Matalataajuuksisen CLT-rakenteen soveltuvuus asuinrakennuksen lattiaksi

Abstract

Opinnäytetyön taustana oli rakennusinsinööri Tero Lahtelan, Puuinfo, näkemys, jonka mukaan olisi syytä tutkia CLT-rakenteisen matalataajuuslattian ominaisuuksia ja soveltuvuutta Suomessa rakennettavien asuinrakennusten lattiaksi. Nykyisten normien mukaan Suomessa ei sallita matalataajuuksisia CLT-rakenteita asuinrakennusten lattioiksi. Opinnäytetyössä tehtyä tutkimusta pidettiin ajankohtaisena CLT-rakentamisen noususuhdanteen vuoksi. Lisäksi CLT-rakentaminen on uudenlainen rakennustapa Suomessa, joten kyseisestä aiheesta ei juurikaan ole tehty vastaavanlaisia tutkimuksia. Taustaoletuksena oli, että CLT-rakenteinen matalataajuuslattia lisäisi CLT-rakenteiden kustannuskilpailukykyä, koska matalataajuuksinen lattia mahdollistaisi ohuemmat ja/tai pidemmät lattiat, joiden seurauksena saavutettaisiin materiaalisäästöjä. Opinnäytetyön tavoitteena oli tutustua CLT-rakenteisen ala- ja välipohjan värähtelymitoitukseen sekä analysoida matalataajuuksisen CLT-rakenteen kannattavuutta.

Tässä opinnäytetyössä perehdyttiin Suomessa voimassa oleviin määräyksiin ja ohjeisiin, joita sovelletaan puurakenteisten lattioiden värähtelymitoitukseen. Lisäksi perehdyttiin olemassa oleviin värähtelymitoituksen määräyksiin ja ohjeisiin, jotka koskevat matalataajuuksisia lattioita. Opinnäytetyössä tutkittiin määräykset ja ohjeet täyttävien matalataajuuksisten CLT-rakenteisten lattioiden värähtelyä. Tutkimisen jälkeen tuloksia analysoitiin ja tehtiin johtopäätöksiä CLT-rakenteisten matalataajuuslattioiden toimivuudesta ja kannattavuudesta.

Opinnäytetyönä laadittiin raportti, joka koostuu teoriaosiosta, esimerkkilaskelmista, tutkimusosiosta sekä tulokset- ja yhteenveto-osiosta. Teoriaosiossa perehdyttiin värähtelymitoitukseen ja kuvattiin sen eri vaiheita. Teoriaosion jälkeen raporttiin laskettiin esimerkkilaskelmia havainnollistamaan CLT-rakenteiden ominaisuuksia ja mitoitusmenetelmiä. Varsinainen tutkimus tehtiin laatimalla Excel-laskentataulukko, jonka pohjalta voitiin tehdä laajuudeltaan tarpeita vastaava analyysi CLT-lattioiden värähtelyistä. Laskentataulukon arvoja ja esimerkkilaskelmia verrattiin Abaqus-mitoitusohjelmalla laskettuihin tuloksiin, jolloin saatiin parempi käsitys tulosten paikkansa pitävyydestä. Tulokset ja yhteenveto -lukuun koottiin laskentataulukolla laaditut analyysit, joista tehtiin johtopäätöksiä.

Opinnäytetyön tuloksena saatiin useita erilaisia analyyseja, jotka on esitetty kuvioina. Kuvioiden pohjalta voitiin paremmin hahmottaa kokonaiskuva CLT-rakenteisten lattioiden värähtelykäyttäytymisestä. Kuvioiden avulla tehtiin johtopäätöksiä matalataajuuksisten CLT-rakenteiden soveltuvuudesta asuinrakennuksen lattiaksi. Tämän opinnäytetyön perusteella tehty keskeisin johtopäätös osoitti, ettei matalataajuuksisten CLT-lattioiden suunnittelua ja toteutusta ole järkevää mahdollistaa asuinrakennuksiin Suomessa. Sen sijaan saatujen tulosten perusteella esitettiin ehdotelmia jatkotutkimuksista, jotka voisivat paremmin tuoda kustannussäästöjä CLT-rakentamiseen. Tämän opinnäytetyön tulokset olivat hyödyksi tilaajalle, koska joitakin tutkimussuuntia voitiin rajata pois ja uusia saatiin tilalle.

The background of this thesis was an announcement by a construction engineer, Tero Lahtela, Puuinfo, which indicated that there was a reason to research the properties of low-frequency CLT structures. The aim was to research how low-frequency CLT structures would work as a structure in the residential building floor in Finland. The research seemed to be topical because of the boom in CLT construction. In addition, the CLT construction is a new way to construct in Finland so not many similar researches have been carried out. The background presumption was that CLT structured low-frequency floors would increase the cost-competitiveness of CLT structures as a result of longer and thinner floors. The crystallized aim was to study the vibration design methods of floors and then analyze the profitability of the low-frequency CLT structure.

Valid design norms of vibration in wood floors were studied in this thesis. Also the design norms of vibration in low-frequency floors were studied. After researching low-frequency CLT floors that qualified the vibration design norms the results were analyzed and some conclusions were made.

The report of this thesis consists of a theory section, an example of the calculations, the research section, as well as a summary section. Design methods of vibration in floors and their different stages were studied in the theory section. Sample calculations were made after the theory section to demonstrate the properties of CLT structures and methods of vibration design. The actual research was done by composing a spreadsheet by the Excel program on the basis of which it was possible to analyze the vibration in CLT floors as much as needed. The results from the spreadsheet were compared to the values that were calculated with the Abaqus design software to see correspondence between the results. The analyzed results from the spreadsheet were included in the summary section of which the conclusions were made.

The results of this thesis consist of several different analyses which are presented in the format of figures. On the basis of these figures it is easier to understand the big picture of behavior of vibration in CLT structured floors. The conclusions about the suitability of CLT structures to residential building floors was made with the help of these figures. The key conclusion on the basis of this thesis is that it makes no sense to enable design and implementation of low-frequency CLT floors in the residential building in Finland. On the other hand, based on this thesis some further research ideas that could better bring cost-competitiveness to the CLT construction were found. The results of this thesis were beneficial to the Client Organisation because some areas of research could be ruled out and some new ideas were found for further research.