kuvassa. Lisäksi liittimet ovat kaukana palkin alareunasta. Vaikka varsinaista vauriota ei olekaan tapahtunut, kannattaa tarkistaa, ettei kantopinnaksi valitun osan teräsosan välillä ole rakoa. Jos rako on, niin kiinnikkeet kantavat koko kuorman ja myöhemmin kuorman kasvaessa syntyy halkeamia, koska liitosta ei yleensä ole suunniteltu niin, että liittimet kantavat koko kuorman. Tästä on esimerkki kuvassa 6, joka on periaatteessa sama liitos kuin kuvassa 5.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 6 Kuivumisrako Kuva 6. Korkea ripustusliitos palkin kyljessä, jossa liitetyn palkin alapinta ei ole kosketuksissa palkkikenkään puun kutistumisesta johtuen. Herkkiä epätasaiselle kuivumiselle ovat palkkien päät. loveusten ja reikien reunat, joita on esitetty kuvassa 7. Kuva 7 Epätasaisesta kuivumisesta aiheutuvat halkeiluriskikohdat Halkeiluriskiä voidaan pienentää suojaamalla leikatut pinnat sopivalla kosteudensulkuaineella. Rakenteiden kantavuuden kannalta vaarallisin alue on loveuksen kohta. Reiän ympäristö voi olla vaarallinen silloin, jos reiän läpi menee ilmanvaihtokanava tai vastaava, jonka lämpötila on ympäristöään korkeampi. Putken mahdollisessa lämpöeristämisessä on varottava, ettei eristeellä täytetä kokonaan putken ja puun välistä tilaa. Jos näin tehdään, niin puun lämpötila on lähellä putken lämpötilaa. PUURAKENTEIDEN VAURIOITA Noin 25 vuoden ajalta on VTT:n tiedossa 37 rakenteellista vauriotapausta, jotka on esitetty ensisijaisen taulukossa 1. Monissa tapauksissa on ollut myös muita syitä, mutta niistä on taulukkoon poimittu se, joka on ollut tärkein syy.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 7 Taulukko 1. 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 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. Onnettomuustutkintakeskus on tutkinut suuronnettomuuden vaaratilanteina puurakenteita koskevina tapauksina seuraavat: Uimahallin katon liimapuupalkin rikkoutuminen Iisalmessa 29.3.2000, Supermarketin sisäkaton putoaminen Pudasjärvellä 27.12.2000, Messuhallin katon romahtaminen Jyväskylässä 1.2.2003 ja Marketin sisäkaton putoaminen Sysmässä 27.4.2005 Iisalmessa uimahallin kattopalkki murtui, kun katon toimintatapaa oli hallin saneerauksen yhteydessä muutettu siten, että alun perin lähinnä vetorasituksia saanut palkki muutettiin myös taivutuksia ottavaksi rakenteeksi. Tätä rasituksen muutosta liitokseen ei oltu suunniteltu ja toteutettu uudelleen.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 8 Kuva 8. Rikkoontunut liimapuupalkki juuri ennen kuin palokunta sai vajoamisen pysähtymään. Pudasjärven supermarketin alakaton putoamisen välitön tekninen syy oli se, että sisäkaton 50x50 mm rimojen ja kattoristikoiden välisen naulaliitoksen kapasiteetti ei ollut riittävä sisäkatosta aiheutuvien kuormien kannattamiseen. Liitoksissa oli pääsääntöisesti kaksi 90x3,1 mm konenaulaa, jolloin liitosten ominaiskapasiteetiksi ripustuskuormia vastaan saadaan rakennusalan normien mukaan laskettuna 326 N/m 2. Tutkintalautakunnan laskelmien mukaan tietyllä tutkitulla alueella ripustuskuormia oli sisäkaton omapaino mukaan laskettuna keskimäärin 447 N/m 2. Lisäksi sisäkaton pienille alueille kohdistui suuria, ripustuksista aiheutuvia, pistemäisiä kuormia. Kelvolliselta rakenteelta edellytetään, että varmuuskertoimet huomioituna kapasiteetin tulee olla yli 1,5 kertainen kuormiin nähden. Toteutettu naulaliitos oli suunnitelmien vastainen, sillä rakennesuunnittelija oli suunnitellut liitokseen kolme 100x3,4 mm lankanaulaa. Suunniteltu liitos ei ollut kuitenkaan tarkoituksenmukainen, sillä lähes kaikilla työmailla käytetään nykyisin konenauloja, joista pisimmät ovat käytännössä 90 mm pituisia. Lisäksi riman ja kattoristikon liitosalue on niin pieni, että normien mukaan siihen ei voi kiinnittää kolmea naulaa. Suunnitellun naulaliitoksen ominaiskapasiteetti ripustuskuormia vastaan olisi ollut 677 N/m 2, joka ei sekään olisi ollut riittävä pistemäisiä kuormia vastaan. Taulukon 1 sisäkattojen putoamiset ovat periaatteessa samanlaisia kuin edellä on kuvattu. Tyypillisesti 50x50 mm alakaton rima on irronnut kiinnituksestä kattotuoliin. Tällainen oli esimerkiksi marketin sisäkaton putoaminen Sysmässä, josta on kuva alla.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 9 Kuva 9. Pudonnut sisäkatto yläpuolelta. Höyrysulku ja puhallusvilla on poistettu katon päältä. 4.9.2003. Syynä alakaton romahtamiseen oli ruostumattomasta teräksestä tehtyjen ripustinlankojen katkeaminen jännityskorroosion seurauksena. Alakaton ripustus ja kannatusrakenteiden kuntoa ei ollut tarkastettu katon valmistumisen jälkeen, koska alakatossa ei ollut tarkastusluukkuja ja alakatto oli yli viiden metrin korkeudessa altaan päällä. Jyväskylän messukeskuksen pettäneet liimapuusta valmistettujen kattoristikoiden pituus 55 metriä oli poikkeuksellisen suuri. Ristikot oli koottu tehtaalla liittämällä liimapuuosat toisiinsa tappivaarnaliitoksilla, joissa puun sisään oli laitettu pääosin kaksi teräslevyä ja niitä vastaan kohtisuoraan liitoksen koosta riippuen 4 48 teräksistä tappivaarnaa. Ristikkopari koostui kahdesta ruuveilla toisiinsa rinnakkain kiinnitetystä samanlaisesta ristikosta. Jo onnettomuuden tutkinnan alkuvaiheessa selvisi, että silminnäkijöiden mukaan ensimmäisenä pettäneen kattoristikkoparin ristikon yhdessä liitoksessa oli vain 7 tappivaarnaa, kun niitä suunnitelmien mukaan piti olla 33. Romahdus alkoi tästä ristikkovalmistajan laadunvalvonnan puutteesta johtuneesta virheestä. Lumikuormaa oli tapahtumahetkellä noin neljäsosa (50 kg/m 2 ) suunnittelun perustana käytettävästä kuormasta ja tappeja puuttui vain ristikkoparin toisesta ristikosta, joten vaurion olisi pitänyt rajoittua ristikkoparin toiseen ristikkoon. Romahdus kuitenkin syntyi ja eteni pidemmälle siksi, että suurten tappivaarnaliitosten todettiin pettävän lohkeamismurtumalla, jolla tarkoitetaan liitosalueen repeytymistä irti puusta tappiryhmän uloimmaisia rivejä pitkin. Ristikoiden suunnittelussa käytetyissä eurooppalaisissa suunnitteluohjeissa ei tällaista murtumistapaa ollut otettu huomioon, minkä vuoksi suurimpien liitosten lujuus oli vain noin puolet suunnitellusta. Ohjeessa ilmennyt virhe viestii tutkintalautakunnan käsityksen mukaan puutteista normien laatimisessa, käyttöönotossa ja tiedottamisessa normissa havaituista virheistä. Virhe oli korjattu ohjeen uudempaan luonnokseen jo vuosia ennen onnettomuutta ja siitä oli kirjoitettu suomalaisessa ammattilehdessä. Virhe oli siis ollut suppean ammattipiirin tiedossa. Hallien tarkistusohjeet on kopioitavissa kokonaisuudessaan osoitteesta:
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 10 Kuvassa 10 on esitetty tappivaarnaliitos ja liitoksen lohkeamismurto. Tappivaarnaliitoksessa puun sahattuun uriin asennetaan teräslevyt, jotka välittävät terästappien kautta voimat puulta toiselle. Lohkeamismurrossa puu murtuu liitinalueen ulkoreunoja pitkin. Rikkoutunut tappivaarnaliitos Lohkeamismurto Kuva 10. Tappivaarnaliitos ja lohkeamismurto. Kuvien lähde onnettomuustutkintakeskuksen tutkintaselostus B2/2003/Y. Vuonna 2006 onnettomuustutkintakeskus otti tutkittavakseen 8 tapausta, joista puurakenteita oli viisi. Tutkimus on vielä kesken, joten niitä ei käsitellä yksityiskohtaisesti tässä. Tutkinnassa olevat tapaukset osuivat yhtä poikkeusta lukuun ottamatta Keski Suomeen ja huhtikuun alkuun. Tällöin kulki alueen yli lännestä itään voimakas lumisade, joka kasvatti lumikuormaa useillä kymmenillä kiloilla neliömetriä ja aiheutti heikkojen rakenteiden sortumia ja vaurioita. Limikuorma ei missään tapauksessa ylittänyt normeissa annettua lumikuormaa. Kelvollisen rakenteen pitäsi kestää sortumatta noin kaksinkertainen normilumikuorma, joten pienistä puutteista e ollut kyse. Muista vaurioista otetaan tähän esimerkkeinä Lihakarjanavetta vuonna 2004, Maneesi vuonna 1996, Lämmöneristetyn lihakarjanavetan leveys oli 25 m ja pituus noin 50 m. Kantavina pystyrakenteina oli suurelementeistä tehtyjen betonisten ulkoseinien (korkeus 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. 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.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 11 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. 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. Maneesirakennuksen leveys oli 22 m ja pituus 45 m. Kantavina seinärakenteina puiset seinäelementit ja katon kantavana rakenteena naulalevyristikot. Rakennus oli lämpöeristämätön. 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 ja harjan suunnassa 20 m. Kattoikkunan korkeus oli 2 m. Kattoikkunarakenteessa olivat omat ristikkonsa, jotka oli tuettu pääkattoristikoiden yläpaarteisiin. 800 4800 2000 14 o 3586 640 2190 640 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. Arkkitehti oli suunnitellut rakennuksen. Kohteessa oli päärakennesuunnittelija ja rakentamisen valvoja. 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. Vain naulalevykattoristikoista oli tehty rakennesuunnitelma. Kantavien seinien sivuttaisjäykkyys oli muutamia prosentteja vaaditusta.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 12 Teollisuushallin katto sortui 1991. Naulattujen ristikoiden toteutuksessa oli puutteita: ristikon solmuissa puuosien sovitus oli epätarkka, nauloja oli liitoksissa vähemmän kuin suunnitelmissa, ja suunnitelmissa olleita stabiiliustukia oli jätetty pois. Muistikuvani mukaan nauloja oli noin puolet suunnitellusta, koska rakennuttaja mukaan ne voitiin jättää pois. TARKASTUKSET Tässä esitellään lyhyesti projektin Laajarunkoisten liikuntahallien rakenteellinen turvallisuus esitetty tarkastuskonsepti. Projektin toiveena on, että menettely otettaisiin käyttöön. Tällaisilla tarkastuksilla todennäköisesti pystytään tulevaisuudessa havaitsemaan rakennusten sortumavaara ja korjaamaan puutteellisuudet ajoissa. Tarkastusten luokittelu Tutkimuksessa päädyttiin alla olevaan kolmiportaiseen tarkastukseen. Peruskuntotarkastus Rakenteiden ensimmäinen kuntotarkastus eli peruskuntotarkastus suoritetaan mieluiten vastaavan suunnittelijan toimesta takuutarkastuksen yhteydessä (yleisten sopimusehtojen mukaisesti se on enintään kaksi vuotta rakennuksen käyttöönoton jälkeen Ensimmäisessä ammattilaisen tekemässä kuntotarkastuksessa tulee olla mukana joku hallin omasta ylläpitohenkilöstöstä. Peruskuntotarkastuksen tulokset pitää tallettaa ja säilyttää hallissa, että niitä voidaan verrata seuraavien myöhempien tarkastusten tuloksiin. Jaksotetut kuntotarkastukset Myöhemmät jaksotetut varsinaiset kuntotarkastukset, joiden tarkastusvälit on kirjattu käyttö ja huolto ohjeeseen viimeistään peruskuntotarkastuksen yhteydessä, suoritetaan vastaavan suunnittelijan tai muun pätevän ammattilaisen toimesta tarkoituksenmukaisella tavalla 5 10 vuoden välein. Tämä on ikään kuin auton katsastus rakennuksille). Jatkuva seurantaa (seurantatarkastukset) Suoritetaan rakennuksen oman ylläpitohenkilöstön tai ylläpidosta vastuullisten toimesta. Lisäksi sopivasti muiden töiden lomassa tehdään oheisen ohjeen ja tarkastuslistan avulla silmämääräisiä havaintoja, joita verrataan aiempiin tarkastustuloksiin eli tarkastetaan, onko mikään muuttunut. viime kerrasta. Mikäli rakenteissa tai niiden toiminnassa havaitaan seurannassa huolestuttavia muutoksia tai ikääntymistä, suositellaan tarpeen mukaan yhteydenottoa alan ammattilaisiin, Seurantatarkastuksia tulee yleensä ajoittaa rakennuksen muiden huoltotoimien yhteyteen (kuten lamppujen vaihdot tms.). Kuhunkin tarkastukseen on sekä teräsrakenteisille että puurakenteisille halleille laadittu tarkastusohjeet ja tarkastuslomakkeet, jotka täytetään tarkastuksen aikana. Tarkastuksessa havaitut puutteet korjataan ja täytetyt tarkastuslomakkeet säilytetään kohteessa, jotta voidaan seuraavassa tarkastuksessa havaita tehdyt muutokset ja rakenteiden muuttunut kunto.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 13 Projektissa Suurten maatalousrakennusten rakenteellinen turvallisuus on tehty jatkuvaa seurantaa varten omat kaavakkeensa. Maatalousrakennusten peruskuntotarkastus ja jaksotetut kuntotarkastukset tehdään projektissa Laajarunkoisten liikuntahallien rakenteellinen turvallisuus tehdyillä ohjeilla. Ohjeita voidaan käyttää muidenkin hallien, esimerkiksi teollisuushallien tarkastuksessa. Seuraavassa keskitytään jatkuvan seurannan tarkastuksiin. Periaatteessa samoja asioita käydään läpi myös peruskuntotarkastuksessa ja jaksotetuissa kuntotarkastuksissa. Edellisessä on oleellista selvittää myös se, että rakenteet on todella toteutettu suunnitelmien mukaan. Tämä tapahtuu parhaiten vertaamalla toteutettua rakennetta suunniteltuun. Samalla mitataan rakenteiden koot, liitoksista liittimien koot ja välit jne. Jaksotetuissa kuntotarkastuksissa ja jatkuvassa seurannassa on tarkistettava, millaisia muutoksia on tullut rakenteisiin joko muutostyönä tai muusta syystä. JATKUVA SEURANTA seurantatarkastukset Suurten rakennusten rakenteet pitää olla kunnossa, jotta vältyttäisiin vaurioilta ja pahimmassa tapauksessa sortumilta. Jatkuva seuranta Rakenteiden käyttäytymistä tulee seurata jatkuvasti. Jatkuvaa seurantaa vaativat esimerkiksi kondenssi ilmiöt, vesikattovuodot, lumien liukumisen vaikutukset, myrskyjen tai törmäysten aiheuttamat muutokset rakenteissa. Seurantatarkastus pitää tehdä erillisen tarkastuslistan mukaisena aina mahdollisesti vaurioita aiheuttavan tapahtuman jälkeen. Sellaisia ovat esimerkiksi voimakas myrsky, tulipalo, törmäys rakenteisiin, erityisen suuri lumikuorma, tulvat ja maan siirtymät lähistöllä. Jaksottaisia seurantatarkastuksia tulee tehdä esimerkiksi irtonaisten muttereiden, korroosion etenemisen, lahovaurioiden, pienten halkeamien muutosten, hitsien maalipintojen, palosuojausten ja erilaisten katolla sijaitsevien laitteiden ja liukumisesteiden kunnon seuraamiseksi. Seurantatarkastuksia tekee rakennuksen ylläpidosta ja huollosta vastuussa oleva taho. Siihen on käytettävissä oma erillinen tarkastuslistansa, joka ei vaadi perustietoja rakenteiden kestävyyksistä tai käyttäytymisestä. Listan avulla tallennetaan havaintotiedot varsinaisen kunto tai muun tarkastuksen tarpeen arvioimiseksi. Silmämääräisten havaintojen lisäksi jatkuvaan seurantaan liittyy myös erilaisten kuulo tai äänihavaintojen rekisteröiminen. Tällaisia voivat olla esimerkiksi lumen poistuminen liukumalla katolta, lumen putoaminen alempana olevien rakenteiden päälle, tuulen aiheuttamat liitosten löystymisestä aiheutuvat ääni, tms. Rakenteiden lumi ja tuulikuormat Käytön aikana teräsrakenteet kuormittuvat lähelle mitoituskuormaansa vain harvoin, koska teollisuus ja liikuntapaikkarakentamisessa rakenteiden oman painon osuus on yleensä vähäinen eikä luonnonkuormien lisäksi ole muita hyötykuormia. Mitoituslumi ja tuulikuormat ovat tilastollisia arvoja, jotka voivat kuitenkin joskus ylittyä. Ylikuorma saattaa johtaa vaurioon, ja siksi katolla olevaa lumimäärää pitää valvoa erityisesti keväällä, kun lumen vesipitoisuus on suuri. Mahdollista kattolumen poistotarpeen arviointia varten kannattaa katolle näkyvään paikkaan asentaa jonkinlainen lumen paksuuden mittari.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 14 Keväällä noin 75 80 cm lumenpaksuus vastaa pahimmillaan mitoituslumikuormaa 180 kg/m 2 (jos katolle kertyy jäätä, sen tiheys on suurempi kuin lumen tiheys). Kaarikattojen suurin kinostuma alue on noin 30 asteen kaltevuuden kohdalla, missä lumikerroksen paksuus saattaa ohjeiden mukaan olla 2,5 kertainen verrattuna harjan kohtaan. Siellä missä katon kaltevuus on suurempi kuin 30 astetta, lumikuorma on kuitenkin taas pienempi. Ilman liukuesteitä lumi pääsee helposti liukumaan alas kaari ja kupolikattoisten rakennusten katolta. Suunnittelijan tulee määräysten mukaan ottaa huomioon sekä lumen liukumisesta että sen mahdollisesta putoamisesta aiheutuva vaara, ja putoavan lumen dynaamiset vaikutukset alapuolisiin rakenteisiin. Lumen pysyessä kaltevalla katolla paikoillaan (joko kitkan tai liukuesteiden ansiosta), siitä aiheutuu katon pinnan suuntainen kuormitus, joka tulee johtaa luotettavalla tavalla pääkannattajille ja sitä kautta perustuksille. Tuulikuorma on dynaaminen kuormitus, joka suunnittelijan tulee ottaa huomioon kolmen eri vaihtoehtoisen kuormitustapauksen avulla: Rakennusta kaatava tuulikuormitus Rakennuksen pintoihin kohdistuva suurin painekuormitus. Kyseistä kuormitustapausta käytetään katon ja seinien paikallisia rakenteita ja niiden kiinnityksiä mitoitettaessa, Tuulikuorman dynaaminen vaikutus, joka erityisesti korkeissa hoikissa rakenteissa saattaa olla myös väsyttävää. Normaalissa talonrakentamisessa tuulen dynaaminen vaikutus tulee ottaa kuntotarkastuksissa huomioon pelkästään liitosten löystymisenä, jolloin pulttikiinnitykset voivat löystyä ja rakenteen jäykkyys saattaa vähetä aiheuttaen ongelmia mm. sekundiäärirakenteiden kiinnityksissä. Lisärakenteet ja muutokset Lisärakenteet ja muutokset voivat tehdä rakennuksesta vaarallisen, ellei niitä ole erikseen suunniteltu ja toteutettu suunnitelman mukaan. Tällaisia lisärakenteita ovat esimerkiksi Ripustukset puurakenteisiin (esim. tulostaulut, IV laitteet, mainostaulut, lisäkatsomot) Katon lisäkuormitukset (esim. IV koneet, mainostaulut tai lunta keräävät esteet, katokset tvs.) Kantavia rakenteita poistettu tai siirretty esim. seiniin tehtyjen uusien aukkojen kohdalta Kantaviin puurakenteisiin tehdyt reiät ( > 6 mm) tai lovet tai reiät. Tarkastus kohta kohdalta Kohta 1 Sisäilman olosuhteet Kosteus on liian suuri, jos ilman suhteellinen kosteus on viikkoja yli 80 %, ja ilman lämpötila on samanaikaisesti yli 15 o C. Tällöin homeet alkavat kasvaa. Jos ilman suhteellinen kosteus on yli 95 %, puurakenteet alkavat lahota. Jos lämpötila on alle +3 o C, niin homehtuminen ja lahoaminen pysähtyvät. Jos ilman kosteutta ei ole mahdollista mitata, sitä voidaan arvioida tarkkailemalla rakenteita ja niiden pintoja. Jos rakenteet eivät hikoile koskaan, kosteus ei ole liian korkea. Jos rakenteet hikoilevat lähes aina, kosteus on liian korkea. Muuten kannattaa seurata, tummuvatko tai ho
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 15 mehtuvatko puurakenteet ja ruostuvatko teräsrakenteet ajan kuluessa. Jos näin on, niin pitää ryhtyä kuivattamiseen, koska kosteus on ollut liian suuri.. Aluksi liika kosteus näkyy puuosien tummumisena, myöhemmin homehtumisena ja pahassa tapauksessa lahoamisena. Suojaamattomiin teräsrakenteisiin syntyy korroosiota samanlaisissa olosuhteissa kuin puuhun lahoa tai hometta. Jos kastunut tai kostunut rakenne kuivuu kastumisen jälkeen, siinä mahdollisesti alkanut lahoaminen pysähtyy, koska lahottajasienten kasvu vaatii aina kosteutta. Kuivana pysyneiden puurakenteiden säilyvyys on hyvä, eikä niiden rakenteellinen turvallisuus heikkene pitkänkään käyttöiän aikana. Kantavat puurakenteet eivät muutenkaan vaadi juuri huoltotoimia. Kohta 2 Vesikattovuodot ja kondenssiongelmat Vesikattovuodot ja veden kondensoituminen voidaan havaita kosteuden aiheuttamista värimuutoksista. Vesikaton sisäpinta voidaan tutkia läheltä silmämääräisesti ja kauempaa tai alempaa parhaiten kiikarilla tai nosturin avulla. Mahdollisten kosteusvauriojälkien yhteydessä tulee aina selvittää mistä kostuminen johtuu: Syynä voi olla rakennusaikaisen suojauksen laiminlyönti, vesikattovuoto (korjattu vanha vuoto vai akuutti) puutteellista tai rikkoutuneesta höyrynsulusta ja puutteellisesti tuuletetusta yläpohjasta johtuvasta sisäilman kosteuden tiivistymistä yläpohjan rakenteisiin. Rakennusaikaisesta kastumisesta ja korjatusta vesikattovuodosta ei yleensä ole haittaa, jos rakenteet ovat kastumisen jälkeen kuivuneet eikä ennen kuivumista ole tullut laho tai homevaurioita. Vesikattovuodot sijaitsevat yleensä katon läpivientien ja jiirien kohdalla ja ne on melko yksinkertaista korjata. Myös vesikatteen kiinnitykseen käytettyjen naulojen reiät ovat potentiaalinen vuotokohta. Yläpohjan kondenssiongelmat saattavat vaatia mittaviakin korjaustoimenpiteitä, joiden suunnittelu tulee teettää pätevällä suunnittelijalla. Ennen kuin korjauksiin ryhdytään, tulee tarkistaa sisäilman kosteuspitoisuus, höyrynsulun tiiviys sisäkaton läpivientien ja muiden epäjatkuvuuskohtien läheisyydessä sekä yläpohjan tuulettuvuus. Pelkkä sisäilman kosteuden alentaminen saattaa olla riittävä toimenpide yläpohjan kondenssiongelmien poistamiseen. Veden kondensoitumista voi olla myös paikallisten kylmäsiltojen kohdalla. Liitosten teräsosat voivat toimia tällaisina kosteutta keräävinä kylmäsiltoina, jolloin rakenteen kantavuus saattaa heikentyä puun lahoamisen lisäksi myös teräsosien korroosion vuoksi. Osittain seinän tai katon sisällä olevien pilarien ja palkkien kohdalta rakennetta on avattava siten, että pilarin tai palkin kylmä pinta päästään tarkistamaan. Mikäli sinne pääsee kertymään kosteutta ja höyrynsulun tiivistäminen ko. rakenneosan pintaan tai kierrättäminen sen ympäri on vaikeaa, yksinkertaisin korjauskeino saattaa olla lämmöneristeen poistaminen rakenneosan reunoilta, jolloin kylmän pinnan lämpötila nousee ja veden tiivistyminen estyy. Katon kosteusvauriokohdassa tulee selvittää, ovatko lämmöneristeet ja rakenteet kuivia ja vaurioitumattomia. Kostuneet eristeet ja rakenteet tulee aina kuivata, vaikka kyse on rakennusaikana tapahtuneesta kastumisesta. Yläpohjan kuivuminen saattaa muuten kestää niin pitkään, että homehtumisen lisäksi myös lahottajasienet pääsevät kasvamaan. Tämä varsinkin silloin, kun on kesä ja tila on huonosti tuuletettu. Mikäli kantavista puurakenteista löytyy lahoa, on kohteelle parasta teettää asiantuntijalla tarkempi kuntotutkimus.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 16 Kohta 3 Home ja lahokasvustot Mikäli kantavissa puurakenteissa havaitaan hometta tai lahoa, on puun kosteus ollut ainakin jossakin vaiheessa liian pitkään liian korkea (yli 20 % puun kuivapainosta yli +5 C lämpötilassa). Tällöin ensimmäinen tehtävä on selvittää mistä tämä liian suuri kosteus johtuu ja ryhtyä välittömiin toimenpiteisiin, joilla kostuminen voidaan jatkossa estää. Useimmissa tapauksissa homevauriot johtuvat liian suuresta sisäilman kosteuspitoisuudesta. Vaikka kosteusvaurion syy on korjattu aikaisemmin (esim. vesikattovuoto), home ja lahovauriohavaintojen vuoksi pitää ryhtyä myös muihin toimenpiteisiin: home ja laho tulee poistaa. Kantavien puurakenteiden lahovaurioiden yhteydessä tulee aina teettää tarkempi kuntotutkimus asiantuntevalla rakennesuunnittelijalla, joka määrittelee, onko jäljellä oleva poikkileikkaus riittävän kantamaan kuormat vai tuleeko rakennetta vahvistaa. Kaikki rakennuksen sisällä oleva home tulee poistaa pelkästään terveydellistenkin syiden vuoksi. Puupintojen homeenpoistoon voidaan käyttää kloriittiliuospesua. Homeenestomaalaus ei estä homeen uudelleen muodostumista, jos kosteusolosuhteet ovat edelleen sellaisia, että puun kosteuspitoisuus on jatkossakin pidempiä aikoja (kuukausia) yli 20 % tasolla. Puun lahoamisen kannalta arkoja paikkoja ovat perustusten lähellä olevat liitokset. Ne pitäisi eristää aina perustuksista, ja niiden pitäisi olla riittävän korkealla maan pinnasta. Tarkastuksessa on selvittävä, puuosien pilarien tai kaarien perustusliitokset pysyneet kuivina. Sadeveden, lumen sulamisen, maaperästä kapilaarisesti imeytyneen veden tai rakennuksessa käytetty vesi on usein aiheuttanut puukaarien tai pilarien päiden lahoamiseen ja liitosten teräsosien ruostumiseen johtaneita vaurioita. Erityisen ongelmallisia ovat seinärakenteiden ulkopuolelle ulottuvat sekä suoraan lattiapinnasta tai jopa sen alapuolelta lähteneet pilarinpäät. Pilarien tai kaarien päät eivät saa olla suorassa kontaktissa betoniin tai lattiahiekkaan. Osaksi ulkoseinän sisällä sijaitsevat pilarinpäät voivat kostua talviaikaan myös sisäilmasta varsinkin teräksisiin liitososiin kondensoituneen veden vuoksi. Pilarin tai kaaren alapään kuntoa voidaan tutkia esimerkiksi piikillä tehdyllä kokeella, Piikki on parasta lyödä mahdollisimman alas puuhun. Iskemisen jälkeen piikin juuresta voi pursuta vettä. Tästä on helppo päätellä, että kaaren pää on todella märkä ja myöhemmin on varmasti seurauksena lahovaurio, ellei rakenne pääse kuivumaan pikaisesti. Jos piikki painuu puuhun epätavallisen helposti, puu on joko hyvin märkää tai lahonnutta. Laho voidaan päätellä puun väristä. Home puun pinnalla on merkki niin suuresta puun kosteuspitoisuudesta, että myös lahon kehittyminen on todennäköistä. Liian suuri kosteus paljastuu myös sähköisellä kosteusmittarilla. Puun kosteus pitää olla alle 20 %. Puun pinnassa voidaan sallia hetkellisesti korkeampia kosteuksia, vuotuisella tasolla ei kuitenkaan kuukautta pidempää aikaa. On huomattava, että kosteus pienenee hyvin nopeasti siirryttäessä pilarin päästä ylemmäksi. Kuvassa 11 on esitetty esimerkkinä eräässä kohteessa mitatut pilarinpään puun kosteuspitoisuudet. Kuvasta voidaan päätellä, että kosteus on mitattava aivan puun päästä, sillä jo 50 100 mm etäisyydellä pilarin päästä saadaan lukema, joka ei "anna syytä huoleen". Tästä syystä tarkastus kannattaa tehdä niin lähelle puun alapäätä kuin mahdollista.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 17 Liimapuupilarin alapään kosteus 80 70 60 Puun kosteus [%] 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Etäisyys pilarin alareunasta [mm] Kuva 11. Mitattu kosteusjakautuma liimapuupilarin päässä. Pilarin alapää voi olla pinnaltaan kunnossa olevan näköinen, vaikka se onkin heti sen alta lahonnut. Tämä koskee erityisesti maalattuja pilareita. Pinnoitteen alta kerros voi olla märkä tai lahonnut aivan samalla tavalla kuin teräskengässä oleva puu. Tämä voidaan tarkistaa piikkikokeella. Ulkona olevat kantavat pilarit, kaaret tai liimapuupalkkien päät kannattaa verhoilla päältä tuuletusraolla varustettuna pellityksellä ja sivuilta laudoituksella (ks. kuva 12). Pelkkä yläpinnan verhoilu ei riitä myös sivut on suojattava viistosateelta ja auringon valolta. Massiivinen puupoikkileikkaus halkeilee pinnastaan erityisesti, jos se altistuu suoralle auringon paisteelle. Pintakyllästys ei tehoa, kun viistosadevesi pääsee halkeamien kautta ajan kuluessa yhä pintaa syvemmälle puuhun.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 18 Pelti Rako Pystyrimat Laudoitus Kuva 12. Seinän ulkopuolelle ulottuvan liimapuukaarenpään suositeltava suojausratkaisu. Toimenpiteet Jos puussa todetaan lahoa, on parasta ottaa välittömästi yhteyttä rakennesuunnittelijaan ja varautua korjaustoimenpiteisiin. Ulkona olevien puurakenteiden välitön korjaaminen talviaikaan ei ole kuitenkaan yleensä välttämätöntä, koska lahoaminen alkaa käytännössä vasta silloin, kun lämpötila ylittää +3 o C. Se, onko kastuminen tilapäistä vai pysyvää, voidaan todeta uusimalla esimerkiksi piikkikoe kahden viikon välein. Jos tulos on aina sama, tulee selvittää, mistä kostuminen johtuu ja miten kostuminen voidaan jatkossa estää. Mikäli pelkät suojaustoimenpiteet eivät riitä esimerkiksi siksi, että puu on suorassa kontaktissa betoniin, tulee korjaussuunnitelma teettää asiantuntevalla rakennesuunnittelijalla. Kohta 4 Teräsosien ruostuminen Ulkonäköä vaarallisempi ongelma on teräsosien kantavuuden heikkeneminen korroosion seurauksena. Pintaruoste on ulkonäköongelma, mutta voi johtaa vakavampaan korroosioon, jos ruostumisolosuhteet saavat jatkua. Tärkeä tarkistettava alue on profiilipellin naulakiinnitysten alue, koska. naulakiinnityksen alue on otollinen ruostumiskohta, koska se saattaa pysyä märkänä kauemmin kuin sileä pellin osa, profiilipellit ovat ohuita, joten pienetkin muutokset paksuudessa voivat olla vaarallisia ja ruostuneeseen kohtaan eli väljenneen reiän alueelle voi helposti syntyä myös vuotokohta.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 19 Jos ruostuminen on ohentanut teräksen paksuutta yli 20 %, on kyseisen teräsrakenteen kantavuus syytä tarkistuttaa kohteen rakennesuunnittelijalla tai muulla samantasoisella asiantuntijalla. Naulalevyristikoiden naulalevyissä voi olla niin sanottua valkoruoste, joka on valkeaa sinkkihydroksidia Zn(OH)2. Sinkkioksidi hydroksidikerros on tilava, huokoinen ja huonosti kiinni sinkin pinnassa. Näin ollen se ei kykene suojaamaan sinkin pintaa vedessä olevan hapen vaikutukselta. Siksi korroosioprosessi voi jatkua niin kauan kuin pinnoilla on kosteutta. Kun pinnat pääsevät kuivumaan, syöpyminen lakkaa ja ilman päästessä vapaasti sinkin pinnalle muodostuu korroosiotuotteista normaali suojakerros. Käytännössä valkoruostetta voi syntyä levyihin jo ristikoiden varastointivaiheessa, mikäli ristikot ovat tiiviissä nipussa ja kosteudelle alttiina. Toinen mahdollinen syy valkoruosteen syntymiselle on tuulettumaton ja kostea yläpohjan ontelotila. Valkoruosteen vaikutus korroosiosuojan kestoikään on pieni, joten valkoruoste on enemmänkin vain esteettinen haitta. Rakenteen heikkenemistä valkoruoste ei siis liiemmin ehdi aiheuttamaan rakennuksen elinkaaren aikana. Kuva. 13. Valkoruostetta naulalevyn pinnassa Kohta 5 Kantavien rakenteiden korjaukset ja muutokset Kantavien rakenteiden korjaukset ja muutokset vaativat asiantuntemusta. Ne vaativat asianmukaisen suunnitelman ja rakennusluvan. Jos tehdään laajennus rakennuksen kylkeen, niin seuraaviin asioihin on kiinnitettävä huomiota: lumi todennäköisesti kinostuu joko uuden rakennuksen tai vanhan rakennuksen katolle ja tämä on otettava huomioon kattorakenteiden suunnittelussa ja toteutuksessa, uuden ja vanhan rakennuksen liittymäkohta on riskialue kattovuotojen kannalta ja kosteus voi siirtyä rakenteiden sisällä eri tavalla kuin aikaisemmin. Jos vanhan rakennuksen kylkeen on tehty vanhaa rakennusta korkeampi uudisrakennus, on vanhan rakennuksen kattorakenteet tarkistettava muutostyön yhteydessä, koska uuden rakennuksen katolta tuleva lumi todennäköisesti kinostuu vanhan rakennuksen katolle.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 20 Raskaiden laitteiden ripustusten yhteydessä olisi tarkastettava, etteivät ne aiheuta liian suuria rasituksia kattorakenteille. Lisäkuormituksia voivat aiheuttaa esimerkiksi uudet ilmastointikoneet, ruokinta automaatit ja valaisimet. Nämä rasitukset ovat yleensä paikallisia. Naulalevyristikoille tulevat ripustuskuormat eivät saa ylittää arvoa 0,3 kn (30 kg), ellei niitä ole erikseen mainittu naulalevyristikkopiirustuksissa. Jos on tarve ripustaa suurempia ripustuskuormia kuin rakennepiirustuksissa on esitetty, pitää rakenteiden kantavuus erikseen tarkastaa. Erityishuomiota tulee kiinnittää kaikkiin puupalkkien tai kaarien kylkiin tehtyihin ripustuksiin. Puun heikon poikittaisen vetolujuudet vuoksi varsin pienetkin kuormat saattavat johtaa poikkileikkauksen halkeamiseen ja koko kannattimen sortumiseen. Ripustuskuormitukset tulee tehdä poikkileikkauksen ylitse (lenkillä) tai ainakin kylkikiinnitykset pitää viedä mahdollisimman lähelle palkin tai kaaren yläreunaa. Oikeat ripustamistavat Väärä ripustamistapa Kuva 14. Ripustuskuorman oikea ja väärä ripustamistapa. Oikeassa ripustamistavassa ripustus tehdään kiertämällä liitoselin palkin ympäri tai kiinnittämällä se mahdollisimman lähelle palkin yläreunaa ja mieluimmin symmetrisesti kummaltakin puolelta. Väärässä ripustamistavassa ripustus tehdään palkin alareunan läheltä ja palkki on vaarassa haljeta. Katolle voi tulla lisäkuormia uusista ilmastointilaitteista katoksista ja vastaavista. Näiden painon lisäksi kuormia aiheuttaa myös lisärakenteista aiheutuva lumen kinostuminen. Ilman suunnitelmaa kantavia rakenteita ei saa poistaa, koska se vaikuttaa kuorman kantavuuteen oleellisesti. Esimerkiksi kaksiaukkoisen palkin välipilarin pisto pudottaa palkin kantavuuden neljännekseen alkuperäisestä kantavuudesta. Pienetkin kantaviin puurakenteisiin tehdyt reiät ja lovet saattavat aiheuttaa vakavia seurauksia, jos ne on tehty kriittisille alueille. Puurakenteiden suunnitteluohjeiden mukaan jo 6 mm:n kokoinen reikä tulee ottaa huomioon vedetyn tai taivutetun puusauvan poikkileikkausmitoituksessa. Pahassa tapauksessa eläimet voivat järsiä ajan kuluessa esimerkiksi kantavaa pilaria niin paljon, että sen kantavuus pienenee oleellisesti.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 21 Kohta 6 Kantavien rakenteiden onnettomuusvauriot edellisen tarkastuksen jälkeen Törmäyksissä voi aiheutua kantaviin vakavia vaurioita. Tällaisia ovat esimerkiksi lohkeamat puupalkeissa ja pilareissa, vääntymät teräspalkeissa ja pilareissa palkkien siirtyminen pois paikaltaan, pilareiden tai palkkien kallistuminen ja liitosten rikkoutuminen Lohkeamat palkkien ala ja yläreunoissa ovat periaatteessa aina vaarallisia, koska lohkeaman kohdalla palkin rakenteellisesta korkeudesta on poissa lohkeaman osuus Erityisesti lohkeama puupalkeissa heikentää palkin kantavuutta silloin, kun se on palkin alareunassa ja tuen lähellä. Teräspalkeissa olevat vääntymät ovat pahimpia, kun ne ovat palkin yläreunassa yksiaukkoisissa palkeissa, koska tämä alue on puristettu ja kuorma pyrkii kasvattamaan vääntymää. Sama koskee ristikoiden puristettua yläpaarretta ja ristikon sisäsauvoja. Jos palkki siirtyy pois paikaltaan, niin pahimmassa tapauksessa se putoaa pois paikaltaan. Vaikka palkki jäisikin paikaltaan, siirtymästä voi aiheutua se, että kuorma vaikuttaa alla olevaan tukirakenteeseen eri kohtaan kuin on suunniteltu ja alla oleva rakenne ei kestä uusia rasituksia. Siirtymisen seurauksena palkin tukipinta tuella voi pienentyä ratkaisevasti. Erityisesti tämä koskee liimapuupalkkeja ja ristikoita, koska puun puristuslujuus syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa on pieni ja tukipinnat on yleensä mitoitettu niin, ettei niissä ole ylimääräistä pelivaraa. Pilarien suunnittelussa useimmiten lähtökohtana on se, että ne ovat suorassa, ja palkkien ja ristikoiden suunnassa se, että ne ovat sivuttaissuunnassa suorassa. Ainoastaan pienet, lähinnä työtoleransseista, aiheutuvat poikkeamat ovat sallittuja. Liian suuret poikkeamat heikentävät oleellisesti kantavuutta. Tulipalossa hiiltyneet kantavat rakenteet ovat heikentyneet, koska osa suunnitellusta poikkileikkauksesta on poissa. Vaikka varsinaiset kannatteet, kuten palkit ja pilarit olisivatkin säilyneet, niin näitä tukevat rakenteet tai liitokset ovat voineet vaurioitua. Tästä syystä kantavat rakenteet pitäisi tarkastaa aina tulipalon jälkeen. Kohta 7 Kannatteiden (ristikot ja palkit) jäykistys Kattokannatteiden kallistuminen sivulle tarkoittaa sitä, että niitä ei ole tuettu riittävästi pysymään pystyssä ja ne todennäköisesti kaatuvat sivulle suurilla lumikuormilla. kuvassa 15 on esitetty tuentaperiaatteita eli ristikkokatoissa pitää olla ainakin osassa kattoa ristikoiden välillä vinotuet. Mahdollisesti ilman vinotukia olevat ristikot voivat tukeutua katon ruoteiden välityksellä vinotuettuihin ristikoihin. ristikot k 900...1200 ristikkäiset laudat esim. 22x100 Kuva 15. Ristikoiden tuenta pystyyn ristikkäisillä laudoilla.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 22 Naulalevyristikkokatoissa ja myös muissa ristikkokatoissa vinotuet voidaan naulata ristikoiden sisäsauvoihin. Oleellista on, että toinen pää on mahdillisimman lähellä ristikon yläreunaa ja toinen mahdollisimman lähellä ristikon alareunaa. Jos kattokannatteiden yläreunat ovat mutkalla tai mutkilla, yläpaarteiden nurjahdustuenta on pettänyt. Yläpaarteeseen vaikuttaa normaalisti paarteen suuntainen puristusvoima. Jos yläpaarretta ei ole tuettu sivusuunnassa, se nurjahtaa. Tämä näkyy ennen sortumista usein jopa rakennuksen ulkopuolelta, jolloin päätyräystäät eivät ole suorassa. Ne voivat olla pahoissa tapauksissa mutkalla useita kymmeniä senttejä. Rakennepiirustuksissa pitäisi olla esitetty, miten yläpaarteet tuetaan. Alle kymmenen vuotta vanhoissa naulalevyristikoiden rakennepiirustuksissa on usein selkeästi esitetty nurjahdustuenta. Vanhemmissa kuvissa on usein tyydytty mainintaan yläpaarteen ruodeväli saa olla korkeintaan 300mm. Tämä on tarkoitettu yläpaarteen nurjahdustuennan ohjeeksi. Tämän mukaan esimerkiksi tiiliruoteet olisivat riittävä tuenta estämään yläpaarteen nurjahduksen. Kuitenkin on tapauksia, että tiilikaton ristikoiden yläpaarteet ovat nurjahtaneet. Tällöin kaikki yläpaarteet ovat koko katossa nurjahtaneet kaikki samaan suuntaan eli tuenta ei ole ollut riittävä ja on tapahtunut nippunurjahdus. Kuvassa 16 on esimerkki siitä, miten estetään kaikkien ristikoiden yläpaarteiden nurjahtaminen sivulle. Siinä on asennettu kahden ristikon väliin vaakaristikko, joka jäykistää katon ja nippunurjahdusta ei tapahdu. Ristikko voidaan korvata esimerkiksi ristikon yläpaarteen alareunaan naulattavalla vinolaudoituksella. Lautojen lukumäärä ja naulamäärät pitää suunnitella erikseen tapauskohtaisesti. Yläpaarteen nurjahdustukena toimii käytännössä usein profiilipelti, joka siis korvaa ristikon tai vinolaudoituksen. Varsinkin isoissa kohteissa pitää profiilipellin kiinnitykset suunnitella siten, että se toimii katon jäykisteenä yläpaarteiden nurjahtamista vastaan. Kuva 16. Vaakaristikko kahden kattoristikon välissä estämässä kattoristikoiden yläpaarteiden nurjahtamista sivulle. Ristikkojen ylä ja alapaarteita yhdistävät sauvat eli ristikon sisäsauvat voivat taipua ulos ristikon tasosta eli nurjahtaa, jos sauvaan kohdistuu iso puristusvoima. Teoreettisesti tämä nurjahtaminen tapahtuu äkisti, mutta käytännössä voi olla vaihe, jossa sisäsauvat ovat taipuneet ulospäin, vaikka katto on vielä ylhäällä. Jos sisäsauvoissa on taipumia ulospäin ristikon tasosta ja katon kuorma pieni eli katolla ei lunta tai sitä on vähän, katto on ollut romahtamaisillaan aikaisemmin ja sauvat ovat jääneet mutkalle. Nurjahdusalttiit sisäsauvat on merkitty rakennepiirustuksiin ja samoihin piirustuksissa on annettu myös tuentaohje. Kuvassa 17 on esitetty sisäsauvojen nurjahdustuennan ohjeita.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 23 L ja T muotoisissa rakennuksissa on kattorakenteiden kanssa oltava tarkkana. Esimerkiksi, jos L muodon toinen sakara toteutetaan siten, että se rakennetaan suorakaideosan päälle, pitää huolehtia, että suorakaideosan kattorakenteiden puristusosat tuetaan sivusuunnassa nurjahduksen estämiseksi. Tätä on havainnollistettu kuvassa 18. Esimerkki nurjahdustuennasta, kun tukia on yksi nurjahdustuettava sauva ristikot k 900...1200 maksimi 3 ristikkoväliä 22x100 lauta, kolme 75x2,8 naulaa/liitos päätyrunko vinositeet 22x100 lauta, kolme 75x2,8 naulaa/liitos Esimerkki nurjahdustuennasta, kun tukia on kaksi laudat 22x100 ristiin ylhäältä alas naulat viisi 75x28/liitos lauta 22x100 joka toiseen väliin suuntaa vuorotten naulat viisi 75x28/liitos ~L/3 ~L/3 ~L/3 nurjahdustuettava sauva lauta 22x100 läpi naulat kolme 75x28/liitos Kuva 17. Esimerkki ristikon sisäsauvojen nurjahdustuennoista, kun tarvitaan yksi tai kaksi nurjahdustukea. Vasemman puoleiset ristituennat estävät samalla ristikoiden kaatumisen. Kuvassa yläreuna on ristikon yläreuna ja alareuna ristikon alareuna.
Puurakenteiden varmuus Maaliskuu 2007 24 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 18. L muotoisen pohjan rakenteellinen sortumavaara alue sekä väärä että oikea tuentatapa sortumavaara alueella Kuva 19. Yläpaarteiden tuenta L muotoisessa katossa, jossa pääristikoiden yläpaarteiden päälle on naulattu laudat estämään yläpaarteiden nurjahdus. Korotus on tehty pääristikoiden päältä pystyssä olevilla puilla, joiden päällä on vaakajuoksut ja joiden päällä on kattovasta. Pystypuut on tuettu vinolaudoituksella seuraaviin pystypuihin