Lasiväliseinien mitoitus ja hyväksyntäaineisto

Teksti: Jenni Heikkilä

Rakennustekniikan tuore insinööri Emmi Tuohimaa on koonnut yhteen opinnäytetyössään Lasiväliseinien mitoitus ja hyväksyntäaineisto (28.4.2023) lasiväliseinien suunnittelussa huomioitavat asiat ja ohjeistaa suunnittelijaa, miten lasit tulisi mitoittaa huomioiden muun muassa oikea lasityyppi ja vaakakuormat. Opinnäytetyö kannattaa lukaista läpi mitoituksen periaatteiden kertauksena ja tutustua myös esimerkkilaskentaraportteihin sekä tarkistuslistaan, jossa luetellaan asiat, joita lasiväliseinän hyväksyntäaineiston tulee sisältää, jotta väliseinän kelpoisuus tulee luetettavasti osoitetuksi. Tarkastuslista toimii hyvänä esimerkkinä myös muille lasituotteille.

Johdanto

Lasiväliseiniä käytetään varsinkin toimistorakennuksissa ja liiketiloissa sekä lisääntyvissä määrin kouluissa ja päiväkodeissa. Lasi mahdollistaa luonnonvalon pääsyn ikkunattomiin tiloihin ja luo avoimen tilan tunteen tarjoten näkymän tilasta toiseen. Samalla mahdollistaen äänenvaimennuksen ja yksityisyyden. Lasin erityiset ominaisuudet, käyttäytyminen erilaisten kuormien rasittamana ja mahdollinen rikkoutuminen on osattava huomioida suunnittelussa. Toisin sanoen lasi on suunniteltava niin, että lasi kestää kiinnikkeineen siihen kohdistuvat kuormat, eikä rikkoutuminen saa aiheuttaa putoamis- tai haavoittumisvaaraa. Lisäksi rikkoutunut lasi pitää olla helposti vaihdettavissa.

Tämä opinnäytetyö on rajattu koskemaan vain sisätilojen 1K-lasiväliseiniä, joihin kohdistuu pelkästään vaakasuuntaisia kuormia. Tarkastelun ulkopuolelle on jätetty lämpö- ja kosteusrasitukset sekä suojalasit ja palonkestävät lasit. Myös 2K-rakenteiset ääneneristyslasit on rajattu työn ulkopuolelle.

Emmi Tuohimaan opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Sweco Finland Oy.

Lasin lujuus

Lasi on hauras materiaali, vaikkakin teoriassa se on hyvin lujaa. Lasin lujuuden määrittely on haastavaa, koska lasin rikkoutuminen ei johdu ainoastaan siinä vaikuttavista jännityksistä, vaan myös lasipinnalla ja leikatuilla reunoilla vaihtelevasti esiintyvistä mikrohalkeamista, jotka aiheuttavat rikkoutumislähtöjä kuormitustilassa. Tavallisen float-lasin karakteristinen taivutuslujuus on 45 MPa ja lämpökarkaistun turvalasin 120 MPa. Lasin mitoituslujuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat kuormituksen kestoaika, tuentatapa ja lasin reuna-, pinta- ja lämpökäsittely. Lasi kestää huomattavasti paremmin lyhytaikaista kuin pitkäaikaista kuormaa ja paremmin tasaista kuin pistemäistä kuormaa.

Lasiväliseinien tuenta

Lasiväliseinien suunnittelussa on huomioitava niitä tukevien profiilien ja kiinnikkeiden kestävyys. Profiilit ja niiden kiinnitykset on mitoitettava kestämään lasiseinään kohdistuvat kuormat. Lasilevyn tuenta voi tapahtua joko lasin kaikilta sivuilta, vain ylä- ja alareunasta tai pistekiinnikkein.

Lasiväliseinien kuormat

Lasi on suunniteltava käyttöturvalliseksi ja lasirakenteen kiinnikkeineen on kestettävä siihen tavanomaisesti kohdistuva kuormitus. Tavanomaisia kuormia ovat tuulikuorma, toteuttamisen aikaiset tuulikuormat, kaidekuormat ja tungoskuorma. Tuulen aiheuttamat sisäiset painekuormat otetaan huomioon sisälasiseiniä mitoittaessa lyhytkestoisena alle 5 s kuormana.

Suunnittelukuormat lasketaan murto- ja käyttörajatilassa EN 1990 ja EN 1991 osien mukaisesti. Huomioitavaa on, että kaiteina tai suojaseinäminä toimiviin laseihin kohdistuva kaidekuorma on laskettava erikseen yhdistelemättä sitä muihin kuormiin. Jos lasiin ei kohdistu ilmeistä kuormaa, on se silloin mitoitettava kestämään vähintään kertoimetonta 0,4 kN/m2 lyhytaikaista tasaisesti jakautunutta kuormaa. Tämän kuorman voi ajatella aiheutuvat sisätilojen ilmanpaineen vaihteluista (tuuli, ilmanvaihto ja valoaukkojen avaus).

Lasin mitoitus

Suomessa lasit mitoitetaan mitoitusstandardin SFS-EN 16612:2019 mukaisesti. Se soveltuu lineaarisesti tuetulle lasilaatalle, johon kohdistuu ainoastaan tasoa vastaan kohtisuoria kuormia. Tämä laskentamenetelmä perustuu rajatilamitoitukseen ja osavarmuuslukumenettelyyn. Ominaiskuormia suurennetaan osavarmuusluvuilla, joista saadaan kuorman suunnitteluarvo. Kuormien suunnitteluarvot ja niiden yhdistelmät lasketaan murto- ja käyttörajatilassa eurokoodien (1990 ja 1991) mukaisesti. Yleensä lasiväliseinät eivät ole kantavia rakenteita eivätkä ne osallistu rakennuksen jäykistykseen, jolloin seuraamusluokka on alhaisempi kuin CC1. Jos lasiväliseinät toimivat putoamissuojana, lasit kuuluvat seuraamusluokkaan CC2, jolloin kuorman osavarmuusluvut ja yhdistelykertoimet määräytyväät SFS-EN 1990 mukaisesti.

Laminoidun lasin jännitysten ja taipuman määrittäminen on monimutkaisempaa kuin monoliittisen lasin, sillä laminointimateriaalien ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti riippuen lämpötilasta ja kuormituksen kestoajasta. Laskenta voidaan suorittaa sopivalla FEM-mallilla ja huomioiden standardi EN 16613:2019.

Esimerkkilaskelma

Lasiväliseinä 1800 * 3000 mm. Liiketila. Tuenta neljältä sivulta. Törmäys- ja putoamisvaara. Lasityyppi laminoitu turvalasi. Seuraamusluokka CC2. FEM-ohjelmana SJ Mepla.

Lasiin kohdistuvia kuormia: oma paino, 0,4 kN/m2 painekuorma, 1 kN/m kaidekuorma ja 0,3 kN pistekuorma. Laskentaverkon koko 80 mm, paitsi pistekuorman kohdalla 25 mm.

Kun lasityypiksi valitaan laminoitu turvalasi 66.2, laskennan tulokseksi saadaan seuraavasti:

Taulukko 1. Laskelmassa tarkastellun lasin lujuudet ja laskennalliset jännitykset murtorajatilan kuormitusyhdistelmillä.

Taulukko 2. Laskelmassa tarkastellun lasin sallitut ja laskennalliset taipumat käyttörajatilan kuormitusyhdistelmillä.

Jos lasi olisi 44.2. rakenteella, niin silloin kaidekuorman aiheuttamat jännitykset ylittäisivät lasin lujuuden. Ja jos lasi mitoitettaisiin kestämään 3 kN/m tungoskuormaa, ei valittu laminoitu turvalasi 66.2 riittäisi, vaan olisi valittava 1010.2.

Hyväksyntäprosessi

Jos lasiväliseinä toimii putoamissuojana tai kaiteena, esitetään siihen liittyvät suunnitelmat rakennusvalvontaan toimitettavissa rakennesuunnitteluasiakirjoissa. Muista käyttöturvallisuuteen liittyvistä rakenteista rakennesuunnitteluasiakirjat esitetään tarvittaessa, eli jos rakennusvalvontaviranomainen niin määrää. Rakennesuunnitteluasiakirjoja ovat suunnitelmat, laskelmat sekä selvitykset. Rakennusvalvonta on edellyttänyt lasirakenteiden kelpoisuuden tarkastusta viime aikoina entistä useimmin. Kelpoisuuden tarkastuksella halutaan varmistaa, että lasirakenne on käyttöturvallinen.

Rakennesuunnitelman ulkopuolisen tarkastuksen tarkoituksena on virheiden minimointi sekä rakenteellisen laadun ja turvallisuuden varmistaminen. Rakennusvalvontaviranomainen voi määrätä ulkopuolisen tarkastuksen esimerkiksi tilanteessa, jossa käytetään turvallisuuteen, terveellisyyteen tai kestävyyteen merkittävästi vaikuttavia suunnittelu- tai toteutusmenetelmiä, joiden toimivuudesta ei ole yleisesti varmuutta tai aikaisempaa kokemusta. Tai tilanteissa, joissa epäillään virhettä tai laiminlyöntiä.

Onnistuneen tarkastuksen edellytyksenä on, että suunnittelija toimittaa tarkastajalle suunnitelman lisäksi olennaiset laskelmat, joiden perusteella suunnitelma on laadittu. Tarkastaja arvioi laskelmien kattavuutta, havainnollisuutta sekä vastaavuutta tarkastettaviin rakennesuunnitelmiin. Laskelmien tulee olla selkeitä ja kohteen vaativuuden mukaan riittävän kattavia ja laadukkaita.

Rakennesuunnitelman ulkopuolisen tarkastuksen voi suorittaa henkilö, jonka kelpoisuus arvioidaan soveltamalla maankäyttö- ja rakennuslain 120 e §:ssä annettuja kelpoisuusvaatimuksia. Valvontaviranomaisen määrätessä rakennesuunnitelman ulkopuolisen tarkastuksen, on viranomaisen arvioitava tarkastajan kelpoisuus. Tarkastus katsotaan suunnittelua vaativammaksi tehtäväksi, mikä on huomioitava tarkastajan kelpoisuutta arvioitaessa. Tärkeää on, että tarkastuksen suorittaa kohteen rakennesuunnittelusta riippumaton henkilö. Tarkastajan tehtävänä ei ole laatia rakennesuunnitelmaa, mutta usein suunnitelmien tarkastus vaatii omien vertailulaskelmien tekoa.

Yhteenveto

Lasin käytön lisääntyminen kasvattaa osaavan suunnittelun kysyntää. Suunnittelijan on tunnettava lasin ominaisuudet ja mitoitukseen vaikuttavat asiat kuten lait, standardit ja ohjeet. Vaikka tällä hetkellä lasirakenteet mitoitetaan SFS-EN 16612:2016 mukaisesti, on tarvetta laajemmalle lasirakenteiden eurokoodille, joka varmasti selkeyttää lasirakenteiden suunnittelukäytäntöjä.

Emmi Tuohimaan opinnäyte toimii hyvänä oppaana lasiväliseinien suunnitteluun perehtymisessä. Työssä käydään läpi lasiväliseinien suunnittelussa huomioitavat seikat ja mitoitus tavanomaisille kuormille. Kuormat määräytyvät aina tapauskohtaisesti, huomioiden, että lasiväliseinän täytyy kuitenkin kestää vähintään lyhytaikainen 0,4 kN/m2 kuorma. Suojaseinäminä toimivien lasien kohdalla on noudatettava käyttöluokan mukaisia kaidekuormavaatimuksia. Näitä ovat viiva- ja pistekuorma. Myös lasiväliseinän profiilien on kiinnikkeineen kestettävä kyseiset kuormat.

Koska lasin lujuuteen vaikuttavia tekijöitä on monia, on tärkeää, että hyväksyntäaineisto on selkeä ja kattava. Ilman riittäviä tietoja ja laskelmia lasin kelpoisuuden tarkastusta ei voida suorittaa. Lasirakenteiden mitoitusta varten saatavilla on oltava riittävät lähtötiedot, joiden perusteella lasirakenne voidaan suunnitella niin, että se täyttää sitä koskevat vaatimukset ja on turvallinen.

Lähde: https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/ 795348/Tuohimaa_Emmi.pdf?sequence=2&isAllowed=y