1. No category

Rakennuksen rungon suunnittelu
Rak-43.240
Tuomas Leminen
Markus Kollin
Antti Leinonen
SEMINAARIESITELMÄ:
PUURAKENTEISET ASUIN- JA TOIMISTORAKENNUKSET
SISÄLLYS
1. JOHDANTO _________________________________________________________________ 3
2. PUU RAKENNUSMATERIAALINA _____________________________________________ 3
2.1 FYSIKAALISET OMINAISUUDET (SIIKANEN 1998) ___________________________ 3
2.1.1 KOSTEUS_____________________________________________________________ 3
2.1.2 LÄMPÖ_______________________________________________________________ 4
2.1.3 SÄHKÖISET OMINAISUUDET___________________________________________ 4
2.1.4 AKUSTISET OMINAISUUDET ___________________________________________ 4
2.1.5 LUJUUSOMINAISUUDET _______________________________________________ 4
2.1.6 PALOTEKNISET OMINAISUUDET _______________________________________ 5
3. RAKENTAMISMÄÄRÄYKSET _________________________________________________ 5
4. ASUINRAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMÄT _________________________________ 6
4.1 KANTAVAT SEINÄT - JÄRJESTELMÄ (Viljakainen 1997)________________________ 6
4.2 PILARI- PALKKIJÄRJESTELMÄT JA PILARI- LAATTAJÄRJESTELMÄT(Viljakainen
1997) _______________________________________________________________________ 8
5. TOIMISTORAKENNUSTEN PUURUNKO _______________________________________ 10
5.1 TOIMISTORAKENNUSTEN JÄYKISTÄMINEN _______________________________ 10
5.1.1 JÄYKISTYS AVOIMESSA PUURAKENNUSJÄRJESTELMÄSSÄ _____________ 10
5.1.2 POIKKEUKSET TOIMISTORAKENNUKSISSA ____________________________ 11
6. ESIMERKKEJÄ TOIMISTORAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMISTÄ ____________ 11
6.1. METSÄNTUTKIMUSLAITOS (METLA) _____________________________________ 11
6.1.1 KOHTEEN ESITTELY _________________________________________________ 11
6.1.2 RAKENNERATKAISU _________________________________________________ 12
6.1.3 VÄLIPOHJA__________________________________________________________ 12
6.1.4 PILARIT _____________________________________________________________ 12
6.1.5 PALKIT _____________________________________________________________ 13
6.1.6 LIITOKSET __________________________________________________________ 13
6.1.7 JÄYKISTYS __________________________________________________________ 14
6.2. FINNFOREST MODULAR OFFICE (FMO) ___________________________________ 14
6.2.1KOHTEEN ESITTELY __________________________________________________ 14
6.2.2 RAKENNERATKAISUT ________________________________________________ 15
6.2.3 VÄLIPOHJA__________________________________________________________ 15
6.2.4 PILARIT _____________________________________________________________ 16
6.2.5 PALKIT _____________________________________________________________ 16
6.2.6 LIITOKSET __________________________________________________________ 17
6.2.7 JÄYKISTYS __________________________________________________________ 18
7. LÄHDELUETTELO __________________________________________________________ 19
2
1. JOHDANTO
Rakentamisessa olennaisena osana suunnitteluun kuuluu käytettävän materiaalin valinta. Puu on
yksi vaihtoehto monien muiden joukossa. Materiaalina puu asettaa rakennukselle erityisiä
vaatimuksia esim. palomääräysten takia. Toisaalta puu tarjoaa mahdollisuuksia omaleimaisille ja
mielenkiintoisille esteettisille ratkaisuille. Tässä seminaarityössä on esitelty erilaisia vaihtoehtoja
puurakenteisten asuin- ja toimistorakennusten toteuttamiseksi. Lisäksi työssä on käsitelty puuta
rakentamismateriaalina.
2. PUU RAKENNUSMATERIAALINA.
Puulla on hyvät rakennustekniset ominaisuudet. Puun monipuolisuutta kuvaa hyvin se, että sitä
voidaan käyttää kantavissa rakenteissa ja pintamateriaalina. Puun käyttö rakentamisessa perustuu
sen hyviin ominaisuuksiin (Siikanen 1998):
• Puu on suhteellisen kevyt materiaali.
• Puu on helppo ja siisti työstettävä.
• Puutuotteita ja puisia rakennusosia voidaan liittää toisiinsa monin tavoin.
• Puukonstruktioilla saavutetaan monia rakenne- ja tilamuotoja, jotka eivät olisi lainkaan tai
olisivat vain vaivoin toteutettavissa muilla toteutustavoilla.
• Monet puurakenteet ovat taloudellisempia kuin vastaavat betoniset tai muut massiiviset
rakenteet.
• Puusta ei haihdu terveydelle vaarallisia aineita.
• Puulla on rakennusfysikaalisesti edullisia ominaisuuksia kuten hyvä lämmön eristävyys ja
hyvät lujuusominaisuudet painoon nähden.
• Puu soveltuu hyvin sekä kesä- että talvi rakentamiseen.
• Puu on puhdas, uusiutuva luonnontuote.
• Puuta on saatavana kaikkialla.
• Puu on enne kaikkea lämmin, kaunis materiaali, joka vanhenee kauniisti.
Puun käyttö rakennusmateriaalina rajoittavat/vaikeuttavat ainakin seuraavat seikat(Siikanen 1998):
• Suuri kosteuseläminen
• Palavuus
• Lahoamisalttius
• Materiaalin anisotrooppisuus.
2.1 FYSIKAALISET OMINAISUUDET (SIIKANEN 1998)
2.1.1 KOSTEUS
Normaalioloissa puu sisältää aina vettä. Osa siitä on irtaimena ja osa sitoutuneen a soluseinämiin.
Kun puu kuivuu, haihtuu ensin vapaana soluonteloissa oleva vesi ja sitten sitoutunut vesi.
Kosteustilaa, jossa vapaana oleva vesi on haihtunut, kutsutaan puunsyiden kyllästymispisteeksi.
Puun kosteuden laskiessa alle kyllästymispisteen, poistuu soluseinämiin sitoutunutta vettä, mikä
aiheuttaa puun kutistumista. Puun kutistuessa sen lujuusominaisuudet paranevat. Koska puu on
anisotrooppinen materiaali, se kutistuu ja turpoaa eri suuntiin eri tavoilla. Esim. mänty ja kuusi
kutistuvat kuivuessaan pituus suunnassa 0,2-0,3%, tangentin suunnassa noin 8% ja säteen
suunnassa noin 4%. Tilavuuskutistuminen on noin 12%. Tämän vuoksi puun pitkittäissuuntaisella
kosteuselämisellä ei ole vaikutusta rakenteelliseen suunnitteluun. Poikittainen kosteuseläminen on
3
sen sijaan otettava huomioon. Puun liiallinen kosteus on haitallista rakenteen toimivuudelle, joten
puu on huolellisesti kuivattava enne käyttöä. Puun oikeanlaisella kuivaamisella on eritäin suuri
merkitys puun lujuudelle ja säilymiselle.
Kuva 2.1 Puun kuivumisesta aiheutuva muodonmuutos (Siikanen 1997.s. 39)
2.1.2 LÄMPÖ
Muiden hyvien ominaisuuksiensa lisäksi puulla on myös hyvät lämpötekniset ominaisuudet.
Huokoisuutensa takia puu johtaa huonosti lämpöä. Eristeenä käytettyyn mineraalivillaan verrattuna
puun lämmönjohtavuus on noin 3-kertainen, mutta se on vain noin 1/12 betonin
lämmönjohtavuudesta. Esim. männyn lämmönjohtavuus syiden suunnassa on 0,22 W/m C ja syitä
vastaan kohtisuorassa 0,14 W/m C. Kosteus vaikuttaa lämmönjohtavuuteen. Kosteuden kasvaessa
1%, kasvaa lämmönjohtavuus 2,7%. Puun lämpökapasiteetti eli lämmönvaraamiskyky riippuu puun
tiheydestä, kosteudesta, lämpötilasta ja syysuunnasta. Alueella 0-100 C voidaan kuusella ja
männyllä käyttää keskimääräisenä ominaislämmön arvona c=2300 J/kg C. Veden ominaislämpö on
noin nelinkertainen puuhun verrattuna, joten kosteuden kasvaminen nostaa ominaislämpöä. Puun
lämpölaajeneminen on vähäistä kosteuden aiheuttamiin muodonmuutoksiin nähden.
Kuivumiskutistuminen kompensoi lämpölaajenemisen.
2.1.3 SÄHKÖISET OMINAISUUDET
Kuivan puun sähköjohtavuus on alhainen. Kuivaa puuta voidaankin verrata eristeisiin.
Puunsyiden kyllästymispisteessä puun sähkönjohtavuus on lähellä veden sähkönjohtavuutta.
2.1.4 AKUSTISET OMINAISUUDET
Puun akustisilla ominaisuuksilla on merkitystä kohteissa, jossa rakenteelta vaaditaan tiettyjä äänen
eristys- tai vaimennusominaisuuksia. Koska puu on tilavuuspainoltaan kevyt materiaali, ovat sen
ääneneristysominaisuudet huonot. Äänen vaimennusominaisuuksiltaan puu on kohtalainen. Puu
soveltuu käytettäväksi esim. konserttisaleihin, koska sillä on hyvä resonoimiskyky.
2.1.5 LUJUUSOMINAISUUDET
Puu on anisotrooppista ainetta, joten sen lujuusominaisuudet riippuvat siihen kohdistuneen kuorman
suunnasta. Lujuusominaisuudet vaihtelevat käytetystä puulajista/materiaalista riippuen.
Rakennuksissa käytetyltä puutavaralta vaaditaan seuraavia lujuusominaisuuksia:
• Kimmoisuus
4
•
•
•
•
Puristuslujuus
Taivutuslujuus
Leikkauslujuus
Kulutuksenkestävyys
Näille lujuusominaisuuksille on määritetty erilaisia taulukkoarvoja ja niitä on löydettävissä esim.
Eurocode:sta. Puun kosteus vaikuttaa lujuusominaisuuksiin taulukon 2.1 esittämällä tavalla.
taulukko 2.1. Virheettömän puun likimääräinen muutos -%/kosteuden muutos -%. Perustana ovat
ominaisuudet 12%-kosteudessa.(Kurkela 1996 s.15)
2.1.6 PALOTEKNISET OMINAISUUDET
Puun palotekniset ominaisuudet rajoittavat puun käyttöä ja soveltuvuutta erilaisiin rakenteisiin.
Puu pehmenee lämpötilan noustessa. Puun ollessa kosteaa pehmeneminen alkaa aikaisemmin kuin
kuivalla puulla. Puun syttymiseen tarvittava aika riippuu lämpötilasta siten, että mitä suurempi
lämpötila, sitä lyhyempi syttymisaika. Puun paloteknisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa
palonkyllästyksellä. Kantavien rakenteiden suunnittelun kannalta on tärkeää tietää puun
palamisnopeus, jotta se voidaan ottaa mitoituksessa huomioon.
3. RAKENTAMISMÄÄRÄYKSET
Rakentamista ohjaavat lait, asetukset valtioneuvostojen ja ministeriöiden päätökset sekä
rakentamismääräykset ja - ohjeet. Suomen rakentamismääräyskokoelmassa annetaan maankäyttö- ja
rakennuslakia,
ja
-asetusta täydentäviä
rakennusteknisiä
määräyksiä
ja
ohjeita.
Rakentamismääräyskokoelman määräykset ovat velvoittavia. Ohjeet sen sijaan eivät ole
velvoittavia, vaan muitakin kuin niissä esitettyjä ratkaisuja voidaan käyttää, jos ne täyttävät
rakentamiselle asetetut vaatimukset. Rakentamismääräyskokoelman määräykset koskevat uuden
rakennuksen rakentamista. Rakennuksen korjaus- ja muutostyössä määräyksiä sovelletaan, jollei
määräyksissä nimenomaisesti määrätä toisin, vain siltä osin kuin toimenpiteen laatu ja laajuus sekä
rakennuksen tai sen osan mahdollisesti muutettava käyttötapa edellyttävät (www.ymparisto.fi).
Eurocode -standardit ja niiden kansalliset liitteet tulevat korvaamaan rakentamismääräyskokoelman.
Kokoelmassa on esitetty määräyksiä koskien kaikkia tärkeitä rakentamiseen liittyviä tekijöitä. Esim.
suunnittelijaa koskevat vaatimukset on esitetty osassa A2 ja puurakenteisiin liittyvät seikat on
esitetty osassa B10.
5
4. ASUINRAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMÄT
Puurakentamisessa on monia käytettävissä
asuntorakentamiseen parhaiten sopivat:
•
•
•
•
olevaa
runkojärjestelmävaihtoehtoa.
Näistä
Kantavat seinät - järjestelmä
Pilari-palkkijärjestelmä
Pilari-laattajärjestelmä
Kantavan rungon sekajärjestelmät
4.1 KANTAVAT SEINÄT - JÄRJESTELMÄ (Viljakainen 1997)
Kantavat seinät -mallisia runkojärjestelmiä ovat sellaiset järjestelmät, joissa kantavaa rakennetta ja
seinien runkoa ei ole eritelty toisistaan, vaan joissa seinien rungot voivat sellaisinaan toimia
kantavina rakenteina. Hyvä esimerkki kantavat seinät -järjestelmästä ovat ns. ”platform-framemenetelmä sekä sen sovellukset puoli- ja täyselementtijärjestelmät. ”Platform frame” - menetelmä
on kantavat seinät -mallinen puinen rankorakenne. Platformilla rakentaminen on valmisosista
rakentamista, jossa rakennuksen kokoaminen tapahtuu työmaalla. Platform -järjestelmässä
rakennuksen runko rakennetaan kerroksittain siten, että jokainen vaakataso toimii työalustana
seuraavan kerroksen pystyrakenteiden rakentamiselle. Seinien rungot kootaan vaakatasojen päällä
valmiiksi elementeiksi ja nostetaan pystyyn. Valmisosien käyttö tarkoittaa puutavaran osalta ns.
pre-cut puutavaraa. Suunnittelun osalta menetelmä vaatii tarpeeksi yksikertaisten ja tarkasti
mitoitettujen valmisosien suunnittelua. Kaikkia osia ei kuitenkaan kannata suunnitella elementeiksi,
vaan osia voidaan työstää sopiviksi myös työmaalla. Rungon peruskomponentit näkyvät kuvasta
4.1. Platform- puurakennejärjestelmässä lähes kaikki liitokset voidaan tehdä naulaamalla.
Rakentamisen helppoudesta johtuen tarvitaan vain perustyökaluja. Myöskään raskasta
nostokalustoa ei rakenneosien keveydestä johtuen tarvita. Rakennuksen runkoon kohdistuu
pystysuuntaisten voimien lisäksi myös vaakasuuntaisia voimia kuten esim. tuulen ja rakennuksen
massan aiheuttamat voimat. Tästä johtuen on rakennuksen runko jäykistettävä, ettei se kaatuisi tai
etteivät sen rakenteet vääntyisi. Rungon jäykistävien rakenteiden on tarkoitus siirtää runkoon
kohdistuvat vaakakuormitukset perustuksille.
6
kuva 4.1. Rungon peruskomponentit. 1. yläsidepuut, 2.levyjäykiste, 3.runkotolppa, 4. alasidepuu,
5.aluslattialevy, 6.välipohjapalkki, 7.kehäpalkki. (Viljakainen 1997.s.37)
Koska yksi jäykistävä levyrakenne voi siirtää kuormia vain yhdessä tasossa, tarvitaan vähintään
kolmen suuntaisia jäykistäviä tasoja. Platform -järjestelmässä jäykistys hoidetaan pääasiassa
levyrakenteilla, jolloin jäykisteinä toimivat aluslattiat ja osa sisä- ulkoseinistä. Levyinä käytetään
jäykkyysluokiteltuja rakennuslevyjä, joiden lisäksi voidaan käyttää metallisia vinojäykisteitä.
Jokaiselle käytettävälle levytyypille on määritettävä kiinnitysohjeet. Levyjäykistyksen periaate on
esitetty kuvassa 4.2.
kuva 4.2. Levyjäykistyksen periaate. Liitoksien tehtävänä on estää levyjen kiertyminen (Viljakainen
1997 s.49)
Lisäksi rakennusta jäykistettäessä on otettava huomioon myös rakentamisaikainen jäykkyys ja
jäykkyyden säilyminen palotilanteessa. Käytännössä rakennusaikaisen jäykkyyden huomioiminen
tarkoittaa sitä, että jäykistys levyt asennetaan seiniin jo seinien pystytys vaiheessa. Palotilanteessa
jäykistävien levyjen palettua rungon jäykkyyden tulee säilyä, jos rakenteelta vaadittu
palonkestoaika on pidempi kuin jäykistävien levyjen palonkestoaika. Tämän vuoksi jäykistävät
levyt päällystetään palon kestävällä kipsikartonkilevyllä. Palo-osastossa olevien rakenteiden
7
palaminen ei myöskään saa aiheuttaa koko rakennuksen jäykistysjärjestelmän kantokyvyn
menetystä.
kuva 4.3. Esimerkkejä naulaliitoksista. (Siikanen 1997. s.56)
4.2 PILARI- PALKKIJÄRJESTELMÄT JA PILARILAATTAJÄRJESTELMÄT(Viljakainen 1997)
Pilari- palkki- ja pilari- laattajärjestelmissä kantava rakenne on erotettu omaksi kokonaisuudekseen
tilaa rajaavista rakenteista. Järjestelmiä voidaan pitää moderneina versioina 1800-luvulle asti
yleisestä massiivisesta ristikkorakentamisesta. Pilari- palkki järjestelmä koostuu kantavista
pilareista ja palkeista sekä niihin liittyvistä täydentävistä seinä-, laatta-, ja kattorakenteista.
Pystyrakenteina toimivat pilarit, joiden avulla kuormat johdetaan perustuksille. Vaakasuunnassa
kuormat johdetaan pilareille palkkien avulla. Kantavaan runkoon liittyvät täydentävät rakenteet ovat
hyvin samankaltaisia kuin kantavat seinät -järjestelmässä. Täydentävistä rakenteista seinien on
tarkoitus kantaa vain oma painonsa. Seinät erotetaan joustavilla liitoksilla palkeista, jotta ääni ei
pääsisi siirtymään rakenteiden välillä. Laatat ja kattorakenteet on ripustettu primääripalkkeihin.
Pilari- palkkijärjestelmässä täydentävät rakenteet voivat olla joko paikalla rakennettuja, osittain tai
kokonaan elementein toteutettuja. Pilari- laattajärjestelmä on periaatteeltaan melko samanlainen
kuin pilari- palkkijärjestelmä. Pystyrakenteina toimivat pilarit, joilla kuormat välitetään
perustuksille. Järjestelmässä primääripalkit on integroitu laattarakenteisiin, mikä yleensä edellyttää
laattarakenteiden esiteollista valmistamista.
8
kuva 4.3. Pilari- palkkirunko. (Viljakainen 1997. s.68)
Pilari- palkkirungon materiaalina voidaan tilanteesta (esim. kuormista ja jänneväleistä) riippuen
käyttää liimapuuta, viilupuuta tai massiivipuuta. Liitoksissa käytetään yleensä teräsosia, mutta myös
kokonaan puisia liitostapoja kehitellään. Liitosvaikutuksen aiheuttava teräosa sijoitetaan yleensä
puun sisälle, jolloin puu samalla palosuojaa teräksen. Perinteisiä liitostapoja ovat Esim. puiset
tappi-, vaarna liitokset. Pilari- palkkirunko voidaan palosuojata sijoittamalla se osastoivien
rakenteiden sisään, puuaineksen ylimääräisellä hiiltymävaramitoituksella tai erillisellä
palosuojauksella. Pilari- palkkirunko voidaan jäykistää monella tavalla. Vaakasuuntainen jäykistys
kannattaa yleensä hoitaa laattojen avulla. Pystysuuntainen jäykistys voidaan matalissa
rakennuksissa hoitaa pilarien ja palkkien kehäjäykistyksellä. Korkeissa rakennuksissa joudutaan
tavallisesti käyttämään levyjäykistystä tai erillisiä, yleensä teräksestä valmistettuja
jäykistysristikoita. Levyjäykistystä käytettäessä ongelmaksi muodostuu rakennusaikaisen
jäykistyksen puuttuminen levyrakenteiden asentamiseen asti.
kuva 4.3. Pilari- palkkirungon liitoksia A) Liimapuupalkkien ja – pilarien liitos ulkoseinällä.
B)Sama liitos huoneistojen välisessä rakenteessa
Edellä mainittujen järjestelmien etuna voidaan pitää sitä, että pystyrakenteet vievät vain vähän tilaa
ja pistemäisinä ne rajoittavat suunnittelua vain vähän. Tämä takaa kyseisille järjestelmille hyvän
suunnittelu- ja muuntojoustavuuden. Muunnettavuus on hyvä myös pystysuunnassa, koska osia
9
laattakentistä voidaan avata rakenteellisen lujuuden heikentymättä. Rakenteellisesti järjestelmän etu
on kuormien tasainen jakaantuminen ja siitä johtuen suurien pistekuormien estyminen. Merkittävä
etu pilari - palkkijärjestelmässä on korkeasta esivalmistusasteesta johtuva rakentamisen nopeus.
Järjestelmä voi kuitenkin myös rajoittaa suunnittelua, ongelmaksi voi muodostua esim. rungon
jäykistäminen. Suurin ongelma edellä mainituissa järjestelmissä on kustannukset. Kustannuksia
kohottavat esim. järjestelmien edellyttämä tehdasvalmistus ja tarvittava raskas työmaakalusto.
Myös materiaalimenekki kasvaa verrattuna kantavat seinät järjestelmään. Lisäksi kustannuksiin
vaikuttaa liitostekniikoiden tuotekehitys.
5. TOIMISTORAKENNUSTEN PUURUNKO
Toimistorakennuksen runkojärjestelmänä voidaan käyttää edellä esitettyjä menetelmiä. Usein
toimistorakennuksissa pilarit ja palkit jätetään näkyville mielenkiintoisten esteettisten ratkaisujen
vuoksi.
5.1 TOIMISTORAKENNUSTEN JÄYKISTÄMINEN
5.1.1 JÄYKISTYS AVOIMESSA PUURAKENNUSJÄRJESTELMÄSSÄ
Toimistorakennusten
jäykistämisessä
voidaan
tietyiltä
osin
soveltaa
avoimen
puurakennusjärjestelmän jäykistysmenetelmiä, olkoonkin että järjestelmän jäykistysmallit
soveltuvat parhaiten puurakenteisten pien- ja kerrostalojen valmistukseen. Rakennuksen rungon
vakavuuden varmistamiseksi runkojärjestelmä tai sen osat jäykistetään tarkoituksenmukaisella
tavalla. Jäykistys tarvitaan lähinnä tuulikuormia vastaan.
Yleisimpiä jäykistystapoja ovat seinien ja vaakarakenteiden levy- tai vinojäykisteet sekä
rakennuksen runkoa jäykistävä porrashuone ja/tai hissikuilu. Levyjäykisteiden etuna
vinojäykisteisiin nähden on se, että tällöin voimat jakautuvat tasaisesti koko rakenteelle eivätkä
keskity kuten vinojäykistyksessä tapahtuu.
Yleensä on työjärjestyksen kannalta edullista käyttää ulkoseinissä jäykistävää tuulensuojalevyä,
jolloin se jäykistää runkoa jo rakennusvaiheessa. Vaakasuunnassa rakennus jäykistetään välipohjien
aluslattialevytyksin ja tarvittaessa yläpohjan kattolevytyksellä tai aluskatelevyillä. Jäykistyksen
kannalta on edullista, jos aluslattialevy tehdään yhtenäisenä koko rakennuksen alalta.
Rakennuksen jäykistyksen kannalta huomioon otettavia seikkoja ovat:
• jäykistys on yleensä edullista jakaa mahdollisimman laajalle ja siksi on suositeltavaa, että
pääosa ulkoseinistä ja huoneistojen välisistä seinistä tehdään jäykistäviksi
• huoneiston sisäisiä jäykistäviä seiniä tulisi välttää, koska niissä jäykistyksen palosuojaus on
hankalaa
• jäykistävien seinien (tai seinän osien) tulisi olla mahdollisimman pitkiä, vähintään
huonekorkeuden mittaisia
• jäykistävät seinät (tai seinän osat) tulisi sijoittaa päällekkäin, jolloin jäykistävän seinälevyn
korkeus vastaa rakennuksen korkeutta (vastaavasti jäykistävässä ulkoseinässä suurehkot
ikkuna-aukot tulisi sijoittaa päällekkäin)
• rungon leveyden suurentamisesta on etua rungon jäykistämiselle
Jäykistys suunnitellaan ja mitoitetaan siten, että se toimii myös mahdollisessa palotilanteessa.
Jäykistyksen tulee toimia koko rakenteelta edellytetyn palonkestoajan. Palotilanteen mitoitus voi
10
perustua normaalimitoituksesta poikkeavaan jäykistystapaan, jossa vaakakuormien voidaan otaksua
siirtyvän ulkoseinien tuulensuojalevyille sekä välipohjan välityksellä viereisten palolta suojassa
olevien huoneistojen jäykistäville rakenteille. Jäykistävät levyt joudutaan yleensä päällystämään
suojaverhouksella (esim. kartonkipintaisella kipsilevyllä). Osastoivissa jäykistävissä seinissä on
jäykistävä levy kiinnitettävä yleensä seinän molemmille puolille.
Jäykistyksen lisäksi eri kerrokset sidotaan välipohjarakenteiden välityksellä toisiinsa. Sidonta
voidaan tehdä tarkoitukseen soveltuvin nauloin, ruuvein tai pultein. Alin kerros ankkuroidaan
rakennuksen perustuksiin. Ankkurointi, sidonta sekä jäykistävien levyjen kiinnitykset mitoitetaan
aina tapauskohtaisesti.
5.1.2 POIKKEUKSET TOIMISTORAKENNUKSISSA
Koska puu on kevyttä, siitä valmistettujen rakenteiden stabiliteetti ei ole yhtä suuri kuin esimerkiksi
teräs- ja betonirakenteissa. Näin ollen, suunniteltaessa puurunkoisen toimiston jäykistystä, tulee
vastaan erilaisia ongelmia kuin muiden materiaalien kohdalla. Toimistorakennuksille tyypillisiä
ominaisuuksia ovat mm. välipohjien suuret aukot, runsas lasipinta julkisivuissa ja
muuntojoustavuus. Näin ollen toimistoja on käytännössä lähes mahdotonta jäykistää avoimen
puurakennusjärjestelmän keinoin tai ylipäänsä puusta valmistetuilla rakenteilla.
Puurunkoisten toimistorakennusten yksilöllisyydestä johtuen myös jäykistyskeinot ovat usein
tapauskohtaisia. Voidaan todeta, että yleisessä tapauksessa puurunkoinen toimistorakennus
jäykistetään teräsbetonisilla porras- ja ilmanvaihtokuiluilla. Teräsbetoniset tornit ovat
paloturvallisuuden kannalta melko hyvä vaihtoehto. Lisäksi betonin suurempi omapaino antaa
enemmän stabiliteettia vastaavaan puusta tehtyyn torniin nähden. Vaakasuuntaisessa voimien
siirtämisessä saattaa joissakin tapauksissa olla järkevää valaa puisten kotelopalkkien päälle
pintavalu.
6. ESIMERKKEJÄ TOIMISTORAKENNUSTEN RUNKOJÄRJESTELMISTÄ
Työssämme tarkastellaan kahta puurakenteista toimistorakennusta. Työ rajattiin käsittelemään
Metlan ja FMO:n rakenneosien ja elementtien asennustekniikoiden toteutustapoja. Molempien
kohteiden rakenneratkaisut käytiin läpi.
6.1. METSÄNTUTKIMUSLAITOS (METLA)
6.1.1 KOHTEEN ESITTELY
Metlassa on kolme toimistokerrosta ja niiden päällä IV-konehuone. Kerrosalaa kohteessa on noin
7653 m2 ja kokonaistilavuus on noin 33151 m3. Puuta rakennukseen on tarvittu 2000 m3.
Toimistorakennuksessa on työpisteet 225 henkilölle sekä laboratoriotiloja.
Metla-talo perustuu kehämäiseen, keskeispihaa kiertävään ratkaisuun. Sisäänkäyntialuetta
hallitsevat kelohonkaiset puuseinät. Aulatilan kattoa kannattelee massiiviset kimppupilarit.
Kosteuden hallinnan varmistamiseksi ja muuntojoustoa silmälläpitäen ensimmäiseen kerrokseen on
sijoitettu laboratoriotilat ja valtaosa märkätiloista.
11
6.1.2 RAKENNERATKAISU
Rakennejärjestelmä on toimistotaloissa yleisin pilarit-palkit-laatat -ratkaisu. Rungon jäykistää
teräsbetoniset porrashuoneet ja IV-kuilut. Liikuntasaumalohkoja rakennuksessa on kolme. Perustus
ja alapohja ovat teräsbetonia.
Pilarit ovat kerroksen korkuisia ja palkit staattiselta toimintatavaltaan kaksiaukkoisia leukapalkkeja,
joiden varaan kotelolaatat asennetaan. Pilareilta tulevat kuormat viedään palkkien läpi teräsosien
avulla. Rakennuksen moduulijako on 7200 mm.
Kuvassa 6.1 on esitetty yksi rakennuksen poikkileikkauspiirustus.
Kuva 6.1. Metlan poikkileikkauspiirustus (Metlan viitesuunnitelma)
Kuvassa 6.1 näkyy rakennejärjestelmä, mihin kuuluvat liimapuiset pilarit, palkit sekä
massiivipuukotelolaatat.
6.1.3 VÄLIPOHJA
Palkkien alaosat ovat liimapuuta ja yläosat betonia. Palkkien hyödyllinen korkeus on 580 mm ja
jänneväli 7200 mm. Välipohjalaatat ovat massiivipuisia kotelolaattoja, joiden päälle on valettu 80
mm betonia. Betonilaatta sitoo laataston jäykäksi levyksi, jonka avulla vaakavoimat siirretään
jäykistäville betoniseinille. Laattojen jänneväli on 7200 mm ja rakennekorkeus 315 mm. Puupalkit
ja -kotelot sekä betonivalu toimivat liittorakenteena, mikä lisää jäykkyyttä sekä parantaa värähtelyominaisuuksia ja käyttömukavuutta.
6.1.4 PILARIT
Kantavat pilarit ovat liimapuuta, kooltaan keskimäärin 400x400mm2. Pilarit ovat liimattu yhteen
kahdesta samankokoisesta osasta. Liitoksien vaatimat teräsosat myös yhdistävät osat toisiinsa.
Pilarin rakenne on esitetty kuvassa 2.
12
Kuva 6. 2. Liimapuupilarin rakenne (Metlan viitesuunnitelma).
6.1.5 PALKIT
Kantavat palkit ovat pääosin kaksiaukkoisia liimapuusta valmistettuja leukapalkkeja. Palkkien
yläpinnat ovat varustettu kuvan 3 mukaisilla vaarnoilla, joilla kotelolaatat liitetään palkkiin.
Kuva 6.3. Palkin rakenne (Metlan viitesuunnitelma)..
6.1.6 LIITOKSET
Kuvassa 4 on esitetty pilarin ja palkin välinen liitos. Palkissa on liitoksen kohdalla halkaisijaltaan
300 mm kokoinen reikä. Pilarin teräksiset liitososat kulkevat palkin läpi ylempään pilariin.
13
Kuva 6. 4. Pilarin ja palkin välinen liitos (Metlan viitesuunnitelma).
.
6.1.7 JÄYKISTYS
Rakennuksen jäykistys on toteutettu paikallavaletuilla porras- ja iv-kuilujen teräsbetoniseinillä.
(Metlan viitesuunnitelma)
6.2. FINNFOREST MODULAR OFFICE (FMO)
6.2.1KOHTEEN ESITTELY
Rakennus on puurakenteinen 4-kerroksinen noin 240 työntekijälle tarkoitettu toimistotalo.
Kellarikerros on betonirakenteinen. Myös jäykistävinä rakenteina toimivat porras- ja hissikuilut
ovat teräsbetonia. Katon jäykistävät ristikot ovat terästä.
FMO:n kokonaispinta-ala on 13 048 brm² ja tilavuus 50420 m3. Talo on Euroopan korkein
puurunkoinen toimistotalo.
Kuvassa 5 on esitetty rakennuksen runko kolmiulotteisesti ilman kotelolaattoja sekä kotelolaattojen
kanssa.
14
Kuva 6. 5. Finnforest Modular Office 3D-kuva (Suunnitelukortes Oy).
FMO koostuu kuudesta eri lohkosta A:sta F:ään. Lohkojako toteutettiin rakennusaikana
numeromoduulien jaolla seuraavasti: 1-4 on A, 4-6 on B, 6-9 on C, 9-11 on D, 11-14 on E ja 14-17
on F.
6.2.2 RAKENNERATKAISUT
FMO:n runko on pilari-palkki-laatta-rakennejärjestelmään perustuva kertopuuelementtirunko.
Pilarit ovat yhden kerroksen korkuisia ja palkit yksiaukkoisia. Pilarien ja palkkien kantamat
kuormat siirretään liitoskohtien teräsosilla alaspäin kohti perustuksia. Rakennuksen moduulijako on
pääosin 7200 mm.
6.2.3 VÄLIPOHJA
Kohteen välipohjat ovat kertopuurakenteisia kotelolaattoja kuvan 6 mukaisesti.
Kuva 6. 6. FMO:n kotelolaatta.
15
Kotelolaatassa pitkittäiset jänteen suuntaiset rivat ovat laatan ylä- ja alapuolisen kertopuulevyn
välissä. Levyt ovat kiinnitetty ripoihin sekä liimaamalla että ruuvaamalla. Palkin jänteen
puolivälissä olevat poikittaiset rivat jäykistävät laattaa poikittaissuunnassa.
Välipohjarakenne muodostuu kotelolaatan lisäksi laatan päälle asennettavasta askeläänieristeestä
sekä eristeen päälle valettavasta pintabetonilaatasta.
6.2.4 PILARIT
Kohteen pilarit ovat kertopuurakenteisia pilarielementtejä. Pilarien liitokset ovat toteutettu
teräslevyliitoksina. Kuvassa 7 on esitetty pilarin rakenne.
Kuva 6.7. Pilarin rakenne.
6.2.5 PALKIT
Palkit ovat pääosin kertopuisia 360 x 600 mm leukapalkkeja. Kuvassa 8 on havainnollistettu
palkkien rakenne. Palkkien konsolit on kiinnitetty vinoruuvauksilla palkkiin. Muutoin palkit
koostuvat kahdesta 180 mm leveästä kertopuupalkista, jotka ovat kiinnitetty toisiinsa sekä
liimaamalla että pulteilla.
16
Kuva 6.8. Kertopuupalkkien rakenne.
6.2.6 LIITOKSET
Pilarien ja palkkien sisäiset teräsosaliitokset ovat tappivaarnaliitoksia. Elementtien väliset liitokset
ovat teräksisiä pulttiliitoksia. Kuvassa 9 on esitetty pilari-palkki-pilari-liitos.
Kuva 6. 9. Pilari-palkki-pilari-liitos.
Kuvassa 10 on esitetty palkin ja kotelolaattojen välinen liitos. Liitoksesta saadaan kestävä siten, että
laattojen päissä olevat reikävanteet naulataan palkin yläosaan. Reikävanteet näkyvät kuvassa 6.
Reikävanteiden lisäksi palkin ja laattojen päälle asennetaan naulaamalla vanerilevy, joka sitoo osat
toisiinsa.
17
Kuva 6.10. Palkin ja kotelolaattojen välinen liitos.
6.2.7 JÄYKISTYS
Toimistotalo on jäykistetty neljällä erillisellä porrashuoneella, kahdella hissikuilulla ja usealla
teräsrakenteisella jäykistysristikolla.
18
7. LÄHDELUETTELO
Kurkela Juha, Raija Lehtinen, Jaakko Muilu, Leena Mäki-Ketelä 1996, Puurakenteet STEP1,
Rakennustieto Oy, Tammer-paino Oy, Tampere 1996.
Siikanen Unto 1998, Puurakennusten suunnittelu, Rakennustieto Oy, Vammalan Kirjapaino Oy,
Vammala 1998.
Viljakainen Mikko 1997, Puukerrostalo, Rakennustieto Oy, Tammer-paino Oy, Tampere 1997.
http://www.ymparisto.fi/
RT 82-10838, http://www.woodfocus.fi
Tuomas Leppäsen seminaarityö, Puurakenteiset toimistorakennukset (2005).
Puuinfo.fi / Puulehti 05-1
Puuinfo.fi / Puulehti 05-4
www.metla.fi/tiedotteet
19