A-Insinöörit Oy, valvojana DI Martti Leppälä

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Tutkintotyö LIIKUNTAHALLIN KATTORAKENTEIDEN UUSIMISEN RAKENNE- SUUNNITTELU Työn ohjaaja Työn teettäjä Tampere 007 RI Raimo Koreasalo A-Insinöörit Oy, valvojana DI Martti Leppälä

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Vikstedt, Anna Liikuntahallin kattorakenteiden uusimisen rakennesuunnittelu Tutkintotyö 93 sivua + 4 liitesivua Työn ohjaaja RI Raimo Koreasalo Työn teettäjä Toukokuu 007 Hakusanat TIIVISTELMÄ A-Insinöörit Oy, valvojana DI Martti Leppälä kattorakenteet, liimapuu, SPU-elementti, profiilipelti, alustava riskianalyysi Työn aiheena oli suunnitella Riihimäellä Urheilutalolle uusi vesikatto ja IV-konehuoneen rakenteet. Vanha bitumikermikatteinen kattorakenne oli kosteusteknisesti toimimaton ja liimapuukannattajat eivät täyttäneet nykyisten normien vaatimuksia. Kohde on kulttuurihistoriallisesti arvokas ja tästä syystä pyrittiin sen ulkoasua muuttamaan mahdollisimman vähän. Vanhojen liimapuukannattajien vahvistaminen oli yksi ratkaisuvaihtoehto, mutta kattorakenne päätettiin kuitenkin uusia kokonaan. Yläpohjarakenne tuli pääosiltaan SPU-elementistä. Rakennuksen sivuille jouduttiin suunnittelemaan paikalla rakennettava kertopuihin tukeutuva rakenne. IV-konehuoneen runko muodostui teräksestä, ja sekä ylä- että alapohja rakennettiin kantavan profiilipellin varaan. Koska vanhaa rakennetta ei kokonaan poistettu, tuli lisäksi suunniteltavaksi ja laskettavaksi uusien rakenteiden liitokset olemassa oleviin rakenteisiin ja vanhojen kantavien rakenteiden kestävyys. Liimapuupalkin mitoituksessa vaikeuttavana tekijänä oli erityisen pitkä jänneväli (31,1 m). Mitoituksessa oli otettava huomioon myös, ettei räystäiden korko suuresti muuttuisi edellisestä, koska räystään vieressä sijaitsevat rakennuksen ulkonäön kannalta merkittävät lasi-ikkunat, jotka uusittunakin haluttiin kuitenkin säilyttää lähes samankaltaisina. Kohteen vaativuudesta johtuen tehtiin kattorakenteista myös alustava riskianalyysi, jossa selvitettiin, kuuluuko rakenne erityismenettelyn piiriin.

TAMPERE POLYTECHNIC Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Vikstedt, Anna The structural engineering of renewing of sports hall Engineering Thesis 93 pages + 4 attachment pages Thesis Supervisor RI Raimo Koreasalo Commissioning Company May 007 Keywords A-Insinöörit Oy, Supervisor: DI Martti Leppälä roof covering, glued laminated timber, SPU`s prefabricated unit, corrugated steel, tentative risk analysis ABSTRACT The subject was to plan new roof covering and the new room for ventialation stations to Riihimäki`s Sports hall. The old tanked roof woodwork was watering and the roof skeleton did not qualify present standards. Sports hall is valuable in cultural historical way and that is why we tried to change it`s exterior as little as possible. One option was to reinforce the old roof skeleton but it was decided to renew entirely. Most of the roof was build from SPU`s prefabricated unit. To roof`s sides needed a different kind of structure. Sides of the roof were leaning on glued laminated beams. The skeleton of room of ventilation stations was build on steel and the roof and base floor was leaning on corrugated steel. Because the old structure was not removed entirely I also had to design how the new structure would connect to old one. I also needed to find out if the old structure would carry the weight of new roof skeleton. The dimensioning of glued laminated beam was especially challenging because beam bearing distance was longer than usually (31,3 m). Even more challenge brought the halls cultural historical value. Height of building could not notably change because important glass windows exterior had to remain as similar as possible. Roof skeleton was so testing that I also had to do a tentative risk analysis of the structure.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 4(93) SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 5 1 JOHDANTO...9 LÄHTÖTIEDOT /1/...9 3 UUDEN VESIKATON RAKENNE...11 4 KATTOKANNATTAJAN VAIHTOEHDOT...13 4.1 Vanhan kattopalkin vahvistaminen...13 4. Teräsristikko...14 4.3 Uusi liimapuupalkki...14 5 KUORMAT KATTOKANNATTAJALLE...15 5.1 Pysyvät kuormat...15 5.1.1 Vesikatto...15 5.1. Ripustuskuorma...15 5.1.3 Alakatto...16 5.1.4 IV-konehuoneen rakenteet...16 5.1.5 IV-kone...17 5. Muuttuvat kuormat...17 5..1 Lumi...18 5.. Kinostus...18 5..3 Tuuli...19 5..4 Hyötykuormat...6 6 LIIMAPUUPALKIN MITOITUS...6 6.1 Liimapuun ominaisuudet /8/...6 6. Palkin omapaino...7 6.3 Käyttörajatila...8 6.3.1 Kuormien suuruudet ja sijoittuminen...8 6.3. Taipuma...9 6.4 Murtorajatila...33 6.4.1 Kuormat murtorajatilassa...34 6.4. Momentti...35

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 5(93) 6.4.3 Taivutus ja kiepahdus...37 6.5 Poikittainen jännitys...44 6.5.1 Tukireaktiot...46 6.5. Tukipinta...49 6.5.3 Leikkausvoimat...50 6.5.4 Leikkauskestävyys...51 6.6 Palotekninen mitoitus...53 6.6.1 Hiiltyminen...54 6.6. Kuormat palotilanteessa...55 6.6.3 Momentti...55 6.6.4 Taivutus ja kiepahdus...57 6.6.5 Tukireaktiot...59 6.6.6 Leikkausvoimat...60 6.6.7 Leikkaus...60 6.7 Kestävyys reiän kohdalta...61 6.7.1 Taivutuskestävyys...6 6.7. Leikkauskestävyys...64 7 VANHOJEN PORAPAALUJEN KESTÄMINEN...65 7.1 Tuki I...65 7. Tuki A...65 8 TUKIPINNAN LEVENTÄMINEN...66 9 PILARIN JA PALKIN NIVELLIITOS...69 10 SIVUKAUKALON PALKKIEN MITOITUS...7 10.1 Kuormat...7 10. Mitoitus...73 10.3 Liittyminen pääpalkkiin...73 11 IV-KONEHUONEEN RAKENTEET...74 11.1 Kuormat...75 11.1.1 Pysyvä kuorma...75 11.1. Lumi...75 11.1.3 Tuuli...75 11. Kantavat poimulevyt...79 11..1 Katon kantavan poimulevyn mitoitus...79 11.. Lattian kantavan poimulevyn mitoitus...80

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 6(93) 11.3 Kaatuminen...81 11.4 Kehän stabiilius...83 11.5 Pilari ja palkki...84 11.6 Jäykistys...84 11.6.1 Lyhyen sivun vinositeet...84 11.6. Pitkän sivun vinositeet...86 1 RAKENTEELLISEN TURVALLISUUDEN VARMISTAMINEN /17/...89 13 YHTEENVETO...91 14 LÄHDELUETTELO...9 LIITTEET 1. Vanhan palkin kestävyyslaskelma. Vahvistuslaskelmat 3. Teräsristikon alustava mitoitus 4. Vaihtoehtojen hinta-arviot 5. Uuden liimapuupalkin laskelma Pupaxilla 6. Sivukaukalon palkin kestävyyslaskelmat Pupaxilla 7. Piirustus n:o 003, 1.kerroksen kattorakenteet 8. Piirustus n:o 004, IV-konehuone 9. Piirustus n:o 005, Uusi vesikatto 10. Piirustus n:o 013 1, Halliosan liimapuupalkki LP1 (1kpl), mittapiirustus 11. Piirustus n:o 013, Halliosan liimapuupalkki LP (6kpl), mittapiirustus 1. Piirustus n:o 013 3, Halliosan liimapuupalkki LP3 (1kpl), mittapiirustus 13. Piirustus n:o 014, Halliosan liimapuupalkkien LP1 LP3 kiinnitysdetaljit 14. Piirustus n:o 00, Leikkaus A A (halliosa) 15. Piirustus n:o 04, Halliosan vesikattoleikkaukset 16. Alustava riskiarvio

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 7(93) SYMBOLILUETTELO A poikkileikkauksen ala, tuki moduulilinjalla A a ulokkeen pituus, pistekuorman etäisyys tuelta I, kuormitusalueen keskipisteen etäisyys tuelle A a 1 reiän halkaisija B tarkasteltavan rakennuksen leveys laskettaessa tuulikuormia b c C p palkin leveys, pistekuorman etäisyys tuelta A kuormitusalueen leveys tuulen painekerroin d E f f b puun halkaisija kimmomoduuli syyn suuntaan laskentalujuus laskentataivutuslujuus f bk ominaistaivutuslujuus f c laskentapuristuslujuus syyn suuntaan f c laskentapuristuslujuus syyn suuntaa vastaan f c k ominaispuristuslujuus syyn suuntaa vastaan f ck ominaispuristuslujuus syyn suuntaan f t f v laskentavetolujuus syyn suuntaan laskentaleikkauslujuus syiden suuntaisessa tasossa syiden suuntaan f v laskentaleikkauslujuus syiden suuntaisessa tasossa f y kohtisuoraan syitä vastaan ainelujuus G g h I i liukumoduuli, pysyvä pistekuorma ominaiskuormana tasainen pysyvä ominaiskuorma palkin korkeus poikkileikkauksen jäyhyysmomentti, tuki moduulilinjalla I poikkileikkauksen jäyhyyssäde

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 8(93) k k k s k v kiepahduksen huomioon ottava kerroin nurjahduksen huomioon ottava kerroin palkin päässä olevan loven huomioon ottava kerroin L L c, L eff jänneväli, puristussauvan pituus puristussauvan nurjahduspituus l eff tehollinen tukipituus L k L w M d N P Q q R V V cr kiepahdusta määritettäessä sivuttaistukien välimatka kinostuskuorman vaikutusalue laskentamomentti vetovoima porapaalun potentiaali pistevoima muuttuva pistekuorma ominaiskuormana tasainen muuttuva ominaiskuorma laskentatukireaktio leikkausvoima poikkileikkauksen leikkauskestävyys W w W e α β A taivutusvastus taipuma tuulen paine moduulivälille voiman ja puun syyn välinen kulma, nurjahduksen huomioiva kerroin poikkileikkausluokan huomioiva kerroin γ m rakenteen materiaalin osavarmuuskerroin λ σ b hoikkuus laskentakuormien aiheuttama taivutusjännitys σ b0 ulkoisten kuormien aiheuttama taivutusjännitys σ c τ laskentakuormien aiheuttama puristusjännitys laskentakuormien aiheuttama leikkausjännitys

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 9(93) 1 JOHDANTO Työn tarkoituksena on suunnitella Riihimäellä Urheilutalolle uusi vesikatto ja sen päälle uusi IV-konehuone. Tällä hetkellä vesikatto on liimapuupalkkeihin tukeutuva bitumikermikatteinen harjakatto, jonka kaltevuus on noin 1:40. Osittain kakaton päälle on sijoitettu kolme pientä IV-konehuonetta. Vesikatto on tällä hetkellä kosteusteknisesti toimimaton ja IV-konehuoneiden kapasiteetti riittämätön. Kattokannattajat on mitoitettu lumikuormalle 1,5 kn/m, joka on ollut määrätty lumikuorma Riihimäen alueella Urheilutalon valmistumisvuonna 1967. Nykyisten Suomen Rakentamismääräyskokoelman kuormitusohjeiden // mukaisesti lumikuorma on Riihimäen alueella kn/m. Vanhat liimapuukannattajat eivät siten täytä nykyisten normien vaatimuksia. Koska kohde on kulttuurihistoriallisesti arvokas, on korjauksessa tarkoitus pyrkiä pitämään hallin ulkoasu mahdollisimman samankaltaisena. Tämä tarkoittaa, että vaikka kuorma vesikatolle kasvaa huomattavasti, rakennuksen korkeus ei saisi merkittävästi kasvaa. Lisää rajoituksia ja haastetta uuden kattokannattajan valitsemiseen asettaa pääkannattajien huomattava jänneväli, 31,1 metriä. Työssäni tulen tutkimaan eri vaihtoehtoja, mitoittamaan kannattajat valitulle vaihtoehdolle ja suunnittelemaan vesikatolle uuden IV-konehuoneen. Tarkastelun alla tulee olemaan myös uuden rakenteen liittyminen vanhaan ja vanhojen kantavien rakenteiden kestävyys. LÄHTÖTIEDOT /1/ Osoite: Pohjolankatu 6 1110 RIIHIMÄKI kaupungin Harjukylä 1 kortteli 9006 tontti nro 9

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 10(93) Huoneistoala: 3 763 m Hyötyala: 971 m k Kerrosala: 1 810 m Tilavuus: 0 800 m 3 Tontin pinta-ala: 3 600 m Riihimäen urheilutalo on yksikerroksinen hallirakennus, jonka korkeus pääpalkin alle on 8 metriä. Hallin toisessa päässä on matalampi siipiosa, jossa sijaitsevat sisääntuloaula, kahvila ja toimistotiloja. Maanpäällisen kerroksen alla on kellarikerros, jossa on keilahalli, kuntosali, pesuhuone- ja pukutiloja sekä teknisiä tiloja. Urheilutalon runkorakenteet on perustettu teräsbetonipaaluille. Alapohjat ovat maanvaraisia. Kellarin ulkoseinät ovat maanpaineellisia teräsbetoniseiniä, joiden yläreunassa on lämmöneristyshalkaisu. Halliosassa rungon muodostavat teräsbetonipilarit ja liimapuupalkit, siipiosalla teräspilarit ja liimapuupalkit. Yläpohjat ovat puurakenteisia, tuulettuvia ja mineraalivillalla eristettyjä. Vesikatteena on ollut alun perin bitumihuopa, jonka päällä on ollut kivisuojaus. Vedenpoisto on hoidettu sisäpuolisilla kattokaivoilla. Ulkoseinät on muurattu poltetusta tiilestä. Hallin päätyseinät ovat ns. 1½ kiven umpimuurattuja seiniä. Pitkien seinien sisä- ja ulkopuolella on kuorimuuraus, joiden välissä on lämmöneristys. Poikkeuksen muodostaa katsomon puoli, jossa sisäkuori on teräsbetonia. Urheilutalon alkuperäiset suunnittelutoimistot ovat - Arkkitehtisuunnittelu Arkkitehtitoimisto Raimo S.O. Valjakka Oy - Rakennesuunnittelu Insinööritoimisto Matti Ruoslahti & Co - LVI-suunnittelu Insinööritoimisto Olof Granlund - Sähkösuunnittelu Riihimäen Sähkö-Teho Oy. Vuonna 1999 Urheilutalon rakenteita tarkasteltiin ensin silmämääräisesti ja haastateltiin rakennuksen käyttäjiä sekä kunnossapitohenkilöstöä.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 11(93) Vesikate on uusittu vuonna 1988. Katemateriaalina on bitumihuopa. Varsinainen suojakiveys on poistettu, päällimmäisenä on ns. pintahuopa. Alkuperäisen huovan aluskatteen on raakaponttilauta. Annettujen tietojen mukaan on uusi kate tehty polyuretaanilevyjen päälle. 3 UUDEN VESIKATON RAKENNE Koska rakentamisajan on suhteellisen lyhyt, oli alusta asti selvää, että vesikattorakenne tulisi olemaan esivalmistettu. Vaihtoehtoina ovat profiilipelti tai SPUelementti. Jotta kattorakenne saataisiin mahdollisimman kevyeksi ja siten mahdollisimman matalaksi, vertasin näiden kahden vaihtoehdon painoja keskenään. Painoissa ei ollut merkittävää eroa, joten keskusteltuamme tilaajan kanssa päädyimme puurakenteiseen SPU-elementtiin. Tämä siksi, koska he halusivat säilyttää yläpohjan päällisin puolin puurakenteisena. SPU-elementti SPU-elemetti on kertopuurungosta muodostuva tehtaalla valmiiksi rakennettava elementti. Elementeissä on lämmöneristeenä polyuretaani tai mineraalivilla ja sisäverhouslevynä esim. kipsilevy tai akustinen levy. Vesikatteena voidaan käyttää yksikerroskatetta, joka on kiinnitetty elementtiin tehtaalla, profiilipeltiä tai huopakatetta. Elementit voidaan asentaa suoraan kantavan rungon päälle, jolloin valmista vesikattopintaa syntyy nopeammin kuin paikalla rakennettaessa. /0/ Tässä tapauksessa päädyttiin tuulettuvaan mineraalivillaeristeiseen SPUkattoelementtiin. Yksikerroskate (Protan) olisi ollut bitumikattoa kevyempi, mutta tilaajan kanssa keskusteltuamme päädyimme bitumikermikatteeseen. Elementin mitoittaa valmistaja, mutta esimerkiksi korkotietojen saamiseksi tein elementistä alustavan mitoituksen. Lämmöneristeen paksuus valitaan alla olevan kuvaajan mukaan.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 1(93) Kuva 1. Tuulettuvan SPU-kattoelementin k-arvot. /0 s. 19?/ Alapintaan asennetaan kipsilevy, sillä ääneneristysasiat hoidetaan alakatolla. Rak.Mk:n osan C3 /5/ mukaan lämpimän tilan yläpohjan rajoittuessa ulkoilmaan lämmönläpäisykertoimen k-arvo (uusissa normeissa U-arvo) 0,16 W/m K. Tällöin taulukosta katsottuna minimieristys on 300 mm. Elementtien käyttöalue on yleensä jänneväleillä 4,8-1 m. Elementit tehdään usein moniaukkoisiksi, eli elementin pituus on yleensä 18-4m. Vakioleveys on 400 mm + *kertopuun paksuus + 0 mm saumalista + 3 mm asennustoleranssi. Sovituselementeiksi voidaan valmistaa kapeampia elementtejä. Elementin pituus on määriteltävissä vapaasti (käyttöalueella) ottaen huomioon jänneväli ja tarvittavat asennusvarat (0 mm). Elementtien suurin pituus on noin 6 m. /0 s. 19/ Liimapuupalkkien jako on 4,5 m. Jos elementin pituus on yleensä 18-4 metriä saadaan elementistä ainakin 4-aukkoinen. Alustava kertopuun korkeus voidaan määrittää alla olevasta taulukosta.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 13(93) Kuva. 3-aukkoisen kattoelementin kertopuun korkeus. /0 s. 19/ Kertopuun korkeudeksi valitaan 360 mm, sillä lumikuorma on suurempi kuin yllä. 4 KATTOKANNATTAJAN VAIHTOEHDOT Arkkitehdin kanssa keskusteltuamme päätimme miettiä kattokannattajiksi seuraavia vaihtoehtoja: teräsristikko, vanhan palkin vahvistaminen ja kokonaan uusi palkki. Arkkitehti toivoi, että rakennuksen ulkonäkö ja luonne eivät huomattavasti muuttuisi. Tämä asettaa vaatimuksia niin kannattajille kuin kallistuksillekin. Seuraavissa luvuissa on mietitty hieman jokaisen vaihtoehdon ominaisuuksia. Tilaajaa kiinnosti myös kuinka paljon rakenne tulisi maksamaan, joten teimme jokaisesta vaihtoehdosta lisäksi alustavan mitoituksen ja hinta-arvion. Katso liitteet,3 ja 4. 4.1 Vanhan kattopalkin vahvistaminen Korjausvaihtoehtona oli liimapuupalkkien vahvistaminen. Leikkausjännitystä saadaan vähennettyä lisäämällä palkin toiselle puolelle vanerilevy.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 14(93) Taivutusta ei pysty pienentämään muulla keinolla, kuin lisäämällä palkin viereen toinen samanmuotoinen palkki. Harjapalkki-ohjelmalla laskettuani sain selville, että riittävään kestävyyteen pääsemiseksi olisi palkin rinnalle lisättävä toinen lähes samansuuruinen palkki. Jos palkin viereen joudutaan lisäämään toinen palkki sen vahvistamiseksi, seuraa ongelma, kuinka palkin uuden saa tuettua betonipilarin päälle, sillä tukipintaa oli vain tämänhetkisen palkin suuruuden verran. Toinen ongelma on uuden palkin kiinnittäminen vanhan kylkeen siten, että niiden yhteisvaikutus on saumaton. Saumattoman yhteisvaikutuksen aikaansaamiskeksi olisi uusi palkki todennäköisesti pultattava tai naulattava naulalevyjen avulla hyvin tiheästi kiinni vanhaan. Rakennustyön monimutkaisuuden ja suhteellisen suuren materiaalimenekin vuoksi korjaus tulisi lähes yhtä kalliiksi kuin palkkien uusinta. Vaihtoehto esitettiin korjauksen toimeksiantajille, joiden mukaan ratkaisu olisi ollut liian vaivalloinen, jolloin asiaan ei suunnittelutyön puitteissa kiinnitetty sen enempää huomiota. 4. Teräsristikko Teräsristikkoa ajateltiin yhtenä vaihtoehtona sen keveyden vuoksi. Teräsrakennetta mietittäessä on tällaisissa rakennuksissa otettava huomioon palotekniset asiat. Teräs ei sinällään kestä paloa kovin hyvin, se olisi suojattava palonsuojamaalilla. Mitään varsinaista ongelmaa ei suojamaalauksessa ole, mutta se nostaisi hintaa. Palonsuojamaalauksen kanssa rakenne maksaisi asennettuna n.,5 3 /kg. 4.3 Uusi liimapuupalkki Järkevimmäksi vaihtoehdoksi muodostui vanhojen liimapuupalkkien korvaaminen uudella palkilla. Korkeus ei todennäköisesti merkittävästi muuttuisi, lisäksi rakennuksen luonne pysyisi suunnilleen samankaltaisena. Uusimisessa liimapuun käyttämisellä olisi positiivisena puolena myös se, että varsinaista palonsuojausta ei tarvittaisi, vaan liimapuu tulisi vain mitoittaa siten, että se kestää palokuormat.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 15(93) Myös IV-konehuone saataisiin paremmin istumaan liimapuukannattajan päälle, kun liimapuuhun on mahdollista tehdä pykäliä, jolloin uusi konehuone saataisiin ikään kuin upotettua palkkiin. 5 KUORMAT KATTOKANNATTAJALLE Kattokannattajille tuleva kuorma muodostuu vesikattorakenteesta, vesikaton päälle tulevasta lumesta, IV-konehuoneen rakenteista, ripustuksista ja alakatosta. 5.1 Pysyvät kuormat Pysyvät kuormat muodostuvat kattokannattajan omasta painosta ja palkin päälle tulevien rakenteiden painosta. Kuormaa kattokannattajalle tuovat vesikaton ja jakavan väliverhon paino, IV-konehuoneen rakenteet ja IV-kone. 5.1.1 Vesikatto SPU-elementin suunnittelukansion /0 s./ mukaan vesikaton paino on noin 0,5-0,6 kn/m. Valitaan suurin mahdollinen kuorma, jolloin tasainen kuorma yhdelle liimapuupalkille on 0,6 kn/m vesikatto 4,5 m,7 kn/m g. 5.1. Ripustuskuorma Palkille ripustuskuormaa muodostavat kahteen palkkiin kiinnitettävä väliverho, kohdevalaisimet ja liikuntavälineet. Champion Door Oy:n edustajan /3/ mukaan kaksikankainen väliverho, jonka mitat ovat suunnilleen 8 m x 5 m, painaa noin 000-500 kg. Siitä tulee painoa 5 metrin matkalle 100 kg/m, jolloin tasaista kuormaa muodostuu liimapuulle 1 kn/m. Muut ripustukset aiheuttavat palkille

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 16(93) 5.1.3 Alakatto suunnilleen samansuuruisen rasituksen, jolloin kaikille palkeille lasketaan ripustuskuormaksi 1 kn/m. Alakattona käytetään iskunkestävää rei itettyä kipsilevyä, malli Danogrips Contrapanel / G1F, pinnoitettu. Alakatto kiinnitetään ruuvein ja sen ainepaksuus on 1,5 mm. Knauf Oy:n edustajan mukaan /7/ rei itetty kipsilevy painaa 9, kg/m, sileä kipsilevy 9,9 kg/m ja erikoiskova kipsilevy 11,5 kg/m. Alakattolevyn massa kiinnityksineen painaa noin 1 kg/m. Yhdelle palkille kuormaa muodostuu tällöin g 0,1 kn/m 4,5 m 0, 6 kn/m. alakatto 5.1.4 IV-konehuoneen rakenteet IV-konehuoneen korkeus (h) on n.4,3 m, leveys on 8 m ja pituus n. 3. Rakenteiden painot: - seinän paino g 0,34 kn/m - katon paino g 0,45 kn/m - lattian paino g 0,33 kn/m. Teräspilarit painavat noin 1,1 kn ja teräspalkki noin,3 kn. Lattian ja seinän paino tuovat palkille tasaista pysyvää kuormaa - IV-konehuoneen reunalla: g 0,33 kn/m,5 m + 0,34 kn/m 4,3 m, kn/m - IV-konehuoneen keskellä: g. 0,33 kn/m 4,5 m 1,5 kn/m Laskelmien yksinkertaistamiseksi lasketaan IV-konehuoneelta tuleva tasainen pysyvä kuorma myös arvolla,7 kn/m. IV-konehuoneelta tulee liimapuupalkille kolme pistekuormaa. Määräävin tilanne on IV-konehuoneen keskellä, jolloin myös seiniltä tulee pistekuormaa IV-

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 17(93) konehuoneen reunoille. Pysyvät kuormat muodostuvat teräsrakenteiden ja katon painosta. G 0,45 kn/m G G 4,5 m 1,93 m + 0,34 kn/m 4,3 m 4,5 m + 1,775 kn 1 0,45 kn/m 4,5 m 3,74 m +,75 kn 10,3 kn 5 0,45 kn/m 4,5 m 1,81 m + 0,34 kn/m 4,5 m 4,5 m + 1,775 kn 1,3 kn 1,3 kn 5.1.5 IV-kone IV-konehuoneeseen sijoitetaan kaksi konetta. LVI-suunnittelijan /4/ mukaan molemmat koneet painavat 313 kg 3 kn. LVI-piirustusten mukaan koneen leveys on m ja pituus 11,45 m. Koneen paino jaetaan sen pinta-alalla, jolloin saadaan paino yhtä neliömetriä kohden. g 3 kn ( m 11,45 m) 1,4 kn/m Yhdelle palkille muodostuu kaksi pistekuormaa, jotka ovat suuruudeltaan G G 1,4 kn/m 4,5 m 1 m 3 4 6,3 kn 5. Muuttuvat kuormat Muuttuvat kuormat ovat kuormia, jotka eivät kuormita palkkia jatkuvasti. Näitä ovat lumi, lumen kinostus, tuuli ja IV-konehuoneen hyötykuorma.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 18(93) 5..1 Lumi Rakenteiden kuormitusohjeiden /14/ mukaan lumikuorma (s) on Suomessa s µ s k. (1) jossa sk on lumikuorma alueella ja µ muotokerroin. Rakennus sijaitsee Riihimäen alueella jolloin s k kn/m ja µ 1. Tällöin s 1 kn/m kn/m. Lumesta yhdelle palkille aiheutuva tasainen kuorma on tällöin q kn/m 4,5 m 9 kn/m. k, lumi IV-konehuoneen kohdalla lumikuorma jakaantuu suurimmassa osassa tilanteista kolmeksi pistekuormaksi. Q kn/m 4,5 m 1,68 m 1 Q kn/m 4,5 m 3,74 m Q kn/m 4,5 m,06 m 5 15,1 kn 33,7 kn 18,5 kn 5.. Kinostus Kinostus saadaan Rakenteiden kuormitusohjeiden /14/ mukaisesti kaavalla µ. () µ w µ s jossa µ kinostuksesta aiheutuva kerroin yhteensä, µ w on kerroin, joka määrittelee katolla olevasta lumesta aiheutuvan kinostuksen ja µ s kerroin, joka määrittelee kaltevuuden aiheuttaman lumen kasauman.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 19(93) µ 1L1 Koska, µ s, kun α 1 > 15 (pelti, lasi) ja α 1> 40 (tiili) eikä liukuesteitä ja L muulloin 0 on µ µ w. s Lumikuorman vaikutusmatkan pituus saadaan kaavasta w ( 1) m L µ. (3) 4 w Arvot katsotaan taulukosta h:n arvolla 3,5 m ja L 1 :n arvolla 8 m. /14/ µ ja 4 ( 1,8 1) m 3, m Tällöin w 1, 8 L w. Koska lumikuorma on alueella kn/m, saadaan kinostuskuormaksi s 1,8 kn/m 3,6 kn/m Yhdelle palkille kinostusta siis aiheutetaan suurimmillaan q kinostus 3,6 kn/m 4,5 m 16, kn/m Laskelmissa lumikuorma ajatellaan kasautuvan palkille yhdeksi pistekuormaksi 16, kn/m 3, m Q kinostus 5,9 kn. 5..3 Tuuli Tulevan IV-konehuoneen puolelta on rakennuksen korkeus maanpinnasta 14,4 metriä. Toiselta puolelta rakennuksen korkeus on 11,75 metriä, joka on myös lyhyiden sivujen korkeus. Rak.Mk:n osan B1 / s.10/ taulukosta 3.4. saadaan kaava, josta alueen tuulikuorma saadaan laskettua.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 0(93) Rakennus kuuluu maastoluokkaan III, jolloin tuulen nopeuspaine saadaan kaavasta 0,3 z q 0,49 (4) 10 missä z rakennuksen korkeus. Rakennuksen korkealla puolella z 14,4 m, jolloin 0,3 14,4 q. 0,49 0,55 kn/m 10 Rakennuksen muilla sivuilla z 11,75 m, jolloin 0,3 11,75 q. 0,49 0,5 kn/m 10 5..3.1 Tuuli katolle Tällöin rakenne mitoitetaan Rakenteiden kuormitusohjeen /14/ mukaan tuulikuormalle mitoitustapauksen b mukaan. Tuulesta aiheutuva voima (w) saadaan laskettua kaavalla w C q (5) p jossa C p painekerroin (+ tai -) ja q nopeuspaine korkeudelle, joka ilmoitetaan painekertoimen yhteydessä. Positiivinen C p osoittaa paineen vaikututtavan ulkopintaa kohti ja negatiivinen ulkopinnasta poispäin. Tuuli lasketaan neljässä eri tapauksessa, joista valitaan määräävin.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 1(93) Tapaukset ovat 1. tuuli sivulle ja sisäinen positiivinen paine. tuuli sivulle ja sisäinen negatiivinen paine 3. tuuli sivulle ja sisäinen negatiivinen paine 4. tuuli päätyyn ja sisäinen positiivinen paine 5. tuuli päätyyn ja sisäinen negatiivinen paine. Katon leveys on 3,8 m ja pituus 41,65 m. Palkkijako on 4,5 m. Tapaus 1. Tuuli matalammalle sivulle ja sisäinen positiivinen paine 0,3 11,75 q 0,49 0,5kN / m 10 h 11,75 m L 3,8 m h L 11,75 m 0,36 0,5 3,8 m o α <10 (tuulen suunta) Tuulenpuoleinen osuus: w C q p [ 0,9 + ( 0,4) ( + 0,) ] 0,5 kn/m 0,78 kn/m q 0,78 kn/m 4,5 m 3,51 kn/m (ylöspäin vaikuttava nostava voima). Suojanpuoleinen osuus: w C q p [ 0,3 + 0, ( + 0,) ] 0,5 kn/m 0,16 kn/m 0,16 kn/m 4,5 m 0,7 kn/m q. Tapaus. Tuuli matalammalle sivulle ja sisäinen negatiivinen paine q 11,75 0,49 10 0,3 0,5 kn/m

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ (93) h 11,75 m L 3,8 m h L 11,75 m 0,36 0,5 3,8 m o α <10 (tuulen suunta) Tuulenpuoleinen osuus: w C q p [ 0,9 + ( 0,4) ( 0,3) ] 0,5 kn/m 0, 5kN/m q 0,5 kn/m 4,5 m,34 kn/m Suojanpuoleinen osuus: w C q p [ 0,3 + 0, + 0,3] 0,5 kn/m 0,104 kn/ m q 0,104 kn/m 4,5 m 0,5 kn/m Tapaus 3. Tuuli päätyyn ja sisäinen positiivinen paine Katso tapaus 1. Tapaus 4. Tuuli päätyyn ja sisäinen negatiivinen paine Katso tapaus. Eli käyttötilassa molempiin päätyihin maksimi-tuulivoima olisi 3,8 m G 0,78 kn/m 4,5 m 6,89 kn Eli kiinnitysruuvit on mitoitettava siten, että ne kestävät tuon suuruisen ylöspäin suuntautuvat voiman. Vesikatolle tuulikuorma on maksimissaan 0,78 kn/m.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 3(93) 5..3. Tuuli seinille Seiniin kohdistuvan tuulivoiman muotokerrointen suuruudet määritellään suureiden L ja B suhteena. Tässäkin mitoitetaan tuuli neljälle eri tapaukselle. Tapauksissa 1. ja. q 0,3 14,4 0,49 0,55 kn/m 10 B 3,1 m L 8,1 m L 8,1 m B 3,1 m h 3,5 m L 8,1 m 0,43 0,5 Jolloin ulkopuolisen paineen C p, nopeuspaineena q h, määräytyvät seuraavasti: - Tuulenpuoleinen seinä: C p 0,7 - Suojanpuoleinen seinä: C 0,5 - Sivuseinät: C 0,7. p p Sisäpuolisen paineen positiivinen kerroin C pi on + 0,30 ja negatiivinen C pi on - 0,40. Tapaus 1. Tuuli sivulle ja sisäinen positiivinen paine Tuulenpuoleinen: [ 0,7 ( + 0,3) ] 0,55 kn/m w Cp q 0, kn/m q 0, kn/m 4,5 m 0,99 kn/m (seinään päin ulkopuolelta vaikuttava voima) Suojanpuoleinen: w C q p [ 0,5 ( + 0,3) ] 0,55 kn/m 0,44 kn/m

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 4(93) q 0,44 kn/m 4,5 m 1,98 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima) Sivuseinät: w C q p [ 0,7 ( + 0,3) ] 0,55 kn/m 0,55 kn/m q 0,55 kn/m 4,5 m,475 kn/m Tapaus. Tuuli sivulle ja sisäinen negatiivinen paine Tuulenpuoleinen: w C q p [ 0,7 ( 0,4) ] 0,55 kn/m 0,605 kn/ m q 0,605 kn/m 4,5 m,7 kn/m (seinään päin ulkopuolelta vaikuttava voima) Suojanpuoleinen: w C q p [ 0,5 ( 0,4) ] 0,55 kn/m 0,055 kn/m q 0,055 kn/m 4,5 m 0,5 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima) Sivuseinät: w C q p [ 0,7 ( 0,4) ] 0,55 kn/m 0,165 kn/m q 0,165 kn/m 4,5 m 0,74 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima) Tapauksissa 3. ja 4. 0,3 14,4 q 0,49 0,55 kn/m 10 B 8,1 m L 3,1 m L B 3,1 m 3,96 4 8,1 m h 3,5 m L 3,1 m 0,1 Jolloin ulkopuolisen paineen C p, nopeuspaineena q h, määräytyvät seuraavasti: - Tuulenpuoleinen seinä: C p 0,7

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 5(93) - Suojanpuoleinen seinä: C 0, - Sivuseinät: C 0,7. p p Sisäpuolisen paineen positiivinen kerroin C pi on + 0,0 ja negatiivinen C pi on - 0,30. Tapaus 3. Tuuli päätyyn ja sisäinen positiivinen paine Tuulenpuoleinen seinä: w C q p [ 0,7 ( + 0,) ] 0,55 kn/m 0,75 kn/ m q 0,75 kn/m 4,5 m 1,4 kn/m (seinään päin ulkopuolelta vaikuttava voima). Suojanpuoleinen seinä: w C q p [ 0, ( + 0,) ] 0,55 kn/m 0, kn/m q 0, kn/m 4,5 m 0,99 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima). Sivuseinät: w C q p [ 0,7 ( + 0,) ] 0,55 kn/m 0,495 kn/m 0,495 kn/m 4,5 m,3 kn/m q. Tapaus 4. Tuuli päätyyn ja sisäinen negatiivinen paine Tuulenpuoleinen seinä: [ 0,7 ( 0,3) ] 0,55 kn/m w Cp q 0,55 kn/m q 0,55 kn/m 4,5 m,5 kn/m (seinään päin ulkopuolelta vaikuttava voima) Suojanpuoleinen seinä: w C q p [ 0, ( 0,3) ] 0,55 kn/m 0,055 kn/m q 0,055 kn/m 4,5 m 0,5 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima) Sivuseinät. w C q p [ 0,7 ( 0,3) ] 0,55 kn/m 0, kn/m q 0, kn/m 4,5 m 0,99 kn/m (seinästä poispäin vaikuttava voima)

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 6(93) 5..4 Hyötykuormat IV-konehuoneelle laskettiin myös hyötykuorma. Varsinaisia asetuksia hyötykuorman määrittämiseksi IV-konehuoneelle ei ole. Asuinrakennuksille hyötykuorma on Rak.Mk:n osan B1 // mukaan 1,5 kn/m. Koska IV-konehuoneen koneet on otettu huomioon jo aikaisemmin, voidaan hyötykuorma arvioida suunnilleen samaksi. Näiden reunaehtojen puitteissa päädyin laskelmien yksinkertaistamiseksi laskemaan hyötykuorman lumikuorman arvolla,0 kn/m. 6 LIIMAPUUPALKIN MITOITUS 6.1 Liimapuun ominaisuudet /8/ Liimapuulla tarkoitetaan liimaamalla valmistettuja rakennusosia, joissa on vähintään neljä massiivisesta puusta valmistettua syysuunnaltaan yhdensuuntaista lamellia. Liimapuu, kuten puu yleensäkin, elää sekä kosteuden vaihtelun että pitkäaikaisen kuormituksen mukaan. Liimapuu kimmoisuuden ansiosta se kestää hyvin lyhytaikaisen kuorman, mutta saman kuormituksen kestäessä pidempään saattaa rakenne murtua. Lisäksi liimapuu on anisotrooppinen materiaali eli sen materiaaliominaisuudet ovat hyvin erilaiset puun syiden suuntaan kuin poikittain syitä vastaan. Esimerkiksi vetolujuus on noin 50 kertaa suurempi puun syiden suunnassa kuin poikittain syitä vastaan. Mitoituksessa onkin kiinnitettävä erityistä huomiota rakenteiden liitoskohtiin ja osiin, joissa voima muuttaa suuntaa, esimerkiksi harjapalkissa poikittainen jännitys. Kosteus Toimitettavien liimapuuelementtien kosteus on tavallisesti 1 prosenttia, mikä jokseenkin vastaa tasapainokosteutta kosteusluokassa. Puurakenteiden kosteus

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 7(93) vaihtelee jatkuvasti ilman kosteuden mukaisesti, joka voi olla eri vuodenaikoina hyvinkin erisuuruinen. Sisätiloissa puu on kuivimmillaan yleensä talvella, ulkotilarakenteissa kesällä. Vaihtelu on 3 5 puun kosteuden prosenttiyksikköä sisätilarakenteissa ja ulkotilarakenteissa katoksen alla. Suojaamattomissa ulkotilarakenteissa vaihtelu on 8-10 prosenttiyksikköä. Liimapuu, kuten muukin puu, turpoaa kosteuden lisääntyessä ja kutistuu kosteuden vähentyessä. Liikkeet ovat monta kertaa suuremmat kohtisuoraan puunsyitä vastaan kuin niiden suunnassa: 0, prosenttia kohtisuoraan puunsyitä vastaan ja 0,01 prosenttia puunsyiden suunnassa jokaista kosteuden muutosprosenttia kohden. Kokemukseen perustuen voidaan laskea seuraavat liimapuun maksimaaliset kosteusliikkeet kosteusluokissa ja 3: - kohtisuoraan puunsyitä vastaan noin10 mm/m - puunsyiden suunnassa noin 0,5 mm/m. Jos poikkisuuntaiset kosteusliikkeet estetään ulkoisilla tai sisäisillä pakkovoimilla, syysuuntaan kohtisuora kapasiteetti voi ylittyä. Sen seurauksena puu puristuu kasaan tai halkeilee./8 s.66/ Puun eläminen kosteuden vaikutuksesta on otettava huomioon liitoksia suunniteltaessa. Liitokset on suunniteltava siten, että palkin kuivuessakin kuorma siirtyy tuelle alareunan kosketuksen kautta eikä palkki jää roikkumaan liitososan varaan. Jos liitososat alkavat kantaa kuormaa palkin kuivuessa, muodostuu palkkiin poikittaisia voimia ja seurauksena saattaa olla palkin halkeaminen. Esimerkiksi jos palkki on kiinnitetty tuella kyljistään teräsosiin, on teräsosaan tehtävä ruuville soikea reikä jolloin, puu pääsee kuivuessaan normaalisti laskeutumaan. 6. Palkin omapaino Liimapuupalkki on lujuusluokkaa L40. Palkin leveys on 65 mm ja korkeus 050 400 mm. Laskentakuormiin on lisättävä liimapuupalkin omapaino. Liimapuupalkin tiheys on 5 kn/m 3. Tilavuus 14,04 m 0,35 m 0,65 m,050 m 0,65 m 33,1 m + 3 18,63 m Tilavuus / m 0,563 m 33,1 m 3 18,63 m

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 8(93) Paino 3 0,563 m 5 kn/m,8 kn/m 6.3 Käyttörajatila Käyttörajatilassa liimapuupalkki mitoitetaan käyttämällä Rak.Mk:n osan B10 /3 s.0/ taulukossa 8.5 esitettyjä sallittuja jännityksiä ja kimmomoduuleja. Kuormien varmuuskertoimet ovat 1,0. Rakenne mitoitetaan lujuusluokassa L40, aikaluokka B ja kosteusluokka 1 (sisäkuiva). Palkki mitoitetaan tasakorkeana, b x h 65 x 050. Taulukko 1. Liimapuun L40 laskenta-arvot käyttörajatilassa /3 s.0/. 6.3.1 Kuormien suuruudet ja sijoittuminen g kok,7 kn/m + 1 kn/m +,8 kn/m+ 0,6 kn/m 7,1 kn/m q kok F 9 kn/m ( 1,3 + 15,1) kn 7,4 kn 1 G1 + Q1

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 9(93) F F F ( 10,3 + 33,7) kn 44 kn G + Q 3 F4 6,3 kn ( 1,3 + 18,5) kn 30,8 kn 5 G5 + Q5 Kuva 3. Havainnekaavio kuormien sijoittumisesta. 6.3. Taipuma Kähkösen /7/ mukaan, kun leikkausvoiman aiheuttama taipuma otetaan huomioon, saadaan taipuma yleisestä lausekkeesta w L 0 M 0 M EI V0V + J dx (7) missä, M 0 ja V 0 ovat kuormituksen aiheuttamia voimasuureita, M ja V ovat yksikkövoima, F 1 aiheuttamat taivutusmomentti ja leikkausvoima palkin siinä pisteessä, jonka taipuma halutaan laskea ja Suorakaiteelle taivutusjäykkyys ( E I ) on E I on palkin taivutusjäykkyys. 3 Ebh E I (8) 1 missä E on palkin kimmomoduuli, b on palkin leveys ja h on palkin korkeus. J on palkin leikkausjäykkyys, joka suorakaiteelle on

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 30(93) 5 J GA (9) 6 missä G ovat puutavaran liukumoduuli muodonmuutoksia laskettaessa ja A h b on poikkileikkauksen ala. Lasketaan taipuma keskellä palkkia, jolloin voidaan käyttää tasaiselle kuormalle seuraavaa kaavaa 4 5pL 3pL w wm + wv + (10) 384EI 0GA missä p on tasainen kuorma, L on palkin jänneväli, E I on palkin taivutusjäykkyys,g ovat puutavaran liukumoduuli ja A h b on poikkileikkauksen ala. Pistekuormista aiheutuva taipuma voidaan johtaa kaavasta, missä pisteessä x F β L vaikuttavan pistekuorman F aiheuttama taipuma kohdassa x α L : w ( 1 β )( β β α ) FL + α( 1 ) 6 J α FL (11) EI β missä F on pistekuorma, L on palkin jänneväli, β on kuorman etäisyyden tuelta suhde jänneväliin. 1 Kun α ja palkki on suorakaide, saadaan kaava muotoon w ( 1 β ) 1 β β 4 1FL 1 + 3 1 Ebh FL ( 1 ) J β w 1 FL 4 Ebh ( 1 β ) β β + ( 1 ) β 3 FL J

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 31(93) Laskenta E I 8500 MN/m 0,65 m 1 5 3 (,05 m) 1617 MNm J 40 MN/m,05 m 0,65 m 190 MN 6 Taipuma tasaisella kuormalla: w tas 3 5 16,1 10 MN/m 384 1617 MNm 0,11 m + 0,01 m 0,131 m 131 mm 4 3 ( 31,1 m) 3 16,1 10 MN/m ( 31,1 m) + 0 40 MN/m,05 m 0,65 m Pistekuormista aiheutuvat taipumat: w w w w,kinostus,f1,f,f3 1,5 1,5 1,5 1 31,1 31,1 31,1 1 3 5,9 10 MN 31,1 m 4 1 8500 MN/m 0,65 m 3 1,5 5,9 10 MN 31,1 m + 1 0,66 mm 31,1 190 MN 3,4 3,4 3,4 1 31,1 31,1 31,1 3 3,4 7,4 10 MN 31,1 m + 1 0,53 mm 31,1 190 MN 7,1 7,1 7,1 1 31,1 31,1 31,1 1 3 7,4 10 MN 31,1 m 4 8500 MN/m 0,65 m 1 3 44 10 MN 31,1 m 4 8500 MN/m 0,65 m 3 7,1 44 10 MN 31,1 m + 1 0,47 mm 31,1 190 MN 7,9 7,9 7,9 1 31,1 31,1 31,1 3 7,9 6,3 10 MN 31,1 m + 1 0,06 mm 31,1 190 MN (,05 m) (,05 m) 1 3 6,3 10 MN 31,1 m 4 8500 MN/m 0,65 m (,05 m) 3 3 (,05 m) 3 3

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 3(93) w w,f4,f5 9,9 9,9 9,9 1 31,1 31,1 31,1 1 3 6,3 10 MN 31,1 m 4 8500 MN/m 0,65 m 3 9,9 6,3 10 MN 31,1 m + 1 0,0 mm 31,1 190 MN ( 1 1) + 3 30,8 10 MN 31,1 m 190 MN ( 1 1) 0 mm 3 1 30,8 10 MN 31,1 m 1 1 4 8500 MN/m 0,65 m ( 1,95 m) 3 ( 1,95 m) 3 Tästä voimme päätellä, että pistekuormat eivät vaikuta merkittävästi liimapuupalkin taipumaan. Taipuma siis yhteensä palkin keskellä: w 131 mm + mm kok 133 mm Sallittu taipuma: w sall L 31100 mm 155,5 mm w 00 00 kok Vaikka taipumat ovat sallittujen rajoissa, määrätään palkille esikorotus. Taipuma pysyvällä kuormalla: w tas 3 5 7,1 10 MN/m 384 1617 MNm 0,054 m + 0,0045 m 0,0585 m 60 mm 4 3 ( 31,1 m) 3 7,1 10 MN/m ( 31,1 m) + 0 40 MN/m,05 m 0,65 m Olle Carlingin /8/ mukaan pitkille jänneväleille suositellaan esikorotuksen suuruudeksi 50 % sallitusta taipumasta eli

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 33(93) Esikorotus : 0,5 wsall 0,5 155,5 mm 77,5 mm Esikorotuksen suuruudeksi valitaan 80 mm. 6.4 Murtorajatila Liimapuupalkki mitoitetaan murtorajatilassa käyttämällä Rak.Mk:n osan B10 /3/ taulukoissa 4. esitettyjä korjauskertoimia sekä taulukossa 4.3 esitettyjä ominaislujuuksia ja -kimmomoduuleja. Murtorajatilassa pysyvien kuormien kerroin on 1, ja muuttuvien kuormien kerroin 1,6. Palkki mitoitetaan tasakorkeana, b x h 65 x 050. Taulukko. Korjauskertoimet eri aika- ja kosteusluokkayhdistelmille aikaluoka B ja kosteusluokan 1 suhteen/3 s.7/.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 34(93) Taulukko 3. Liimapuun laskentalujuudet murtorajatilassa /3 s.7/. Liimapuupalkin ylittäessä korkeuden 300 mm vähennetään taivutuskapasiteettia kertoimella C f, joka saadaan kaavasta 1 9 300 C f (6) h jossa h palkin korkeus (mm). /3/ 6.4.1 Kuormat murtorajatilassa Rak.Mk:n osan B1 // mukaan murtorajatilan tasainen kuorma (p d ) on p 1, g + 1,6 q (1) d kok kok missä g kok on tasainen pysyvä kuorma ja q kok on tasainen muuttuva kuorma.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 35(93) Tällöin saadaan, että p. d 1, 7,1 kn/m + 1,6 9 kn/m 3 kn/m F F F F F ( 1, 1,3 + 1,6 15,1) kn 38,9 kn d 1 Gd1 + Qd1 ( 1, 10,3 + 1,6 33,7) kn 66,3 kn d d3 F d4 1, 6,3 kn 7,56 kn ( 1, 1,3 + 1,6 18,5) kn 44,36 kn d5 1,6 5,9 kn d, kinostus 41,47 kn Kuva 4. Havainnekva kuormien sijoittumisesta. 6.4. Momentti Tasaisen kuorman aiheuttama momentti (M d,tas ) saadaan kaavalla p d L 1 a M d, tas (13) 4 L missä p d saadaan kaavalla 1, L on palkin jänneväli ja a on jännevälin ylittävä osuus. /10/ Kuva 5. Havainnekuva tasaisen kuorman sijoittumisesta. Kuvassa I tuki moduulilinjalla I ja A tuki moduulilinjalla A.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 36(93) Tällöin saadaan, että M pd L 1 a 4 L 3 kn/m ( 31,1 m) 1 ( 1 m) 4 ( 31,1 m) d, tas 769 knm. Pistekuormista aiheutuva momentti (M d,1-5,kinostus ) saadaan kaavalla M F a b L d d,1 5,kinostus (14) missä F d on pistekuorma, joka on laskettu kohdassa 6.5.1, a on pistekuorman etäisyys tuelta I ja b on pistekuorman etäisyys tuelta A. /10/ Kuva 6. Havainnekuva pistekuorman sijoittumisesta. Kuvassa I tuki moduulilinjalla I ja A tuki moduulilinjalla A. Tällöin M M M M M M 38,9 kn 3,1 m 8 m 31,1 m d,1 66,3 kn 7,1 m 4 m 31,1 m d, 7,56 kn 7,9 m 3, m 31,1 m d,3 7,56 kn 9,9 m 1, m 31,1 m d,3 44,36 kn 31,1 m 0 m 31,1 m d,5 31 knm 31 knm 1,7 knm 8,7 knm 0 knm 31 knm + 31 knm + 1,7 knm + 8,7 knm d,1 5 49,4 knm

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 37(93) Lumikuorman kinostus saadaan laskettua kaavalla 9. M F a b 41,47 kn 1,481 m 9,619 m L 31,1 m d,kinostus d, kinostus 75,5 knm Yhteensä: M 769 knm + 49,4 knm+ 75,5 knm d 3537 knm 6.4.3 Taivutus ja kiepahdus Palkin taivutuskestävyys saadaan selville 6M σ d b k k fb (15) bh jossa M d laskentamomentti, f b laskentataivutuslujuus ja k k kerroin joka ottaa huomioon kiepahtamisen. Palkin vaadittava korkeus (h b ) saadaan kaavalla 6M d h b. (16) bkk fm missä M d laskentamomentti, b palkin leveys, f b laskentataivutuslujuus ja k k kerroin joka ottaa huomioon kiepahtamisen. Kerroin k k saadaan Rak.Mk:n osan B10 taulukosta 5. /3 s.8/. Kertoimeen vaikuttava apusuure α k saadaan lausekkeella

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 38(93) kk1 α k h Lk (17) b missä k k1 saadaan Rak.Mk:n osan B10 taulukosta 5.3 /3 s.8/, b on palkin leveys, h on palkin korkeus ja L k on palkin kiertymisen estävien sivutukien väli. Kokeillaan ensin palkin kestävyys ilman sivuttaistukia. Tällöin k k 1 0,070, b 0,65 m, h,05 m ja L k 31,1 m. 0,07 α k,05 m 31,1 m,11 0,65 Tällöin taulukon 5. mukaan k 1 α 1,11 k 1 k M d 3441 knm f b k k C f 4338 kn/m 0,46 1 9 fbk 1 300 1,3 h fbk 1 1,3 0,46 0,81 3846 kn/m b 0,65 m h,05 m 300 050 1 9 3 31 10 kn/m 1,3 6 3537 knm σ b 0,65 m (,05 m) k f k m σ b 19056kN / m > 4338kN / m Tällöin vaadittava palkin korkeus olisi 6 3537 knm 0,65 m 4338 kn/m h b 4,30 m.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 39(93) Rakenne on vinotuettava. Laitetaan vinositeet 4,5 metrin jaolle. Jos jako ei mene tasan, tihennetään jakoa keskellä. Tällä periaatteella k 0, k1 045, b 0,65 m, h,05 m ja L k 4,5 m 0,045 α k,05 m 4,5 m 0,5 0,65 Tällöin taulukon 5. mukaan k k1 1. f b C f 19315 kn/m 1 9 fbk 1 300 1,3 h 0,81 3846 kn/m b 0,65 m h,05 m fbk 1 1,3 300 050 1 9 3 31 10 kn/m 1,3 6 3537 knm σ b 0,65 m (,05 m) 1 f m σ b 19065 kn/ m 1 fm h 6 3537 knm 0,65 m 1 19315 kn/m b,036 m 6.4.3.1 Vinon pinnan vaikutus Toinen puoli liimapuusta tehdään korkeudeltaan muuttuvaksi kallistuksen aikaansaamiseksi. Kaltevan pinnan vaikutuksesta taivutuslujuutta vähennetään, koska katkaistun reunan taivutusjännitykset ovat yhdensuuntaiset reunan kanssa ja siten muodostavat kulman α puunsyihin nähden. Myös taivutusjännitysten jakautuminen muuttuu verrattuna poikkileikkaukseltaan tasakorkeaan palkkiin.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 40(93) Laskentalujuus saadaan kertomalla puunsyiden suuntainen taivutuslujuus f b vähennyskertoimella k α : 1 k α (18) f b sin α + cos α f jossa f 31 MN/m 1,3 bk f b CF 0,79 18,838 MN/m, kun h 400 mm, f ft 1,3, kun katkaisu on vedetyllä puolella, f f, kun katkaisu on puristetulla puolella. /8/ c Tässä tapauksessa katkaisu on puristetulla puolella, joten 4,3 MN/m f 3,3 MN/m f c 1,3 ja tällöin 1 k α 0,997. 18,838 MN/m sin 1,4 + cos 1,4 3,3 MN/m Tarkistetaan taivutuskestävyys kohdissa, joissa palkin korkeus tulee olemaan alle peruskorkeuden (,05 metriä). Vaadittava korkeus pisteessä 10,0 m (,05 m): h 6 700 knm 0,65 m 0,997 0,81 3846 kn/m m 1,78 m Vaadittava korkeus pisteessä 8,0 m (1,95 m): h 6 100 knm 0,65 m 0,997 0,81 3846 kn/m m 1,57 m Vaadittava korkeus pisteessä 4,0 m (1,9 m): h 6 1480 knm 0,65 m 0,997 0,81 3846 kn/m m 1,3 m

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 41(93) 6.4.3. Kiepahdustukien mitoitus Kohdassa 7.1.5 todettiin, että rakenne ei kestä kiepahdusta ellei sen kiepahtamista tueta. Vinositeet mitoitetaan puristavalle voimalle (N d ), mukaan kaavasta N M ( 1 k ) h d d k (19) missä k k1 on kerroin, joka saadaan taulukosta 5.3, M d on palkkiin vaikuttava laskentamomentti ja h on palkin korkeus. /3/ Tässä tapauksessa 3537 knm,05 ( 1 0,07) 1605 kn N d. Vinositeitä tulee palkille kahdeksassa rivissä. Jokaiseen väliin tulee puristuspuolelle liimapuupalkki, jonka korkeus olisi 115 mm, leveys 115 mm, lujuusluokka L40. Viiden palkin nurjahduspituus 435 mm. Viiteen liimapuupalkkiin naulataan molemmille puolille vinopuu, jonka leveys olisi 50 mm, korkeus 150 mm, lujuusluokka T4 ja nurjahduspituus 46 mm. Kolme liimapuupalkkirakennetta palosuojataan molemmilta puolilta ja palkki tuetaan keskeltä, jolloin sen nurjahduspituus on 118 mm. Rakenteessa, jossa on mukana vinopuu, jokaisen sauvan tulisi kestää voima N d ( 8 6) 33,5 kn. Kaikki vinositeet lasketaan hoikkina puristettuina sauvoina. Ensin tarkastetaan poikkileikkauksen puristuskestävyys kaavalla b h fck fc (0) 1,3

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 4(93) missä, f ck on sauvan puristuskestävyys, b on sauvan leveys ja h on sauvan korkeus. Kestävyys, kun on huomioitu hoikkuus, saadaan kaavalla k σ s c f c 1 (1) missä σ c on puristusjännitys ja kerroin k s saadaan Rak.Mk:n osan B10:n taulukosta 5.3 /3 s.9/. Lasketaan puristetun rakenteen hoikkuus ( λ ) on L λ c () i missä i on poikkileikkauksen jäyhyyssäde ja L c on sauvan nurjahduspituus. Poikkileikkauksen jäyhyyssäde (i) saadaan kaavalla I h i. (3) A 1 missä I on sauvan jäyhyysmomentti, A on sauvan halkaisijan pinta-ala ja h on sauvan korkeus Liimapuun puristuskestävyys (b x h 115x115, L c 4,35 m). 0,115 m 0,115 m 30 MN/m f 1,3 c i ( ) 0,115 m 0,033 1 305, kn

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 43(93) 4,35 m 1 λ 18,33 k s 0, 15 (käytetään alkuvinoutena ) 0,033 m 00 Tällöin 33,5 kn 0,88 1 0,15 305, kn Poikkileikkaus kestää. Sahatavaran puristuskestävyys (b x h 50x100, L c,46 m). 0,50 m 0,150 m 19 MN/m f 1,3 c i ( ) 0,150 m 0,043 1 109,6 kn,46 m 1 λ 5, k s 0, 49 (käytetään alkuvinoutena ) 0,043 m 00 Tällöin 33,5 kn 0,63 1 0,49 109,6 kn Poikkileikkaus kestää. Rakenteessa, joka on tuettu keskeltä, liimapuusauvan tulisi kestää voima N d ( 8 ) 100,3 kn. Liimapuun puristuskestävyys (b x h 115x115, L c,1 m). 0,115 m 0,115 m 30 MN/m f 1,3 c i ( ) 0,115 m 0,033 1 305, kn

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 44(93),1 m 1 λ 63,4 k s 0, 36 (käytetään alkuvinoutena ) 0,033 m 00 Tällöin 100,3 kn 0,91 1 0,36 305, kn Poikkileikkaus kestää hyvin. 6.5 Poikittainen jännitys Pystysuoraan kaltevaan liimapuupalkkiin vaikuttavat kuormat jakaantuvat kaltevan pinnan suuntaisiksi ja muodostavat kaltevaan pintaan poikittaisia jännityksiä. Puulla on heikoin lujuus kohtisuoraan puunsyytä vastaan. Lujuuteen vaikuttavat halkeamat, oksat ja kasvuvaihtelut, erityisesti kevätpuu ja sen vaaleiden vuosirenkaiden pehmeät osat. Poikittaisvetolujuutta käytetään vain alueella, jossa poikittaiset vetojännitykset esiintyvät sekundääristen vaikutusten seurauksena, muun muassa rei issä ja lovissa, harjapalkin harjalla ja kaarevissa momentilla kuormitetuissa rakenne-elementeissä. Tutkimuksissa on osoitettu, että poikittainen vetolujuus riippuu eniten kuormitetun puutilavuuden suuruudesta eli kuormitustyypistä ja rakenneosan geometrisestä muodosta. /8 s.65./ Vaikka liimapuupalkki ei varsinaisesti toimi harjapalkkina, tarkistetaan poikittainen jännitys palkin korkeimmassa kohdassa. Tasaisesti kuormitetuilla palkeilla, voidaan arvo k dis ja V ottaa Liimapuukäsikirjan /8/ taulukosta 4.4. V:n ei tarvitse olla kuitenkaan suurempi kuin V b /3, jossa V b on palkin kokonaistilavuus. Poikittaisen jännityksen mitoitusehto on M d σ t 0, tan α kvol f t (4) b h missä α on kattokaltevuus, korkeus. M d on maksimimomentti, b palkin leveys ja h palkin

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 45(93) Tässä tapauksessa kulma on hyvin hankala määritellä, mutta kokeillaan arvoil- o la α 10, M d 3,441 MN/ m, 0,65 m b ja,4 m h. Tällöin poikittainen jännitys σ o 3,537 MN/m 0, tan 10 0,65 m t (,4 m) 0,08 MN/m. Määräyksissä annettua perusarvoa on korjattava käyttämällä esimerkiksi korjauskerrointa k vol 1 m V0 kvol kdis (5) V jossa m on vakio, joka määritellään kokeellisesti, usein asetetaan m5, V 0 on viitetilavuus(tavallisesti V 0 0,01 m 3 ), V on karakteristinen tilavuus, joka määritellään rakenne-elementin geometrian mukaan ja k dis on vakio, joka ottaa huomioon jännitysjakauman palkissa. /8/ Tässä tapauksessa saadaan: k k 1 3 5 vol vol 0,01 m 1,4 0,65 m f t t (,4 m) 0,4 MN/m 0,51 1,3 σ 0,08 MN/m 0,51 0,51 0,308 MN/m Laskelman mukaan poikittainen jännitys kestää. 0,157 MN/m Todellisuudessa voiman siirtymiskulma on hyvin hankala määritellä. Eli tämän laskelman perusteella ei voida silti olla varmoja, kestääkö yläkolmio halkeamatta. Tällaiset paikat ovat hyvin hankala määritellä ja siksi niille ei yleensä kannata laskea kantavuutta.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 46(93) 6.5.1 Tukireaktiot Tasaisesta kuormasta aiheutuva tukivoima (R I,A,tas,d ) saadaan lausekkeella pd R I, A,tas,d ( L + a) (6) missä p d laskentakuorma, L on palkin jänneväli ja a on jännevälin ylittävä osuus. /10/ Tällöin saadaan, että R pd a 3 kn ( L + ) ( 31,1 m + 1 m) 381 knm I, A,tas,d. Pistekuormista aiheutuvat tuki- ja leikkausvoimat tuelle I saadaan kaavalla R F b L d I,piste,d (7) missä F d pistekuorma, joka on laskettu kohdassa joka on laskettu kohdassa 6.5.1, b on pistekuorman etäisyys tuelta A. /10/ R R R R R R 38,9 kn 8 m 31,1 m I,1, piste,d 66,3 kn 4 m 31,1 m I,, piste,d 7,56 kn 3, m 31,1 m I,3, piste,d 7,56 kn 1, m 31,1 m I,4, piste,d 44,36 kn 0 m 31,1 m I,5, piste,d 10 kn 8,5 kn 0,8 kn 0,3 kn 0 kn 10 kn + 8,5 kn + 0,8 kn + 0,3 kn I, piste,d 19,6 kn

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 47(93) Pistekuormista aiheutuvat tuki- ja leikkausvoimat tuelle A saadaan kaavalla R F a L d A,piste,d (8) missä F d on pistekuorma, joka on laskettu kohdassa 6.5.1, a on pistekuorman etäisyys tuelta I. R R R R R R 38,9 kn 3,1 m 31,1 m A,1, piste,d 66,3 kn 7,1 m 31,1 m A,, piste,d 7,56 kn 7,9 m 31,1 m A,3, piste,d 7,56 kn 9,9 m 31,1 m I,4, piste,d 44,36 kn 31,1 m 31,1 m I,5, piste,d 9 kn 57,8 kn 6,8 kn 7,3 kn 44,36 kn 9 kn + 57,8 kn + 6,8 kn + 7,3 kn + 44,36 kn I, piste,d 145,3 kn Koska IV-koneen alle ei tule hyötykuormaa, voidaan toisen pään tukivoimaan tehdä sen suuruinen pienennys. Voima (R A,q ) saadaan kaavalla R A,q,d q a c 1,6 (9) L missä q on tasainen kuorma, a on kuormitusalueen keskipisteet etäisyys tuelle ja c on kuormitusalueen leveys. /10/

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 48(93) Kuva 7. Havainnekuva tukireaktion muodostumisesta. Tällöin saadaan, että q a c 9 kn/m 9,5 m 3, m R A, q,d 1,6 1,6 43,7 kn. L 31,1 m Lumikuorman kinostuksen aiheuttama tukireaktio saadaan laskettua tuelle I kaavalla ja tuelle A kaavalla 3. R R F b 5,9 kn 9,619 m 1,6 31,1 m d,kinostus I, kinostu s,d F L a 5,9 kn 4,418 m 1,6 31,1 m d,kinostus A, kinostu s,d L 13 kn 33 kn Tuelle I tuleva tukivoima on yhteensä R 381 kn + 19,6 kn + 13 kn 414 kn. I, d Tuelle A tuleva tukivoima on yhteensä R 381 kn + 145,3 kn + 33 kn 43,7 kn 516 kn. A, d

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 49(93) 6.5. Tukipinta Palkin puristuskestävyys kohtisuoraan syitä vastaan saadaan määriteltyä lausekkeella R σ (30) c f c bleff jossa l eff tehollinen tukipituus, R laskentatukireaktio ja f c puristuslujuus kohtisuoraan syyn suuntaan vastaan voimassa olevien normien mukaan Tuki A R A, d f 516 k N f 4,3 10 kn/m 1,3 3 ck c 3307,7 kn/m b 0, m l eff σ σ 1,3 1 0,56 m 516 kn 0, m 0,56 m c f c c 4607 kn/m > f c Tukipintaa on levennettävä. Tarvittava tehollinen tukipituus: R 516 kn 0, m 3307,7 kn/m A l eff 0,78 m. b f c Tarkennettuna: b keskim 0,47 m

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 50(93) σ c, 90 516 kn f 0,47 m 0,56 m c, 90 σ c, 90 3730 kn/m > fc, 90 Tarvittava tehollinen tukipituus: l R 516 kn 0,47 m 3307,7 kn/m A eff b fc, 90 0,63 m Tukipinnan levennysperiaate on selitetty kohdassa 10. Tuki I R I f c 414 k N 3 4,3 10 kn/m 1,3 b 0, m l eff 0,83 m 3307,7 kn/m σ c 414 kn 0, m 0,83 m f c σ c 494 kn/m fc Tukipinta on riittävän suuri. 6.5.3 Leikkausvoimat Rak.Mk:n osan B10 /3/ mukaan leikkausvoimia laskettaessa voidaan palkin yläreunaan vaikuttavia kuormia pienentää lineaarisesti, mikäli ne ovat lähempänä kuin palkin korkeuden etäisyydellä tuelta.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU TUTKINTOTYÖ 51(93) Kuormista aiheutuva vähentynyt leikkausvoima tuelle A saadaan kaavalla V A, d 1 + R ( q ( L h) + g L) d A,1 3,piste,d + R d A, kinostus,d a5 L a + h L R A,q,d 5 F d5 a4 + h L a L 4 F d4 (31) missä q d on muuttuva - ja g d on pysyvä tasainen kuorma murtorajatilassa, a on pistekuorman etäisyys tuelta, F 5 ja F 4 on laskettu kohdassa 6.5.1, RA,1 3,piste, d on pistekuormista 1-3 aiheutuva tukivoima ja R A, kinostus, d on kinostuksesta aiheutuva tukivoima. V A,d 1 0,1 m 31,1 m 0,1 m + 44,4 kn +,05 m 31,1 m + 93,6 kn + 33 kn 434 kn ( 14,4 kn/m( 31,1 m,05 m) + 8,5 knm 31,1 m) 1, m,05 m 31,1 m 1, m 7,6 kn 31,1 m Tuelle I vähentämisellä ei ole merkittävää vaikutusta, joten tuen I leikkausvoima saadaan tukireaktiosta V I, d R I, d 414 kn 6.5.4 Leikkauskestävyys Leikkauskestävyys saadaan laskettua kaavalla 1,5 V τ kv fv (3) bh jossa V on laskentaleikkausvoima, joka ottaa huomioon mahdollisen loven palkin päässä. fv on laskentaleikkauslujuus ja kv on kerroin,