CLT-levyt mahdollistavat uudenlaisen tavan rakentaa puulla. Tässä artikkelissa esitellään muutamia CLT-perusrakenteita perusjärjestelmistä, joissa paneelit ovat kahdella kannattimella, kuorirakenteisiin, joissa kaikissa hyödynnetään CLT:n ainutlaatuisia mahdollisuuksia eri tavoin ja eriasteisesti. Rakennejärjestelmän valintaan vaikuttavat ensisijaisesti rakennuksen suunnittelu, käyttötarkoitus ja budjetti. Myös tuotantoon tai kuljetukseen liittyvät rajoitukset voivat joissakin tapauksissa olla määrääviä tekijöitä. CLT-rakenteita suunniteltaessa on syytä pitää mielessä muutama suositus:
" CLT tulisi nähdä ortotrooppisena levynä, jolla on kolme toisiaan vastaan kohtisuorassa olevaa symmetriatasoa, joilla on erilaiset ominaisuudet kussakin suunnassa.
" CLT:hen voidaan kohdistaa voimia, jotka ovat kohtisuorassa lähteeseen nähden, sekä aksiaalivoimia (puristus- ja vetovoimia pinnan suuntaisesti)
" Kuormitusten tai kutistumisen aiheuttamia kuitusuuntaan nähden kohtisuorassa olevia jännityksiä on vältettävä.
" Lyhyillä pituuksilla poikittaiskerroksen leikkausvoimat ovat usein kriittisiä.
" Eksentrisyyttä ja vääntöä on vältettävä."
" Kolmiulotteiset rakennejärjestelmät ovat usein optimaalisia vakauden ja turvallisuuden kannalta.
CLT-levyt, joissa kuormitus on kohtisuorassa pintaa vastaan, voidaan suunnitella ja toteuttaa levyinä, joissa on yksi tai kaksi pääkuormitussuuntaa. Voimien jakautuminen määräytyy levyjen paksuuden ja lujuuden mukaan. Yleisin lähestymistapa on, että vahvin kantava suunta on ulkokerroksen lautojen suuntainen. On helpointa soveltaa säännöllistä palkkiteoriaa ja suunnitella CLT-paneeli, jossa kuorma on kohtisuorassa paneelia vastaan, yksinkertaisesti tuettuna paneelina kahden tai useamman tuen varaan. Lyhyillä jänneväleillä leikkausmuodonmuutoksen vaikutus kokonaistaipumaan kasvaa, ja se on otettava huomioon suunnittelussa.
Lattiarakenteet ja seinät
CLT:n on lattiarakenteena otettava vastaan pystysuuntaiset kuormat, kuten pakkokuorma ja omapaino, ja siirrettävä ne tuille. Lattiapaneeli voi käsitellä myös vaakakuormia, kuten tuulikuormaa. Yleisimmässä muodossaan CLT-rakenne on paneeleita, jotka on sijoitettu kahden tuen varaan. Tuet voivat kulkea koko paneelin pituudelta tai olla pistetukia tietyin väliajoin. Lattiarakenteissa tai vastaavissa rakenteissa, joiden jänneväli on suhteellisen pieni, tasaisen paksut levyt ovat suositeltavampia, mutta voi olla taloudellisia syitä vahvistaa levyt liimapalkeilla esimerkiksi T- poikkileikkauksen luomiseksi. Taipuma tai värähtely on usein kriittinen suunnittelutekijä lattiarakenteissa. CLT-paneelit voivat olla kantavia yhdessä tai useammassa suunnassa. Jos se on kantava yhdessä suunnassa, se voidaan suunnitella yksinkertaisesti tuettuna paneelinauhana. Jos se suunnitellaan kahteen kantavaan suuntaan, sitä voidaan pitää kolmi- tai nelisivuisesti tuettuna levynä. Vaikka pääkuorman suunnassa kantavilla levyillä on suurin vaikutus levyn ominaisuuksiin, muodonmuutos- ja jännityslaskelmissa on otettava huomioon poikittaiset kerrokset. CLT-levyissä voi esiintyä rullaavia leikkausmurtumia, kun puukuidut rullaavat tai liukuvat toistensa välissä kuitujen poikki kulkevan leikkausjännityksen vaikutuksesta, mikä johtaa suurempiin leikkausmuodonmuutoksiin ja pienempään leikkausvoimakapasiteettiin. Geometrialla ja valmistuksella on sen vuoksi suuri merkitys, ja levyissä, joissa ei ole reunaliimausta tai kielekettä ja uraa ja joiden leveys-paksuus-suhde on alle neljä, katsotaan olevan suurempi riski leikkausmurtumille.
Puusta ja betonista valmistettuja komposiittilattiarakenteita, on käytetty jo pitkään. Näiden lattiarakenteiden periaatteena on, että betonilaatan yläpinta ottaa vastaan puristusvoimat ja alapuolella oleva puurakenne ottaa vastaan suurimman osan vetovoimista. Tämä asettaa suuria vaatimuksia sille, miten puu ja betoni liitetään toisiinsa. Jos puu ja betoni on liitetty täysin toisiinsa, poikkileikkauksessa on vain yksi neutraali akseli ja jännitys on vakio koko poikkileikkauksessa. Jos puun ja betonin välille ei kuitenkaan siirry leikkausvoimia, lattiarakenteen katsotaan koostuvan kahdesta erillisestä osasta. Asennukset ovat tärkeä osa rakennusta, ja monissa tapauksissa ne vaikuttavat kantavien osien suunnitteluun. Kun puurakenteisiin tehdään suuria reikiä, tarvitaan usein jonkinlaista vahvistusta, jotta voimat voidaan johtaa asennusreikien ohi. CLT-levyjen etuna on se, että vaikka niissä olisi suuria reikiä, ne pystyvät usein jakamaan ja siirtämään voimat viereisiin rakenteisiin ilman lisävahvistusta. CLT-levyjen seinäpaneeleilla on yleensä hyvä kantavuus. Seinäpaneeliin kohdistuva pystysuora kuormitus voidaan nähdä lineaarisena kuormituksena, ja 80 mm:n paksuiset paneelit voidaan suunnitella kestämään yli 100 kN/m:n kuormia. Jos mahdollista, seinää kantava välipohjarakenne olisi keskitettävä mahdollisimman hyvin, jotta vältetään tai minimoidaan mahdolliset epäkeskomomentit. On kuitenkin harvinaista, että pystysuora kuormitus on täysin keskitetty, joten tämä on otettava huomioon seinälevyjä suunniteltaessa. Jos seinäpaneeleissa on suuria ikkunan aukkoja, on huomattava, että ikkunoiden välisiä paneeleita on käsiteltävä pilareina, joiden nurjahduspituus vastaa kerroksen korkeutta.
CLT palkkina CLT:tä voidaan käyttää palkkina tukemaan CLT:stä valmistettuja lattioita tai kattoja. Palkit vaativat tuennan, joka voidaan toteuttaa ruuvaamalla lattia- tai kattopaneeli tukevasti palkkiin. Palkkeja voidaan käyttää myös lattia-, katto- tai seinäpaneelien jäykistämiseen. CLT-palkkeja voidaan valmistaa siten, että pituussuuntainen kerros on mitoiltaan ja/tai lujuudeltaan suurempi, koska se kantaa kuorman, kun taas välikerrokset huolehtivat suurelta osin mittapysyvyydestä. Toinen CLT-levyjen etu on kiinteät ovi- ja ikkunanpielet, jotka saadaan automaattisesti, kun aukot leikataan CLT-levyistä. Useimmissa tapauksissa niiden kantavuus on riittävä, eikä lisävahvistusta yleensä tarvita.
CLT kuorirakenteena
CLT tarjoaa valtavat mahdollisuudet käyttää erilaisia kuorirakenteita kehittyneissä rakenteissa ja suurissa, jälkikäteen vapautetuissa tiloissa. Valmistusmenetelmästä riippuen voidaan valmistaa jossain määrin kaarevia ja taivutettuja komponentteja. Tähän mennessä CLT-levyjä on käytetty kuorirakenteisiin vain rajoitetusti, mutta useita hankkeita on toteutettu. Tällaisia kuorielementtejä, joihin kohdistuu suurelta osin normaalivoimia tai taivutusta, käytetään ensisijaisesti erityisiin kattorakenteisiin. Yhdistelemällä useita samantyyppisiä kuorielementtejä voidaan saada aikaan monia erilaisia kattomuotoja. Suhteellisen yleisiä kuorirakenteita ovat kartiokuoret ja hyperboliset paraboloidit (HP-kuoret). Näiden kahden arvokas ominaisuus on se, että ne voidaan luoda suorilla viivoilla ja ne voidaan siksi helposti rakentaa yhdestä tai useammasta toisiaan leikkaavasta levykerroksesta.
