Massiivipuutuotteiden liitosmallit ja murtumismekaniikka

Abstract

Koska puu on orgaaninen materiaali, se vaatii suunnittelijalta enemmän kuin muut materiaalit. Puu elää ja reagoi ympäristönsä olosuhteisiin, kuten kosteuteen, mikä edellyttää syvällistä ymmärrystä puun käyttäytymisestä puurakenteiden liitoksia suunniteltaessa. Tämän takia puurakenteiden liitosten suunnittelu vaatii ymmärrystä puun käyttäytymisestä. Tässä työssä nostetut insinööripuutuotteet CLT, LVL ja liimapuu käyttäytyvät kaikki hieman eri tavalla, vaikka ovatkin kaikki loppujen lopuksi puuta ja liimaa.

Opinnäytetyön tavoitteena on selkeyttää massiivipuu materiaalien CLT, LVL sekä liimapuu liitosmalleja ja suunnitteluperiaatteita. Tavoitteena on ollut laatia käsikirja aloitteleville suunnittelijoille, tai suunnittelijoille, jotka eivät ole aikaisemmin suunnitelleet massiivipuun liitoksia. Työ on toteutettu Sweco Finlandin toimeksiannosta.

Opinnäytetyössä käydään läpi tyypillisiä liitosmalleja ja miten ne toimivat. Työssä käydään lyhyesti läpi materiaalit, niiden ominaisuudet ja valmistus, sekä niiden työstömahdollisuudet.

Perinteisempiä massiivipuuliitoksia ei ole enää käytössä, vaan miltei kaikissa liitoksissa käytetään metalliliittimiä. Metalliliitinten suosio ei johdu pelkästään niiden helppokäyttöisyydestä ja kyvystä siirtää suurempia kuormia, vaan myös siitä, että liitos voidaan niiden avulla mitoittaa tarkemmin. Perinteiset massiivipuuliitokset eivät myöskään kestä momenttia. Metalliliittimet ovat toisaalta herkempiä korroosiolle ja palolle, mikä tuo omat haasteensa, ja liitoksen suunnittelu edellyttää oikeanlaista staattista mallia, jotta liitos toimisi aiotulla tavalla.

Työssä esitetty tieto on pääasiassa peräisin kirjallisista lähteistä kuten Eurokoodeista, käsikirjoista ja toisista opinnäytetöistä, mutta myös haastatteluista. Työssä ei syvennytä liitoksiin palotilanteessa, akustiikkaan tai kosteuden vaikutukseen liitoksiin.

Eftersom trä är ett organiskt material kräver det mer av en konstruktionsplanerare än andra material. Trä lever och reagerar på förhållanden i sin miljö, exempelvis fukt. Detta gör att när man planerar anslutningar till träkonstruktioner krävs det förståelse för träets beteende. De ingenjörsprodukter som tas upp i arbetet är CLT, LVL och limträ. Dessa beter sig alla lite olika, fastän de i slutändan alla är av trä och lim.

Syftet med examensarbetet är att klargöra planeringsprinciper och anslutningsmodeller för materialen CLT, LVL och limträ. Det har varit som mål att skapa en handbok för nya konstruktionsplanerare, samt planerare, som inte tidigare planerat anslutningar i massivträkonstruktioner. Arbetet har utförts som ett uppdrag av Sweco Finland.

I examensarbetet tas upp typiska anslutningsmodeller och deras funktion. I arbetet gås kort igenom materialen, deras egenskaper, tillverkning samt bearbetningsmöjligheter.

Traditionella massivträanslutningar är inte längre i användning, utan nästan alla anslutningar använder sig av metalldelar. Metallfästenas popularitet beror inte bara på deras användarvänlighet och förmåga att överföra större krafter, utan också på att anslutningar kan dimensioneras lättare med hjälp av dem. Traditionella massivträanslutningar klarar heller inte moment. Metallfästen är dock känsligare för korrosion och brand, vilket medför sina egna utmaningar. Planeringen av anslutningar kräver korrekta statiska modeller för att anslutningen skall fungera på planerat sätt.

Informationen i arbetet kommer huvudsakligen från skriftliga källor, som Eurokoder, handböcker och andra slutarbeten, men också från intervjuer. I arbetet fördjupas inte hur anslutningar reagerar i brandsituation, till fukt, eller hur deras akustik fungerar.

Since wood is an organic material, it requires more from the designer than other materials. Wood lives and reacts to its environmental conditions, such as moisture, which makes it crucial to have a deep understanding of the behaviour of wood when designing connections in wooden structures. The engineered wood products highlighted in this work -CLT, LVL and glulam- each behave slightly differently, even though they all ultimately consist of wood and glue.

The objective of this thesis was to clarify connection models and design principles in the highlighted materials. The was to create a handbook for novice designers and designers, who have not previously designed connections for massive wood structures. This work was carried out on the behalf of Sweco Finland.

The thesis reviewed typical connections and how they function. It provides a brief overview of the materials, their properties, manufacturing, and processing possibilities.

Traditional massive wood connections are not really used anymore, and almost all connections now use metal parts. The popularity of metal joints is not only due to their easy use and ability to transfer larger loads, but also because the connections can more easily and accurately be dimensioned when using them. Traditional massive wood connections also do not withstand moments. On the other hand, metal joints are more susceptible to corrosion and fire, which brings its own challenges, and the designing of a connection requires a proper static model to function as intended.

The information presented in this thesis was primarily sourced from written materials such as Eurocodes, handbooks, and other theses, but also from interviews. This thesis did not delve into connections in fire situations, their acoustics, or the impact of moisture on connections.