Opinnäytetyö Ulkoseinärakenteen kehittäminen ja energiatehokkuuden parantaminen polyuretaanieristeellä
by user
Comments
Transcript
Opinnäytetyö Ulkoseinärakenteen kehittäminen ja energiatehokkuuden parantaminen polyuretaanieristeellä
Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Tero Niinimäki Opinnäytetyö Ulkoseinärakenteen kehittäminen ja energiatehokkuuden parantaminen polyuretaanieristeellä Työn ohjaaja DI Raimo Koreasalo Työn tilaaja Tampereen Taloteko Oy, valvojana toimitusjohtaja Heikki Riihimäki Tampere 4/2009 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma, Talonrakennustekniikka Niinimäki, Tero Ulkoseinärakenteen kehittäminen ja energiatehokkuuden parantaminen polyuretaanieristeellä 50 sivua + 52 liitesivua 4/ 2009 Työn ohjaaja DI Raimo Koreasalo Työn tilaaja Tampereen Taloteko Oy, valvojana toimitusjohtaja Heikki Riihimäki TIIVISTELMÄ Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää tolpparunkoisen ja mineraalivillalla eristetyn ulkoseinärakenteen energiatehokkuuden parantamista. Tässä työssä energiatehokkuutta parannettiin käyttämällä lisälämmöneristeenä polyuretaanilevyä ulkoseinän sisäpuolella. Työssä tutkittiin kolmea vaihtoehtoista rakennetta nykyisen tilalle. Työssä on otettu huomioon yrityksen tapa toteuttaa runkorakenteen kokoaminen työmaalla käyttäen pre-cut menetelmää. Työn tarkoituksena oli selvittää polyuretaanilevyn käyttömahdollisuudet ja hyödyt. Päämäärä oli saada Tampereen Taloteko Oy:n ulkoseinärakenne vastaamaan uusia kiristyviä lämmöneristysvaatimuksia sekä täyttämään Eurokoodi 5:n mukaiset suunnittelumääräykset. Tämä työ tehtiin siksi, että ympäristöministeriö on asettanut uudet rakennusten lämmöneristämismääräykset, joita on oleellisesti kiristetty aiempaan verrattuna. Uudet määräykset astuvat voimaan 1. päivänä tammikuuta 2010. Tässä työssä katsottiin pidemmälle tulevaisuuteen ja kehitettiin rakenteita, jotka täyttäisivät mahdolliset vuonna 2012 tulevat määräykset. Nimittäin lämmöneristysvaatimusten oletetaan vielä kiristyvän 20 % näiden määräysten toteutuessa. Tässä työssä laskettiin seinärakenteille lämmönläpäisykertoimet eurooppalaisten tuoteja suunnittelustandardien mukaisesti. Seinärakenteista esitettiin kuvaajat eri rakennekerroksissa olevista lämpötiloista, vesihöyryn kyllästyspaineesta ja vesihöyryn osapaineesta. Kuvaajien avulla tutkittiin rakenteista mahdollisia veden tiivistymisvyöhykkeitä. Rakenteet mitoitettiin Eurokoodi 5 suunnittelumääräysten mukaan käsin laskien. Seinärakenteiden jäykistysmitoitus tehtiin materiaalivalmistajien tyyppihyväksynnässä esitettyjen ohjeiden mukaan. Kustannuslaskelmissa tarkasteltiin polyuretaanin taloudellista käyttökelpoisuutta. Tuloksia voidaan hyödyntää valmisteltaessa tulevaa seinärakennetta täyttämään eurokoodi 5:n mukaiset suunnittelumääräykset sekä täyttämään tulevat lämmöneristysmääräykset. Avainsanat lämmöneristys, lämmönläpäisykerroin, eurokoodi 5, polyuretaani TAMK University of Applied Sciences Construction Engineering, Building Construction Niinimäki, Tero Improving exterior wall structure and energy efficiency by using polyurethane as thermal insulation 50 pages + 52 appendices 4/2009 Thesis Supervisor MSc Raimo Koreasalo Co-operation Company Tampereen Taloteko Oy, CEO Heikki Riihimäki ABSTRACT The purpose of this thesis in engineering was to study possibilities to improve the energy efficiency of the exterior wall. The exterior wall structure was stud-framing, which has mineral wool thermal insulation. In this study energy efficiency was improved by using extra insulating material, polyurethane board, inside of the exterior wall. In this study three alternative structures were explored. It was also purpose to study possibilities to use polyurethane board and its benefits. The aim was to make respond the wall structure of Tampere Taloteko to fit in Eurocode 5 and the stringent thermal insulation codes. The stringent thermal codes, made by ministry of environment, will be valid at 1st of January 2010. In this study U-values were calculated. The structural analyses and data (temperature, vapour saturation pressure and vapour partial pressure) were presented and cost accounting was made. The results of this thesis can be utilized in manufacturing the new energy efficient exterior wall structure. Keywords thermal insulation, coefficient of thermal transmittance (Uvalue), Eurocode 5, polyurethane Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Sisällysluettelo 1. Johdanto ........................................................................................................................6 2. Seinärakenteet ...............................................................................................................7 2.1 Nykyinen seinärakenne ...................................................................................................... 7 2.2 Vaihtoehtoiset seinärakenteet............................................................................................. 8 3. Energiatehokkuus ja lämmönläpäisykerroin...............................................................11 3.1 Nykyinen seinärakenne .................................................................................................... 12 3.2 Seinärakenne US1 ............................................................................................................ 13 3.3 Seinärakenne US2 ............................................................................................................ 14 3.4 Seinärakenne US3 ............................................................................................................ 15 4. Rakennusfysiikka sekä lämpötila- ja kosteustarkastelu..............................................17 4.1 Nykyinen rakenne............................................................................................................. 18 4.2 Seinärakenne US1 ............................................................................................................ 19 4.3 Seinärakenne US2 ............................................................................................................ 21 4.4 Seinärakenne US3 ............................................................................................................ 23 5. Rakenteiden mitoitus ..................................................................................................25 5.1 Ikkunanpielitolpan mitoitus.............................................................................................. 25 5.2 NR-ristikoiden kannatuspalkin mitoitus........................................................................... 29 5.3 Tukipainekestävyys yläsidepuussa ja kannatuspalkissa ................................................... 34 5.4 Jäykistysseinät .................................................................................................................. 37 5.4.1 Jäykistys huokoisella puukuitulevyllä ..................................................................................... 37 5.4.2 Jäykistys kipsikartonkilevyllä.................................................................................................. 39 5.4.3 Jäykistys sisälevyllä................................................................................................................. 44 6. Kustannusvertailu .......................................................................................................45 7. Yhteenveto ..................................................................................................................48 Liitteet .............................................................................................................................51 Liite 1: Nykyisen seinärakenteen lämmönläpäisykertoimen laskenta.................................... 51 Liite 2. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US1 ........................................ 54 Liite 3. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US2 ........................................ 57 Liite 4. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US3 ........................................ 60 Liite 5: Ikkunan pielitolpan mitoitus ...................................................................................... 63 Liite 6: NR-ristikoiden kannatuspalkin mitoitus .................................................................... 72 Liite 7: Yläsidepuun tukipinnan mitoitus ............................................................................... 83 Liite 8: NR-ristikon kannatuspalkin tukipinnan mitoitus ....................................................... 85 Liite 9: Esimerkkilaskelma jäykistämisestä huokoisella .puukuitulevyllä …………………. 87 Liite 10: Esimerkkilaskelma jäykistämisestä kipsikartonkilevyllä ........................................ 90 Tampereen ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Liite 11: Leikkauspiirros P1, nykyinen seinärakenne ............................................................ 95 Liite 12: Leikkauspiirros Y1, nykyinen seinärakenne............................................................ 96 Liite 13: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US1 .................................................................... 97 Liite 14: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US1 ................................................................... 98 Liite 15: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US2 .................................................................... 99 Liite 16: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US2 ................................................................. 100 Liite 17: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US3 .................................................................. 101 Liite 18: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US3 ................................................................. 102 1. Johdanto Tämä tutkintotyö tuli tarpeelliseksi tehdä Tampereen Taloteko Oy:lle ympäristöministeriön asettamien uusien lämmöneristysmääräysten myötä. Uudet määräykset kiristävät oleellisesti nykyisiä lämmöneristysvaatimuksia rakennusten ulkoseinille. On myös todennäköistä, että vuonna 2012 vaatimukset kiristyvät edelleen. Tässä työssä on varauduttu tuleviin vaatimuksiin. Työssä on selvitetty, toimiiko polyuretaanieriste seinärakenteen osana ja onko eristäminen työteknisesti sekä taloudellisesti järkevää. Eurooppalaisien suunnittelumääräyksien ja ohjeiden, eli eurokoodien virallinen käyttö alkoi syksyllä 2007. Eurokoodit tulevat korvaamaan nykyiset B10 määräykset ja ohjeet vuoden 2010 aikana. Uudet määräykset eivät poikkea oleellisesti vielä voimassa olevista suunnittelumääräyksistä, mutta on tarpeellista tarkistaa, että rakenteet täyttävät nämä määräykset. Tässä työssä käydään läpi tarpeelliset ulkoseinärakennetta koskevat mitoitustapaukset. Ulkoseinärakenteille asetetut lämmöneristysvaatimukset tulevat väistämättä vahventamaan seinärakenteita. Tämä aiheuttaa haasteita seinän kokoamiseen ja pystyyn nostamiseen työmaalla. Tämän työn tarkoituksena on kehittää seinärakennetta, jotta työmaalla tapahtuva työ helpottuisi. Tässä työssä on tarkasteltu nykyistä runkorakennetta sekä kolmea vaihtoehtoista runkorakennetta. Työn kirjallisessa osassa tarkastellaan eri rakennetyyppien lämmönläpäisykertoimia, lämpötila- ja kosteuskäyriä, rakenteiden mitoitusta sekä tehdään kustannusvertailu. Kirjallisessa osassa tarkastellaan tuloksia, ja liitteinä ovat laskelmat ja laaditut piirustukset. 7(102) 2. Seinärakenteet Nykyinen seinärakenne on tolpparunkoinen ja sisäpuolella on vaakakoolaus. Eristeenä on mineraalivilla. Vaakakoolauksen ja pystyrungon välissä ilman- ja höyrynsulkumuovi. Vaihtoehtoisissa runkorakenteissa on 25 mm leveämpi tolpparunko ja eristeenä runkotolppien välissä mineraalivilla. Sisäpuolella on lisäeristeenä polyuretaanilevy. Polyuretaanilevy on asennettuna eri vaihtoehdoissa joko vaakakoolauksen väliin, ilman vaakakoolausta sekä runkotolppien väliin että vaakakoolauksen väliin. Vaihtoehtoisissa seinärakenteissa ei ole erillistä ilman- ja höyrynsulkumuovia, vaan polyuretaanilevy toimii ilman- ja höyrynsulkuna. 2.1 Nykyinen seinärakenne Kuviossa 1 näkyy leikkauspiirustus nykyisestä seinärakenteesta. Kuvio 1: Nykyinen seinärakenne Nykyisen seinärakenteen rakennekerrokset sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 48 mm k 600/mineraalivilla, 50 mm 8(102) - ilman- ja höyrynsulku 0,2 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 147 mm k 600/mineraalivilla, 150 mm - tuulensuojalevynä kipsikartonkilevy 820 kg/m³, 9 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. 2.2 Vaihtoehtoiset seinärakenteet Vaihtoehtoisia seinärakenteita on kolme, jotka esitellään tässä luvussa. Kuviosta 2 voidaan nähdä rakennekerrokset vaihtoehtoisesta seinärakenteesta US1. Kuvio 2: Vaihtoehtoinen seinärakenne US1 Siinä rakennekerrokset ovat sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - polyuretaanilevy, 60 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/mineraalivilla, 175 mm - tuulensuojalevynä kipsikartonkilevy 820 kg/m³, 9 mm - ristiinkoolaus, 42 mm. 9(102) - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. Kuviossa 3 näkyy leikkauspiirustus vaihtoehtoisesta seinärakenteesta US2. Kuvio 3: Vaihtoehtoinen seinärakenne US2 Seinärakenteen rakennekerrokset ovat sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 73 mm k 600/polyuretaanilevy, 70 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/mineraalivilla, 175 mm - huokoinen puukuitulevy 230-300 kg/m³, 25 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. 10(102) Kuviosta 4 nähdään rakennekerrokset vaihtoehtoisesta seinärakenteesta US3. Kuvio 4: Vaihtoehtoinen seinärakenne US3 Siinä rakennekerrokset ovat sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 48 mm k 600/polyuretaanilevy, 50 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/polyuretaanilevy, 50 mm /mineraalivilla, 125 mm - huokoinen puukuitulevy 230-300 kg/m³, 25 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. 11(102) 3. Energiatehokkuus ja lämmönläpäisykerroin Rakennus on sitä energiatehokkaampi, mitä pienemmällä energialla saadaan riittävä lämmitys rakennukseen. Energiansäästö tuo taloudellista hyötyä ja päästöt ympäristöön vähenevät. Rakennuksen energiankulutukseen vaikutetaan rakenteiden lämmönvastustuksella ja ilmatiiviydellä. Rakennusosien energiatehokkuutta mitataan lämmönläpäisykertoimella U, joka muodostuu rakennusosan läpäisevästä lämpövirran suuruudesta. Suomen rakennusmääräyskokoelmassa osassa C3 on 1.1.2009 voimaan astuvat määräykset rakennusten lämmöneristyksestä. Lämpimän tilan ulkoseinälle on asetuksessa määrätty U arvoksi 0,17 W/(m²K). Ennen tammikuun 1. päivää vaatimus on 0,23 W/(m²K). Oletettavaa on vaatimuksen kiristyminen edelleen vuonna 2012. Seuraavissa kappaleissa tarkastellaan lämmönläpäisykertoimen laskentaa tarkemmin. (RakMK C3 2010, 7.) Rakennusosan lämmönläpäisykerroin (U) lasketaan käyttäen CE merkinnällä varustetuille rakennusaineille EN-standardien mukaan määritettyjä lämmönjohtavuuden suunnitteluarvoja, EN-standardeissa esitettyjä taulukoituja lämmönjohtavuuden suunnitteluarvoja, normaalisen lämmönjohtavuuden (λn) arvoja tai muita hyväksyttävällä tavalla määritettyjä, rakennusosalle soveltuvia lämmönjohtavuuden suunnitteluarvoja. Jos samalle aineelle on annettu useita λn-arvoja, valitaan alaviitehuomautusten perusteella kohteeseen soveltuva arvo. (RakMK C4 2003, 4.) Tutkittavien rakenteiden eristysmateriaaleille materiaalivalmistajat ovat hakeneet ENtuotestandardin mukaiset CE-merkinnät. Lämmönläpäisykertoimen laskennassa on edullista käyttää eurooppalaisia suunnittelustandardeja. Eurooppalaisten suunnittelustandardien soveltaminen edellyttää suunnittelijalta sellaisten tehtävien suorittamista, joista aikaisemmin ovat vastanneet virkamiehet. Suunnittelija määrittää esimerkiksi lämmöneristeiden lämmönjohtavuuden suunnitteluarvon, joka 12(102) on aiemmin ollut virkamiehen tehtävä. Virkamiesten määrittelemää suunnitteluarvoa (λ n ) ei pidä käyttää EN-standardien mukaisissa laskelmissa. (RIL 225- 2004, 8.) . EN- standardin mukaisen laskennan lähtökohtana on materiaalivalmistajan ilmoittama materiaalin lämmönjohtavuus ( λ Declared ) ). Suunnittelija määrittää lämmönjohtavuuden suunnitteluarvon ( λ design ), jonka suuruuteen vaikuttavat suunnittelukosteus, suunnittelulämpötila sekä lämmönjohtavuuden palautumaton vanhenemismuutos. Suunnitteluarvoja käyttäen lasketaan rakenteelle lämmönläpäisykerroin U ilman korjaustekijöitä. Kun arvoon huomioidaan korjaustekijät, saadaan korjattu lämmönläpäisykerroin U c . (RIL 225- 2004, 10.) Seuraavissa luvuissa käydään läpi nykyisen ja vaihtoehtoisten seinärakenteiden lämmönläpäisykertoimien laskennan tulokset. 3.1 Nykyinen seinärakenne Laskennassa käytetyt lähtötiedot ovat - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - ilman- ja höyrynsulkua ei oteta huomioon - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,04 (m²K)W - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskennasta saadaan tulokseksi: 13(102) , - kokonaislämmönvastuksen yläraja RT = 5,239 (m²K)W ,, - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo RT = 4,895 (m²K)W - kokonaislämmönvastus RT = 5,067 (m²K)W - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,197 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,22 W(m²K). (Liite 1, 51.) 3.2 Seinärakenne US1 Laskennassa käytetyt lähtötiedot ovat - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,04 (m²K)W - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskennasta saadaan tulokseksi: , - kokonaislämmönvastuksen yläraja RT = 7,792 (m²K)W ,, - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo RT = 7,457 (m²K)W - kokonaislämmönvastus RT = 7,625 (m²K)W - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,131 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,14 W(m²K). (Liite 2, 54.) 14(102) Vaihtoehtoisilla rakennekerroksilla seinärakenne US1 - huokoinen puukuitulevy tuulensuojaksi - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,132 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,13 W(m²K). - 147 mm tolpparunko - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,149 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K) - 147 mm tolpparunko + huokoinen puukuitulevy - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,141 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,14 W(m²K) - huokoinen puukuitulevy + 50 mm polyuretaanilevy - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,146 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K). 3.3 Seinärakenne US2 Laskennassa käytetyt lähtötiedot ovat - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - huokoinen puukuitulevy, λ declared = 0,054 W(mK) - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W 15(102) - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskennasta saadaan tulokseksi: , - kokonaislämmönvastuksen yläraja RT = 7,946 (m²K)W ,, - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo RT = 7,149 (m²K)W - kokonaislämmönvastus RT = 7,548 (m²K)W - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,132 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,14 W(m²K). (Liite 3, 57.) Vaihtoehtoisilla rakennekerroksilla seinärakenne 2 - kipsikartonkilevy tuulensuojaksi - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,148 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K) - 147 mm tolpparunko - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,151 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K) - polyuretaanieriste 50 mm - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,153 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K). 3.4 Seinärakenne US3 Laskennassa käytetyt lähtötiedot ovat - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) 16(102) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - huokoinen puukuitulevy, λ declared = 0,054 W(mK) - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskennasta saadaan tulokseksi: , - kokonaislämmönvastuksen yläraja RT = 7,690 (m²K)W ,, - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo RT = 6,890 (m²K)W - kokonaislämmönvastus RT = 7,290 (m²K)W - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,137 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,14 W(m²K). (Liite 4, 60.) Vaihtoehtoisilla rakennekerroksilla seinärakenne 3 - kipsikartonkilevy tuulensuojaksi - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,150 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K) - 147 mm tolpparunko - ilman korjauksia lämmönläpäisykerroin U = 0,145 W(m²K) - korjattu lämmönläpäisykerroin U c = 0,15 W(m²K). 17(102) 4. Rakennusfysiikka sekä lämpötila- ja kosteustarkastelu Nykyiset rakennukset joutuvat kovien ulkoisten rasitusten kohteeksi. Ilmastonmuutos tekee talvista kosteita ja vettä sataa paljon. Lämpötilojen vaihtelut ovat suuria ja juuri olotilojen vaihtelut aiheuttavat suuria rasituksia rakennuksen vaipan ulkopinnoille. Myös sisäiset rasitukset rakennuksissa ovat kasvaneet. Veden tuominen rakennusten sisälle on aiheuttanut suuria riskejä rakennuksen vaurioitumiselle. Sisällä kehitetyn kosteuden määrä on lähivuosina kasvanut huomattavasti. Sisäilman kosteuspitoisuuteen vaikuttavat pääasiassa ulkoilman kosteus, ilmanvaihdon tehokkuus ja sisällä kehitetyn kosteuden määrä. (Björkholtz 1997, 48.) Nykyaikana korostuu rakennuksen tiiviyden merkitys. Rakennuksen vaippa pitää suunnitella sisältäpäin tiiviimmäksi kuin ulkopuolelta, jotta rakenteissa oleva kosteus pääsee haihtumaan rakennekerroksista ulospäin. Rakenteen pitää olla sisäpuolelta 5 kertaa tiiviimpi kuin ulkopuolelta, jotta rakenne toimisi oikein. Uudet lämmöneristemääräykset vielä lisäävät tiiveyden merkitystä, koska seinärakenteiden lämmönvastusta kasvatetaan. Tämän seurauksena sisältäpäin rakenteisiin tulevan lämpövirran määrä vähenee. Lämpövirran seurauksena on rakenteista poistunut kosteutta ja näin rakenteet ovat pysyneet kuivempina. Tiiviillä rakenteella voidaan kuitenkin osaltaan hillitä kosteuden pääsemistä rakenteisiin. Polyuretaani on erittäin tiivis materiaali, ja sitä käyttämällä saavutetaan riittävän tiivis rakenne. Seuraavissa luvuissa esitetään lämpötila- ja kosteuslaskelmat, sekä laskelmien perusteella piirretyt lämpötila- ja kosteuskäyrät. Käyristä nähdään, onko rakenteissa kosteuden tiivistymiselle alttiita rakenneosia. Laskelmat on tehty olettaen vaativat olosuhteet, jotka vallitsevat muutamina päivinä vuodessa. Vaativat olosuhteet tuovat herkimmin esille rakenteiden riskit. 18(102) Sisältä tuleva kosteus tiivistyy vedeksi jossakin rakenteen kohdassa, jos vesihöyryn osapaine ylittää tämän kohdan lämpötilaa vastaavan vesihöyryn kyllästyspaineen. Käytännössä tiivistyminen tapahtuu kahden materiaalin yhtymäkohdassa. (Björkholtz 1997, 66.) 4.1 Nykyinen rakenne Taulukkoon 1 on laskettu seinärakenteesta - lämpötilat t ( o C ) rakennekerrosten rajapinnoissa - vesihöyryn kyllästyspaine (p k ) - vesihöyryn osapaine (p). Taulukko 1: Lämpötilat, vesihöyryn kyllästymispaine- ja osapaine rakennekerrosten rajapinnoissa. Taulukossa 1 ilmoitettuihin laskennan tuloksiin vaikuttaneet asiat - laskennassa on oletettu sisäilman RH = 50 % ja ulkoilman RH = 90 % - ( R * ) = Laskennassa huomioitu EN- standardien mukaisiin lämmönläpäisykertoimiin tehtävät korjaukset. 19(102) Laskelmien perusteella kuvioon 5 piirretyistä lämpötila- ja kosteuskäyristä nähdään mahdolliset tiivistymisvyöhykkeet. Kuvio 5: Lämpötila- ja kosteuskäyrä Kuviossa 5 ilmenee että ilman- ja höyrynsulun kohdalla on hyvin pieni tiivistymisvyöhyke. Laskelmat on tehty äärimmäisistä olosuhteista, jotka esiintyvät harvoin. Rakennetta voidaan pitää tästä huolimatta hyvin toimivana. Ilman- ja höyrynsulun kohdalla on lämpötila 10 ( o C ), joten höyrynsulkumuovin kohdalla ei tapahdu kostean ilman kondensoitumista. 4.2 Seinärakenne US1 Taulukkoon 2 on laskettu seinärakenteesta US1 - lämpötilat t ( o C ) rakennekerrosten rajapinnoissa - vesihöyryn kyllästyspaine (p k ) 20(102) - vesihöyryn osapaine (p). Taulukko 2: Lämpötilat, vesihöyryn kyllästymispaine- ja osapaine rakennekerrosten rajapinnoissa. Taulukossa 2 ilmoitettuihin laskennan tuloksiin vaikuttaneet asiat - laskennassa on oletettu sisäilman RH = 50 % ja ulkoilman RH = 90 % - ( R * ) = Laskennassa huomioitu EN- standardien mukaiset lämmönläpäisykertoimeen tehtävät korjaukset. 21(102) Laskelmien perusteella kuvioon 6 piirretyistä lämpötila- ja kosteuskäyristä nähdään mahdolliset tiivistymisvyöhykkeet. Kuvio 6: Lämpötila- ja kosteuskäyrä Yllä olevassa käyrästössä ei ilmene tiivistymisvyöhykkeitä. Vesihöyryn osapainekäyrä ei kohtaa lämpötilaa vastaavaa vesihöyryn kyllästyspainekäyrää. Tiivistymistä ei tapahdu lainkaan. Rakennetta voidaan pitää hyvin toimivana. 4.3 Seinärakenne US2 Taulukkoon 3 on laskettu seinärakenteesta US2 - lämpötilat t ( o C ) rakennekerrosten rajapinnoissa - vesihöyryn kyllästyspaine (p k ) - vesihöyryn osapaine (p). 22(102) Taulukko 3: Lämpötilat, vesihöyryn kyllästymispaine- ja osapaine rakennekerrosten rajapinnoissa. Taulukossa 3 ilmoitettuihin laskennan tuloksiin vaikuttaneet asiat - laskennassa on oletettu sisäilman RH = 50 % ja ulkoilman RH = 90 % - ( R * ) = Laskennassa huomioitu EN- standardien mukaiset lämmönläpäisykertoimeen tehtävät korjaukset. Laskelmien perusteella kuvioon 7 piirretyistä lämpötila- ja kosteuskäyristä nähdään mahdolliset tiivistymisvyöhykkeet. Kuvio 7: Lämpötila- ja kosteuskäyrä 23(102) Yllä olevassa käyrästössä ei ilmene tiivistymisvyöhykkeitä. Vesihöyryn osapainekäyrä ei kohtaa lämpötilaa vastaavaa vesihöyryn kyllästyspainekäyrää. Tiivistymistä ei tapahdu lainkaan. Rakennetta voidaan pitää hyvin toimivana. 4.4 Seinärakenne US3 Taulukkoon 4 on laskettu seinärakenteesta US3 - lämpötilat t ( o C ) rakennekerrosten rajapinnoissa - vesihöyryn kyllästyspaine (p k ) - vesihöyryn osapaine (p). Taulukko 3: Lämpötilat, vesihöyryn kyllästymispaine- ja osapaine rakennekerrosten Rajapinnoissa Taulukossa 4 ilmoitettuihin laskennan tuloksiin vaikuttaneet asiat - laskennassa on oletettu sisäilman RH = 50 % ja ulkoilman RH = 90 % - ( R * ) = Laskennassa huomioitu EN- standardien mukaiset lämmönläpäisykertoimeen tehtävät korjaukset. 24(102) Laskelmien perusteella kuvioon 8 piirretyistä lämpötila- ja kosteuskäyristä nähdään mahdolliset tiivistymisvyöhykkeet. Kuvio 8: Lämpötila- ja kosteuskäyrä Yllä olevassa käyrästössä ei ilmene tiivistymisvyöhykkeitä. Vesihöyryn osapainekäyrä ei kohtaa lämpötilaa vastaavaa vesihöyryn kyllästyspainekäyrää. Tiivistymistä ei tapahdu lainkaan Rakennetta voidaan pitää hyvin toimivana. 25(102) 5. Rakenteiden mitoitus Tässä luvussa tarkastellaan runkorakenteen toimivuuden tarkistamiseksi oleellisimmat mitoitusasiat. Ikkunanpielitolpan ja NR-kattoristikoiden kannatuspalkin mitoituksessa on kartoitettu maksimi ikkuna-aukon koko, joka voidaan toteuttaa perusrunkorakenteella. Mitoitus on tehty Eurokoodi 5:n suunnittelustandardien mukaan. Seinärakenteen jäykistysmitoitus on käyty läpi materiaalivalmistajien antamien tyyppihyväksyttyjen ohjeiden mukaan. Mitoitustarkastelussa käytetyt kuormat on laskettu esimerkkitalosta. 5.1 Ikkunanpielitolpan mitoitus Kuviosta 9 nähdään mitoitettu ikkuna-aukko ja kuviosta 13 pielitolppa ja sen rakennemalli. Kuvio 9: Mitoitettu ikkuna-aukko Kuvio 10: Pielitolpan rakennemalli 26(102) Mitoituksessa käytetyt perustiedot - tolpparunko, 48 * 172 mm - ikkuna-aukko, 2100 mm - oletetaan seinätolppa päistään nivelisesti tuetuksi - seinätolpan heikompi suunta on tuettu nurjahdusta vastaan tuulensuojalevytyksellä - oletetaan NR- ristikoiden kannatuspalkin sijaitsevan keskeisesti tolppaan nähden, joten epäkeskisyyttä ei ole - tolpan mitoituksessa käytetään paikallisia arvoja lumikuorman määrittämiseksi - tolpan vedetty osa on lämpimällä puolella. Mitoituksessa käytetyt kuormitusyhdistelmät. KY 1: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, keskipitkä aikaluokka 1,15 Gkj (omapaino) + 1,5 Q k,1 (lumi) + 1,05 Q k,2 (hyöty ) (1) KY 2: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, hetkellinen aikaluokka 1,15 Gkj + 1,5 Q k, t (tuuli) + 1,05 Q k,1 + 1,05 Q k,2 (2) KY 3: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, hetkellinen aikaluokka 1,15 Gkj + 1,5 Q k,1 + 1,05 Q k,2 + 0,9 Q k, t (3) Mitoituksen tulokset Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY1. N d = 31,88 kN σ c ,0,d = 3,86 N/mm 2 f c , 0,d = 12,0 N/mm 2 Mitoitusehto σ c , 0,d K c , y f c,0,d ≤1⇒ 3,86 = 0,43 < 1 0,75 *12,0 Käyttöaste, 43 % (4) 27(102) Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY2. N d = 25,98 kN σ c ,0,d = 3,15 N/mm 2 f c , 0,d = 16,5 N/mm 2 M d = 0,98 kNm σ m , y ,d = 4,14 N/mm 2 f m ,d = 18,86 N/mm 2 Mitoitusehto σ m , y ,d f m , y ,d + σ c,0,d K c, y f c , 0,d ≤1⇒ 4,06 3,15 + = 0,47 < 1 18,86 0,75 ⋅16,5 (5) Käyttöaste, 47 % Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY3. N d = 31,88 kN σ c ,0,d = 3,86 N/mm 2 f c , 0,d = 16,5 N/mm 2 M d = 0,59 kNm σ m , y ,d = 2,47 N/mm 2 f m ,d = 18,86 N/mm 2 Mitoitusehto σ m , y ,d f m , y ,d + σ c,0,d K c, y f c , 0,d ≤1⇒ 2,47 3,86 + = 0,44 < 1 18,86 0,75 ⋅16,5 Käyttöaste, 44 % Tukipainekestävyys alaohjauspuussa KY1. Ad = 31,88 kN σ c ,90,d = 3,86 N/mm 2 (6) 28(102) f c ,90,d = 1,43 N/mm 2 Mitoitusehto σ c ,90,d ≤ K c,90 ⋅ f c,90,d ⇒ 3,86 N/mm 2 > 2,55 ⋅ 1,43 N/mm 2 (7) Käyttöaste, 106 % Tukipaine alaohjauspuussa tulee suuremmaksi kuin sallittu arvo. Kasvattamalla ikkunanpielitolpan dimensiota tai parantamalla alaohjauspuun lujuusluokkaa saadaan tukipaine sallittuihin arvoihin. Taipuma (KY 2). I y = 20,35 ⋅ 106 mm 4 Winst = 2,10 mm W fin = 3,37 mm Mitoitusehto W fin ≤ L 2630 mm ⇒ 3,37 mm < 300 300 (8) Käyttöaste 38 % (Kevarinmäki, 2007.) (Liite 5, 63.) Tarkastellaan tukipainekestävyys, kun ikkuna-aukon leveys on 1800 mm. Tukipainekestävyys alaohjauspuussa KY1. Ad = 28,33 kN σ c ,90,d = 3,43 N/mm 2 f c ,90,d = 1,43 N/mm 2 Mitoitusehto σ c ,90,d ≤ K c,90 ⋅ f c,90,d ⇒ 3,43 N/mm 2 < 2,55 ⋅ 1,43 N/mm 2 (7) 29(102) Käyttöaste, 94 % (Kevarinmäki, 2007.) Tukipaine alaohjauspuussa ei ylitä sallittua arvoa. Perusrunkorakenteella voidaan toteuttaa 1800 mm leveä ikkuna-aukko. 5.2 NR-ristikoiden kannatuspalkin mitoitus Kannatuspalkin mitoituksessa on tutkittu kahta eri tapausta, jotka antavat määräävän tuloksen leikkausvoiman ja momentin laskennassa. Alla olevissa kuvioissa 11 ja 12 on esitettynä tapaus 1. Kuvio 11: Tutkittava tapaus 1 30(102) Kuvio 12: Rakennemalli, tapaus 1 Mitoituksessa käytetyt perustiedot - NR-kattoristikot kannatetaan seinän päällä olevalla palkilla - NR-kattoristikoihin tehdään tehtaalla lovi kannatuspalkkia varten - ikkuna-aukko, 1500 mm. Mitoituksessa käytetyt kuormitusyhdistelmät KY 1: kuormitusyhdistelmä käyttörajatilassa, keskipitkä aikaluokka Gkj (omapaino) + Q k,1 (lumi) + Q k,2 (hyöty ) (9) KY 1: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, keskipitkä aikaluokka 1,15 Gkj (omapaino) + 1,5 Q k,1 (lumi) + 1,05 Q k,2 (hyöty ) Kuviosta 13 nähdään NR-kannatuspalkin sijainti. Kuvio 13: NR-kannatuspalkki (1) 31(102) Palkin lähtötiedot - materiaali kerto-S - h = 200 mm - b = 51 mm. Mitoituksen tulokset Taivutuskestävyys M d = 7,99 kNm σ m , y ,d = 23,50 N/mm 2 f m ,d = 29,33 N/mm 2 Mitoitusehto σ m , y ,d ≤ f m,d ⇒ 23,50 N/mm 2 < 29,33 N/mm 2 (10) Käyttöaste, 80 % Leikkausvoimakestävyys Vd = 10,67 kN τ d = 1,57 N / mm 2 f v ,d = 2,73 N/mm 2 Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 1,57 N/mm 2 < 2,73 N/mm 2 (11) Käyttöaste, 57 % Taipuma W fin = 1,58 mm Mitoitusehto W fin ≤ L2 1500 mm ⇒ 1,58 mm < 300 300 Käyttöaste, 32 % (12) 32(102) Alla olevissa kuvioissa 14 ja 15 on esitettyinä tapaus 2. Kuvio 14: Tutkittava tapaus 2 Kuvio 15: Rakennemalli, tapaus 2 Mitoituksen tulokset Taivutuskestävyys M d = 6,40 kNm σ m , y ,d = 18,82 N/mm 2 f m ,d = 29,33 N/mm 2 33(102) Mitoitusehto σ m , y ,d ≤ f m,d ⇒ 18,82 N/mm 2 < 29,33 N/mm 2 (10) Käyttöaste, 64 % Leikkausvoimakestävyys Vd = 21,32 kN τ d = 3,14 N / mm 2 f v ,d = 2,73 N/mm 2 Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 3,14 N/mm 2 < 2,73 N/mm 2 (11) Käyttöaste, 115 % Taipuma W fin = 1,67 mm Mitoitusehto W fin ≤ L2 1500 mm ⇒ 1,67 mm < 300 300 (12) Käyttöaste, 33 % Leikkausjännitys muodostuu suuremmaksi kuin leikkauslujuus. Kun kaksi ristikkoa tukeutuu palkkiin ikkuna-aukon kohdalla, joudutaan laittamaan lisäpalkki ikkuna-aukon kohdalle. Valitaan lisäpalkin dimensioiksi b ⋅ h = 27 ⋅ 200 mm ikkuna-aukon kohdalle. Leikkausvoimakestävyys lisäpalkin kanssa Vd = 10,67 kN τ d = 2,05 N / mm 2 f v ,d = 2,73 N/mm 2 34(102) Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 2,05 N/mm 2 < 2,73 N/mm 2 (11) Käyttöaste, 75 % (Kevarinmäki, 2007.) (Liite 6, 72) 5.3 Tukipainekestävyys yläsidepuussa ja kannatuspalkissa Tarkastetaan yläsidepuun tukipinnan riittävyys nykyisessä seinärakenteessa. Alla olevassa kuviossa 16 on havainnollistettu kannatuspalkin paikka ja dimensiot. Kuvio 16: Yläsidepuun sijainti ja dimensiot Laskennan lähtötiedot - kannatinpalkin materiaali kerto-S - yläsidepuu sahatavara C24 - tukipinta 99 mm. 35(102) Mitoituksen tulokset Fd = 21,25 kN kc ,90 = 2,6 Mitoitusehto σ c ,90,d < k c,90 f c,90,d Vaadittava tukipinta Atp.vaad = (13) Fd 21250 N ⇒ = 5715 mm 2 kc ,90 f c,90,d 2,6 ⋅1,43 N / mm 2 Vaaditun tukipinnan pituus ltp.vaad = Atp.vaad l ⇒ 5715 mm 2 = 136 mm > 99 mm 42 mm Käyttöaste, 137 % (Koreasalo, 2008.) (Liite 7, 83.) Tarkastetaan kannatuspalkin tukipinnan riittävyys vaihtoehtoisissa seinärakenteissa. Alla olevassa kuviossa 13 on havainnollistettu kannatuspalkin paikka ja dimensiot. Kuvio 13: Kannatuspalkin sijainti ja dimensiot 36(102) Laskennan lähtötiedot - ristikon pystysauva tukeutuu kannatuspalkin päälle - kannatinpalkin materiaali kerto-S - ristikko sahatavara C24 - tukipinta 51 mm. Mitoituksen tulokset Fd = 21,25 kN kc ,90 = 3,3 Mitoitusehto σ c ,90,d < k c,90 f c,90,edge,d Vaadittava tukipinta Atp.vaad = (13) Fd 21250 N ⇒ = 1610 mm 2 2 kc ,90 f c,90,edge,d 3,3 ⋅ 4,0 N / mm Vaaditun tukipinnan pituus ltp.vaad = Atp.vaad l ⇒ 1610 mm 2 = 38 mm > 51 mm 42 mm Käyttöaste, 75 % (Koreasalo, 2008.) (Liite 8, 85) Vaihtoehtoisilla seinärakenteilla, joissa on kannatuspalkki yläsidepuun päällä, saavutetaan tukipintaa riittävästi. Kun ristikon pystysauva tuodaan kuvion 13 mukaisesti tuelle, saavutetaan riittävä lujuus, koska sauva on syysuuntaan puristettuna. Tällöin ristikon kestävyys ei tule ongelmaksi. (Koreasalo, 2009.) Kannatuspalkin sijoittaminen yläsidepuun päälle helpottaa seinärungon kokoamista ja pystyyn nostamista työmaalla. Palkin sijainti mahdollistaa työmaalla suurempien kattokomponenttien valmistamisen maassa. 37(102) 5.4 Jäykistysseinät Jäykistysseinien tulee kestää rakennukseen kohdistuvat vaaka- ja pystysuuntaiset kuormat. Seinät on tuettava kaatumista ja liukumista vastaan. Kun seiniin kohdistuu tason suuntaisia vaakaleikkausvoimia, tulee seinät jäykistää rakennuslevyä, vinojäykistystä ja momenttia kestäviä liitoksia käyttäen. Seinien vaakaleikkauskestävyys määritetään joko kokeellisesti standardin EN 594 mukaisesti tai laskennallisesti. Jäykistysseinät, joissa jäykistykseen käytetään muita kuin puulevyjä, tulee mitoittaa kyseisen levyn tyyppihyväksynnässä esitettyjen ohjeiden mukaan. (Kevarinmäki 2007, 145.) 5.4.1 Jäykistys huokoisella puukuitulevyllä Tässä luvussa tarkastellaan rakennuksen ulkoseinän jäykistystä Runkoleijona tuulensuojalevyllä toteutettuna. Suomen Kuitulevy Oy:llä on laskenta- ja kiinnitysohjeille STF- tyyppihyväksyntä n:o 121/6221/2000, jota on käytetty laskelmissa. Tuulensuojalevyt ovat rakennusaikana säälle alttiita, joten laskennassa käytettävä aikaluokka on lyhytaikainen ja käyttöluokka on 3. Jäykistystä suunniteltaessa on pyrittävä ratkaisuun, jossa jäykistävien levyjen määrä vastakkaisilla seinillä on yhtä suuri ja levyt sijaitsevat lähellä rakennuksen nurkkia. Jäykistysohjeisiin on koottu taulukoita, joista saadaan tuulenpaineesta seinän yläreunaan kohdistuvat vaakasuuntaiset kuormat. Taulukoita ei ole voitu hyödyntää esimerkkitalon kuormia määritettäessä, koska taulukoista on seinän korkeus rajattu 2,7 metriin. Eurokoodi 5 ei tunne muuta jäykistystapaa kuin sen, että levy on pystyssä ja jokainen pystytolppa on ankkuroitu perustukseen. Mikäli levyjen kapasiteetti ei yksinään riitä, on käytettävä vinojäykistystä. 38(102) Tuulikuorman suuruus määritetään Puurakenteiden suunnitteluohjeen RIL 205- 1997 mukaan. Alla olevassa kuviossa 17 havainnollistetaan laskennassa käytetyn esimerkkitalon tuulikuormien jakautuminen seinille ja perustuksille. Kuvio 17: Tuulikuormien jakautuminen seinille ja perustuksille 39(102) Koska valmistajan ohjeessa ei ole mainintaa ikkuna- ja oviaukkojen sekä kapeiden levyjen huomioon ottamista laskelmissa, noudatetaan niiltä osin RIL 205- 1- 2007 Puurakenteiden suunnitteluohjetta seuraavasti - ovi- tai ikkuna-aukollisen seinälohkon ei katsota lisäävän seinän vaakavoimakestävyyttä - jokaisen levyn on oltava vähintään (h/4) - seinälohkon kiinnikkeen leikkausvoimakestävyys lasketaan kaavalla. h ⎧ 1 kun b ≤ 1 ⎪ 2 C1 ⎨ 2 b h 1 ⎪ kun b1 < 2 ⎩ h (14) (Kevarinmäki 2007, 145.) (Suomen Kuitulevy Oy, Laskenta- ja kiinnitysohjeet.) Laskennan tulokset - päätyseinille 4 levyä jäykistykseen, kiinnike A, kiinnikeväli 50 mm - sivuseinille 4 levyä jäykistykseen, kiinnike A, kiinnikeväli 100 mm. (Liite 9, 87.) 5.4.2 Jäykistys kipsikartonkilevyllä Tässä luvussa tarkastellaan rakennuksen ulkoseinän jäykistystä käyttämällä tuulensuojalevynä Knauf Oy:n kipsikartonkilevyä. Knauf Oy:llä on laskentaohje kipsikartonkilevyjen levyjäykistykselle Eurokoodi 5:n mukaan. Tyyppihyväksyntäpäätös DnoVTT-RTH05596- 08, jota käytämme laskelmissa, on myönnetty 27.10.2008. Rakenteiden toteutuksessa on huomioita mm. seuraavat asiat; - Työn laadun on täytettävä yleisesti hyväksytyn rakennustavan vaatimukset - Rakennusaineet ja osat tarkistetaan asianmukaisesti työmaalla ennen niiden käyttämistä. - Levyt on varastoitava ja suojattava niin, etteivät ne kastu. - Levyjen kostumista seinässä ulkoverhouksen vielä puuttuessa on vältettävä; kun levyjä käytetään rungon ulkopinnassa, on käyttöluokka 3. 40(102) - Rakennepiirustuksissa on osoitettava selvästi levyjäykistyksessä käytettävät rakenteet . Jäykistyksen mitoituksessa tarkistetaan, etteivät mitoituskuormien aiheuttamat rasitukset ylitä rakenteen mitoituskestävyyttä. Kuormien mitoitusarvot saadaan, kun jokaisen ominaiskuorman arvo kerrotaan kyseisen kuorman osavarmuuskertoimella. Pysyvän kuorman osavarmuuskerroin on 1,2. Jos pysyvä kuorma pienentää seinään tulevia rasituksia, niin osavarmuuskerroin on 0,9. Tuulikuorman osavarmuuskerroin on 1,5. Materiaalin osavarmuuskerroin on 1,3. Kiinnittämisessä käytettävien naulojen, ruuvien ja hakasten suunnitteluarvot perustuvat VTT:n tyyppihyväksyntään ja ovat taulukoitu laskentaohjeeseen. Rakennuksesta valitaan jäykistävät seinät, jotka ovat täyskorkuisia umpiseiniä. Alla olevassa kuvassa on esimerkkitalosta valittu jäykistävät seinät. Nämä seinät tai niiden osat on merkitty kuvioon 18 mustalla värillä. Kuvio 18: Jäykistävien seinien valinta 41(102) Rakennuksen tai erillisen seinämän vaakasuuntainen kokonaistuulivoiman ominaisarvo saadaan tavallisessa tapauksessa kaavasta Fw,k = c f qk (h) Aref missä cf on alla olevan taulukko 5 mukainen voimakerroin qk (h) on rakennuksen korkeutta vastaava nopeuspaine Aref on rakenteen tuulta vastaan kohtisuora projektiopinta-ala. Taulukko 5: Voimakerroin ( c f ) (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) Rakennuksen korkeutta vastaava nopeuspaine saadaan alla olevasta kuviosta 19. Maastoluokat (0 - IV) riippuvat maaston rosoisuudesta ja pinnanmuodostuksesta. Maatalousalueilla sovelletaan luokkaa (II) ja matalilla pienalueilla ja kylille aluetta (III). Kuvio 19: Rakennuksen korkeutta vastaava nopeuspaine (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) 42(102) Kokonaistuulivoiman resultantin ( Fw,k ) oletetaan vaikuttavan korkeudella 0,6h maasta. Tätä on havainnollistettu alla olevassa kuviossa 20. Kuvio 20: Tuuliresultantin ( Fw,k ) paikka. Seinää rasittavasta vaakavoimasta osa vaikuttaa seinän yläreunaan ( FH ,k ) ja osa menee alareunasta suoraan perustuksille ( F0,k ). Kuvion 20 merkintöjä käyttäen voidaan vaakavoima ( Fw,k ) jakaa näihin osiin ja näille saadaan arvot FH ,k = h1 + h 2 − 0,4h Fw,k H (15) F0,k = H - h1 − h 2 + 0,4h Fw,k H (16) kun h on rakennuksen koko korkeus maasta ja H on jäykistävän seinän korkeus. Kuviossa 21 on havainnollistettu seinän mallinnus erikokoisille seinälohkoille. Kuvio 21: Seinän mallinnus lohkoihin (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) 43(102) Kun seinä koostuu useista seinälohkoista, seinän vaakaleikkausvoimakestävyyden mitoitusarvo on seinälohkojen vaakaleikkausvoimakestävyyksien summa. Seinälohkoa rasittavan vaakavoimaa ( Fi ,v ,ed ) vastaava vaakavoimaleikkauskestävyyden mitoitusarvo on Fi ,v , Rd = F f , Rd b1c1 s (17) missä Fi ,v , Rd on yksittäisen liittimen leikkausvoimakestävyyden mitoitusarvo, joka saadaan jakamalla liittimen ominaiskapasiteetti materiaalin osavarmuuskertoimella 1,3 b1 on seinälohkon leveys s on liitinväli ja ⎧ 1 ci = ⎨ ⎩ 2b1 / h kun b1 ≥ h / 2 (h on seinän korkeus) kun b1 < h / 2 (18) (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) Laskennan tulokset kuviossa 18 esitetyn kuvan pohjalta - Vasemmalla olevan päätyseinän liitinväli on 1200 mm matkalla 40 mm ja keskitolpalla 80 mm. - Oikealla olevan päätyseinän liitinväli on 1200 mm matkalla 30 mm ja keskitolpalla 60 mm. - Edessä olevan sivuseinän liitinväli on 1200 mm matkalla 60 mm ja keskitolpalla 120 mm. - Takana olevan sivuseinän liitinväli on 1200 mm matkalla 90 mm ja keskitolpalla 180 mm. (Liite 10, 86.) Päätyjen jäykistysseinillä muodostuivat liitäntävälit todella pieniksi. Jäykistykseen kannattaa käyttää myös sisä- ja väliseiniä. Sisä- ja väliseinät ovat käyttöluokassa 1, ja niiden mitoituksessa voidaan käyttää moninkertaisia mitoituslujuuksia liittimille. 44(102) 5.4.3 Jäykistys sisälevyllä Eurokoodi 5:n mukainen jäykistyslaskenta edellyttää, että jäykistävä levy on pystyasennossa ja ympäriinsä kiinnitetty. Jos seinärakenteessa on vaakakoolaus, tämä ei toteudu. Sisäseinälevyä voidaan kuitenkin käyttää jäykistykseen, jos runkotolpan kohdalle kiinnitetään pystyyn puu levyn saumakohdille ja se naulataan runkotolppaan kiinni. Kuviossa 22 on havainnollistettu asiaa. Kuvio 22: Sisälevyn kiinnitys vaakakoolatussa jäykistysseinässä 45(102) 6. Kustannusvertailu Tässä luvussa tarkastellaan vaihtoehtoisten seinärakenteiden kustannusta verrattuna nykyiseen seinärakenteeseen. Kustannuslaskennan lähtökohtana on kuvion 23 mukainen seinä toteutettuna eri rakenteilla. Kuvio 23: Malliseinä Kustannusvertailussa on huomioitu materiaalikustannuksen, sekä seinän kokoamisesta johtuvat työkustannukset. Taulukoista 6 – 9 saadaan lopulliset kustannukset eri seinärakenteille. Taulukko 6: Nykyisen seinärakenteen kustannuslaskelma 46(102) Taulukko 7: Seinärakenne 1, kustannuslaskelma Taulukko 8: Seinärakenne 2, kustannuslaskelma Taulukko 9: Seinärakenne 3, kustannuslaskelma 47(102) Vaihtoehtoiset seinärakenteet tulevat n. 46 - 74 % kalliimmiksi verrattuna nykyiseen seinärakenteeseen. Kustannuslaskelmista käy ilmi, että polyuretaanilevyn osuus kustannuksista on suuri, koska polyuretaani on materiaalina kallis. Suuremmat kustannukset selittyvät osittain myös puun ja mineraalivillan suuremmasta menekistä. Seinärakenne US1 on vaihtoehtoisista seinärakenteista edullisin. 48(102) 7. Yhteenveto Tähän opinnäytetyöhön on saatu koottua keskeiset seinärakenteita koskevat tekniset asiat. Työssä on tarkasteltu kolmea vaihtoehtoista seinärakennetta, sekä nykyistä seinärakennetta. Vaihtoehtoiset seinärakenteet on todettu kosteusteknisesti toimiviksi ja erittäin energiatehokkaiksi. Seinärakenteilla saavutetaan myös todella hyvä ilmatiiveys, joka on energiatehokkuuden kannalta merkittävä asia. Eurokoodi 5:n mukaisissa mitoitustarkasteluissa haettiin seinärungon kestävyyden kannalta rajatapaukset. Ikkuna-aukon pielitolppien mitoittavaksi tekijäksi nousi alaohjauspuun tukipinnan riittävyys. Seinärakenteissa oleva 172 mm:n runko parantaa tätä asiaa. Leveämpi runko on hankalampi koota ja nostaa pystyyn työmaalla mutta NRkattoristikoiden kannatuspalkin nostaminen yläsidepuun päälle korjaa asian. NRkattoristikoiden kannatuspalkin nostaminen yläsidepuun päälle ratkaisi myös tukipinnan riittämättömyysongelman. Liian pieni tukipinta ei tule ongelmaksi vaihtoehtoisissa seinärakenteissa. Seinien jäykistyslaskennassa ihmetytti kahden eri materiaalivalmistajien ohjeiden erilaisuus. Jopa mitoittavan tuulikuorman laskeminen kahdella eri ohjeella antoi samasta talosta hyvinkin erilaisen tuloksen. Ero johtuu suureksi osaksi siitä, että Suomen Kuitulevy Oy:n ohjeessa seinälle kohdistuvasta tuulesta ajatellaan menevän puolet suoraan perustuksille, kun Knauf Oy:n ohjeessa kaikkien voimien ajateltiin menevän jäykistävälle levylle. Kustannusvertailussa polyuretaani osoittautui kalliiksi materiaaliksi. Tosin seinärakenteilla haettiin todella pieniä lämmönläpäisykertoimia. Pienemmillä polyuretaanilevyn vahvuuksilla korostuvat polyuretaanilevyllä saavutetut edut ja haitat pienenevät. Eri seinärakenteiden tarkasteluissa ovat tulleet esille polyuretaanin käytön edut, joita ovat materiaalin terveellisyys, tiiviys ja hyvä työstettävyys, joka on etu työmaaolosuhteissa. Polyuretaanin haittana voidaan pitää kallista hintaa. 49(102) Aika näyttää, kuinka paljon lämmöneristysvaatimukset tulevaisuudessa kiristyy. Optimiratkaisu rakenteen suhteen saavutettaisiin, jos polyuretaania käytetään seinärakenteen sisäpinnassa ilman vaakakoolausta, jolloin saavutetaan paras eristävyys. Materiaalia ei tarvita yhtä paljon kuin vaakakoolatussa seinärakenteessa. Tällöin saavutetaan polyuretaanin edut ja minimoidaan haitta, eli materiaalin menekki. Uudet energiamääräykset asettavat materiaalivalmistajat suuren haasteen eteen. Eristysmateriaalit tulevat kehittymään lähitulevaisuudessa, joten niiden eristyskyky parantuu. Tämän johdosta seinärakenteet voidaan todennäköisesti toteuttaa vuonna 2012 tulevien määräysten täyttämiseksi kuitenkin ohuemmilla rakennekerroksilla, mitä tämän työn laskelmat osoittaisi. Uskon, että polyuretaanieristeen käyttö seinärakenteissa tulee yleistymään lähivuosina. 50(102) Lähteet Painetut lähteet: Björkholtz, Dick 1997. Lämpö ja Kosteus. Rakennustieto Oy. Gummerus Kirjapaino Oy Saarijärvi 2000. Heinonen, Eija-Riitta 2008. Tampereen Taloteko Oy, Tampere. Kevarinmäki, Ari 2007. RIL 205-1-2007 Puurakenteiden suunnitteluohje. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Hansaprint Oy 2008. Koreasalo, Raimo 2008. Puurakenteiden jatkokurssin opetusmateriaali. Tampereen ammattikorkeakoulu, Tampere. RIL 225-2004, 2004 Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. DARK Oy 2005. Sähköiset lähteet: Knauf Oy 2008, Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen levyjäykistykselle Eurokoodi 5 mukaan. [pdf-tiedosto].[viitattu 15.4.2009] saatavissa: http://rakennusjarjestelmat.knauf.fi/service/s_approvals/index.html Puuinfo Oy. EC 5 sovelluslaskelmat Asuinrakennus. [pdf-tiedosto].[viitattu 15.4.2009] Saatavissa: http://www.puuinfo.fi/fi/ammattilaisten_palvelut/rakennussuunnittelu/eu rokoodi_5/sovelluslaskelmat/ Suomen Kuitulevy Oy, Laskenta- ja kiinnitysohjeet. [pdf-tiedosto].[viitattu 15.4.2009] Saatavissa: http://www.suomenkuitulevy.fi/fi/tuotteet/teknisettiedot Ympäristöministeriö 2002. C4 Lämmöneristys, ohjeet 2003. [pdf-tiedosto].[viitattu 13.4.2009] Saatavissa: http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=198063&lan=fi#a2 Ympäristöministeriö 2008. C3 Rakennusten lämmöneristys, määräykset 2010. [pdf-tiedosto].[viitattu 13.4.2009] Saatavissa: http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=198063&lan=fi#a2 Painamattomat lähteet: Koreasalo, Raimo, DI. Keskustelu huhtikuu 2009. Tampereen ammattikorkeakoulu. Tampere. 51(102) Liitteet Liite 1: Nykyisen seinärakenteen lämmönläpäisykertoimen laskenta Rakennekerrokset sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 48 mm k 600/mineraalivilla, 50 mm - ilman- ja höyrynsulku 0,2 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 147 mm k 600/mineraalivilla, 150 mm - tuulensuojalevynä kipsikartonkilevy 820 kg/m³, 9 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. Laskennan lähtötiedot - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m 2 K )W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m 2 K )W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 (m 2 K )W - runkopuu, λ design = 0,12 (m 2 K )W - mineraalivilla λ design = 0,036 (m 2 K )W - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,04 (m 2 K )W - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m 2 K )W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskenta Kokonaislämmönvastuksen yläraja RT , , 1 / RT = f a / RTa + f b / RTb + f c / RTc + f d / RTd f a = (55 ⋅ 55) /(60 ⋅ 60) = 0,8403 (19) (lämpöeriste) 52(102) f b = f c = (55 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0764 (runkopuut) f d = (5 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0069 (runkopuiden risteys) - kunkin osa-alueen kokonaislämmönvastus RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (20) RTa = 0,13 + 0,06 + 0,195/0,036 + 0,04 + 0,13 = 5,777 (m 2 K )W RTb = 0,13 + 0,06 +0,048/0,036 + 0,147/0,12 + 0,04 + 0,13 = 2,918 (m 2 K )W RTc = 0,13 + 0,06 + 0,147/0,036 + 0,048/0,12 + 0,04 + 0,13 = 4,843 (m 2 K )W RTd = 0,13 + 0,06 + 0,195/0,12 + 0,04 + 0,13 = 1,985 (m 2 K )W , 1 / RT = 0,8403/5,777 + 0,0764/2,918 + 0,0764/4,843 + 0,0069/1,985 = 0,191 , RT = 5,239 (m 2 K )W . Kokonaislämmönvastuksen alaraja RT ,, - rakennusosassa on kaksi epätasa-aineista ainekerrosta 1 / R j = f a / Raj + f b / Rbj .... + f q / Rqj (21) - 48 mm vaakarunko / lämmöneristys 1 / Rk = (55/60)/(0,048/0,036) + (5/60)/(0,048/0,12) = 0,896 Rk = 1,116 (m 2 K )W - 147 mm pystyrunko / lämmöneristys 1 / R j = (55/60)/(0,147/0,036) + (5/60)/(0,147/0,12) = 0,293 R j = 3,419 (m 2 K )W - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo ,, RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (22) ,, RT = 0,13 + 0,06 + 1,116 + 3,419 + 0,04 + 0,13 = 4,895 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastus RT , ,, RT = ( RT + RT ) / 2 RT = (5,239 + 4,895)/2 = 5,067 (m 2 K )W . (23) 53(102) Lämmönläpäisykerroin U - ilman korjaustekijöitä oleva lämmönläpäisykerroin U = 1 / RT = 1/5,067 = 0,197 W (m 2 K ) (24) - ilmarakojen korjaustekijä ΔU g ΔU g = ΔU ,, ( RI / RT ) 2 (25) - ilmarakoja sisältävät kerrokset 147 mm pystyrunko / vaakakoolaus 48 mm ΔU ,, = 0,01 W(m 2 K ) ΔU g = 0,01⋅ [(0,195 / 0,036) / 5,067] = 0,011 W/(m 2 K ) 2 - lämmöneristeen ilmanläpäisevyyden korjaustekijä ΔU a - lämmöneristeen suojaustapa a - korjaustaso 1 ,, ΔU a = ΔU a ⋅ ( RI / RT ) 2 (26) ,, ΔU a = 0,01 W(m 2 K ) ΔU a = 0,01 ⋅ [(0,195 / 0,036) / 5,067 ] = 0,011 W/(m 2 K ) . 2 Korjattu lämmönläpäisykerroin U C U C = U + ΔU g + ΔU a = 0,197 + 0,011 + 0,011 = 0,219 W(m 2 K ) (27) U C = 0,22 W (m 2 K ) - korjaustekijät suurentavat korjaamatonta U- arvoa 10 %, joten vaatimus 3 %:n ylittymisestä täyttyy. (RIL 225- 2004, Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta.) 54(102) Liite 2. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US1 Rakennekerrokset sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - polyuretaanilevy, 60 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/mineraalivilla, 175 mm - tuulensuojalevynä kipsikartonkilevy 820 kg/m³, 9 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. Laskennan lähtötiedot - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,04 (m²K)W - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskenta Kokonaislämmönvastuksen yläraja RT , , 1 / RT = f a / RTa + f b / RTb + f c / RTc + f d / RTd (19) f a = (55 ⋅ 60) /(60 ⋅ 60) = 0,917 (lämpöeriste) f b = (5 ⋅ 60) /(60 ⋅ 60) = 0,083 (runkopuut) 55(102) - kunkin osa-alueen kokonaislämmönvastus RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (20) RTa = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,07/0,024 + 0,172/0,036 + 0,04 + 0,13 = 8,234 (m 2 K )W RTb = 0,13 + 0,06 0,18 +0,07/0,024 + 0,172/0,12 + 0,04 + 0,13 = 4,890 (m 2 K )W , 1 / RT = 0,917/8,234 + 0,083/4,890 = 0,128 , RT = 7,792 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastuksen alaraja RT ,, - rakennusosassa on yksi epätasa-aineinen ainekerros 1 / R j = f a / Raj + f b / Rbj .... + f q / Rqj (21) - 172 mm pystyrunko / lämmöneristys 1 / R j = (55/60)/(0,172/0,036) + (5/60)/(0,172/0,12) = 0,250 Rk = 4,000 (m 2 K )W - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo ,, RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (22) ,, RT = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,007/0,024 + 4,000 + 0,04 + 0,13 = 7,457 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastus RT , ,, RT = ( RT + RT ) / 2 (23) RT = (7,792 + 7,457)/2 = 7,625 (m 2 K )W Lämmönläpäisykerroin U - ilman korjaustekijöitä oleva lämmönläpäisykerroin U = 1 / RT = 1/7,625 = 0,131 W (m 2 K ) (24) - ilmarakojen korjaustekijä ΔU g ΔU g = ΔU ,, ( RI / RT ) 2 - ilmarakoja sisältävä kerros 172 mm pystyrunko ΔU ,, = 0,01 W(m 2 K ) (25) 56(102) ΔU g = 0,01⋅ [(0,172 / 0,036) / 7,625] = 0,004 W/(m 2 K ) 2 - lämmöneristeen ilmanläpäisevyyden korjaustekijä ΔU a - lämmöneristeen suojaustapa a - korjaustaso 1 ,, ΔU a = ΔU a ⋅ ( RI / RT ) 2 (26) ,, ΔU a = 0,01 W(m 2 K ) ΔU a = 0,01 ⋅ [(0,172 / 0,036) / 7,625] = 0,004 W/(m 2 K ) 2 Korjattu lämmönläpäisykerroin U C U C = U + ΔU g + ΔU a = 0,131 + 0,004 + 0,004 = 0,139 W(m 2 K ) (27) U C = 0,14 W (m 2 K ) - korjaustekijät suurentavat korjaamatonta U- arvoa 6 %, joten vaatimus 3 %:n ylittymisestä täyttyy. (RIL 225- 2004, Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta.) 57(102) Liite 3. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US2 Rakennekerrokset sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 73 mm k 600/polyuretaanilevy, 70 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/mineraalivilla, 175 mm - huokoinen puukuitulevy 230-300 kg/m³, 25 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. Laskennan lähtötiedot - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - huokoinen puukuitulevy, λ declared = 0,054 W(mK) - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskenta Kokonaislämmönvastuksen yläraja RT , , 1 / RT = f a / RTa + f b / RTb + f c / RTc + f d / RTd (19) f a = (55 ⋅ 55) /(60 ⋅ 60) = 0,8403 (lämpöeriste) f b = f c = (55 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0764 (runkopuut) f d = (5 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0069 (runkopuiden risteys) 58(102) - kunkin osa-alueen kokonaislämmönvastus RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (20) RTa = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,172/0,036 + 0,07/0,024 + 0,025/0,054 + 0,13 = 8,657 (m 2 K )W RTb = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,07/0,024 + 0,172/0,12 + 0,025/0,054 + 0,13 = 5,313 (m 2 K )W RTc = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,172/0,036 + 0,07/0,12 + 0,025/0,054 + 0,13 = 6,324 (m 2 K )W RTd = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,242/0,12 + 0,025/0,054 + 0,13 = 2,980 (m 2 K )W , 1 / RT = 0,8403/8,657 + 0,0764/5,313 + 0,0764/6,324 + 0,0069/2,980 = 0,125 , RT = 7,946 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastuksen alaraja RT ,, - rakennusosassa on kaksi epätasa-aineista ainekerrosta 1 / R j = f a / Raj + f b / Rbj .... + f q / Rqj (21) - 70 mm vaakarunko / lämmöneristys 1 / Rk = (55/60)/(0,07/0,024) + (5/60)/(0,07/0,12) = 0,457 Rk = 2,186 (m 2 K )W - 172 mm pystyrunko / lämmöneristys 1 / R j = (55/60)/(0,172/0,036) + (5/60)/(0,172/0,12) = 0,250 R j = 4,000 (m 2 K )W - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo ,, RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (22) ,, RT = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 2,186 + 4,00 + 0,025/0,054 + 0,13 = 7,149 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastus RT , ,, RT = ( RT + RT ) / 2 RT = (7,946 + 7,149)/2 = 7,548 (m 2 K )W (23) 59(102) Lämmönläpäisykerroin U - ilman korjaustekijöitä oleva lämmönläpäisykerroin U = 1 / RT = 1/7,548 = 0,132 W (m 2 K ) (24) - ilmarakojen korjaustekijä ΔU g ΔU g = ΔU ,, ( RI / RT ) 2 (25) - ilmarakoja sisältävät kerrokset 172 mm pystyrunko ΔU ,, = 0,01 W(m 2 K ) ΔU g = 0,01⋅ [(0,172 / 0,036) / 7,548] = 0,004 W/(m 2 K ) 2 - lämmöneristeen ilmanläpäisevyyden korjaustekijä ΔU a - lämmöneristeen suojaustapa a - korjaustaso 1 ,, ΔU a = ΔU a ⋅ ( RI / RT ) 2 (26) ,, ΔU a = 0,01 W(m 2 K ) ΔU a = 0,01 ⋅ [(0,172 / 0,036) / 7,548] = 0,004 W/(m 2 K ) 2 Korjattu lämmönläpäisykerroin U C U C = U + ΔU g + ΔU a = 0,132 + 0,004 + 0,004 = 0,140 W(m 2 K ) (27) U C = 0,14 W (m 2 K ) - korjaustekijät suurentavat korjaamatonta U- arvoa 6 %, joten vaatimus 3 %:n ylittymisestä täyttyy. (RIL 225- 2004, Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta.) 60(102) Liite 4. Lämmönläpäisykertoimen laskenta seinärakenteesta US3 Rakennekerrokset sisältäpäin lukien - kipsikartonkilevy 730 kg/m³, 13 mm - vaakakoolaus, 32 mm - vaakarunko 450 kg/m³, 48 mm k 600/polyuretaanilevy, 50 mm - pystyrunko, 450 kg/m³, 172 mm k 600/polyuretaanilevy, 50 mm /mineraalivilla, 125 mm - huokoinen puukuitulevy 230-300 kg/m³, 25 mm - ristiinkoolaus, 42 mm - ulkoverhouspaneeli, 21 mm. Laskennan lähtötiedot - kipsikartonkilevy, Rtd = 0,06 (m²K)W - tuulettumaton ilmaväli, lämmönvastus = 0,18 (m²K)W - polyuretaanieriste, λ declared = 0,024 W(mK) - runkopuu, λ design = 0,12 W(mK) - mineraalivilla λ design = 0,036 W(mK) - huokoinen puukuitulevy, λ declared = 0,054 W(mK) - hyvin tuulettuva ilmaväli, lämmönvastusta ei oteta huomioon - lautaverhous, lämmönvastusta ei oteta huomioon - pintavastukset, Rsi + Rse = 0,13 + 0,13 = 0,26 (m²K)W - ulkopuolinen pintavastus on tuuletusväliin rajoittuvassa pinnassa sama kuin sisäpuolinen. Laskenta Kokonaislämmönvastuksen yläraja RT , , 1 / RT = f a / RTa + f b / RTb + f c / RTc + f d / RTd (19) f a = (55 ⋅ 55) /(60 ⋅ 60) = 0,8403 (lämpöeriste) f b = f c = (55 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0764 (runkopuut) 61(102) f d = (5 ⋅ 5) /(60 ⋅ 60) = 0,0069 (runkopuiden risteys) - kunkin osa-alueen kokonaislämmönvastus RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (20) RTa = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,120/0,036 + 0,05/0,024 + 0,05/0,024 + 0,025/0,054 + 0,13 = 8,463 (m 2 K )W RTb = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,05/0,024 + 0,172/0,12 + 0,025/0,054 + 0,13= 4,480 (m 2 K )W RTc = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,120/0,036 + 0,05/0,024 + 0,05/0,12 + 0,025/0,054 +0,13= 6,796 (m 2 K )W RTd = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 0,222/0,12 + 0,025/0,054 + 0,13 = 2,813 (m 2 K )W , 1 / RT = 0,8403/8,463 + 0,0764/4,480 + 0,0764/6,796 + 0,0069/2,813 = 0,130 , RT = 7,690 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastuksen alaraja RT ,, - rakennusosassa on kolme epätasa-aineista ainekerrosta (21) 1 / R j = f a / Raj + f b / Rbj .... + f q / Rqj - 50 mm vaakarunko / lämmöneristys 1 / Rk = (55/60)/(0,05/0,024) + (5/60)/(0,048/0,12) = 0,648 Rk = 1,542 (m 2 K )W - 122 mm pystyrunko / lämmöneristys 1 / R j = (55/60)/(0,122/0,036) + (5/60)/(0,122/0,12) = 0,357 R j = 2,801 (m 2 K )W - 50 mm pystyrunko / lämmöneristys 1 / R j = (55/60)/(0,05/0,024) + (5/60)/(0,048/0,12) = 0,648 R j = 1,542 (m 2 K )W - kokonaislämmönvastuksen alalikiarvo ,, RT = Rsi + R1 + R2 .... + Rn + Rse (22) 62(102) ,, RT = 0,13 + 0,06 + 0,18 + 1,542 + 2,801 + 1,542 + 0,025/0,054 + 0,13 = 6,848 (m 2 K )W Kokonaislämmönvastus RT , ,, RT = ( RT + RT ) / 2 (23) RT = (7,690 + 6,848)/2 = 7,269 (m 2 K )W Lämmönläpäisykerroin U - ilman korjaustekijöitä oleva lämmönläpäisykerroin U = 1 / RT = 1/7,269 = 0,138 W (m 2 K ) (24) - ilmarakojen korjaustekijä ΔU g ΔU g = ΔU ,, ( RI / RT ) 2 (25) - ilmarakoja sisältävät kerrokset 172 mm pystyrunko ΔU ,, = 0,01 W(m 2 K ) ΔU g = 0,01⋅ [(0,122 / 0,036) / 7,269] = 0,002 W/(m 2 K ) 2 - lämmöneristeen ilmanläpäisevyyden korjaustekijä ΔU a - lämmöneristeen suojaustapa a - korjaustaso 1 ,, ΔU a = ΔU a ⋅ ( RI / RT ) 2 (26) ,, ΔU a = 0,01 W(m 2 K ) ΔU a = 0,01 ⋅ [(0,122 / 0,036) / 7,269] = 0,002 W/(m 2 K ) 2 Korjattu lämmönläpäisykerroin U C U C = U + ΔU g + ΔU a = 0,138 + 0,002 + 0,002 = 0,142 W(m 2 K ) (27) U C = 0,14 W (m 2 K ) - korjaustekijät suurentavat korjaamatonta U- arvoa 3 %, joten vaatimus 3 %:n ylittymisestä täyttyy. (RIL 225- 2004, Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta.) 63(102) Liite 5: Ikkunan pielitolpan mitoitus Mitoitetaan alla olevien kuvioiden 9 ja 10 mukainen ikkuna-aukon pielitolppa. Kuvio 9: Mitoitettava ikkuna-aukko Kuvio 10: Rakennemalli Mitoituksessa käytetyt perustiedot - tolpparunko, 48 * 172 mm - ikkuna-aukko, 2100 mm - oletetaan seinätolppa päistään nivelisesti tuetuksi - seinätolpan heikompi suunta on tuettu nurjahdusta vastaan tuulensuojalevytyksellä - oletetaan NR-ristikoiden kannatuspalkin sijaitsevan keskeisesti tolppaan nähden, joten epäkeskisyyttä ei ole - tolpan mitoituksessa käytetään paikallisia arvoja lumikuorman määrittämiseksi - tolpan vedetty osa on lämpimällä puolella. 64(102) Materiaalitiedot Sahatavara (C24) (RIL 205-1-2007, taulukko 3.3) f c , 0,k = 21 N/mm² (puristus syysuuntaan) f c ,90,k = 2,5 N/mm² (puristus kohtisuoraan syysuuntaa vastaan) f m ,k = 24 N/mm² (taivutus) E 0,mean = 11000 N/mm² (kimmomoduuli) γ M = 1,4 (materiaalin osavarmuusluku) (RIL 205-1-2007, taulukko 2.10) Kuormat g k1 = 0,9 kN/m² (yläpohja) g k 2 = 0,6 kN/m² (räystäs) g k 3 = 0,5 kN/m² (välipohja) q k1 = 2,0 kN/m² (lumikuorma katolla) (RIL 201-1-2007, 95) q k 2 = 2,0 kN/m² (hyötykuorma) (RIL 205-1-2007, taulukko 2.5) q k (h) = 0,4 kN/m² (tuulen nopeuspaine, maastoluokka 3) (RIL 205-1-2007, kuva B.2.4) Ominaiskuormien aiheuttamat voimasuureet L1 = 8,3 m (NR- ristikon jänneväli) L2 = 0,7 m (räystään pituus) L3 = 6,4 m (välipohjan jänneväli) L4 = 2,63 m (seinätolpan pituus) k1 = 1,35 m (kuormitusleveys) Pystykuorma tolpalle välipohjan omapainosta N g ,k = L L1 ⋅ k1 ⋅ g k1 + L2 ⋅ k1 ⋅ g k 2 + 3 ⋅ k1 ⋅ g k3 2 4 65(102) N g ,k = 8,3 6,4 ⋅1,35 ⋅ 0,9 + 0,7 ⋅1,35 ⋅ 0,6 + ⋅1,35 ⋅ 0,5 = 6,69 kN 2 4 Pystykuorma tolpalle lumikuormasta N q ,k1 = L1 ⋅ k1 ⋅ qk1 + L2 ⋅ k1 ⋅ qk1 2 N q ,k1 = 8,3 ⋅1,35 ⋅ 2,0 + 0,7 ⋅1,35 ⋅ 2,0 = 13,10 kN 2 Pystykuorma tolpalle välipohjan hyötykuormasta N q ,k2 = 6,4 L3 ⋅ k1 ⋅ qk 2 = ⋅1,35 ⋅ 2,0 = 4,32 kN 4 4 Tolpan taivutusmomentti tuulikuormasta C p ,net = 1,4 (tuulenpaineen nettopainekerroin) (RIL 205-1-2007, liite B, taulukko B.2.4) M w, k (C = M w, k = p , net ⋅ qk (h) ⋅ k1 )⋅ L4 2 8 (1,4 ⋅ 0,4 ⋅1,35) ⋅ 2,632 = 0,64 kNm 8 Seinätolppa h = 172 mm b = 48 mm A = 8256 mm² Kuormitusyhdistelmät K FI = 1,0 (RIL 205-1-2007, taulukko 2.1) KY 1: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, (keskipitkä aikaluokka) 1,15 Gkj (omapaino) + 1,5 Q k,1 (lumi) + 1,05 Q k,2 (hyöty ) (1) KY 2: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, (hetkellinen aikaluokka) 1,15 Gkj + 1,5 Q k, t (tuuli) + 1,05 Q k,1 + 1,05 Q k,2 (2) 66(102) KY 3: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, (hetkellinen aikaluokka) 1,15 Gkj + 1,5 Q k,1 + 1,05 Q k,2 + 0,9 Q k, t (3) Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY1 Maksimi normaalivoima N d = 1,15 ⋅ N g ,k + 1,5 ⋅ N q ,k1 + 1,05 ⋅ N q ,k 2 N d = 1,15 ⋅ 6,69 + 1,5 ⋅13,10 + 1,05 ⋅ 4,32 = 31,88 kN Nurjahduskerroin K c. y Lc , z = 1,0 ⋅ Ls = 1,0 ⋅ 2630 = 2630 mm iy = λy = h 172 = = 49,65 mm 12 12 Lc , z iy = 2630 = 53 mm 50 K c. y = 0,75 (RIL 205-1-2007, kaava 6.20.2S) (RIL 205-1-2007, kuva 6.9) Puristusjännitys σ c ,0,d = Nd 24790 = = 3,86 N/mm² b ⋅ h 48 ⋅172 Puristuslujuus K mod = 0,8 f c , 0,d = (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) f c ,0,k ⋅ K mod γM = 21 ⋅ 0,8 = 12,0 N/mm² 1,4 Mitoitusehto σ c , 0,d K c , y f c,0,d ≤1⇒ 3,86 = 0,43 < 1 0,75 *12,0 Käyttöaste, 43 % 67(102) Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY2 Maksimi normaalivoima N d = 1,15 ⋅ N g ,k + 1,05 ⋅ N q ,k1 + 1,05 ⋅ N q ,k2 N d = 1,15 ⋅ 6,69 + 1,05 ⋅13,10 + 1,05 ⋅ 4,32 = 25,98 kN Nurjahduskerroin K c. y Lc , z = 1,0 ⋅ Ls = 1,0 ⋅ 2630 = 2630 mm iy = λy = h 172 = = 49,65 mm 12 12 Lc , z iy = 2630 = 53 mm 50 K c. y = 0,75 (RIL 205-1-2007, kaava 6.20.2S) (RIL 205-1-2007, kuva 6.9) Puristusjännitys σ c ,0,d = Nd 25980 = = 3,15 N/mm² b ⋅ h 48 ⋅172 Puristuslujuus K mod = 1,1 f c , 0,d = (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) f c , 0,k ⋅ K mod γM = 21 ⋅1,1 = 16,5 N/mm² 1,4 Maksimi taivutusmomentti M d = 1,5 ⋅ M w,k = 1,5 ⋅ 0,64 = 0,96 kNm Taivutusjännitys σ m, y ,d = 6 ⋅ M d 6 ⋅ 0,96 ⋅106 = = 4,06 N/mm² b⋅h 48 ⋅172 2 68(102) Taivutuslujuus f m ,k ⋅ k mod f m ,d = γM = 24 ⋅1,1 = 18,86 N/mm² 1,4 Mitoitusehto σ m , y ,d f m , y ,d σ c,0,d + K c, y f c , 0,d ≤1⇒ 4,06 3,15 + = 0,47 < 1 18,86 0,75 ⋅16,5 (5) Käyttöaste, 47 %, OK Nurjahduskestävyys tukemattomaan suuntaan KY3. Maksimi normaalivoima N d = 1,15 ⋅ N g ,k + 1,5 ⋅ N q ,k1 + 1,05 ⋅ N q ,k2 N d = 1,15 ⋅ 6,69 + 1,5 ⋅13,10 + 1,05 ⋅ 4,32 = 31,88 kN Nurjahduskerroin K c. y Lc , z = 1,0 ⋅ Ls = 1,0 ⋅ 2630 = 2630 mm iy = λy = h 172 = = 49,65 mm 12 12 Lc , z iy = 2630 = 53 mm 50 K c. y = 0,75 (RIL 205-1-2007, kaava 6.20.2S) (RIL 205-1-2007, kuva 6.9) Puristusjännitys σ c ,0,d = Nd 31880 = = 3,86 N/mm² b ⋅ h 48 ⋅172 Puristuslujuus K mod = 1,1 f c , 0,d = (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) f c , 0,k ⋅ K mod γM = 21 ⋅1,1 = 16,5 N/mm² 1,4 69(102) Maksimi taivutusmomentti M d = 1,5 ⋅ M w,k = 0,9 ⋅ 0,64 = 0,59 kNm Taivutusjännitys σ m, y ,d = 6 ⋅ M d 6 ⋅ 0,59 ⋅106 = = 2,48 N/mm² b⋅h 48 ⋅172 2 Taivutuslujuus f m ,d = f m ,k ⋅ k mod γM = 24 ⋅1,1 = 18,86 N/mm² 1,4 Mitoitusehto σ m , y ,d f m , y ,d + σ c,0,d K c, y f c , 0,d ≤1⇒ 2,47 3,86 + = 0,44 < 1 18,86 0,75 ⋅16,5 (5) Käyttöaste, 44 %, OK Tukipainekestävyys alaohjauspuussa KY1. Ad = 1,15 ⋅ N g ,k + 1,5 ⋅ N q ,k1 + 1,05 ⋅ N q ,k 2 N d = 1,15 ⋅ 6,69 + 1,5 ⋅13,10 + 1,05 ⋅ 4,32 = 31,88 kN Puristusjännitys alaohjauspuussa σ c ,90,d = Ad 31880 =3,86 N/mm² = b ⋅ l 172 ⋅ 48 Alaohjauspuun puristuslujuus syysuuntaa vastaan K mod = 0,8 f c ,90,d = (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) f c ,90,k ⋅ K mod γM = 21 ⋅1,1 = 1,43 N/mm² 1,4 K c ,90 kerroin (RIL 205-1-2007, kuva 6.3) l = 48 mm (tuen pituus) b = 172 mm (tolpan paksuus) 70(102) h = 48 mm (alaohjauspuun korkeus) l1 ≥ 2h H = min (2h;5b) H = 2 ⋅ 48 mm = 96 mm ⇒ K c,90 = 2,55 Mitoitusehto σ c ,90,d ≤ K c,90 ⋅ f c,90,d ⇒ 3,86 N/mm 2 < 2,55 ⋅ 1,43 N/mm 2 (7) Käyttöaste, 106 % Tukipaine alaohjauspuussa tulee suuremmaksi kuin puristuslujuus. Taipuma KY2. Palkin jäyhyysmomentti Iy = b ⋅ h 3 48 ⋅1723 = = 20,35 ⋅ 106 mm 4 12 12 Hetkellinen taipuma tuulikuormasta Winst = 5 ⋅ (k1 ⋅ c p ,net ⋅ qk (h) )⋅ L4 4 384 ⋅ E0,mean ⋅ I y 5 ⋅ (1,35 ⋅1,4 ⋅ 0,4) ⋅ L4 = 2,10 mm 384 ⋅11000 ⋅ 20,35 ⋅106 4 Winst = Lopputaipuma K def = 0,60 (RIL 205-1-2007, taulukko 3.2) W fin = (1 + k def ) ⋅Winst W fin = (1 + 0,60) ⋅ 2,10 = 3,37 mm Mitoitusehto W fin ≤ L 2630 mm ⇒ 3,37 mm < 300 300 Käyttöaste, 38 % (8) 71(102) Winst = 2,10 mm W fin = 3,37 mm Mitoitusehto W fin ≤ L 2630 mm ⇒ 3,37 mm < 300 300 Käyttöaste 38 % (Puuinfo Oy, EC5 sovelluslaskelmat) (8) 72(102) Liite 6: NR-ristikoiden kannatuspalkin mitoitus Kannatuspalkin mitoituksessa tutkitaan kahta eri tapausta, jotka antavat määräävän tuloksen leikkausvoiman ja momentin laskennassa. Alla olevissa kuvioissa 11 ja 12 on esitettynä tapaus 1. Kuvio 11: Tutkittava tapaus 1 Kuvio 12: Rakennemalli tapaus 1 Mitoituksessa käytettävät perustiedot - NR- ristikot kannatetaan seinän päällä olevalla palkilla - NR- ristikoihin tehdään tehtaalla lovi kannatuspalkkia varten - ikkuna-aukko, 1500 mm 73(102) Materiaalitiedot Kerto-S (RIL 205-1-2007, taulukko 3.5) f m ,k = 44 N/mm² (taivutus syrjällään) f v ,k = 4,1 N/mm² (leikkaus syrjällään) f c ,90,edge,k = 6,0 N/mm² (puristus poikittain syrjällään) Emean = 13800 N/mm² (kimmomoduuli) γ M = 1,2 (materiaalin osavarmuusluku) (RIL 205-1-2007, taulukko 2.10) Kuormat g k1 = 0,9 kN/m² (yläpohja) g k 2 = 0,6 kN/m² (räystäs) g k 3 = 0,5 kN/m² (välipohja) q k1 = 2,0 kN/m² (lumikuorma katolla) (RIL 201-1-2008, 95) q k 2 = 2,0 kN/m² (hyötykuorma) (RIL 205-1-2007, taulukko 2.5) Ominaiskuormien aiheuttamat voimasuureet L1 = 8,3 m (NR- ristikon jänneväli) L2 = 1,5 m (ristikoiden kannatuspalkin jänneväli) L3 = 0,7 m (räystään pituus) L4 = 6,4 m (välipohjan jänneväli) s = 0,9 m (ristikkojako) s1 = 0,75 m (pistekuorman etäisyys tuelta A) s2 = 0,75 m (pistekuorman etäisyys tuelta B) Ristikoiden tukireaktio yläpohjan omapainosta Fg ,k = L1 L ⋅ s ⋅ g k1 + L3 ⋅ s ⋅ g k 2 + 4 ⋅ s ⋅ g k 3 2 4 74(102) Fg ,k = 8,3 6,4 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9 + 0,7 ⋅ 0,9 ⋅ 0,6 + ⋅ 0,9 ⋅ 0,5 =4,46 kN 2 4 Ristikon tukireaktio lumikuormasta Fq ,k1 = L1 ⋅ s ⋅ qk 1 + L3 ⋅ s ⋅ qk 1 2 Fq ,k1 = 8,3 ⋅ 0,9 ⋅ 2,0 + 0,7 ⋅ 0,9 ⋅ 2,0 = 8,73 kN 2 Ristikon tukireaktio hyötykuormasta Fq ,k 2 = 6,4 L4 ⋅ s ⋅ qk 2 = ⋅ 0,9 ⋅ 2,0 = 2,88 kN 4 4 Palkin tukireaktiot omapainosta Bg , k = Fg ,k = 2 4,46 = 2,23 kN 2 Ag ,k = Bg ,k = 2,23 kN Palkin tukireaktiot lumikuormasta Bq ,k 1 = Fq ,k1 2 = 8,73 = 4,37 kN 2 Aq ,k 1 = Bq ,k 1 = 4,37 kN Palkin tukireaktiot hyötykuormasta Bq ,k 2 = Fq ,k 2 2 = 2,88 = 1,44 kN 2 Aq ,k 2 = Bq ,k 2 = 1,44 kN Maksimimomentti omapainosta M g ,k = Fg ,k ⋅ L2 4 = 4,46 ⋅1,5 = 1,67 kNm 4 75(102) Maksimimomentti lumikuormasta M q ,k1 = Fq ,k 1 ⋅ L2 4 = 8,73 ⋅1,5 = 3,27 kNm 4 Maksimimomentti hyötykuormasta M q ,k 2 = Fq ,k 2 ⋅ L2 4 = 2,88 ⋅1,5 = 1,08 kNm 4 Maksimi leikkausvoima omapainosta Vg ,k = Ag ,k = 2,23 kN Maksimi leikkausvoima lumikuormasta Vq ,k1 = Aq ,k1 = 4,37 kN Maksimi leikkausvoima hyötykuormasta Vq ,k 2 = Aq ,k 2 = 1,44 kN Palkin lähtötiedot h = 200 mm b = 51 mm Kuvio 13: Kannatuspalkki 76(102) K FI = 1,0 (RIL 205-1-2007, taulukko 2.1) Mitoituksessa käytettävät kuormitusyhdistelmät. KY 1: kuormitusyhdistelmä käyttörajatilassa, keskipitkä aikaluokka Gkj (omapaino) + Q k,1 (lumi) + Q k,2 (hyöty ) (9) KY 1: kuormitusyhdistelmä murtorajatilassa, keskipitkä aikaluokka 1,15 Gkj (omapaino) + 1,5 Q k,1 (lumi) + 1,05 Q k,2 (hyöty ) (1) Taivutuskestävyys Maksimi taivutusmomentti M d = 1,15 ⋅ M g ,k + 1,5 ⋅ M q ,k1 + 1,05 ⋅ M q ,k 2 M d = 1,15 ⋅1,70 + 1,5 ⋅ 3,27 + 1,05 ⋅1,08 = 7,99 kNm Taivutusjännitys σ m, y ,d 6 ⋅ M d 6 ⋅ 7,99 ⋅106 = = = 23,50 N/mm² b ⋅ h2 51 ⋅ 200 2 Taivutuslujuus K mod = 0,8 f m ,d = f m ,k ⋅ k mod γM (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) = 44 ⋅ 0,8 = 29,33 N/mm² 1,2 Mitoitusehto σ m , y ,d ≤ f m,d ⇒ 23,50 N/mm 2 < 29,33 N/mm 2 Käyttöaste, 80 % Leikkausvoimakestävyys Maksimi leikkausvoima Vd = 1,15 ⋅ Vg ,k + 1,5 ⋅Vq ,k1 + 1,05 ⋅Vq ,k2 (10) 77(102) Vd = 1,15 ⋅ 2,23 + 1,5 ⋅ 4,37 + 1,05 ⋅1,44 =10,63 kN Leikkausjännitys 3 Vd 3 10670 =1,56 N/mm² = ⋅ 2 b ⋅ h 2 51⋅ 200 τd = ⋅ Leikkauslujuus K mod = 0,8 f v,d = f v ,k ⋅ k mod γM (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) = 4,1 ⋅ 0,8 = 2,73 N/mm² 1,2 Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 1,56 N/mm 2 < 2,73 N/mm 2 (11) Käyttöaste, 57 % Taipuma WinStatik – tasokehä ohjelmasta Hetkellinen taipuma pysyvistä kuormista Winst ,G = 0,36 mm Hetkellinen taipuma lumikuormista Winst ,Q1 = 0,66 mm Hetkellinen taipuma lumikuormista Winst ,Q 2 = 0,23 mm Lopputaipuma K def = 0,80 (RIL 205-1-2007, taulukko 3.2) W fin ,G = Winst ,G ⋅ (1 + k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.3) W fin ,Q1 = Winst ,Q1 ⋅ (1 + 0,2 ⋅ k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.4) W fin ,Q 2 = Winst ,Q 2 ⋅ (0,5 + 0,3 ⋅ k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.5) W fin = [0,36 ⋅ (1 + 0,8) + 0,66 ⋅ (1 + 0,2 ⋅ 0,8) + 0,23 ⋅ (0,5 + 0,3 ⋅ 0,8)] W fin = 1,58 mm 78(102) Mitoitusehto W fin ≤ L2 1500 mm =5 mm ⇒ 1,58 mm < 300 300 Käyttöaste, 32 % Mitoitetaan NR- ristikoiden kannatuspalkki tapaukselle 2. Alla olevissa kuvioissa 14 ja 15 on esitettynä tapaus 2. Kuvio 14: Tutkittava tapaus 2 Kuvio 15: Rakennemalli tapaus 2 (12) 79(102) s1 = 0,3 m (pistekuorman etäisyys tuelta A) s2 = 1,2 m (pistekuorman etäisyys tuelta A) s3 = 0,3 m (pistekuorman etäisyys tuelta B) Ristikoiden tukireaktio yläpohjan omapainosta Fg ,k = 4,46 kN Ristikon tukireaktio lumikuormasta Fq ,k1 = 8,73 kN Ristikon tukireaktio hyötykuormasta Fq ,k 2 = 2,88 kN Palkin tukireaktiot omapainosta Bg , k = Fg ,k ⋅ s1 + Fg ,k ⋅ s2 L2 = 4,46 ⋅ 0,3 + 4,52 ⋅1,2 = 4,46 kN 1,5 Ag ,k = Bg ,k = 4,46 kN Palkin tukireaktiot lumikuormasta Bq ,k 1 = Fq ,k1 ⋅ s1 + Fq ,k1 ⋅ s2 L2 = 8,73 ⋅ 0,3 + 8,73 ⋅1,2 = 8,73 kN 1,5 Aq ,k 1 = Bq ,k 1 = 48,73 kN Palkin tukireaktiot hyötykuormasta Bq ,k 2 = Fq ,k 2 ⋅ s1 + Fq ,k 2 ⋅ s2 L2 = 2,88 ⋅ 0,3 + 2,88 ⋅1,2 = 2,88 kN 1,5 Aq ,k 2 = Bq ,k 2 = 2,88 kN Maksimimomentti omapainosta M g ,k = Bg ,k ⋅ s1 = 4,46 ⋅ 0,3 = 1,34 kNm 80(102) Maksimimomentti lumikuormasta M q ,k1 = Bq ,k1 ⋅ s1 = 8,73 ⋅ 0,3 = 2,62 kNm Maksimimomentti hyötykuormasta M q ,k 2 = Bq ,k 2 ⋅ s1 = 2,88 ⋅ 0,3 = 0,86 kNm Maksimi leikkausvoima omapainosta Vg ,k = Ag ,k = 4,46 kN Maksimi leikkausvoima lumikuormasta Vq ,k1 = Aq ,k1 = 8,73 kN Maksimi leikkausvoima hyötykuormasta Vq ,k 2 = Aq ,k 2 = 2,88 kN Taivutuskestävyys Maksimi taivutusmomentti M d = 1,15 ⋅ M g ,k + 1,5 ⋅ M q ,k1 + 1,05 ⋅ M q ,k 2 M d = 1,15 ⋅1,36 + 1,5 ⋅ 2,62 + 1,05 ⋅ 0,86 = 6,40 kNm Taivutusjännitys σ m, y ,d = 6 ⋅ M d 6 ⋅ 6,40 ⋅106 = 18,82 N/mm² = b ⋅ h2 51⋅ 200 2 Taivutuslujuus K mod = 0,8 f m ,d = f m ,k ⋅ k mod γM (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) = 44 ⋅ 0,8 = 29,33 N/mm² 1,2 81(102) Mitoitusehto σ m , y ,d ≤ f m,d ⇒ 18,82 N/mm 2 < 29,33 N/mm 2 (10) Käyttöaste, 64 % Leikkausvoimakestävyys Maksimi leikkausvoima Vd = 1,15 ⋅ Vg ,k + 1,5 ⋅Vq ,k1 + 1,05 ⋅Vq ,k 2 Vd = 1,15 ⋅ 4,46 + 1,5 ⋅ 8,73 + 1,05 ⋅ 2,88 =21,25 kN Leikkausjännitys 3 Vd 3 21250 =3,13 N/mm² = ⋅ 2 b ⋅ h 2 51⋅ 200 τd = ⋅ Leikkauslujuus K mod = 0,8 f v,d = f v ,k ⋅ k mod γM (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) = 4,1 ⋅ 0,8 = 2,73 N/mm² 1,2 Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 3,13 N/mm 2 > 2,73 N/mm 2 (11) Käyttöaste, 115 % Leikkausjännitys ylittää leikkauslujuuden. Taipuma WinStatik – tasokehä ohjelmasta Hetkellinen taipuma pysyvistä kuormista Winst ,G = 0,38 mm Hetkellinen taipuma lumikuormista Winst ,Q1 = 0,70 mm Hetkellinen taipuma lumikuormista Winst ,Q 2 = 0,24 mm 82(102) Lopputaipuma K def = 0,80 (RIL 205-1-2007, taulukko 3.2) W fin ,G = Winst ,G ⋅ (1 + k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.3) W fin ,Q1 = Winst ,Q1 ⋅ (1 + 0,2 ⋅ k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.4) W fin ,Q 2 = Winst ,Q 2 ⋅ (0,5 + 0,3 ⋅ k def ) (RIL 205-1-2007, kaava 2.5) W fin = [0,38 ⋅ (1 + 0,8) + 0,70 ⋅ (1 + 0,2 ⋅ 0,8) + 0,24 ⋅ (0,5 + 0,3 ⋅ 0,8)] W fin = 1,67 mm Mitoitusehto W fin ≤ L2 1500 mm =5 mm ⇒ 1,67 mm < 300 300 (12) Käyttöaste, 33 % Leikkausjännitys ylitti leikkauslujuuden. Lisätään lisäpalkki b ⋅ h = 27 ⋅ 200 , ikkunaaukon kohdalle. Leikkausjännitys 3 Vd 3 21250 =2,04 N/mm² = ⋅ 2 b ⋅ h 2 78 ⋅ 200 τd = ⋅ Mitoitusehto τ d ≤ f v,d ⇒ 2,04 N/mm 2 < 2,73 N/mm 2 Käyttöaste, 75 % (Puuinfo Oy, EC5 sovelluslaskelmat) (11) 83(102) Liite 7: Yläsidepuun tukipinnan mitoitus Lähtötiedot on esitetty alla olevassa kuviossa 16. Kuvio 16: Yläsidepuun sijainti- ja dimensiot Laskenta k1 = 0,9 m N g ,k = 4,46 kN N q ,k 1 =8,73 kN N q ,k 2 = 2,88 kN Tukireaktio Fd = 1,15 ⋅ Gkj + 1,5 ⋅ Qk1 + 1,05 ⋅ Qk 2 Fd = 1,15 ⋅ 4,46 + 1,5 ⋅ 8,73 + 1,05 ⋅ 2,88 = 21,25 kN 84(102) Palkin puristuslujuus syysuuntaa vastaan K mod = 0,8 f c ,90,d = (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) f c ,90,k ⋅ K mod γM = 2,5 ⋅ 0,8 = 1,43 N/mm² 1,4 K c ,90 kerroin (RIL 205-1-2007, kuva 6.3) l = 42 mm (tuen pituus) b = 172 mm (toimiva leveys) h = 48 mm (yläsidepuun korkeus) l1 ≥ 2h H = min (2h;5b) H = 2 ⋅ 48 mm = 96 mm ⇒ K c,90 = 2,60 Mitoitusehto σ c ,90,d ≤ K c,90 ⋅ f c,90,d Vaadittu tukipinta Atp ,vaad = (7) Fd 21250 = 5715 mm² = kc ,90 ⋅ f c ,90,d 2,6 ⋅1,43 Vaaditun tukipinnan pituus ltp ,vaad = Käyttöaste 137 % (Koreasalo, 2008.) Atp ,vaad l = 5715 =136 mm > 99 mm 42 85(102) Liite 8: NR-ristikon kannatuspalkin tukipinnan mitoitus Lähtötiedot on esitetty alla olevassa kuviossa 13. Kuvio 13: Kannatuspalkin sijainti- ja dimensiot Laskenta k1 = 0,9 m N g ,k = 4,46 kN N q ,k 1 =8,73 kN N q ,k 2 = 2,88 kN Tukireaktio Fd = 1,15 ⋅ Gkj + 1,5 ⋅ Qk1 + 1,05 ⋅ Qk 2 Fd = 1,15 ⋅ 4,46 + 1,5 ⋅ 8,73 + 1,05 ⋅ 2,88 = 21,25 kN Palkin puristuslujuus syysuuntaa vastaan K mod = 0,8 (RIL 205-1-2007, taulukko 3.1) 86(102) f c ,90,d = f c ,90,k ⋅ K mod γM = 6,0 ⋅ 0,8 = 4,00 N/mm² 1,2 K c ,90 kerroin (RIL 205-1-2007, kuva 6.3) l = 42 mm (tuen pituus) b = 51 mm (palkin leveys) h = 200 mm (palkin korkeus) l1 ≥ 2h H = min (2h;5b) H = 5 ⋅ 51 mm = 255 mm ⇒ K c,90 = 3,3 Mitoitusehto σ c ,90,d ≤ K c,90 ⋅ f c,90,edge,d Vaadittu tukipinta Atp ,vaad = (7) Fd 21250 = 1610 mm² = kc ,90 ⋅ f c ,90,edge,d 3,3 ⋅ 4,0 Vaaditun tukipinnan pituus ltp ,vaad = Käyttöaste 75 % (Koreasalo, 2008.) Atp ,vaad l = 1610 =38,3 mm < 51 mm 42 87(102) Liite 9: Esimerkkilaskelma jäykistämisestä huokoisella puukuitulevyllä Mitoitetaan esimerkkitalon jäykistykseen tarvittava levymäärä. Seinille tuleva seinän suuntainen vaakakuorma Qd Qd = 1,5 ⋅ c f ⋅ qk (h) ⋅ Aref (RIL 205-1-2007, kaava B.2.10) cf (rakenteen voimakerroin) (RIL 205-1-2007, taulukko B.2.3) qk (h) (rakennuksen korkeutta h vastaava nopeuspaine) (RIL 205-1-2007, taulukko B.2.4) (rakenteen tuulta vastaan kohtisuora projektiopin- Aref ta-ala) (RIL 205-1-2007, 185.) Qd pääty = 1,5 ⋅ c f ⋅ qk (h) ⋅ Qd pääty = 1,5 ⋅1,3 ⋅ 0,4 ⋅ (H / 2 ) ⋅ L + H k ⋅ L 2 2 (3,9 / 2) ⋅12,4 + 3,1⋅12,4 = 24,4 kN 2 Qd sivuseinä = 1,5 ⋅ c f ⋅ qk (h) ⋅ Qd sivuseinä = 1,5 ⋅1,3 ⋅ 0,4 ⋅ 2 (H / 2 ) ⋅ A + H k ⋅ ( A / 2 ) 2 2 (3,9 / 2) ⋅ 8,3 + 3,1⋅ (8,3 / 2) = 11,3 kN 2 H = Seinän korkeus A = Rakennuksen runkosyvyys L = Rakennuksen pituus 2 88(102) Runkoleijona- levy voidaan kiinnittää alla olevan kuvion 24 mukaisilla kiinnikkeillä. Kuvio 24: Kiinniketyypit (Suomen Kuitulevy Oy, Laskenta- ja kiinnitysohjeet) Mitoituksessa käytettävät kiinnikkeiden ominaisarvot on esitetty alla olevassa taulukossa. Taulukko 10: Kiinnikkeiden ominaisleikkauslujuus (Suomen Kuitulevy Oy, Laskenta- ja kiinnitysohjeet) A = Konenaula 60 x 2,5 B = Kuumasinkitty lankanaula 50 x 2,1 C = Hakanen 1,0 x 50 Valitaan kiinniketyyppi F f ,d = 400 N (kiinnike A, taulukko 10) Päätyseinien mitoitus Jäykistyslevyn kapasiteetti Qv ,d = F f ,d ⋅ (b / c ) 1,5 b = Levyn leveys 89(102) c = Kiinnikeväli Qv ,d = 0,4 ⋅ (1200 / 50) = 6,4 kN 1,5 Tarvittava levymäärä päädyn jäykistämiseen Qd pääty Qv ,d = 24,4 = 3,8 6,4 4 levyä jäykistykseen, kiinnike (A), kiinnikeväli 50 mm Sivuseinien mitoitus Qv ,d = 0,4 ⋅ (1200 / 100 ) = 3,2 kN 1,5 Tarvittava levymäärä päädyn jäykistämiseen Qd pääty Qv ,d = 11,3 = 3,5 3,2 4 levyä jäykistykseen, kiinnike (A), kiinnikeväli 100 mm. (Suomen Kuitulevy Oy, Laskenta- ja kiinnitysohjeet.) 90(102) Liite 10: Esimerkkilaskelma jäykistämisestä kipsikartonkilevyllä Mitoitetaan esimerkkitalon jäykistykseen tarvittava levymäärä. Laskennan lähtötiedot - ominaistuulikuorma qk = 0,35 kN/mm² - kokonaiskorkeus maasta h = h0 + h1 + h2 =0,4+3,9+3,1= 7,4 m - päädyn pituus = 8,3 m - sivuseinän pituus = 12,4 m - jäykistävän seinän korkeus H= 2700 mm - käyttöluokka 3. Sivuseinän ja katon pystyprojektio pinta-ala Asivuseinä = 3,9 ⋅12,4 + 3,1⋅12,4 = 33,5 + 51,6 =86,8 m² Päätyseinän pinta-ala Apääty = 3,9 ⋅ 8,3 + 3,1 ⋅ 8,3 = 45,2 m² 2 Sivuseinältä päädyille tuleva mitoitustuulikuorma Fw,d päädyt = 1,5 ⋅1,3 ⋅ Fw,k = 1,5 ⋅1,3 ⋅ 86,8 ⋅ 0,4 = 67,7 kN Tästä menee jäykistävän seinän yläreunaan FH ,k = h1 + h 2 − 0,4h 3900 + 3100 − 0,4 ⋅ 7400 Fw,d = ⋅ 67,7 H 2700 (15) =101,3 kN, eli kaikki menee yläreunaan yläreunaan. Päädyltä sivuseinille tuleva mitoituskuorma Fw,d sivuseinät = 1,5 ⋅1,3 ⋅ Fw,k = 1,5 ⋅1,3 ⋅ 45,2 ⋅ 0,4 = 35,3 kN ja kaikki menee yläreunaan. Seinät ovat symmetrisesti kuormaan nähden, joten vääntömomenttia ei tarvitse ottaa huomioon seinille tuleviin kuormiin. Katsotaan tuulensuojalevy KXT 9 riittävyys päätyjen jäykistämiseen. Mitoituksessa käytettävät kiinnikkeiden ominaisarvot on esitetty seuraavalla sivulla olevassa taulukossa. 91(102) Taulukko 10: Kiinnikkeiden ominaisleikkauslujuus (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) Valitaan puurunko ja kiinnikkeeksi kipsilevyruuvi 3,9 x 32, Ø kanta 8 mm. - ominaislujuus on 0,30 kN. (käyttöluokka 3) Alla olevassa kuviossa 18 on esitettynä jäykistykseen valitut seinät. Kuvio 18: Jäykistykseen valitut seinät 92(102) Päätyseinien moduulimittaiset osaseinät ovat - 47 M + 22 M (vasemmalla oleva päätyseinä) - 7 M + 9 M + 20 M + 15 M (oikealla oleva päätyseinä) Vasemmalla olevaan osaseinään 47 M sopii 1,2 m leveitä levyjä 3 kpl ja yksi kavennettu. 22 M leveään osaseinään sopii 1,2 m leveitä levyjä 1 kpl ja yksi kavennettu. Yhteensä 4 kpl 1,2 m leveitä levyjä. Kun tässä tapauksessa päädyille tuleva tuulikuorma jakautuu tasan lohkoille, niin yhdelle 1,2 m leveälle lohkolle tulee mitoitusvoimaksi 67,7 = 8,5 kN. 2⋅4 Koska levyn korkeus on 2700 mm ja leveys 1200 mm, niin leikkauslujuuden pienennyskerroin on ci = 2bi / h = 2 ⋅ 1200 / 2700 = 0,89. Mitoitusleikkauslujuudet liitintä kohti 2700 mm korkealle ja 1200 mm leveälle lohkolle on 0,89 ⋅ 0,30 / 1,3 = 0,21 kN. Yhdelle levylle tulevien ruuvien lukumäärät ovat 8,5/0,21= 40, eli 40 ruuvia 1200 mm matkalle tarkoittaa 30 mm ruuviväliä ja keskitolppaan 60 mm. Otetaan lohkosta 47 M 1100 mm ja lohkosta 22 M 1000 mm leveä levy mukaan ja lasketaan liittimen mitoituslujuuden pienennyskerroin ci = 2 ⋅1100 / 2700 = 0,81 ci = 2 ⋅1000 / 2700 = 0,74 Mitoitusleikkauslujuudet 2700 mm korkealle levylle ja 1200 mm leveälle levylle on 0,81 = 0,91 kertainen verrattuna 1200 mm levyisen lohkon mitoituskapasiteettiin 0,89 93(102) 0,74 = 0,83 kertainen verrattuna 1200 mm levyisen lohkon mitoituskapasiteettiin. 0,89 Edellä lasketut ruuvimäärät voidaan jakaa 4 + 0,91 = 1,22 eli saadaan lukumäärä 4 40 = 32,8 1,22 5 + 0,83 = 1,16 eli saadaan lukumäärä 5 32,8 = 28,3 1,16 Eli ruuviväli on 1200/28,3= 40 mm 1200 mm matkalla ja keskitolpalla 80 mm. Oikealla olevaan osaseinään 20 M sopii 1200 mm leveitä levyjä 1 kpl ja kavennettu levy. Osaseinään 15 M sopii 1200 mm leveitä levyjä 1 kpl. Kavennettu levy sopii lohkoon 9 M ja 7 M. Yhteensä 1200 mm leveitä levyjä 2 kpl. Yhdelle 1200 mm leveälle lohkolle tulee mitoitusvoimaksi 67,7 = 16,9 kN 2⋅2 Yhdelle levylle tulevien ruuvien lukumäärät ovat 16,9/0,21= 80. Otetaan lohkosta 20 M 800 mm ja lohkosta 9 M 900 mm, sekä lohkosta 7 M 700 mm leveä levy mukaan ja lasketaan liittimen mitoituslujuuden pienennyskerroin ci = 2 ⋅ 800 / 2700 = 0,59 ci = 2 ⋅ 900 / 2700 = 0,67 ci = 2 ⋅ 700 / 2700 = 0,52 94(102) Mitoitusleikkauslujuudet 2700 mm korkealle levylle ja 1200 mm leveälle levylle on 0,59 = 0,66 kertainen verrattuna 1200 mm levyisen lohkon mitoituskapasiteettiin 0,89 0,67 = 0,75 kertainen verrattuna 1200 mm levyisen lohkon mitoituskapasiteettiin 0,89 0,52 = 0,58 kertainen verrattuna 1200 mm levyisen lohkon mitoituskapasiteettiin 0,89 Edellä lasketut ruuvimäärät voidaan jakaa 2 + 0,66 = 1,33 2 3 + 0,75 = 1,25 3 4 + 0,52 = 1,13 4 Eli saadaan lukumäärä 80 = 60,2 1,33 60,2 = 48,1 1,25 48,1 = 42,6 1,13 Eli ruuviväli on 1200/43 = 30 mm 1200 mm matkalla ja keskitolpalla 60 mm. Samalla tavalla lasketaan sivuseinien jäykistys päädyistä tulevalle kuormalle. (Laskentaohje Knauf Oy:n kipsikartonkilevyjen….) 95(102) Liite 11: Leikkauspiirros P1, nykyinen seinärakenne (Heinonen, 2008) 96(102) Liite 12: Leikkauspiirros Y1, nykyinen seinärakenne (Heinonen, 2008) 97(102) Liite 13: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US1 98(102) Liite 14: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US1 99(102) Liite 15: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US2 100(102) Liite 16: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US2 101(102) Liite 17: Leikkauspiirros P1, seinärakenne US3 102(102) Liite 18: Leikkauspiirros Y1, seinärakenne US3