Solupolyuretaanieristeisen puuseinäelementin lujuudesta

Abstract

Tutkimuksessa tarkastellaan solupolyuretaanilla eristetyn pientalon kantavaa seinärakennetta, jossa lämmöneriste toimii rungon ainoana sivuttaisjäykistyksenä. Tutkimus jakaantuu kolmeen pääosaan, laskelmiin, kokeisiin ja edellisten perusteella tehtyihin parannusehdotuksiin. Toisaalta on eroteltu tarkastelu aukottoman ja aukollisen seinänosan välillä. Useampien peräkkäisten aukkojen vaikutusta ei sen sijaan ole käsitelty tässä yhteydessä. Kuormitustapauksina on käsitelty kattorakenteilta tulevia pistekuormia, joiden välimatkat vastaavat ristikoiden yleisimpiä jakovälejä K 900 ja K 1200 sekä tuulen aiheuttamia kuormia ja näiden yhdistelmiä. Yhdisteltyjen kuormien aikaluokan muutoksesta johtuen nämä eivät muodostuneet mitoittaviksi kuormitustapauksiksi. Voimasuureiden jakaantuminen on laskettu aukoissa Crossin momentin tasausmenetelmään perustuen käsin laskentana. Tällöin aukon reunatuet oletettiin painumattomiksi, mistä aiheutuu tuloksiin jonkin verran epätarkkuutta. Umpiseinän sisäiset rasitukset laskettiin tietokoneohjelmalla, jolloin tukien painumat tulivat huomioon otetuiksi kokoonpuristuman osalta, mutta eivät epäkeskeisyydestä johtuvien sauvojen taipumien osalta. Lujuuteen vaikuttavista seikoista käsitellään pääasiassa rakenteen yläpalkin kestävyyttä leikkauksen, taivutusmomentin ja taipuman kannalta, liitoksiin syntyviä leimapainerasituksia sekä runkotolppien nurjahduspyrkimyksiä. Leimapaine ristikoiden ja yläpaarteen välisessä liitoksessa rajoittaa laskelmien perusteella ristikoiden jännevälin niin pieneksi (n. 4 m, räystäät mukaan lukien), ettei liitos ilmanpainetta jakavaa kenkää juuri tule kysymykseen, ellei rakennuksessa ole kantavia väliseiniä. Umpinaisen seinän kohdalla laskelmat osoittivat runkotolpan ja yläpaarteen välisen liitoksen leimapaineen rajoittavan jonkin verran ristikoiden jänneväliä (n. 9 m ristikoilla K 1200), muista syistä rajoituksia ei käytännössä aiheudu. Aukkotarkastelussa laskelmin saadaan seinän kestokyvyn kannalta vaarallisimmaksi suureeksi leimapaine aukon reunatolpan ja yläpaarteen välillä, mikä aiheuttaa ristikoiden jänneväliin tarkasteltavilla kuormituksilla pahimmillaan rajoituksen Lefmax = 2,8 m (K 1200). Aukkojen kohdalla rajoittavat ristikoiden jännevälejä lisäksi aukkojen reunatolppien nurjahdusvaara, reunatolppien ja alaohjauspuun liitoksen leimapaine sekä yläpaarteen leikkausmurtumavaara. Rajoitus tulee laskelmin kaikista em. syistä suunnilleen saman suuruiseksi (n. 4...6 m). Laskelmin saatujen arvojen varmuuskertoimia tutkittiin kuormituskokeilla. Kokeiden tarkoituksena oli myös auttaa rakenteen kehittelyssä. Pääkokeina tehtiin neljän runkotolppavälin mittaisilla, täyskorkeilla koeseinillä normaali voimakapasiteettikokeita. Lisäksi tehtiin erillinen nurjahduskoe, palkin taivutuskokeita sekä vaakavoimakokeita tuulijäykistystä ajatellen. N-voimakokeissa eliminoitiin leimapainemurto kuorman alla painetta jakavan kuormitusvälikkeen avulla ja kyseinen liitos jätettiin huomiotta. Koekappaleita vahvisteltiin eri tavoin lähinnä runkotolpan ja yläpaarteen välisessä liitoksessa. Umpiseinillä tehdyissä kokeissa saatiin ristikoiden sallitulle tukireaktiolle 29 % suurempi arvo kuin laskemalla. Aukkokokeet tehtiin koekappaleilla, joissa oli 1,2 m leveä aukko. Tulokset redusoitiin koskemaan myös leveämpiä aukkoja käyttäen apuna laskelmin saatuja voimasuureiden jakautumia. Aukolla 1,2 m saatiin reunasauvan sauvavoiman sallitulle arvolle 65 %:n lisäys laskettuun arvoon verrattuna. Nurjahduksen osalta saatiin kokeellisen ja lasketun arvon välille huomattavan suuri ero (126 %) kokeellisen arvon hyväksi. Taivutuskokeissa kokeelliset arvot olivat keskimäärin 16...20 % laskettuja suurempia. Tutkimuksen perusteella seinän kestokykyä pystykuormia vastaan pystytään lisäämään melko helposti vahvistamalla yläpaarteen ja runkotolpan välinen liitos esim. L-teräksellä ja varmistamalla yläpaarteen kiinnitys. Vahvistus ei kuitenkaan poista muiden murtotapojen aiheuttamia rajoituksia. Tuulijäykistystä tutkittiin pelkästään kokeellisesti. Rakennemallissa tutkittiin tilannetta, jossa kattorakennelevyvaikutuksen ansiosta siirtää pitkää sivua vastaan tulevan tuulikuorman päätyseinille, jotka yksin ottavat tuulen vastaan. Koetulosten perusteella SPU-levyt ovat hyvä lisäjäykistys. /Kir10