Jännevälit

Välipohjat

Välipohjan suunnittelussa usein mitoittavaksi tekijäksi tulee välipohjan värähtelymitoitus. Mitoituksessa tarkastellaan välipohjan jännevälin keskelle sijoitetun 1 kN:n pistekuorman aiheuttamaa hetkellistä taipumaa (δ), joka saa Suomessa olla enintään 0,5 mm. Toinen tarkasteltava tekijä on välipohjan ominaistaajuus (f₁), joka saa Suomessa olla matalimmillaan 9 Hz. Kyseiset raja-arvot vaihtelevat maakohtaisesti eli nämä esitetään eurokoodin kansallisessa liitteessä.

Mikäli välipohjan ominaistaajuus on alle 9 Hz, on kyseessä ns. matalataajuuslattia. Tällaisen välipohjan värähtelymitoitukseen Suomessa ei ole mitoitusmenetelmiä, joten välipohja täytyy suunnitella sellaiseksi, että sen ominaistaajuus on vähintään 9 Hz. Ominaistaajuuteen vaikuttavat välipohjan jänneväli, kantavan rakenteen jäykkyys ja välipohjan paino. Mitä painavampi välipohja on sitä helpommin välipohjan ominaistaajuus ajautuu 9 Hz:n rajan alapuolelle.

Alla olevassa taulukossa on esitetty suuntaa-antavasti erilaisten välipohjien kantavan rakenteen korkeuksia värähtelymitoituksen perusteella. Rakennesuunnit-telijan tulee aina mitoittaa välipohja kohdekohtaisesti murto-, käyttö- ja onnettomuusrajatilassa (palotilanne). Taulukosta havaitaan kuinka raskas välipohjan kansirakenne (valu) vaikuttaa välipohjan ominaistaajuuteen madaltavasti. Tämä johtuu välipohjan painon lisääntymisestä. Tällainen välipohjan kansirakenne vaikuttaa kuitenkin myös joissakin tapauksissa kantavan rakenteen korkeuteen madaltavasti. Tämä johtuu siitä, että jäykkä kansirakenne jakaa 1 kN:n pistekuormaa useammalle palkille. Erityisesti tämä korostuu välipohjatyypeissä, joissa palkiston päällä on suhteellisen ohut kansilevy.

Välipohjatyyppi

Välipohjatyyppi

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	400 mm 360 mm 300 mm	400 mm 400 mm 400 mm	0,50 mm 0,50 mm 0,50 mm	16 Hz 17 Hz 19 Hz	6,0 m 5,4 m 4,5 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	400 mm 360 mm 300 mm	400 mm 400 mm 400 mm	0,21 mm 0,23 mm 0,25 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	6,5 m 6,0 m 5,3 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	368 mm 328 mm 274 mm	615 mm 615 mm 819 mm	0,50 mm 0,50 mm 0,50 mm	17 Hz 18 Hz 18 Hz	6,4 m 5,8 m 4,9 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	368 mm 328 mm 274 mm	615 mm 615 mm 819 mm	0,20 mm 0,20 mm 0,20 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	7,0 m 6,5 m 5,6 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	350 mm 275 mm 230 mm	613 mm 613 mm 813 mm	0,30 mm 0,40 mm 0,50 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	8,4 m 7,4 m 6,7 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	350 mm 275 mm 230 mm	613 mm 613 mm 813 mm	0,20 mm 0,20 mm 0,20 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	6,8 m 6,0 m 5,3 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	240 mm 200 mm 160 mm	– – –	0,25 mm 0,33 mm 0,40 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	6,7 m 5,7 m 5,1 m

Välipohjarakenne	H	K	δ (1 kN)	f1	L
	240 mm 200 mm 160 mm	– – –	0,16 mm 0,21 mm 0,24 mm	9 Hz 9 Hz 9 Hz	5,8 m 4,9 m 4,4 m

Välipohjien värähtelymitoitusta käsittelevissä käsikirjoissa ominaistaajuuden yhteydessä esitetään myös viereisen kuvan tapaus, jossa välipohja tukeutuu primääripalkistoon. Tällaisessa tapauksessa esitetään tarkasteltavaksi välipohjan ja primääripalkin yhdistetty ominaistaajuus. Tarkastelussa määritetään välipohjan ominaistaajuus suunnassa L_välipohja ja suunnassa L_primääri, jotka yhdistetään systeemin ominaistaajuudeksi.

Eurokoodin mukainen mitoitus ei vaadi tällä hetkellä systeemin ominaistaajuuden määrittämistä, vaan riittää, että välipohjan omaistaajuus tarkastellaan suunnassa L_välipohja. Systeemin ominaistaajuuden tarkastelua kuitenkin suositellaan harkittavaksi tapauskohtaisesti, myös tapauksissa, joissa primääripalkkina on esimerkiksi teräspalkki. Käsikirjoissa asiaan liittyvä ominaistaajuuden kaava on hyvin yksinkertainen yleispätevä kaava, joka saattaa johtaa joissakin tapauksissa primääripalkin ylimitoitukseen värähtelymitoituksen näkökulmasta.

Palkkirakenteisten välipohjien värähtelysuunnitteluun löytyy mitoitusohjelma osoitteesta www.puuinfo.fi/mitoitusohjelmat

Yläpohjat

Yläpohjien jänneväli määräytyy tavallisesti yläpohjan ja tätä kantavien rakenteiden lujuusteknisestä kestävyydestä ja rakenteiden taipumarajoista sekä tuotteiden valmistus ja kuljetusteknisistä rajoitteista. Alla olevissa kuvissa on esitetty pääkannattimien sekä kattoelementtien suositeltavia jännevälejä.

Pääkannattimien jänneväliä valittaessa tulee tarkastella myös kantavan rakenteen stabiliteettituentaa (kiepahdus, nurjahdus). Esimerkiksi palkkia mitoitettaessa jännevälin kasvaessa palkin poikkileikkauksen korkeus luonnollisesti kasvaa. Mitä suurempi on palkin poikkileikkauksen korkeus suhteessa poikkileikkauksen leveyteen sitä enemmän palkki tarvitsee kiepahdustuentarakenteita poikkileikkauksen heikommassa suunnassa. Myös stabiliteettituentarakenteiden voimat kasvavat jännevälin kasvaessa, jolloin haasteeksi tulee tuentarakenteiden liitosten kestävyys. Erityisesti NR-ristikoita käyttäessä edellä mainitut tekijät korostuvat. Mitä suurempaa NR-ristikoiden jänneväliä käytetään sitä enemmän ristikon yläpaarre tarvitsee nurjahdustuentarakenteita yläpaarteen poikkileikkauksen heikommassa suunnassa. Jossakin tapauksessa saatetaan ajautua tilanteeseen, jossa liitosvoimat kasvavat niin suuriksi, että käytettävät liittimet eivät mahdu reuna- ja keskinäisetäisyyksien puitteissa niille varattuun tilaan.

Puurakenteiset kattoelementit on suositeltava tapa toteuttaa rakennusten yläpohjia rakennuksen runkomateriaalista riippumatta. Etuina on erityisesti rakenta-misen nopeus (perushallin yläpohjaa jopa 1000 m² / päivä). Kattoelementit sisältävät myös sisäpuolisen kattopinnan, lämmöneristeet ja vesikatteen. Katto-elementit voivat olla yläpohjan lappeen suuntaisia tai harjan suuntaisia.

Kattoelementit ovat yleensä kantavan rungon olennainen osa, koska tavallisesti ne suunnitellaan tukemaan pääkannattimia tai ne ovat yläpohjan pääasiallinen kantava runko. P2- ja P1-paloluokan rakennuksessa tällaisilla kattoelementeillä on sama palotilanteen kantavuusvaatimus (R) kuin rakennuksen rungolla. Tämän takia tulee kiinnittää huomiota kattoelementin palotilanteen toimintaan sen alapuolisessa palossa ja sen ontelopalossa.

Erilaisten liimapuupalkkien suunnitteluun löytyy mitoitusohjelmat osoitteesta www.puuinfo.fi/mitoitusohjelmat