Hirsirakenteiden rakennesuunnittelu : Hirsiseinien laskennallinen mitoitus

Abstract

Hirsirakentamisella on Suomessa pitkä historia, ja hirren käyttö rakennusmateriaalina on kasvanut myös julkisessa rakentamisessa. Hirsirakenteet ovat massiivipuurakenteita, jotka voidaan toteuttaa ilman muita rakenneosia. Nykyään suurin osa käytettävistä hirsistä on teollisesti valmistettuja, jonka myötä asennustyö ja rakentaminen etenevät työmaalla nopeasti. Huolimatta siitä, että hirsirakentamisella on pitkät perinteet, hirsirakenteiden suunnittelu ja mitoitus aiheuttavat rakennesuunnittelijalle päänvaivaa. Hirsirakenteiden suunnitteluun ei ole olemassa yleistä mitoitusohjeistusta, eikä hirsirakenteisiin liittyvä tutkimusaineisto ja muu ohjeistus ole julkisesti saatavilla. Hirsi on puumateriaali, jonka suunnittelun tulisi noudattaa puurakenteiden suunnitteluun liittyviä eurokoodeja SFS-EN 1995-1-1 ja SFS-EN 1995-1-2, mutta se ei kaikilta osin sovellu hirsirakenteiden suunnitteluun. Etenkin hirsiseinän nurjahduskestävyyden määrittäminen on haastavaa, johtuen hirsiseinän rakenteesta, jossa hirret pinotaan toistensa päälle. Hirsiseinien pystykuorman kestävyys ja monet muutkin hirsirakenteille määritetyt ominaisuudet perustuvatkin pitkälti koekuormituksiin. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena, jonka tutkimusaineisto koostui niin julkisesti saatavilla olevasta aineistosta kuin hirsitalovalmistajilta saadusta aineistosta, kuten koekuormitusraporteista, lausunnoista ja muista yrityskohtaisista ohjeista ja dokumenteista. Työn tavoitteena oli koota tutkimusaineiston pohjalta ohjeistusta hirsirakenteiden rakennesuunnitteluun, nostaa esiin hirsirakenteiden suunnittelussa huomioon otettavia asioita, sekä luoda mitoitusohjeistusta hirsiseinien mitoitukseen. Tarkoituksena oli nostaa myös esiin lisätutkimustarpeita hirsirakenteiden suunnitteluun ja mitoitukseen liittyen. Työn tutkimusnäkökulma kohdistui erityisesti hirsiseinän nurjahdusmitoitukseen ja pystykuorman kestävyyteen, ja työssä vertailtiin eri tapoja määrittää hirsiseinän nurjahduskestävyyttä. Mitoitustapojen rajoituksia ja soveltuvuutta yleiseksi mitoitustavaksi pohdittiin. Lisäksi toteutettiin vertailulaskelmat, joiden avulla pohdittiin mitoitustapojen erovaisuuksia sekä soveltuvuutta eri mitoitustilanteisiin. Tutkimustuloksena todettiin, ettei yksikään mitoitustavoista sovellu hirsiseinän nurjahdusmitoituksen yleiseksi mitoitustavaksi sellaisenaan, vaan lisätutkimuksia tarvitaan. Todettiin kuitenkin, että on näyttöä siitä, että hirsiseinän nurjahdusmitoitus voisi olla mahdollista puristettuna sauvana, jolloin eurokoodin SFS-EN 1995-1-1 soveltaminen voisi tulla kyseeseen. Aiheesta tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia. Työssä tutkittiin myös hirsiseinän tukipainemitoitusta, följäreiden mitoitusta, hirsipalkin mitoitusta, hirsiseinän painumaa sekä jäykistävän hirsiseinän mitoitusta. Följäreiden mitoituksen osalta tutkimusaineisto oli suppea, ja niiden osalta todettiin, että aiheesta tarvitaan lisätutkimuksia. Tukipainemitoituksen, hirsipalkin mitoituksen sekä hirsiseinän painuman osalta tutkimusaineiston laajuus oli riittävä siihen, että työssä pystyttiin muodostamaan mitoitusohjeistus kyseisiin tarkasteluihin. Hirsipalkin osalta tarkasteltiin erikseen kytkemättömistä osista koottua palkkia sekä mekaanisin liittimin koottua palkkia, ja näitä vertailtiin myös laskelmin. Vertailulaskelmien avulla todettiin, että mekaanisin liittimin kootun palkin kapasiteetti ei ole niin paljon suurempi, että sen käyttö suunnitteluratkaisuna olisi kannattavaa, huomioiden sekä mitoituksen, valmistuksen että asennustyön haastavuuden verrattuna kytkemättömistä osista koottuun palkkiin. Jäykistävän hirsiseinän osalta työssä perehdyttiin teoriaan mitoituksen taustalla sekä toteutettiin esimerkkilaskelma Puuinfon mitoitusohjelmalla. Jäykistävän hirsiseinän tarkastelu ei kuitenkaan ollut keskiössä tässä työssä.