CLT-rakenteiden liitostekniikka ja tärinäeristetyn liitoksen mitoitus

Abstract

Puurakentaminen on yleistymässä pientalorakentamisesta kerrostaloihin ja muihin suurempiin rakennuksiin. Korkeampiin rakennuksiin CLT soveltuu hyvin jäykkyysominaisuuksiensa ansiosta, mutta haasteita aiheuttavat CLT:n keveys rakennuksen jäykistyksen kannalta ja suurien liitosvoimien välitys puikkoliitinten rajallisen kapasiteetin avulla. Suomessa CLT:n käyttö on alkanut yleistyä vasta viimeisen kymmenen vuoden aikana, mikä näkyy suunnittelussa vakioitujen ratkaisujen ja yhtenäisen ohjeistuksen puuttumisena. Tällä hetkellä yhtenäistä ohjeistusta ei ole olemassa liitosten mitoitukseen, vaan tieto on hajanaisesti Eurokoodi 5:ssä sekä CLT-levyn ja kiinnikeosien valmistajien ohjeissa. Erityisenä haasteena on liitoksissa akustisista syistä teräslevyn yhteydessä käytettävä tärinäneristin, jonka tiedetään heikentävän liitosten kestävyyttä ja jäykkyyttä, mutta selkeää ohjeistusta tärinäneristimen huomioimiseen liitoksen mitoituksessa ei ole. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää CLT-levyjen väliset tyypilliset liitostyypit sekä koota yhteen perustiedot liitosten mitoituksesta. Lisäksi kirjallisuustutkimuksena selvitettiin, millainen vaikutus tärinäneristimellä on liitokseen ja miten tärinäeristetyn liitoksen leikkauskestävyys ja jäykkyys voidaan määrittää. Tärinäneristimellä on tutkimuksen perusteella huomattavasti suurempi vaikutus liitoksen jäykkyyteen kuin leikkauskestävyyteen. Liitossiirtymät muodostavat merkittävimmän osan koko rakennuksen siirtymistä, joten tärinäneristimen vaikutus liitoksen jäykkyyteen on erittäin tärkeää ottaa huomioon. Tutkimuksessa selvisi, että tärinäeristetyn liitoksen jäykkyyttä voidaan arvioida palkkimallilla, jossa puikkoliittimen tunkeumaosa puussa on joustavalla alustalla ja tärinäneristin on ulokkeena. Mallista on muodostettu yksinkertaistettu laskentakaava, joka huomioi puun tiheyden, puikkoliittimen geometrian sekä eristimen paksuuden. Laskentakaavan pätevyys pyrittiin varmistamaan laskentaohjelmalla yksinkertaisella FEM-mallilla, jonka mukaan siirtymät vastaavat melko hyvin toisiaan. Haasteena laskentamallissa on puun jäykkyyden määritys reunapuristuslujuuden suhteen, sillä suureelle löytyy kirjallisuudesta useita laskentakaavoja ja vakioarvoja. Laskentamallilla tutkittiin myös lamellikerrosten syysuunnan vaikutusta, mutta merkittävää eroa ei havaittu. Laskentakaava ja laskentamalli eivät kuitenkaan huomioi teräslevyn jäykkyyttä tai muodonmuutoksia, joten ohuita teräslevyjä käytettäessä on suositeltavaa tehdä tarkempi FEM-analyysi. Kerätyn tiedon pohjalta luotiin laskentamenetelmä tilaelementtien välisen leikkausvoimaa välittävän liitoksen mitoitukseen. Mitoitetussa esimerkkiliitoksessa ei havaittu suurta eroa eristetyn teräslevyliitoksen ja eristämättömän vanerilevyliitoksen kestävyyksissä tai jäykkyydessä. Lopuksi tutkittiin esimerkkiseinän kokonaisvaakasiirtymää. Esimerkkiseinän vaakasiirtymästä 85 % oli liitoksista aiheutuvaa. Kun tärinäneristimiä ei otettu huomioon, seinän vaakasiirtymä pieneni jopa yli 50 %.