Taivutetun CLT-laatan laskentamenetelmiä
Lääveri, Essi (2023)
2023
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-18
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304053511
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304053511
Tiivistelmä
Ristiinliimattu monikerroslevy eli CLT on massiivipuutuote, jota käytetään kantavana ja jäykistävänä pysty- ja vaakarakenteena teollisessa rakentamisessa esimerkiksi kerrostaloissa ja julkisissa rakennuksissa. Levy valmistetaan toisiinsa nähden ristikkäin liimatuista lautakerroksista, joita on tyypillisesti kolme, viisi tai seitsemän.
Tällä hetkellä CLT:tä varten ei ole olemassa harmonisoitua eurooppalaista tuotestandardia eikä vakiintuneita mitoitusmenetelmiä, jonka vuoksi CLT:n tekniset ominaisuudet ja mitoitusohjeet ovat valmistajakohtaisia. Tuotteen ja mitoituksen standardointi takaisi kuluttajille turvalliset, laadukkaat ja keskenään yhteensopivat tuotteet. Valmistajille ja suunnittelijoille se mahdollistaisi sujuvamman toiminnan ja suunnittelun helpottumisen.
Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin CLT-rakenteen laskentaa sen yhdessä keskeisessä käyttötarkoituksessa taivutettuna lattiarakenteena. Tarkemmin tutkimusongelmana oli CLT-laatan jännityksien ja siirtymien laskenta staattisen kuormituksen tapauksessa. CLT-levyn pituussuuntaa vastaan kohtisuorien poikittaislamellien materiaaliominaisuudet eroavat merkittävästi pitkittäislamelleista. Tämä yhdistettynä kerrokselliseen rakenteeseen tekee CLT:n analysoinnista haastavaa.
Tavoitteena oli selvittää, millaisia erilaisia lujuuslaskentamenetelmiä lapetaivutetun CLT:n laskentaan löytyy ja vertailla löydettyjä menetelmiä toisiinsa. Työssä selvitettiin tarkasteltavien laskentamenetelmien teoreettiset taustat ja esitettiin ne riittävällä tarkkuudella. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksen pohjalta mallintamalla ja vertailulaskelmia hyödyntäen. Tutkimuksessa rajauduttiin lapetaivutettujen CLT-laattojen laskentaan symmetristen poikkileikkauksien tapauksessa.
Suomen valmistajakohtaiset mitoitusohjeet perustuvat standardin SFS-EN 1995-1-1 mukaiseen laskentamenetelmään, Gamma-menetelmään. Kirjallisuuskatsauksen tuloksena löydettiin viisi erilaista laskentamenetelmää Gamma-menetelmän lisäksi: komposiittiteoria, laajennettu Gamma-menetelmä, Timoshenkon palkkiteoria, leikkausanalogia ja kerrospalkkiteoria.
Eri menetelmiä vertailtiin 3-, 5-, ja 7-lamellisten tasaisesti kuormitettujen yksiaukkoisten CLT-laattojen laskentaesimerkkien avulla. Tässä tutkimuksessa CLT-laatta analysoitiin laskennassa yhteen suuntaan kantavana palkkina. Tutkimustulosten perusteella annettiin suosituksia sopivan laskentamenetelmän valitsemiseksi.
Tällä hetkellä CLT:tä varten ei ole olemassa harmonisoitua eurooppalaista tuotestandardia eikä vakiintuneita mitoitusmenetelmiä, jonka vuoksi CLT:n tekniset ominaisuudet ja mitoitusohjeet ovat valmistajakohtaisia. Tuotteen ja mitoituksen standardointi takaisi kuluttajille turvalliset, laadukkaat ja keskenään yhteensopivat tuotteet. Valmistajille ja suunnittelijoille se mahdollistaisi sujuvamman toiminnan ja suunnittelun helpottumisen.
Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin CLT-rakenteen laskentaa sen yhdessä keskeisessä käyttötarkoituksessa taivutettuna lattiarakenteena. Tarkemmin tutkimusongelmana oli CLT-laatan jännityksien ja siirtymien laskenta staattisen kuormituksen tapauksessa. CLT-levyn pituussuuntaa vastaan kohtisuorien poikittaislamellien materiaaliominaisuudet eroavat merkittävästi pitkittäislamelleista. Tämä yhdistettynä kerrokselliseen rakenteeseen tekee CLT:n analysoinnista haastavaa.
Tavoitteena oli selvittää, millaisia erilaisia lujuuslaskentamenetelmiä lapetaivutetun CLT:n laskentaan löytyy ja vertailla löydettyjä menetelmiä toisiinsa. Työssä selvitettiin tarkasteltavien laskentamenetelmien teoreettiset taustat ja esitettiin ne riittävällä tarkkuudella. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksen pohjalta mallintamalla ja vertailulaskelmia hyödyntäen. Tutkimuksessa rajauduttiin lapetaivutettujen CLT-laattojen laskentaan symmetristen poikkileikkauksien tapauksessa.
Suomen valmistajakohtaiset mitoitusohjeet perustuvat standardin SFS-EN 1995-1-1 mukaiseen laskentamenetelmään, Gamma-menetelmään. Kirjallisuuskatsauksen tuloksena löydettiin viisi erilaista laskentamenetelmää Gamma-menetelmän lisäksi: komposiittiteoria, laajennettu Gamma-menetelmä, Timoshenkon palkkiteoria, leikkausanalogia ja kerrospalkkiteoria.
Eri menetelmiä vertailtiin 3-, 5-, ja 7-lamellisten tasaisesti kuormitettujen yksiaukkoisten CLT-laattojen laskentaesimerkkien avulla. Tässä tutkimuksessa CLT-laatta analysoitiin laskennassa yhteen suuntaan kantavana palkkina. Tutkimustulosten perusteella annettiin suosituksia sopivan laskentamenetelmän valitsemiseksi.