Versowoodin syksyllä 2025 valmistunut keskuskonttori Versola Vierumäellä on esimerkki kohteesta, jossa rakennesuunnittelu, vähähiilisyystavoitteet ja teollinen puurakentaminen on yhdistetty toimivaksi kokonaisuudeksi. Rakennuksessa kantavat rakenteet eivät jää piiloon, vaan ne muodostavat näkyvän osan arkkitehtuuria ja samalla merkittävän hiilivaraston rakennuksen koko elinkaaren ajaksi.

Sweco vastasi projektissa rakennesuunnittelusta, LEED-konsultoinnista, hiililaskennnasta ja elinkaaren aikaisten ympäristövaikutusten arvioinnista. Projektissa tehtiin myös liimapuurakentamisen ja liitosten kehitystä.

Kun Versowood ryhtyi suunnittelemaan uutta keskuskonttoriaan Vierumäelle, tavoitteena ei ollut pelkästään korvata vanhat toimitilat uusilla. Rakennuksesta haluttiin esimerkki teollisen puurakentamisen mahdollisuuksista sekä samalla yrityksen tuotteiden ja osaamisen käytännön referenssi.

Kohde on sertifioitu LEED Platinum -tasolle. LEED on kokonaisvaltainen ja riippumaton ympäristösertifiointijärjestelmä, joka arvioi rakennuksen kestävyyttä kokonaisvaltaisesti energiatehokkuudesta ja vedenkäytöstä materiaalien vastuullisuuteen sekä käyttäjien hyvinvointiin. Versolassa tavoitteita edistettiin muun muassa energiatehokkailla ratkaisuilla, hulevesien hallinnalla, laadukkaalla sisäympäristöllä, kestävän liikkumisen ratkaisuilla sekä PEFC-sertifioidun puun käytöllä. Rakennuksen elinkaaren hiilijalanjälki on matala, vain noin 15 kgCO₂e/m²/vuosi.

”LEED Platinum -taso toimii riippumattomasti todennettuna laatuleimana siitä, että rakennuksen vastuullisuusratkaisut täyttävät kansainväliset erittäin korkeat ympäristö- ja laatukriteerit”, sanoo Swecon Vastuullisuus ja resilienssi -toimialan johtava asiantuntija, Tuomas Suur-Uski.

Välipohjan värähtelyt mittauksissa ja laskennassa

Versolan kantavana järjestelmänä toimii liimapuinen pilari-palkkirunko, joka valittiin erityisesti muuntojoustavuuden vuoksi. Versola tuotti arvokasta kokemusta välipohjien värähtelymitoituksesta ja suurten rasitusten pilaripalkkiliitoksista.

RFEM-kuorimallin perusteella välipohjan värähtelykäyttäytyminen sijoittuu matala- ja korkeataajuuslattian välimaastoon. Värähtelyjen kannalta epäedullisin sijainti on istumaportaan yläreunan vieressä sijaitsevalla laatta-alueella (kuva 1).

Mallinnuksessa on käytetty seuraavia lähtötietoja:

• Laatat on mallinnettu 1,24 m leveinä elementteinä.
• Moduulijako isoimmassa aukossa on 6,2 m (laatta) x 6,45 m (palkki)
• Elementtisaumojen on oletettu toimivan likimain nivelmäisesti.
  o Laattojen välinen kiertymisjäykkyys: 100 kNm/rad/m.
  o Laatan ja palkin välisen liitoksen kiertymisjäykkyys: 10 kNm/rad/m.
• Pintarakenteiden ominaiskuorma (kuva 2): 1,7 kN/m².
• Liimapuun tilavuuspainona on käytetty arvoa 430 kg/m³ laattojen ja palkkien osalta.
• Hyötykuorma: 0,3 kN/m².
• Talotekniikan ja kevyiden väliseinien kuorma yhteensä: 1,0 kN/m².

Laskentamallista saatuja tuloksia on hyödynnetty kiihtyvyyksien ja käyttöasteiden laskennassa. Tarkastelu on tehty VTT-2124:n mukaisilla laskentakaavoilla.

Mallinnus on laadittu kahdella vaihtoehtoisella tavalla: ilman kipsivalua sekä kipsivalu huomioituna. Kipsivalun jäykkyys on lisätty suoraan rakennejärjestelmän jäykkyysmatriisiin. Laatan poikkisuunnassa on huomioitu ainoastaan kipsivalun jäykkyys, minkä vuoksi laattojen sivusuuntaisissa reunaehdoissa ei ole käytetty kiertymäjousia. Tulokset esitetään taulukossa 1.

	ominaistaajuus [Hz]		värähtelevä massa [kg]		kiihtyvyys [m/s2]		KA
G	8,6	9,1	6380	6194	0,072	0,063	96 %	83 %
G + TATE	8,0	8,5	7396	7156	0,076	0,067	102 %	90 %
G + TATE + VS	7,5	8,0	8416	8119	0,079	0,071	106 %	94 %

XAMK on mitannut Versolan välipohjan värähtelyjä Puuhyvä-hankkeessa. Mittaustulosten perusteella välipohjan keskimääräinen ominaistaajuus on 11 Hz.

Laskennallisiin tuloksiin verrattuna mitattu ominaistaajuus on noin 25 % suurempi kuin kuormitusyhdistelmillä G ja G + TATE määritettyjen ominaistaajuuksien keskiarvo, jonka arvioidaan olevan lähellä todellista värähtelevää massaa mittaushetkellä. Myös muissa kohteissa on havaittu vastaavan suuntaisia eroja mitattujen ja laskennallisesti määritettyjen ominaistaajuuksien välillä. Havainto osoittaa tarpeen vielä kehittää ja kalibroida puurakenteisten välipohjien värähtelytarkastelun laskentamalleja siten, että ne kuvaavat toteutuneen rakenteen jäykkyyttä, massaa ja yhteistoimintaa nykyistä paremmin. Tämä on erityisen olennaista, koska värähtely yleensä määrittää välipohjan kantavien rakenteiden mitoitusta.

Liitosratkaisut puurungon perustana

Puurakenteisen pilari-palkkirungon suunnittelussa liitosratkaisut ovat keskeinen suunnittelutekijä. Suurille kuormituksille mitoitettuihin pilari–palkkiliitoksiin on markkinoilla toistaiseksi rajallisesti valmiita tuoteratkaisuja. Tässä hankkeessa liitosten kehittäminen asetettiin jo alkuvaiheessa tärkeäksi tavoitteeksi.

Luonnos- ja ideointivaiheen jälkeen liitosratkaisuissa päätettiin hyödyntää ja kehittää Peikon liitosratkaisuja. Ratkaisujen keskeisiä etuja ovat hyvä asennettavuus sekä yhteensopivuus puu- ja teräspalkkirakenteiden kanssa. Puu- ja teräsrakenteiden yhteensovittamiseen liittyviä haasteita on käsitelty tarkemmin Elli Morkon opinnäytetyössä ”Effects of Manufacturing Tolerances on Steel Plate Connections in Wooden Structures”.

Hankkeessa tehtiin tarkempi laskennallinen tarkastelu pilari-palkkiliitoksesta (kuva 3 ja 4). Liitos mahdollistaa palkkien liittämisen pilariin yhdestä neljään eri suunnasta.

Liitoksen toimintaperiaatteena on ripustaa palkit pilarin päältä teräslevyjen välityksellä. Pilarin hattulevystä on ripustettu PCs-konsoli, jonka varaan palkit tukeutuvat liimapuupalkkeihin sovelletun PC-palkkikengän avulla. Konsoliliitos toimii nivelisesti.

Toisessa hankkeessa tarkasteltiin liitoksen sekä kuormien aiheuttamaa epäkeskisyyttä rankaseinän tolpassa. Tarkastelu tehtiin ANSYS-ohjelmistolla laaditulla 3D-FEA:lla. Mallia (kuva 5) yksinkertaistettiin merkittävästi ja tuloksiin liittyy epävarmuustekijöitä. Analyysi tuki kuitenkin tolpan mitoituksessa käytettyjen epäkeskisyyksien arviointia ja varmentamista.

Vakioidut liitosratkaisut vauhdittavat puurakentamista

FEM-ohjelmistojen käyttö rakennesuunnittelussa lisääntyy. Laskennallisten menetelmien kehittyminen mahdollistaa siten myös vaativampien ja yksityiskohtaisempien ilmiöiden analysoinnin.

Kasvavat jännevälit lisäävät tarvetta liitosratkaisujen kehittämiselle. Puurakenteisten runkojärjestelmien laajempaa käyttöä voidaan edistää erityisesti vakioiduilla ja helposti asennettavilla liitosratkaisuilla. Selkeästi määritetty, toistettava liitosperiaate tukee hankkeen kaikkia osapuolia.

Yhdistämällä värähtelyanalyysit, liitosmallinnuksen ja toteutuksen aikaisen ymmärryksen voidaan puurakenteille saavuttaa sekä teknisesti että tuotannollisesti toimivia ratkaisuja.

Teksti: Lauri Lepikonmäki, suunnittelupäällikkö, Sweco