Suured puitehitised

Puit on sobiv suurteks ehitisteks ja suurte avade sildamiseks, sest:

  • on kerge, kandevõime ja omakaalu suhe on parim;
  • puitkandurite käitumine tulekahjus on erinevalt terasest või betoonist ennustatav, näiteks liimpuittala süttimisel hakkab puit söestuma kiirusega umbes 0,7 millimeetrit minutis ning on lihtne leida tala selliseid mõõtmeid, mis tagavad tema piisava kandevõime kas 60 või enama minuti jooksul, suurte avade katmiseks kasutatavate talade ristlõiked on enamasti nii suured, et ristlõike suurendamist tuleohutuse tagamiseks ei ole vaja;
  • puidu kasutamine vähendab oluliselt ehitistes kasutatavate materjalide valmistamiseks kuluvat energiahulka, pidurdades nii kliima soojenemist;
  • puitkandureid ei ole vaja peita ehituskonstruktsioonide sisse, sest nähtav puit vaid parandab ehitise välimust;
  • puit ei roosteta;
  • puit ei ole külmasillaks, kui puittala ots ka ulatub hoone seinast läbi välja, ei ole tala seepärast veel siseõhust külmem ning niiskus ei kondenseeru puitpinnale jpm.

Tacoma kuppelhall on üks maailma suurimaid puitehitisi, kupli läbimõõt on 162 meetrit.

Suurte ehitiste puitmaterjalid

Liimpuit

Liimpuidust talad on suurte ehitiste puhul levinuimaks materjaliks, neid on kujult lihtsast risttahukast keerukate pindade ja liitkonstruktsioonideni.

Liimpuittalad võivad olla väga keeruka kujuga.

Selle liimpuittala mõõdud on küll suured, ent kuju siiski üsna lihtne.

Spoonliimpuit

Spoonliimpuit on oma omadustelt küllalt lähedane nii liimpuidule kui ka vineerile, ka kasutus on küllalt sarnane mõlemale neist, spoonliimpuidust valmistatakse talasid, poste, plaate ning kombinatsioone neist.

Pohjola staadionil on nii kandev karkass kui ka näiteks tribüüni alus ja treppide piirded spoonliimpuidust

Sae- ja ümarmaterjal

Sae- ja ümarmaterjalist saab teha küllalt suuri konstruktsioone, ühendusteks kasutatakse naelu, ogaplaate, polte, tappliiteid jmt. Materjal ise võib olla üsna erineva töötlusastmega, näiteks ümarpuit ainult kooritud. Neid variante kasutatakse rohkem tööstus- ja põllumajandusehitistes ning laohoonetes, kus rohmakas välimus nii häiriv ei ole. Keerukate prussidest sõrestikega saab katta üsna suuri

Kui ogaplaatfermid teha hööveldatud prussist, ei ole nende välimusele midagi ette heita.

Aarna laudas Põlvamaal on karkass valmistatud kooritud kuusepalkidest ja saematerjalist.

Aarna laudas on sarikad jätkatud, kuna poste on piisavalt palju.

Suurte puitehitiste kandekonstruktsioon.

Suurte puitehitiste kandekonstruktsioonis kasutatakse poste, talasid ning massiivelemente. Samuti on kasutusel veel erineva kujuga kaared, koorik- ja rippkonstruktsioonid, millede kombinatsioonide rohkuse tõttu ei ole nende klassifitseerimine siin otstarbekas.

Postid

Poste kasutatakse kas iseseisvate kandekonstruktsioonidena või varraskandjate elementidena.
Postid võivad olla koormatud kas ainult survejõuga või survejõu ja paindemomendiga (ekstsentriline surve). Vähem esineb ekstsentrilist tõmmet.

Post kinnitatakse katuse kandekonstruktsiooni külge harilikult liigendtugedega. Vundamendiga seotakse postid tavaliselt paindejäigalt, mis on vajalik hoone põiksuunas mõjuvate koormuste vastuvõtmiseks.

Mehaaniliste liidetega postid

Arvutatakse samuti kui monoliitseid vardaid survele või survele koos paindega, rakendades deformatiivsust arvestavaid tegureid. Normides käsitletavad mehaaniliste liidetega postide ristlõiked on analoogsed mehaaniliste liidetega talade korral vaadeldutega.

Postid võivad endast kujutada ka üsna keeruka kujuga liitstruktuure nagu Bad Dürrheimi soolase veega ujulas.

Lyssi Metsanduskooli (Šveits) sobisid ka töötlemata pinnaga postid.

Sibeliustalo fuajee massiivsed postid on liimpuidust.

Massiivsed elemendid

Kui väiksemates puitehitistes piisab näiteks karkassi jäigestamiseks postidele kinnitatavast plaatmaterjalist ja vahelaes paiknevad talad suhteliselt hõredalt, siis suuremates ehitistes on vaja massiivsemaid ja jäigemaid plaate. Massiivelemendiks sobib näiteks spoonliimpuit ja mitmesugused laudadest või prussidest koostatud plaadid, levinuim neist on ristkihtpuit.

Puitplaate võib valmistada ka serviti asetatud laudade või prusside kokku naelutamise või liimimise teel. Viimasel juhul on tegemist ristkiht liimpuiduga nagu sellel fotol. Samuti saab serviti paiknevad lauad või prussid kokku suruda terasvarrastega, selliseid plaate nimetatakse pingelamellplaatideks ja laudade või prusside vahel mõjuvad hõõrdejõud on piisavad selleks, et pingelamellplaat toimiks tervikuna.

Pingelamellplaati saab kasutada kuni 10- meetrise avaga maanteesildades ilma kandvate taladeta. Rootsis on sellised plaadid levinud korruselamute vahelagedena ja mujalgi suurtes hoonetes.

Talad

Lihttalad

silded kuni 30 m

Kôige lihtsam konstruktsioonisüsteem koosneb postidest ja nendele liigendina toetuvatest taladest.Lihttala sillet piirab suhteliselt suur läbipaine. Lihttalasid on lihtsam valmistada ja kerge paigaldada, kuid puidu kulu on suhteliselt suur.
Muutuva kõrgusega talade ristlõike laius on soovitav võtta minimaalne lähtudes paneelide toetuspikkusest. Tala kõrgus toel määratakse lähtudes põikjõust toel.

Lihttalade tüübid (ülalt alla): ühtlase ristlõikega, muutuva ristlõikega, muutuva ristlõikega kaldne, bumerangtala.

Materjali kokkuhoiu tôttu kasutatakse suurte avade puhul ka muutuva ristlôikega talasid.

Liittalad

Kui lihttalana kasutatava prussi või palgi vajalik ristlõige läheb liiga suureks, saab palke või prusse kasutada mitmekaupa kokku ühendatuna. Palkide või prusside ühendamisel liittalaks kasutatakse sidemetena mitmesuguseid puidust tüübleid ja plaatnaagleid. Sidemete deformatsioonidest tingituna on liittalad monoliitsetest nõrgemad ja vähem jäigad Tala maksimaalne pikkus on piiratud standardse puitmaterjali pikkusega. Talad valmistatakse kahest või kolmest prussist või palgist, mis on omavahel ühendatud tamme- või kasepuidust naaglitega ja poltidega. Kasutatakse ka lehtterasest plaatnaagleid. Tala kuivamisest tingitud defektide vältimiseks jäetakse kahe elemendi vahele pilu kuni 1/6 prussi kõrgusest. See abinõu vähendab puidu mädanemisohtu. Kuna tala on pilu tõttu kõrgem, on ta ka jäigem ja tugevam.

Tavaliselt on liittala kasutamise eesmärgiks vähendada puidukulu ja lähtutakse asjaolust, et paindepinged tala ristlõike keskel on minimaalsed. Seepärast on võimalik jagada tala survevööks (ülal) ja tõmbevööks (all). Lihtsaim liittala on nn. I-tala.

Põhimõtet, mille järgi liittala koosneb eraldatud tõmbe- ja survevööst ning neid ühendavast konstruktsioonist, saab realiseerida üsna erinevalt:

  • I- tala;
  • kahekihilisele laudseinale naelutatakse peale vööprussid, nn. laudseinaga naelutatud talad;
  • vöödele liimitakse kahele poole vineersein, nii et moodustub karbitaoline struktuur, nn. liimitud õhukeseseinalised talad;
  • tõmbevööna kasutatakse terastõmbi, mis viiakse postide abil puidust survevööst eemale, nn. sprengeltala (vt. foto).

Fotol näha olevate I- talade surve- ja tõmbevööd on valmistatud spoonribapuidust, omavahel on nad ühendatud OSB-st seinaga. Euroopas on vööd valmistatud enamasti spoonliimpuidust või sõrmjätkatud massiivpuidust.

Sprengeltala Tartu Lõunakeskuses.

Laudseinaga naelutatud talad

silded 6-12m

Täisseinalise tala liitristlõikega konstruktsiooni elementideks on kahest ristuvate laudade kihist sein ja selle külge naelutatud vöölauad. Stabiilsuse tagamiseks on sein jaotatud jäikusribidega paneelideks. Seina lauad asetatakse vööelementide vahele 30…450 nurga all. Seina- ja vöölauad, samuti seinalauad omavahel ühendatakse naeltega.

Liimitud õhukeseseinalised talad

sille kuni 18 m

OSB- või vineerseina ja laudvöödega saadakse ökonoomne talakonstruktsioon. Tala vineerseina paksus võetakse vähemalt 10 mm ja vöölauad paksusega 4,0 cm. Talad võib konstrueerida kas I- või karpristlõikega Tala seina jäikus tagatakse laudadest ribidega. Jäikusribid asetatakse I-ristlõikega taladel kahel pool seina ning karpristlõike puhul kahe seina vineertahvlite vahele. Äärmistesse paneelidesse asetatakse täiendavad ribid. Reeglina asetatakse vineeritahvli väliste spoonikihtide kiud suunaga piki ava. Vertikaaljätkud tehakse kaldlõikega.

Armeeritud liimpuittalad

Epoksüüdsideainete baasil valmistatud segude hea nakkumine nii puidu kui terasega võimaldab talade piiratud kõrguse puhul suurendada nende kandevõimet ja deformatsiooniomadusi terasvarrastega (ka klaasplastvarrastega) armeerimise teel.

Jätkuvtalad

silded kuni 25 m

Mitmeavalised ehk jätkuvatalad vôimaldavad materjali ökonoomsemalt ära kasutada. Mitme järjestikuse ava katmisel jätkatakse lihttalasid kas viltuse hamba või tugipadja abil, seega seotisena või ots-otsaga. Mitme järjestikuse ava katmiseks saab kasutada ka liittalasid ja muid kandurite tüüpe.

Sôrestikud

silded 30-120 m

Suurte avade katmisel on talastikud väga materjalimahukad. Sel juhul kasutatakse elementidest koostatud sôrestikke. Sõrestikud võivad olla erineva kujuga (kolmnurk, trapets, paralleelvöödega jm.). Saepuidust valmistatakse massiivseid sõrestikke, millel on palju elemente ja liiteid ning elemendid seetõttu väiksema ristlõikega. Väiksema elementide arvu korral on elementide ristlõiked suuremad ja materjaliks liimpuit.

Kolmnurkne sõrestikferm.

Mikkeli tuletõrjemajas on paralleelvöödega sõrestikferm.

Kaared

silded 20-100 m

Liimpuidust võib teha ka kõveraid konstruktsioone. Iga koormuse jaoks võib leida nn survejoone, mis on ökonoomseim kuju selle koormuse jaoks. Näiteks ühtlaselt jaotatud koormuse jaoks on see parabool, punktkoormuse jaoks polügoon.

Praktikas tuleb konstruktsioon dimensioneerida erinevate koormuskombinatsioonide jaoks. Sellist kaare kuju pole, mis sobiks kõigile koormustele ideaalselt. Sel juhul valitakse kaare kuju lähtuvalt esteetilistest, funktsionaalsetest, tootmistehnilistest ja tugevusnõuetest.

Suuremate avade puhul on ökonoomsem paraboolkaar. Kaare ristlõige on tavaliselt ca 1/3 vastavast lihttalaristlõikest samadel tingimustel. Kaare telg jälgib üldiselt hästi survejoont, mistõttu on dimensioonimisel mõõtuandvateks sisejõududeks pikijõud ja paindemoment.

Kasutatakse kahe või kolme liigendiga nii täisseinalisi kui ka sõrestikkaari. Kaarte toed lahendatakse tavaliselt liigendina. Toel tekkivad horisontaalreaktsioonid võetakse vastu kas betoonvundamendi või tugedevahelise terastõmbiga.

Kaari saab valmistada ka kahest poolest kokku monteeritavana, kolme liigendiga kaarel on harjasõlmeks liigend. Taoline konstruktsioon on staatikaga määratud.

Kangasala jäähallis on kaarte otsad kinnitatud postidele, postidele mõjuva horisontaaljõu vähendamiseks kasutatakse terastõmbe.

Raamid

silded 10-50 m

Funktsionaalsetel, esteetilistel või muudel põhjustel on tihti vajadus mitmesuguste kaarekujude järgi, mis erinevad ökonoomsetest ring- ja paraboolkujudest.

Kui vajalik hoone kõrgus peab olema tagatud juba üsna seina ääres, siis kasutatakse liimpuitraame.
Raam on geomeetriliselt muutumatu varrassüsteem, mille elemendid (postid ja riivid) on kõigis või mõnedes sõlmedes omavahel jäigalt ühendatud.

Raamkonstruktsioonid erinevad kaarkonstruktsioonidest oma kuju poolest, mis avaldavad mõju paindemomentide jaotusele avas. Momendi muutus on raamis intensiivsem kui kaares ja sellest tingituna tuleb arvestada ka põikjõudu. Raamkonstruktsioonid on suutelised vastu võtma horisontaalseid koormusi, tagades seejuures hoone põikjäikuse ilma postide ühendussõlmede jäigastamiseta või jäikade põikseinte rajamiseta.
Raami elemendid võivad olla nii sirg- kui kõverjoonelised. Tavaliselt tehakse raamid kolme liigendiga, sest dimensioneerimine ja vundeerimine on siis lihtsamad. Levinumad raami tüübid on kõvera nurgaga raamid ning postist ja talast koosnevad jäiga naagelühendusega raamid.

Kolme liigendiga raamid. Ülalt alla: kõvera nurgaga raam, posti ja tala jäiga naagelühendusega raam, sõrestikraam.

Põlva Mesikäpa hallis on kasutatud kõvera nurgaga raami.

Kolme liigendiga fermid

silded 15-50 m

Kolme liigendiga ferm on sobivaks lahenduseks juhul, kui sildeavad on massiivsete talade jaoks liiga suured ning kui kaared ja raamid ei ole soovitud.

Kõige lihtsamal kujul koosneb nimetatud ferm kahest kaldu talast, mis toetuvad üksteise vastu, on harjas ühendatud liigendiga ja tugedel kinnitatud vundamenti või ühendatud tõmbiga.

Sõlmed on lihtsamalt teostatavad, kui massiivsel sõrestikul. Talasid konstruktsiooni ülemises vöös võib teha ka sprengeltaladena.

Kahe sprengeltala ja terastõmbiga kolmnurkne ferm

Koorikud

silded 15-60 m

Koorikud annavad suure vabaduse sobiva kuju valimisel ja võimaldavad suurt postidevaba ala.

Tavalised koorikutüübid on konoid ja hüpar (hüperboolne paraboloid). Nende mõlema eeliseks on see, et neid saab moodustada sirgjoontega.

Kuplid, varikatused, rippkatused

Võimalikke variante kuplite, varikatuste, rippkatuste jpm ehitamiseks on tohutult, vaatleme vaid mõningaid näiteid.

Kupli saab moodustada paljudest suhteliselt väikese ristlõikega spoonliimpuidust poolkaartest.

Poolkaarte asemel võib kupli ehitada suhteliselt lühikestest liimpuittaladest koostatud keeruka võrkja struktuuri abil.

Pohjola staadionil varikatuses on kasutatud pikki konsoolse kinnitusega spoonliimpuidust talasid.

Hohenemsi teehooldusfirma halli rippkatuses on kasutatud 20 meetri laiust spoonliimpuitu.

Sillad

Puit on üks vanimaid sildade ehituses kasutatavaid materjale, fotol olev Spreueri sild Luzernis on ehitatud enne aastat 1408, ent juba on näha liimpuitkaart meenutav kandekonstruktsioon. Liimi asemel ühendavad painutatud prusse salapulgad.

Puit on sillamaterjalina uuesti populaarsust kogumas, sest on lisaks keskkonnasõbralikkusele ka mitteroostetav. Fotol olev Vihantasalmi sild on üks maailma suurimaid puitsildu.

Vihantasalmi silla liimpuittalad on valmistatud kreosoodiga immutatud puidust, jalgtee on kinnitatud põhikonstruktsiooni küljele. Metallosad on kuumtsingitud terasest.

Eriti sobiv on puit jalakäijate sildade ehitamiseks.

Liited puitkonstruktsioonides

Puitkonstruktsioonides kasutatakse liidetes naelu, kruvisid, polte, naagleid, ogaplaate ning mitmesuguseid metallist liitmikke. Tavaliselt valitakse korrosioonikindla kattega ühendusdetailid, eriti välistingimustes. Lisaks korrosioonile tuleb arvestada ka liitmike tulekindlusega, seepärast on soovitav metalldetailid peita puidu sisse või isegi katta puidust kattega. Kuigi puit põleb, toimub see aeglaselt ja halva soojusjuhtivuse tõttu kaitseb puit metallist liitmikke kuumenemisest tingitud stabiilsuse kaotamise eest.

Ogaplaat on levinuimad liitmikke, ent vajab kasutamiseks spetsiaalset pressi.
Liidetes on soovitav lisaks metallist kinnitusdetailidele kasutada tugiastmeid, tappe jmt.

Betoonist tugi tagab lisaks jõudude vastuvõtmisele ka liimpuidust sõrestikkaare otsa kaitse pinnavee ja niiskuse eest.

Ruumilistes talastikes on vaja ühe liitmikuga ühendada mitmeid talasid.

Pühajärve veekeskuses tagab posti ja tala liite jäikuse liimpuitu freesitud lõhesse paigutatud metallplaat, mis on fikseeritud poltidega.

Puitkonstruktsioonide arvutamise alused ja infoallikad

Piirseisundid

Puitkonstruktsioone projekteeritakse põhiliselt kahes piirseisundis:

  • Kandepiirseisund – seisund, mille ületamisega kaasnevad konstruktsiooni kahjustused või purunemine. Kandepiirseisund vastab konstruktsiooni või selle osa suurimale kandevõimele.
  • Kasutuspiirseisund – seisund, mille ületamisel konstruktsioon või tema osa ei ole enam suuteline täitma talle esitatud ekspluatatsiooninõudeid.

Kasutuspiirseisund peab tagama:

  • konstruktsiooni ja selle osade funktsioneerimise;
  • konstruktsiooni vastuvõetava välimuse säilimise;
  • olmemugavuse.

Puitkonstruktsioonide konstrueerimiseks on internetis hulgaliselt abivahendeid. Liimpuidu käsiraamat on inglise, soome, rootsi ja norra keeles leitav aadressilt
www.svensktlimtra.se. Sel aadressil nõutakse küll enda registreerimist, ent kasutamine on tasuta. Sisaldab konstrueerimise aluseid, näiteid, arvutustabeleid.

Arhitektide töö hõlbustamiseks on põhilised konstruktsioonielemendid maha laaditavad ArchiCadi jaoks GDL objektidena siit.

Spoonliimpuidu ja vineeri kasutamiseks on vajalikud juhendid pdf- failidena maha laaditavad siit:

Kerto Rakennekirja (soome keeles, 1MB).
Finnforest Kerto (inglise keeles, 0,5MB).
Soome vineeri käsiraamat (sooome keeles, 4,4MB).
Soome vineeri käsiraamat (inglise keeles, 4,5MB).

Artiklid

logo