Hoikan puuristikon suunnittelu

1. Virhe

Useita naulalevyristikoin suunniteltuja jänneväliltään noin 25 m yläpohjia on jouduttu vahvis­tamaan ja tukemaan, koska ristikon suunnittelijan ja vastaavan rakennesuunnittelijan välinen yhteis­työ ei toiminut eikä työmaalla ymmärretty normaalista poikkeavaa uudenlaista ratkaisua.

Ristikot suunnitellaan nykyisin tietokoneella optimoiden, joka johtaa hoikkiin rakenteisiin. Hoikempi rakenne puolestaan edellyttää asennusaikaisen tilanteen ja ristikoiden lopullisen tuennan tarkempaa suunnittelua ja toteutusta.

Eräässä tapauksessa ristikot oli lisäksi toteutettu paloteknisistä syistä kolmen ristikon nippuina. Nippujen ristikot oli kiinnitetty toisiinsa siten, että ristikkonippu ei auttanut yläpaarteen nurjahdustuennassa merkittävästi. Ongelmaa lisäsi se, että kaikki nipun ristikot olivat identtisiä, jolloin mm. yläpaarteen jatkokset olivat samalla kohdalla aiheuttaen jatkoskohtaan kulmanmuutoksen ja sitä kautta koko ylä­pohjaan suuria vaakasuuntaisia lisärasituksia.

2. Virheestä aiheutuvat ongelmat

Monissa tapauksissa tällaisten aiempaa paljon hoikempien rakenteiden asenta­misessa on esiintynyt häiriöitä. Rakenteisiin on jäänyt asennuksen yhteydessä alkukäyryyksiä, jotka kuormituksen kasvaessa ovat aiheuttaneet joihinkin yläpohjiin hyvin suuria muodonmuutoksia ja lisärasituksia.

Ristikoille ei ole Suomessa asetettu erillisiä asennusaikaisia hoikkuusrajoja asentamisen varalta. Lopullisen rakenteen puristetut diagonaalit, pystysauvat ja yläpaarre suunnitellaan luonnollisesti ottaen huomioon hoikkuuden vaikutus. Viime vuosilta löytyy esimerkkejä, joissa noin 25 m:n jännevälinen ristikko on toteutettu 42 mm paksulla puutavaralla. Tällainen rakenne on erittäin hoikka asennusaikana, vaikka ristikot asennettaisiinkin kolmen nippuina. Ristikot on kiinnitettävä toisiinsa hyvin, jotta yhteistoiminta vaikuttaisi hoikkuuteen merkit­tävästi.

Hoikka ristikko voidaan nostaa asennettaessa kuvan 1 mukaisesti useasta pisteestä, jolloin rakenteen hoikkuuden haitat voidaan eliminoida. Kuitenkin laskettaessa ristikko tukiensa varaan, siihen syntyy omasta painosta välittömästi sauvavoimia ja ristikon yläpaarre on sidottava riittävän monesta pisteestä sivusuuntaisen nurjahduksen estämiseksi. Kuvaan 2 on piirretty ristikon omasta painosta yläpaarteeseen syntyvä puristava voima. Voima on suurimmillaan harjaristikossa jännevälin kolmannespisteen läheisyydessä.

Eräässä esimerkkitapauksessa noin 25 m pitkän ristikon yläpaarre (paksuus 42 mm) menetti tukemattomana stabiiliutensa (nurjahti) voimalla 200 N koska tukemattoman yläpaarteen hoikkuus oli erittäin suuri (luokkaa 2000). Omasta painosta aiheutui yläpaarteeseen puristava voima, joka oli luokkaa 3200 N. On täysin selvää, että tällaisen ristikon asentaminen on hyvin vaikeaa ja asennusaikainen yläpaarteen sitominen ei onnistu ilman erikoistoimenpiteitä. Kiepahtaneen ja/tai suoristetun ristikon paarteiden kulman­muutokset naulalevyjen kohdalla irrottavat naulalevyjä ja alentavat siten myös ristikon momenttikapasiteettia.

3. Virheen korjaaminen

Yläpaarteen asennusaikainen nurjahdustuenta on hyvä suunnitella siten, että varmuus asennus­aikaisiin rasituksiin nähden on vähintään luokkaa kaksi.

Pisimpien naulalevyristikoiden jännemitat ovat noin 25 m. Tällöin yläpaarteeseen ristikon omasta painosta aiheutuva jännitys on luokkaa 0,4 MPa. Asennusaikainen nurjahdus­tuenta voidaan suunnitella siten, että kriittinen nurjahdusjännitys on noin 0,8 MPa. Jos puun kimmokertoimeksi asennustilanteessa otaksutaan arvo 10000 MPa, saadaan Eulerin kriittisen nurjahdus­jännityksen laskentakaavaa käyttämällä nurjahdustukiväliksi karkeasti arvo 100 x b, jossa b on yläpaarteen paksuus (kuva 3). Tämä tukiväli vastaa hoikkuutta 350. Nippuristikossa b on yhden ristikon yläpaarteen paksuus, ellei ristikkojen yhteen kiinnittämistä ole toteutettu siten, että ristik­konippu toimii nurjahdukseen nähden yhtenä kappaleena. Samaa kriteeriä voidaan noudattaa myös lyhemmillä jänneväleillä.

 

4. Hyvän rakentamistavan mukainen ratkaisu

Asennusaikaiset tuet voidaan järjestää usealla eri tavalla. Yksi hyvä tapa on sijoittaa jokaiseen ristikkoväliin rakennuksen pituussuuntaan asennusaikaisten nurjahdustukien kohdille ristikot, jotka tukevat sekä ylä- että alapaarteen. Näillä pituussuuntaisilla ristikoilla voidaan välittää myös muita kattoon kohdistuvia vaakavoimia.

Puurakenteiden suunnittelussa ja toteutuksessa noudatetaan Ympäristöministeriön asetusta kantavista rakenteista (477/2014) ja siihen liittyvää ohjetta Rakenteiden lujuus ja vakaus. Puurakenteet (2016). RIL 205-1 ja RIL 205-2 ovat edellä mainittuihin lähteisiin perustuvia puurakenteiden käytännön suunnitteluohjeita. Lisäohjeita löytyy julkaisusta RIL 248 NR-kattorakenteen jäykistyksen suunnittelu ja toteuttaminen.

Puurakenteiden toteuttamisen laadunhallinta on kuvattu standardissa SFS 5978 Puurakenteiden toteuttaminen. Rakennuksien kantavia rakenneosia koskevat säännöt. Standardi asettaa mm. eri rakenneosille asennustoleransseja. Erityisesti noudatetaan kohdan 7.2 Rakennustyöt kappaleen kaksi sisältämiä rakenteiden kokoamiseen liittyviä ohjeita.

5. Muuta

Rakennustuotteiden hankekohtaisen kelpoisuuden varmistamisessa tulee noudattaa voimassa olevaa lainsäädäntöä, asetuksia ja viranomaisohjeita. Tuotteiden kelpoisuuden varmistaminen asettaa velvollisuuksia rakennushankkeeseen ryhtyvälle (mm. kelpoisuuden toteamisvastuu), suunnittelijalle (mm. vaatimusten asettaminen ja osallistuminen kelpoisuuden toteamiseen) ja urakoitsijalle (mm. asetettujen vaatimusten noudattaminen ja tarkastusasiakirjan ylläpito).

Tuotteiden vaatimustenmukaisuus varmistetaan esim. CE-merkintäjärjestelmän avulla tai kansallisella tuotehyväksyntämenettelyllä (lisätietoa: www.ym.fi, Rakennustuotteiden tuotehyväksyntä). CE-merkinnällä valmistaja ilmoittaa tuotteen ominaisuudet yhdenmukaisella eurooppalaisella tavalla. Lisätietoa tuotteen kuuluvuudesta CE-merkintäjärjestelmään löytyy verkkosivulta www.henhelpdesk.fi.

Lähteet

Ympäristöministeriön asetus kantavista rakenteista (477/2014), Ohje: Rakenteiden lujuus ja vakaus, Puurakenteet. Ympäristöministeriö 2016.

RIL 205-2018. Puurakenteiden suunnittelu. Eurokoodin EN-SFS 1995 suunnitteluohje. Osat 1 ja 2. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry.

SFS 5978 Puurakenteiden toteuttaminen. Rakennuksien kantavia rakenneosia koskevat säännöt.

RIL 248 NR-kattorakenteen jäykistyksen suunnittelu ja toteuttaminen. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry.

Kortit jaotellaan neljään pääryhmään: suunnittelu (S), toteutus (T), menettelytapa (M) ja ylläpito (Y). Suunnittelun ja toteutuksen alaryhmät ovat: Kantavat rakenteet (betoni BE, puu PU ja teräs TE); Rakennusfysiikka (RF); Pohjarakenteet (PO); Talotekniikka (LVI) (LVI) ja Muut (MU). © Rakennus-, LVI- ja kiinteistöalan henkilöpätevyydet FISE Oy