Artikkelissa tarkastellaan Lighthouse Joensuun jälkijännitettyjen puurakenteiden käytönaikaisia painumia. Artikkeli on jatkoa Puu-lehdessä 3/19 ilmestyneelle julkaisulle, jossa käsiteltiin painumia rakentamisen ja viimeistelytöiden aikana [1]. Joensuun Penttilään valmistui vuonna 2019 maailman korkein jänneteräksin jäykistetty puinen asuinkerrostalo. Opiskelija-asunnot Oy Joensuu Ellin rakennuttama 14-kerroksinen kerrostalo on ensimmäistä kerrosta lukuun ottamatta puurakenteinen ja siinä on 117 opiskelija-asuntoa.

Teksti: Riku Hirvonen

Read the article in English here.

Lighthouse Joensuun yhteenlaskettu kokonaispainuma on 20,9 mm. Rakennuksen alimman kerroksen ollessa betonirakenteinen jää kerroskohtaiseksi painumaksi 1,60 mm. Käytönaikainen kokonaispainuma on 5,9 mm kun kokonaispainumasta on vähennetty rakennusaikainen painuma. Tällöin kerroskohtainen
painuma on 0,45 mm.

Artikkeli jatkuu mainoksen jälkeen

Rakennejärjestelmä ja jännetangot

Käytetty rakennejärjestelmä on suurelementtijärjestelmä, jossa LVL-X-seinäelementit ja CLT-vaakaelementit toimivat rakennuksen kantavina rakenteina. Massiivipuiset elementit varusteltiin sääsuojavalmiiksi rakennuspaikalle pystytetyssä sääsuojateltassa, josta elementit nostettiin ja asennettiin sääolosuhteiden salliessa. Rakennuksen sääsuojaus toteutettiin siirrettävien kattoelementtien avulla ja rakennusprosessin kosteudenhallinta Kuivaketju10-toimintamallilla.

Puurakennuksen stabiloivat kuormat ovat suhteellisen pienet, mikä johti rakennuksen jäykistämiseen jälkijännitettyjen rakenneosien avulla. Suomessa vaakakuormitus on pääasiassa tuulen aiheuttamaa. Maanjäristysherkillä alueilla tulee huomioida tuulen lisäksi seismiset kuormat.

Käytetyn järjestelmän kehitys onkin lähtöisin maanjäristysalueiden tarpeesta vahvistaa betonirakennuksia, mutta järjestelmää on sittemmin sovellettu ja kehitetty myös puurakennuksille [2]. Lighthouse Joensuussa käytetty jälkijännitysjärjestelmä perustuu PressLam- ja Simpson Strong-Tie Strong Rod -järjestelmiin [3, 4]. Tarkempi kuvaus käytetystä jälkijännitysjärjestelmästä on luettavissa erillisestä julkaisusta [5].

Lighthouse Joensuussa elementtien keskinäisissä liitoksissa käytettiin teräskulmalevyjä, joilla siirrettiin pääasiassa elementtien välisiä kerroskohtaisia leikkausvoimia. Kulmalevyjen avulla ehkäistään jatkuvan sortuman riski ja näin kyettiin myös jakamaan jännetankojen kapasiteettia risteäville seinille.

Painuman ja viruman mittaus

Rakennuksen painumaa mitattiin mittatilaustyönä suunnitellun potentiometrityyppisen siirtymäanturin avulla. Mittaukset suoritettiin kahdessa vaiheessa, joista ensimmäisen mittausvaiheen kesto oli noin
neljä kuukautta ja toinen vaihe on edelleen jatkuva.

Ensimmäisen vaiheen mittauksissa siirtymäantureita oli kolmen kerroksen korkeudella lukuun ottamatta kerrosta 11, joka mitattiin erillisenä. Antureiden yhteistulos kuvaa rakennuksen kokonaispainumaa. Ensimmäisen vaiheen mittauksessa anturit oli asennettu seinäelementin keskelle hissikuiluun.

Pidemmän aikavälin mittaukset on toteutettu yhden anturin avulla, joka on sijoitettu porraskäytävän seinässä sijaitsevaan hormiin.

Painumaan vaikuttavat tekijät

Pitkäaikaiset painumat aiheutuvat pääasiassa suurelementtien kosteuspitoisuuden muutoksista, kuormituksen aiheuttamasta kokoonpuristumasta sekä puumateriaalin virumasta. Kosteuspitoisuuden vaihtelu on tutkimuksen mukaan suurin yksittäinen vaikuttava tekijä puurakenteiden pitkäaikaista
painumaa tarkastellessa [7]. Kosteuden vaikutuksen suuruusluokka kuitenkin vaihtelee käytetyn materiaalin ja rakennejärjestelmän mukaan, sillä kosteuden muodonmuutoskerroin on merkittävästi suurempi kohtisuorassa suunnassa puun syitä vastaan, verrattuna muodonmuutoskertoimeen syiden suuntaan. Jos kantavissa rakenteissa on käytetty syysuunnaltaan poikittaisia puurakenteita, kuten esimerkiksi Platform-rakennejärjestelmässä, ovat kosteuden aiheuttamat muodonmuutokset suhteellisen suuria. Lighthouse Joensuussa pystykuormat välittyvät LVL-X-elementtirakenteisia seiniä pitkin niin sanottuina kovina liitoksina ilman tärinäeristystä.

Jos kosteudenhallinnassa on puutteita, on seurauksena suurempia painumia ensimmäisen lämmityskauden aikana puun kosteuspitoisuuden tasaantuessa ympäröivän olosuhteen mukaiseksi. Kutistumasta sekä turpoamisesta aiheutuva mittamuutos erottuvat Lighthouse Joensuun käytönaikaisista
mittauksista. Nämä muutokset ovat kuitenkin verrattain pieniä, sillä LVL-X-elementtien toimituskosteus on vain 8–12 % luokkaa ja rakennusaikainen kosteudensuojaus suunniteltiin ja toteutettiin huolellisesti [8].

Tulokset

Ensimmäisen mittausjakson aikana (2018–2019) rakentamisvaihe oli vielä kesken, ja rakennuksen kokonaismassasta puuttui osa rakennuksen pysyvistä kuormista sekä hyötykuormat. Alkuvaiheen painumat johtuivat suurelta osin jännetankojen kiristyksestä ja pysyvien kuormien lisääntymisestä, sekä
näiden tekijöiden aiheuttamasta elementtien asettumisesta [1]. Mitattu kokonaispainuma oli tuona aikana noin 15 mm.

Toinen mittausjakso käynnistyi keväällä 2020 ja jatkuu edelleen. Jakson aikaisen kokonaispainuman
vaihtelun voi nähdä kaaviossa 2. Painuma on suurimmillaan -5,9 mm, ja kaavioista 2 ja 3 voidaan havaita, että painuma-arvoissa on suuria muutoksia eri vuodenaikoina. Kesäkuussa 2020 muodonmuutos on ollut noin -2 mm ja myöhemmin saman vuoden loka-marraskuussa painuman arvo on ollut jopa +0,9 mm. Tämä tarkoittaa sitä, että rakennuksen kokonaismitta on kasvanut kesäkuun ja marraskuun välisenä aikana. Vastaavasti voidaan havaita myös, että toukokuukuussa 2021 rakennuksen kokonaispainuma on ollut noin -4,3 mm ja syys-lokakuussa kokonaispainuma on ollut noin -1,2 mm. Mittaustulokset osoittavat,
että rakennuksen pituussuuntaisten muodonmuutosten tuloksissa esiintyy vastaavaa syklisyyttä koko mittausjakson ajan.

Muodonmuutokset aiheuttaa todennäköisesti pääosin puun kosteusvaihtelu. Kaavioon 3 on lisätty puun tasapainokosteuden kuvaaja, joka on laskettu ulkoseinärakenteessa sijaitsevan anturin mittaamien suhteellisen kosteuden ja lämpötilan avulla. Anturi sijaitsee ulkoseinärakenteessa LVL-elementin sisäpinnassa, joten puun kosteuden kuvaaja on ainoastaan suuntaa antava ja kuvaa elementin sisäpinnan olosuhteita.

Mittaustuloksista voidaan havaita vuodenaikojen vaikutus puurakenteisiin. Rakenteissa tapahtuu kuivumista aiheuttaen rakennuksen painumista, ja kosteuden lisääntyessä puurakenne turpoaa. Olosuhteiden voidaan todeta vaikuttavan rakenteisiin viiveellä pituuden muutosten osalta. Ilman absoluuttisen kosteuden laskiessa ja rakenteiden kuivuessa marras- joulukuussa rakennus alkaa painua. Kesä- heinäkuussa absoluuttisen kosteuden lisääntyessä tapahtuu rakenteiden turpoamista.

Karelia-ammattikorkeakoulu on ollut Lighthouse Joensuu -hankkeessa mukana sekä projektihenkilöstön
että oppilaiden voimin, pyrkien tuottamaan ja julkaisemaan tietoa mm. rakenteiden teknisestä toiminnasta. Riku Hirvonen toimii Karelia-ammattikorkeakoulussa projektikoordinaattorina. Työtehtävät TKI-toiminnan parissa keskityttävät puurakentamisen, rakentamisen ympäristövaikutuksien ja rakennusalan digitalisaation teemoihin.

LÄHTEET
[1] Keskisalo, Matveinen, 2019. Jälkijännitettyjen rakenteiden painumat, Lighthouse Joensuu. https://puuinfo.fi/ wp-content/uploads/2020/06/PUU_3_kokonaan_low.pdf
[2] PRESSS (Precast Seismic Stuctural [Systems) https://www.pci.org/PCI_Docs/Design_Resources/Guides_
and_manuals/references/PRESSS/PRESSS-Phase-3_The-Five-Story-Precast-Test-Building_Vol-3-9_Design-
Guidelines-For-Precast-Concrete-Seismic-Structural-Systems.pdf]
[3] https://pres-lam.com/
[4] https://www.strongtie.com/strongrodsystems_lateralsystems/landingpage
[5] Keskisalo, M 2020. Jälkijännitettyjen seinämäisten puurakenteiden suunnittelu: systemoitu kirjallisuuskatsaus. Opinnäytetyö, ylempi AMK. Tampereen ammattikorkeakoulu, Rakentamisen
ylempi tutkinto-ohjelma. https://urn.fi/ URN:NBN:fi:amk-2020120426164
[6] Keskisalo, M. 2018. Use of tension rods in wood construction – 14 storeys with lami-nated veneer lumber as shear walls: Lighthouse Joensuu. Internationales Holzbau-Forum IHF 2018, Garmisch-Partenkirchen, Germany, December 6-7.
[7] Leivo, Virpi. 2015. Puukerrostalon painuman arviointi.
[8] https://www.storaenso.com/en/products/mass-timber-construction/building-products/lvl#Tae9b31e7-2134-4b1a-836c-9bab45893a78