1. No category

T512903
Puurakenteet 1
3 op
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Puun rakenne ja laskentamallit
Puutavaran lujuusominaisuudet
Sahatavara
Liimapuu
Kertopuu
1
T512903 Puurakenteet 1 3 op
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Puun rakenne ja laskentamallit
Vuosikasvu -> vuosirengas
Kevätpuu, kesäpuu, sydänpuu
Ortotrooppinen materiaali:
kimmo- ja lujuusominaisuudet
erilaiset toisiaan vastaan
kohtisuorassa suunnassa
Luonnollinen anisotropia:
- pituussuunta (puun syiden suunta)
- vuosirenkaan tangentin suunta
- vuosirenkaan säteen suunta
Rakenteellinen anisotropia:
- esim. vanerin viilut (paksuus,
syiden suunta, laatu, asema)
2
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Kimmoteoria
- Hooken laki ( = E  )
- muodonmuutosten vaikutus
jännityksiin huomioidaan vain
vakavuustarkasteluissa
- materiaalin oletetaan murtuvan, kun
jännitys saavuttaa lujuusarvon
- jännitysjakauma ei vaikuta muutoin
materiaalin lujuuteen
- mitoitus yksinkertaista
Todellisuus
- Hooken laki voimassa vain
pienillä jännityksillä
- kimmomoduuli eri suuri vedossa
ja puristuksessa
- ennen murtumista esiintyy
materiaalin plastisoitumista
3
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Puu käyttäytyy kuormitettuna
viskoelastisesti
Puun muodonmuutokset kasvavat
kuormituksen jatkuessa, virumisilmiö!
Puun lujuus laskee ja muodonmuutokset kasvavat puun kosteuden
lisääntyessä (0…30%)
Puun lujuus- ja jäykkyysarvoja
korjataan kuormituksen pituuden ja
olosuhteiden kosteuden mukaisilla
korjauskertoimilla (kmod ja kdef)
4
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Kutistuminen ja paisuminen
Kosteusvaihtelu aiheuttaa myös
muodonmuutoksia, ortotropia!
Suunta
Kerroin
Lämpötila Kosteus (sadasosan
[1/°C]
muutosta kohti, kun
0<u<0,30)
Syyn suuntaan
5*10-6
1*10-4
Vuosirenkaan
tangentin suuntaan
45*10-6
30*10-4
Säteen suuntaan
30*10-6
15*10-4
Esimerkki:
männyn kutistuminen tuoreesta
vedettömäksi
8%
0,2
%
4%
5
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Puutavaran lujuusominaisuudet
Sahatavaran lujuuslajittelu
Lujuus vaihtelee  lujuuslajittelu
Visuaalinen lajittelu:
- oksaisuus, sijainti ja laatu (~90%)
- halkeamat, kierous, vääryys
- tilavuuspaino ja kesäpuun osuus
Koneellinen lajittelu:
- taivutuskoe (+visuaal.)
- kimmomoduuli
6
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran lujuuslajittelu
Euronormin mukaiset testit:
- olosuhteet 300s, T=20°C, RH65%
Lujuus vaihtelee  hajonta:
- mitoitusarvo lujuusjakauman
alempi 5% fraktiili
- kuva: vetolujuuden jakauma
lujuusluokat (a), (b) ja (c)
7
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Lujuuslajittelijat
Jatkamaton rakennepuutavara,
silmämääräinen lajittelu
 lajittelukurssi (RTL hyväksyy)
Koneellinen lajittelu  RTL valvoo
Sormijatkettu rakennuspuutavara 
RTL:n hyväksymä tuotantolaitos
RTL (Rakennustuotteiden laatu RTL
ry, ympäristöministeriön alainen)
8
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Laatuluokitus
Ei saa sekoittaa lujuusluokituksen
kanssa!
Luokitellaan sahatavaran ulkonäön
perusteella:
- oksaisuus, halkeamat,
vajaasärmäisyys (tärkeä esim.
pintalaudoilla), pihkakolot,
kaarnarosot ja korot, vinosyisyys,
latvamurtuma, lyly, pehmeä laho ja
muotoviat
 I - VI (priima – seksta) tai
 A(A1-A4) -D (yhteispohjoismainen)
9
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran lujuus
Lujuusluokat (havupuut):
- EN mukainen merkintä:
C14,C16,C18,C20,C22,C24,
C27,C30,C35,C40,C45,C50
- vanha, kansallinen merkintä:
visuaalinen T18,T24,T30,T40
koneellinen MT18, … ,MT40
- pohjoismainen INSTA 142 T-luokitus:
T1,T2,T3 (vastaa C18,C24,C30)
10
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran lujuus
Havainnollistava esimerkki:
(ei mitoitusohje!)
11
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran lujuus
Ominaislujuudet ja jäykkyydet
määritetään (EN) standardikokeilla.
Koeolosuhteet:
65% RH, 20° C
kuormitusaika 300s (5min)
Sahatavaran ominaislujuuden arvot
suhteutetaan poikkileikkauksen
kokoon korjauskertoimella kh ,
kun palkin korkeus taivutuksessa tai
suurempi sivumitta sauvan vedossa
h < 150 mm.
12
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran ominaislujuudet
koeolosuhteissa [N/mm2] , esimerkki
taulukosta (RIL 205):
Lujuusluokka
C18
C24
C30
Taivutus fm,k
18
24
30
Veto ft,0,k
Veto ft,90,k
Puristus fc,0,k
11
0,4
18
14
0,4
21
18
0,4
23
Puristus fc,90,k
2,2
2,5
2,7
Leikkaus fv,k
3,4
4,0
4,0
fv,90,k =
0,5 fv,k
Jos h<150, niin poikkileikkauksen koon
vaikutus taivutus- ja vetolujuuteen
huomioidaan kertoimella kh:
(150 / h)
k h  min 
 1,3
0, 2
13
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Sahatavaran jäykkyysominaisuudet ja
tiheydet koeolosuhteissa [N/mm2],
esim. taulukosta (RIL 205):
Ominaisuus
C18
C24
C30
Kimmomoduulit:
E0,mean
E0,05
E90,mean
9000
6000
300
11000
7400
370
12000
8000
400
Liukumoduuli: Gmean
Tiheydet [kg/m3]:
560
690
750
rk
320
350
380
rmean
380
420
460
Suomalaisen pyöreän puutavaran
lujuusluokaksi voidaan olettaa C30
14
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Liimapuu
Liimapuu valmistetaan EN 14080 mukaan.
Lamellit (yleensä 45 tai 33mm) ovat
lujuusluokiteltua sahatavaraa.
Liimat (resorsinoli-fenoli, melamiini) lähes
aina säänkestäviä (paitsi polyuretaani)
15
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Liimapuu
Pohjoismainen vanha lujuusluokitus L30,
L40
EN: …GL28c,GL28h,GL32c,GL32h,…
c = reunalamellit lujempia
h = kaikki lamellit samaa
lujuusluokkaa
esim. L40 (vastaa lähinnä EN/GL32c)
16
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Liimapuu
Ominaislujuudet ja jäykkyydet määritetään
(EN) standardikokeilla tai lasketaan lamellien
ja saumojen ominaisuuksien perusteella.
Koeolosuhteet samat kuin massiivipuulla:
65% RH, 20° C
kuormitusaika 300s (5min)
Liimapuun ominaislujuuden arvot
suhteutetaan poikkileikkauksen kokoon
kertoimella kh , kun palkin korkeus
taivutuksessa tai suurempi sivumitta vedossa
h < 600 mm,
ja syysuuntaan kohtisuorassa vedossa, kun
tilavuus > 0,01 m3
Huom. kokovaikutusta (kh) ei huomioida
liimapuun paksuussuunnan (b)
taivutuksessa.
17
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Liimapuun ominaislujuudet
koeolosuhteissa [N/mm2] , esimerkki
taulukosta (RIL 205):
Lujuusluokka
GL28c
GL32c
GL32h
Taivutus fm,k
28
32
32
16,5
0,4
19,5
0,45
22,5
0,5
Puristus fc,0,k
24
26,5
29
Puristus fc,90,k
2,7
3,0
3,3
Leikkaus fv,k
2,7
3,2
3,8
Veto ft,0,k
Veto ft,90,k
fv,90,k =
0,5 fv,k
Jos h<600, niin poikkileikkauksen koon
vaikutus taivutus- ja vetolujuuteen
huomioidaan kertoimella kh:
( 600 / h )
k h  min 
 1,1
0 ,1
18
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Liimapuun jäykkyysominaisuudet ja
tiheydet koeolosuhteissa [N/mm2],
esim. taulukosta (RIL 205):
Lujuusluokka
Kimmomoduulit:
E0,mean
E0,05
E90,mean
Liukumoduuli:
Gmean
GL28c GL32c GL32h
12600
10200
390
13700
11100
420
13700
11100
460
720
780
850
380
410
430
Tiheydet [kg/m3]:
rk
19
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Suomessa valmistettavan GL30
ominaislujuudet koeolosuhteissa [N/mm2]:
s = sahaamalla halkaistua liimapuuta
Lujuusluokka
GL30c
GL30h
GL30cs
GL30hs
Taivutus fm,k
30
30
28
28
Veto ft,0,k
Veto ft,90,k
20
0,5
24
0,5
18,5
0,5
22,4
0,5
Puristus fc,0,k
25
30
23,3
28
Puristus fc,90,k
3,0
3,0
3,0
3,0
Leikkaus fv,k
Leikkaus fv,90,k
3,5
1,2
3,5
1,2
3,5
1,2
3,5
1,2
Jos h<600, niin poikkileikkauksen koon
vaikutus taivutus- ja vetolujuuteen
huomioidaan kertoimella kh:
( 600 / h )
k h  min 
 1,1
0 ,1
20
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Suomessa valmistettavan GL30
jäykkyyslujuudet ja tiheydet
koeolosuhteissa [N/mm2]:
Lujuusluokka
GL30c
GL30h
GL30cs
GL30hs
Kimmomoduulit:
E0,mean
E0,05
E90,mean
13000
10800
300
13600
11300
300
12500
10300
300
13100
10800
300
650
650
650
650
390
430
430
480
390
430
430
480
Liukumoduuli:
Gmean
Tiheydet [kg/m3]:
rk
rmean
Suomessa valmistetaan vakiona GL30c
ja halkaistua GL30cs liimapuuta.
21
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
LVL (Laminated Veneer Lumber)
Kertopuu = viilupuun kauppanimi
KERTO-S
palkki,
KERTO-T
tolppa,
KERTO-Q
ristiviilu (kyllästetty)
Ympäristöministeriön tyyppihyväksymiä
Viilupuu =
3 mm paksuista sorvatuista
havupuuviiluista liimattua
levyä, viilun pituus
>1200mm (Suomessa),
viisto-jatkokset
22
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
LVL
Kertopuulla oltava suomalainen
tyyppihyväksyntäpäätös, esim,
KERTO-S 111/6621/2000.
Ominaislujuudet vastaavat
olosuhteita: 65% RH, 20° C
kuormitusaika 300s (5min)
Kertopuun ominaislujuuden arvot
suhteutetaan poikkileikkauksen
kokoon kertoimella kh , kun palkin
korkeus taivutuksessa ja suurempi
sivumitta vedossa h  300 mm,
sekä sauvan pituuteen kertoimella kl
kertopuun vedossa, kun sauvan
pituus L  3000 mm
23
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Kertopuun ominaislujuudet [N/mm2],
esim. taulukosta 3.5 RIL 205-2007:
Lujuusluokka
KERTO-S KERTO-T
Taivutus fm,k
- syrjällään/lappeellaan
KERTO-Q
21-24
27-69
44 / 50
27 / 32
28/32
32/36
Veto ft,0,k
35
24
19
26
Veto ft,90,k
0,8
0,5
6,0
6,0
Kokovaikutuseksponentti s
0,12
0,15
0,12
0,12
35
26
19
26
6 / 1,8
4/1
9/2,2
9/2,2
4,1
2,3
2,4
1,3
4,5
1,3
4,5
1,3
Puristus fc,0,k
Puristus fc,90,k / fc,90,flat,k
- syrjällään/lappeellaan
Leikkaus fv,k
- syrjällään
- lappeellaan pintaviilun
suuntaan
Jos h  300mm tai L  3000mm , niin:
s
 300 
kh  
  1,2
 h 
 3000 
ja kl  

 l 
s/2
 1,1
24
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Kertopuun jäykkyysominaisuudet ja
tiheydet koeolosuhteissa [N/mm2],
esim. taulukosta 3.5 RIL 205-2007:
Ominaisuus
Kimmomoduulit:
Emean
E0,05
KERTO-S KERTO-T
KERTO-Q
21-24
27-69
13800
11600
10000
8800
10000
8300
10500
8800
Liukumoduuli:
Gedge,mean
Gedge,0,05
600
400
460
300
600
400
600
400
Tiheys [kg/m3]:
rmean
rk
510
480
440
410
510
480
510
480
25
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Esimerkki
Poikkileikkauksen korkeus h muuttuu
 taivutus- ja vetolujuuden
korjauskerroin kh :
Sahatavara
h
25
50
75
100
125
150
175
kh
1,30
1,25
1,15
1,08
1,04
1,00
1,00
Liimapuu
h
180
225
270
315
360
405
450
495
540
585
630
675
kh
1,10
1,10
1,08
1,07
1,05
1,04
1,03
1,02
1,01
1,00
1,00
1,00
KERTO-S/Q
h
200
225
260
300
360
400
500
600
700
800
900
1000
kh
1,05
1,04
1,02
1,00
0,98
0,97
0,94
0,92
0,90
0,89
0,88
0,87
26
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Käyttöluokat
Käyttöluokka huomioi
ympäristöolosuhteiden (kosteus,
lämpötila) vaikutuksen lujuus- ja
jäykkyysarvoihin
Nimenomaan kosteudella voimakas
vaikutus puun lujuus- ja
jäykkyysarvoihin
Puu asettuu aina tiettyyn
kosteustasapainoon ympäristön kanssa,
esim. kuusen sorptiosta
27
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Käyttöluokat:
Ao. taulukossa puun keskimääräinen
kosteusprosentti (veden massan
suhde kuivan puun massaan 20°C
lämpötilassa) ja vastaava ilman
suhteellinen kosteus, RH.
Kosteusraja saa ylittyä muutaman
viikon ajan vuodessa.
Käyttöluokka Ilman suht. Puun
EC5
kosteus
kosteus
1
<65%
< 12 %
2
<85%
< 20 %
3
>85%
>20%
28
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Käyttöluokkien olosuhteiden kuvaus:
Käyttöluokka
Olosuhteiden kuvauksia, esimerkkejä
1
Lämmitetyt sisätilat, myös
lämmöneristekerroksessa olevat
rakenteet sekä palkit, joiden vetopuoli on
lämmöneristeen sisällä.
2
Ulkoilmassa kuivana oleva puurakenne,
katetussa tilassa sekä alta ja sivuilta
hyvin kastumiselta suojattu.
3
Ulkona säälle alttiina oleva puurakenne.
Veden välittömän vaikutuksen alaisena
oleva puurakenne.
29
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Aikaluokitus:
Puu kestää hetkellisesti hyvinkin
suuria rasituksia, mutta murtuu
huomattavasti pienempien
pitkäaikaisten kuormien
vaikutuksesta.
Myös taipuma kasvaa kuormitusajan
pidentyessä.
30
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Aikaluokitus:
Kuormien aikaluokat:
Kuvaus
Esimerkki
Pysyvä
yli 10 v
Rakenteen oma paino,
kevyet väliseinät,
maanpaine
Pitkäaikainen
6 kk - 10 v
Varastoitu tavara,
vesisäiliökuorma
Keskipitkä
1 vk - 6 kk
Lumi, hyötykuorman
pintakuorma (luokat A-D,F,G)
Lyhytaikainen
alle 1 vk
Portaiden hyötykuormat,
hyötykuorman pistekuorma,
väliseinien ja kaiteiden
vaakakuormat,
asennuskuormat
Hetkellinen
Tuuli, onnettomuuskuorma
31
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Aikaluokitus:
Kuormitusyhdistelmän aikaluokka on
vaikutusajaltaan lyhimmän kuorman
aikaluokka.
Kuormitusyhdistelmä,
esimerkkejä
Rakenteiden oma paino
Mitoitusaikaluokka
Pysyvä
Rak. paino+hyötykuorma(A-D)
Keskipitkä
Rak. paino+lumi
Keskipitkä
Rak. Paino+portaiden hyötyk.
Lyhytaikainen
Rak. paino+lumi+tuuli
Hetkellinen
Rak. paino+tuuli
Hetkellinen
Mitoituksessa pyritään löytämään
määräävä kuormitusyhdistelmä, mikä
voi edellyttää useampien
yhdistelmien laskemista.
32
Kantavat puurakenteet
Mitoitusperusteet
Lähteet:
• RIL 205-2007
• STEP 1
• http://www.puuinfo.fi
33