NR-ristikot ja massiivisauvarakenteet Vaativien pientalorakenteiden periaatteet Martti Perikangas & Jussi Uski 25.2.2017

NR-ristikot Naulalevyrakenneristikot ovat kaikki A-luokan eli vaativia rakenteita Kattoristikoiden valmistaja suunnittelee ristikon erilaisille kuormituksille Rakenteet omamassa Ripustuskuorma Ominaislumikuorma Tuulikuorma Rakennesuunnittelija suunnittelee kattoristikkorakenteen tuennan Nurjahdustuenta Kokonaisjäykistys

(Tyylitalo 2017)

NR-ristikon suunnitteluprosessi (Lahtela 2015, 6)

Hyvä huomioida NR-rakenteiden toimitukseen kuuluu piirustus ja yksilöidyt lujuuslaskelmat Tarkista että piirustuksessa esitetyt vaatimukset toteutuvat rakenteessa! Tukipisteiden paikka Tukipinnan minimileveys Maksimiruodeväli Nurjahdustuettavat sauvat (Sepa Oy, 2008)

NR-ristikon varastointi Tasainen varastointi, pysyviä taipumia ei saa syntyä Maakosketus estettävä ja ilman kierto varmistettava (0,5m maasta) Suojattava sateelta, lumelta ja mekaaniselta vahingoittumiselta Kaatuminen estettävä (katso kuva) (Sepa Oy, n.d.)

NR-ristikoiden käsittely Lähtökohtaisesti pystyasennossa Lappeellaan liikuteltaessa syntyviä vaakavoimia ei ole mitoitettu rakenteelle Naulalevyjen mahdollinen irtoaminen tai murtumat Ristikoita irrotettaessa nipusta huolehdittava ettei nippu pääse kaatumaan. Hyvä tapa on esimerkiksi ruuvata sidelista nipun päälle jokaisen ristikon yläpaarteeseen kiinni (Sepa Oy, n.d.)

Nostot Voidaan nostaa nippuna kantavien rakenteiden päälle Käytettävä vähintään kahta nostopistettä Yli 7m pitkien ristikoiden kanssa syytä käyttää nostopalkkia apuna

Asennustoleranssit (Lahtela 2015, 6)

NR-ristikon tuenta Koko kattorakenteen pystyssä pysyminen hoidetaan erillisen vesikaton jäykistyssuunnitelman mukaisesti ja siitä vastaa kohteen rakennesuunnittelija Tuenta ymmärretään usein väärin Nurjahdustuennan ensisijainen tavoite on sauvojen nurjahtamisen estäminen (ei niinkään kattotuolien tukeminen) (Pohri Oy, 2016)

(Sepa Oy, 2008)

(Lahtela 2015, 9)

Jäykistyssysteemin voimat Rakenteen S-nurjahdus Rakenneosan kiepsahdus/nurjahdus Tuulikuorma Lisävaakavoima Muut kuormat (esim. halleissa siltanostureiden jarruvoimat) (HalliPES, 2014)

NR-ristikon nurjahdus (Puuinfo 2015)

Mitoitusesimerkki ristikkoon kohdistuvista kuormista (Lahtela 2015, 27)

Ominaiskuormat esimerkin ristikolle Lumikuorman mitoitus riippuu maantieteellisestä sijainnista Pysyvä kuorma gk = 0,7*0,8 = 0,56kN/m Lumikuorma qk = 2,2 * 0,8 = 1,8kN/m Jossa 0,7 yläpohjan omapaino (kN/m2) ja 0,8 harjakaton muotokerroin sekä 2,2 lumen ominaispaino kN/m2. Yläpaarteeseen kohdistuva puristusvoima, pysyvä kuorma Ng,k = 0,56*172/8*1,4=14,45kN Yläpaarteeseen kohdistuva puristusvoima, lumikuorma Nq,k = 1,8*172/8*1,4=46,4kN

Ominaiskuormat esimerkin ristikolle Lisävaakavoima pysyvästä kuormasta Hg,k = 0,56/250=0,00224kN/m Lisävaakavoima lumikuormasta Hq,k = 1,8/250 = 0,008kN/m Tuulikuorma yläpaarteen tasossa qw,k = 0,014 kN/m jossa jossa Cf = voimakerroin, qk(h) = nopeuspaine ja Aref = projektion ala

Asennusaikainen tuenta Asennusaikaisen tuennan on kestettävä tuulikuormat sekä mahdolliset katolle nostettavat rakennusmateriaalit Tuenta voidaan toteuttaa: Paikalla tehtävillä reevauksilla NR-pukeilla (Turun Rakennustuote Oy, 2013)

Erilaisia tuentatapoja Umpeenlaudoitus (esim. panelointi, huopakatteen pontti- tai sahatavaralaudoitus) riittää paarteen nurjahdustuentaan, kun laudat kiinnitetään joka paarteesta vähintään kahdella naulalla. Samalla paarteella tai kannatinvälillä ei tule tehdä vierekkäisten lautojen jatkoksia. Suoraan paarteisin kiinnitettävät jäykät levyt soveltuvat hyvin paarteiden nurjahdustuentaan. Esimerkiksi vanereilla, lastulevyillä ja kovalevyillä, joiden paksuus on vähintään 8 mm, on nurjahdussidonnan kannalta riittävä lujuus ja jäykkyys. (Lauttaniemi Oy, 2017)

Erilaisia tuentatapoja Sauvojen tuenta selviää rakennesuunnitelmasta. Jos muuta ei ole esitetty, voidaan tuenta tehdä monissa tapauksissa seuraavien kuvien mukaisesti. (Lauttaniemi Oy, 2017)

Erilaisia tuentapoja Katon kokonaisjäykistys aina rakennesuunnitelman mukaisesti. Paarteiden tuenta ei ole riittävä katon jäykistämiseksi! Erilaisia katon jäykistystapoja: NR-tuuliristikot ja tuulipukit paikalla rakennettavat vaakaristikkorakenteet ja reivaukset Pystyvinoreivaukset yhdessä alapaarteen jäykistyksen kanssa levyjäykistys (profiilipeltikate, yläpaarteiden levytykset) Huom! Pelkkä ponttilaudoitus on riittävä vain alle 4m lappeilla (Lauttaniemi Oy, 2017)

Erilaisia tuentatapoja NR-tuuliristikot (NR-tuulipukit) (Lauttaniemi Oy, 2017)

Massiivisauvarakenteet

Massiivisauvarakenteet Aina vaativa A-luokan rakenne Valmistajien tekemät rakennekuvat eivät välttämättä riittäviä, tällöin on toimitettava A-luokan puurakennesuunnittelijan tekemät rakennekuvat Rakenteet perustuvat puuliitoksiin ja mekaaniseen kiinnitykseen Käytetty satoja vuosia Euroopassa, Suomessa nykyään harvinainen

Rakenne Raaka-aineena massiivipuu Kuusi (eri lajikkeita) Mänty Tammi Seetri Perustuu erilaisiin työstettyihin lovi- ja tappiliitoksiin Useimmiten kyseessä on tasoreikäliitos (Vermont Timber Works, n.d.)

Valmistus Valmistetaan työstämällä suunnitelmien mukaisia liitoksia joko A) perinteisin käsityömenetelmin käyttämällä mittaa, sahaa ja talttoja B) CNC-koneella jolloin kone jyrsii liitokset ennalta ohjelmoidun ohjelman mukaisesti. Haasteena sopivuus sarjatyöhön kattorakenteiden ja liitosten ollessa usein uniikkeja. (Perikangas, 2005)

Tavallisimmat rakennemallit (Pinterest, 2017)

King Post Truss Pystypalkki ”kuningaspalkki” keskellä Pituus jopa 9,6m (Vermont Timber Works, 2017)

Scissor Truss (Vermont Timber Works, 2017)

Hammer Beam Struss Tyypillisesti avoin keskeltä (Vermont Timber Works, 2017)

Queen Post Struss Pystysauvat reunoilla Teräsvahvisteinen tai perinteisin puuliitoksin Pituus jopa yli 9,6m (Vermont Timber Works, 2017)

Tasoreikäliitosten perusteet Tapin vahvuus noin 30% lovikappaleen paksuudesta Tapin tulee olla mahdollisimman pitkä (vetolujuuden maksimointi) Lovikappaleen lujuutta ei saa heikentää (liitos lähellä kappaleen päätä) Tapin tulee painua koloon lievää voimaa käyttäen (tapin paksuus +0,1mm) Jos liimoja käytetään, oleellista on liimauspinta-ala, ei niinkään liiman määrä manuaalisessa levityksessä Vinojen tappien kohdalla maksimikulma on noin 15º tapin olkaan nähden (Perikangas, 2009)

Tasoreikäliitosten syventävät opinnot Tapin paksuus on laskettavissa kaavasta: ℎ∗𝑡∗𝜎=2∗𝑝∗ℎ∗𝜏 p = tapin pituus h = tapin leveys t = tapin paksuus τ = liimapinnan leikkauslujuus (5 N/mm2) s = puun vetolujuus ( 100 N/mm2) (Lahden ammattikorkeakoulu 2008)

Tasoreikäliitosten syventävät opinnot Vinon tapin lujuuden mitoittaminen voidaan tehdä kaavalla: Jossa 𝜎𝑝 = puun vetolujuus syysuunnassa 𝛼 = kaltevuuskulma Kerroin K on kulmasta riippuvainen Kulma K-kerroin 10 1,25 20 2 30 3,25 40 4,75 50 6,25 (Lahden ammattikorkeakoulu 2008)

Tasoreikäliitosten syventävät opinnot Tapin nakkaus eli tapin olan viereisen suoran pinnan pituus on laskettavissa kaavoista n = 0.4 • B + 0.6 • e n = 0.4 • B (Puuproffa 2015)

Asennus

Asennus Mahdollisuuksien mukaan kasataan maassa mahdollisimman pitkälle ja nostellaan elementteinä paikalleen Asennuksessa hyvä olla riittävä määrä asentajia sekä nostokalustoa (kohteesta riippuen) Asennuksen väliaikaiset tuennat esim. vinoreevoilla. Tuennan kestettävä asennuksen aiheuttamat kuormitukset (mahdollinen telinekalusto, materiaalien nostot) Palkkien kiinnitys tapahtuu lyömällä puutappeja valmiiksi porattuihin reikiin (Timber Frame Assembly – Discovery Dream Homes 2015)

Asennus Puutappiliitos tasoreikäliitoksen yhteydessä (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 1. Elementit ja materiaalit lajitellaan työmaalla nostosuunnitelman mukaisesti (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 2. Työmaalla kasattavat osat kasataan ennen nostoa. Osat kasataan nostosuunnitelman mukaisella paikalla. (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 3. Valmiit elementit nostetaan pystyyn (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 4. Pystyyn nostettujen elementtien sijoittelu alapohjan päällä tarkastetaan (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 5. Asemoidut elementit kiinnitetään toisiinsa kiinnikekappaleilla (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 6. Liitokset vahvistetaan puutapeilla. (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Asennusprosessi vaiheittain 7. Räystäänsuuntaiset kitapuut asennetaan paikoilleen. (Tamlin Timber Frame Homes 2017)

Lähteet Tyylitalo (2017). TYYLITALO. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://tyylitalo.fi/ristikot.php Lahtela, T. (2015). NR-yläpohjan jäykistys. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.puuinfo.fi/sites/default/files/NR-yl%C3%A4pohjan%20j%C3%A4ykistys.pdf Pohri Oy (2016). Nurjahdus | Pohri Oy | Kattoristkot. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.pohri.fi/8 HalliPES 1.0 (2014). OSA 11: JÄYKISTYS. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.puuinfo.fi/sites/default/files/content/rakentaminen/suunnitteluohjeet/hallipes -10/hallipes_1.0_osa_11_jaykistys.pdf Sepa Oy (2008). Naulalevyrakenteiden tuentaohje. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.sepa.fi/uploads/pdf/NR-tuentaohje_2008_siisti.pdf Sepa Oy (n.d.). NR-RAKENTEIDEN ASENNUS- JA KÄSITTELYOHJEET. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.sepa.fi/uploads/pdf/ply_nrohjeet_uusi.pdf Lauttaniemi Oy (2017). Lauttaniemi > NR-rakenteiden asennus- ja käsittelyohjeet. Haettu 20.2.2017 osoitteesta http://www.lauttaniemi.fi/showpage.php?id=12 Turun Rakennustuote Oy (2013). NR-RAKENTEIDEN RAKENTEIDEN ASENNUS- JA KÄSITTELYOHJEET. Haettu 21.2.2017 osoitteesta http://www.turunrakennustuote.fi/media/tiedostot/pdf/trt-kattoristikot-asennusohje.pdf

Lähteet Pinterest (2017). Is a hip roof a timber framing nightmare?. Haettu 21.2.2017 osoitteesta https://s- media-cache-ak0.pinimg.com/originals/c0/c6/3d/c0c63def1dc87590e9fae6f403fef2c6.jpg Vermont Timber Works (2017). Downloadable Brochures from Vermont Timber Works Inc. Haettu 21.2.2017 osoitteesta http://www.vermonttimberworks.com/about-us/timber-frame-brochures/ Perikangas, M. (2005). Puutekniikan insinööriopinnot 2005. Lahden ammattikorkeakoulu. Perikangas, M. (2009). Puutekniikan laboraatiot. Puuliitosten tutkimustyö ja rasituskokeet 2009. Lahden ammattikorkeakoulu. Puuproffa (2015). Tasotappiliitoksen suunnittelu. Haettu 22.2.2017 osoitteesta http://www.puuproffa.fi/PuuProffa_2012/7/puusepan-liitokset/tasotappiliitoksen-suunnittelu Timber Frame Assembly – Discovery Dream Homes (2015). YouTube-video. Haettu 21.2.2017 osoitteesta https://www.youtube.com/watch?v=EtxIqw_1v-k Salmi, M. (2008). Luento Lahden ammattikorkeakoululla 2008. Lahden ammattikorkeakoulu. Tamlin Timber Frame Homes (2017). Ease Of Assembly- Tamlin Timber Frame Packages. Haettu 21.2.2017 osoitteesta http://tamlintimberframehomes.com/home-package/materials/timber- frame/ease-of-assembly/ Vermont Timber Works (2017). Timber Frame Raising, Assembly, Erection, & Installation. Haettu 22.2.2017 osoitteesta http://www.vermonttimberworks.com/learn/timber-frame-process/assembly- raising/