Liittorakenteet

1. Yleistä

Liittorakenteet

Liittorakenteella tarkoitetaan tässä yhteydessä rakennetta, jossa esivalmisteinen osa, kuten betonielementti toimii yhdessä paikallavalun tai  toisen betoni- tai teräselementin kanssa.

Liittorakenteen perusajatus on eri materiaalien optimaalinen käyttö. Kutakin materiaalia käytetään niissä rakenteen osissa, joissa sen ominaisuuksia voidaan tehokkaimmin ja taloudellisemmin hyödyntää.

Liittorakenteessa esivalmisteinen osa (elementti)  kantaa ensin oman painonsa lisäksi siihen liitettävien osien tai sen päälle valettavan betonin painon. Kun paikallavalu- ja saumavalubetoni ovat kovettuneet, niin esivalmisteiseen osaan liitetyt muut osat ja paikallavalu toimivat yhtenä kokonaisuutena valujen kovettumisen jälkeen tuleville kuormille. Kun rakenteet toimivat yhdessä liittorakenteena, niin rakenteen jäykkyys ja kantokyky on olennaisesti erillisiä rakenneosia suurempi. 

Liittorakenteen käyttökohteita ovat asuinrakennusten välipohjat, toimisto- ja liikerakennusten välipohjarakenteet ja  parkkitalot.

Koska esivalmisteinen osa kantaa yksinään alkuvaiheessa oman painonsa lisäksi siihen liitettävien osien painon, niin pidemmillä jänneväleillä esivalmisteiselle osalle tuleva kuorma on valtaosa ko. osan sallitusta kuormasta. Tällöin liittorakenteesta saatava hyöty jää pienemmäksi kuin lyhyemmillä jänneväleillä.  Tilannetta voidaan parantaa  tukemalla esivalmisteinen osa väliaikaisesti ennen osien yhteenliittämistä ja poistamalla tuenta, kun liitosvalut ovat kovettuneet. Tällöin esivalmisteiselle osalle tuleva kuormitus saadaan siirrettyä jäykemmän liittorakenteen kannettavaksi.

2. Liittorakenteen edullisuus

Suurimmillaan liittorakenteista saatava hyöty on silloin, kun rakenteen hyötykuorma on kokonaiskuormaan nähden suurehko. Liittorakenteilla käyttötila tulee usein määrääväksi pitkillä jänneväleillä, kun esivalmisteiselle osalle tulevan pysyvän kuorman osuus koko rakenteen kuormasta on suuri, Yleensä tämä raja tulee vastaan, kun esivalmisteiselle osalle tulevan kuorman osuus on suurempi kuin 50…70 % rakenteen koko kuormasta.

Liittorakenteella aikaansaatu rakenteen kantokyvyn lisäys voidaan yleensä käyttää täysin hyväksi, jos esivalmisteiselle elementille tulevan laskentakuorman qd1 suhde kokonaiskuorman laskenta-arvoon qd on pienempi kuin esivalmisteisen osan korkeuden h1 suhde liittorakenteen korkeuteen h eli qd1/qd< h1/h.

Käytännössä edellä oleva ehto toteutuu useimmiten, kun liittorakenteelle tulevan hyötykuorman suuruus qk >_2.5…4 kN/m2. Tällöin kuormitustilanne ennen liitovaikutuksen syntymistä ei tule rakenteen kannalta määrääväksi.

3. Käyttömahdollisuudet

Kuva 1

Liittolaatalla tarkoitetaan tässä betonielementtilaatan (kuorilaatta, ontelolaatta, TT-laatta) ja sen päälle tulevan paikallavalun muodostamaa kokonaisuutta.

Elementin päälle valettua rakenteellista pintabetonia voidaan käyttää mm

  • Lisäämään rakenteen hyötykuormaa, joko koko laataston alueella tai paikalli¬sesti esim. reikien ympäristössä ja keskitettyjen kuormien kohdalla sekä korjausrakennuskohteissa.
  • Kohdissa, joissa LVI- ja sähköputkitusten sekä kiinnitysten vuoksi joudutaan käyttämään paikallisesti matalampaa elementtilaattaa.
  • Lisäämään laataston jäykkyyttä.
  • Parantamaan palonkestävyyttä, kun laatasto voidaan suunnitella osittain tai täysin jatkuvaksi ja ulokelaatoissa.
  • Parantamaan vesitiiveyttä ja laataston ääneneristysominaisuuksia.

Pintabetonin avulla voidaan tasata laattojen käyristymäeroja. Se vähentää myös laatan pyrki¬mystä taipua ylöspäin. Tämä koskee erityisesti laattoja, joissa tarvitaan suurta esijänni¬tystä.

Rakenteissa, joissa pintabetonia käytetään vesitiiveyden varmistamiseksi päällysteenä, laataston pinnan tasaamiseen jne., voidaan pintabetoni yleensä ottaa huomioon myös kantokykyä lisäävänä tekijänä.

Pintabetonia käyttäen laatat voidaan suunnitella osittain tai kokonaan jatkuviksi rakenteiksi. Käytettäessä ontelolaattoja jatkuvissa rakenteissa  leikkauskestävyyden aleneminen negatiivisen momentin alueella on otettava huomioon. Yläpinnan raudoitus voidaan sijoittaa pintabetoniin. Tavallisesti osittainen jatkuvuus on taloudellisin ratkaisu.

Pintabetonin kustannus riippuu etupäässä betonin laadusta, mahdollisesta pintabetonin raudoituksesta ja tartuntaa parantavien menetelmien käytöstä. Yleensä liittovaikutuksen hyödyntäminen ei merkittävästi lisää pintabetonin kustannuksia, mutta pintabetonilta ja saumalta vaaditaan hyvä tartunta alustaan.

Kuorilaatta

Kuorilaatta on ohut, yleensä jännitetty elementtilaatta, joka yhdessä laatan päälle valettavan paikallavalun kanssa toimii liittorakenteena. Liittovaikutus paikallavalun kanssa saadaan aikaan ansailla ja betonien välisellä tartunnalla. Kuorilaatan paksuudet ovat 100, 120 ja 150 mm.

Kuorilaattarakenteen eräänä perusajatuksena on ollut yhdistää elementtitekniikan ja paikallavalun hyvät puolet. Kuorilaatta toimii paikallavalun muottina, jota ei tarvitse poistaa. Se antaa samalla tehdasvalmiin sileän alapinnan ja valmiin alapinnan raudoituksen.

Helpon käsittelyn ja edullisuuden vuoksi kuorilaatat+ paikallavalu korvaa monissa tilanteissa paikallavalulaatan, mikäli tarvittavaa nosturikapasiteettia on saatavissa rakennuspaikalle.

Kuorilaatan käyttökohteita ovat mm. asuinrakennusten välipohjat, paikoitustalot, teollisuusrakennusten raskaasti kuormitetut tasot.


Kuva 2
Kuva 3

Asuinrakennuksissa käytettävä kuorilaatan paksuus on yleensä 100 mm, mikä vaatii yleensä työnaikaisen tuennan. Käyttämällä ohutta, taipuisaa kuorilaattaa ja työnaikaista tuentaa saadaan yksittäisten kuorilaattaelementtien käyristymä- ja taipumaerot tasattua. Kuorilaattoja voidaan käyttää ontelolaatastoissa kohdissa, joissa tulee erilaisia kiinnityksiä esim. parvekkeista.

Paikoitustaloissa valitaan kuorilaatan paksuus siten, että laatta kestää paikallavalun painon, eikä sitä tarvitse tukea paikallavalun ajaksi. Paikoitustaloissa laatan alapinnan tasaisuudella ja hammastuksilla ei ole samanlaista merkitystä kuin asuinrakennuksissa, joten laattaelementin ei tarvitse olla niin taipuisa. Sopiva kuorilaatan paksuus paikoitustaloissa on 120 tai 150 mm.

Paikoitustalojen tyypillisessä kuorilaattaratkaisussa pilarijaoksi valitaan 5000 mm ja jännebetonipalkit sijoitetaan pysäköintiruutujen suuntaisesti. Palkkien jännemitaksi muodostuu tällöin noin 17000 mm ja kuorilaattojen jännemitaksi 5000 mm. Tekemällä liittopal¬kista harjapalkki 1 :50 kallistuksin saadaan tasojen peruskaadot kuntoon ja samalla palkille lisäkorkeutta eniten rasitettuun poikkileikkaukseen.

Kuorilaattajärjestelmä on rakenteeltaan kaksinkertainen liittorakenne, missä jännebetonipal¬kit toimivat pintavalun kanssa liittorakenteena palkkien suunnassa ja kuorilaatat pintavalun kanssa toisessa suunnassa kuvan 4 mukaisesti. Palkit ovat staattiselta toiminnaltaan vapaasti tuettuja yksiaukkoisia liittopalkkeja. Kuorilaattarakenne on vastaavasti useampiauk¬koinen, jatkuva, yhteen suuntaan raudoitettu laatasto. Pintalaatan paksuus ja raudoitus suunnitellaan tapauskohtaisesti jänne¬mittojen ja kuormitusten mukaan. Liikuntasaumajako kuorilaattojen suunnassa on normaa¬listi 20...25 metriä.

Kuva 4
Taulukko 1. Pysäköintitason kuorilaattaliittorakenteen valinta.

Teollisuusrakennuksissa suuret kerroskorkeudet rajoittavat usein työnaikaisten tukien käyttöä. Tämän vuoksi pyritään siihen, että kuorilaattoja ei tarvitse paikallavalun aikana tukea. Teollisuusrakennuksissa laatastoille tulevat kuormat voivat olla hyvinkin suuria, joka usein edellyttää laatalta suurta kokonaispaksuutta. Massiivisena betonilaattana kuorilaattarakenteen pistekuorman kestävyys on hyvä. Teollisuusrakennuksissa käytettävät kuorilaattapaksuudet ovat yleensä 120 tai 150 mm. Paikallavalun paksuus voi olla jopa 300...500 mm. Tarvittaessa paikallavalu voidaan tehdä useammassa valukerroksessa.

Kuva 5

Ontelolaatta

Onteloliittolaattarakenne muodostuu ontelolaatasta ja sen päälle työmaalla valetusta pintabetonista. Onteloliittolaatassa pintabetoni toimii rakenteessa puristuspinnan osana lisäten laataston jäykkyyttä ja kuormituskestävyyttä.

Liittolaattana toimivaa ontelolaattaa ei tarvitse pintabetonin valuvaiheessa tukea pidemmilläkään jänneväleillä, sillä ontelolaatan kantokyky on riittävä valun aikaiselle kuormalle.

Ontelolaatan ja pintabetonin välillä ei käytetä tartuntateräksiä. Onteloliittolaatalle suoritetuissa kokeissa on pintalaatan tartunta todettu riittäväksi ilman tartuntoja.

Onteloliittolaatan käyttöalue on kuorilaattaa pidemmillä jänneväleillä eli 4...17 m ontelolaatan tyypistä riippuen.

Pidemmillä jänneväleillä liittovaikutuksen käyttö ei lisää sallittua kuormaa pelkkään ontelolaattaan verrattuna. Pidemmillä jänneväleillä käyttötilassa laatan halkeilu tai taipuma rajaa sallitun kuorman. Tämä voi ylittyä jo pelkällä ontelolaatan ja pintabetonin painolla. 

Esimerkiksi 200 mm paksun ontelolaatan päälle valettu 50 mm:n pintabetoni kasvattaa laatan sallittua kuormaa 24 %:lla laatan jännevälin ollessa 6 m. Jännevälin ollessa 7 m lisäys on 17 % ja 8:n jännevälillä 6%. Kun laatan jänneväli on suurempi kuin 8,5 m, pintabetonin paino ylittää pelkän ontelolaatan sallitun kuorman.

Parhaiten liitttolaatta soveltuu tapauksiin, joissa hyötykuorma on suuri tai laatastoa rasittavat pyöräkuormat. Onteloliittolaatta on edullisimmillaan kohteissa, joihin pintabetoni tulee joka tapauksessa jo jostain muusta syystä. Liittolaatta on edullinen laatastoissa tai laataston niissä osissa, joissa tarvitaan tilaa putkivedoille tai kiinnityksille (esim. parvekkeet). Liittolaatalla voidaan paikallisesti lisätä ontelolaatan kantokykyä esim. aukkojen pielissä tai paikallisten pistekuormien kohdalla. Ulokelaatoissa yläpinnan raudoitus voidaan sijoittaa pintabetoniin.

Pintabetoni lisää laattojen välisten saumojen leikkauskestävyyttä. Laatastosta tulee tällöin jäykempi ja yhtenäisempi levy. Rengasraudoitus ja muu saumaraudoitus voidaan liittolaatassa sijoittaa myös pintabetoniin. Liittolaatta lisää myös laataston pistekuorman kestävyyttä ja parantaa pistekuorman jakautumista silloin, kun pintabetoni on raudoitettu.  Pienemmän taipuman ansiosta tiiliseinät voidaan sijoittaa vapaammin laataston päälle.

TT- liittolaatta

TT- laatan päälle tuleva pintabetoni voidaan ottaa huomioon lujuuslaskelmissa mitoittamalla TT- laatta ja päällevalu yhdessä toimivana liittorakenteena. Yhteistoiminnan ansiosta laatalla on pituussuunnassa suurempi kuormituskestävyys ja pienemmät taipumat kuin pelkällä TT- laatalla. Myös poikittaissuunnassa laattaosa ja pintalaatta voidaan sijoittaa liittorakenteena, jolloin esim. laattaosa saadaan kestämään suurempia pistekuormia.

Kun pintabetoni toimii TT- laatan kanssa liittorakenteena, saadaan liittorakenteen kapasiteetti pelkän  TT-laatan kapasiteetista kertoimella

k=1+0.4*h1/h,

missä h1 on päällevalun paksuus jännevälin keskellä (h1<_100 mm)

h  on TT- laatan korkeus

Liittorakenteena toimivan TT- laatan pinta on karhennettu. Yleensä pintabetonin tartunta on riittävä ilman tartuntaraudoitusta. Jos laatalle tulee pyöräkuormia, käytetään laattojen reunalla tartuntalenkkejä.
Pintabetonia käytettäessä TT- laatastosta saadaan yhtenäinen levy.

TT- liittolaatan käyttökohteita ovat yleensä varasto- ja teollisuusrakennusten välipohjat. 

4. Betoniset liittopalkit

Liittopalkkirakenne muodostuu betonipalkista ja siihen tukeutuvista elementtilaatoista. Liittovaikutus aikaansaadaan saumavalun sekä laattojen ja palkin välisten tartuntojen avulla, joten rakenne toimii T-muotoisena liittopalkkina. Palkin tehollinen korkeus kasvaa laatan ja mahdollisen pintabetonin paksuuden verran.

Melkein kaikki betonipalkkityypit ovat mahdollisia. Poikkileikkaus voi olla suorakaide, I-, leuka- tai T- poikkileikkaus. Palkki voi olla jännitetty tai jännittämätön. Laattaelementtinä voi olla kuori- tai ontelolaatta. Myös TT- laatta on mahdollinen esim. leukapalkkia käytettäessä.  Ontelolaattaa käytettäessä laatan leikkauskestävyyden aleneminen liitovaikutuksesta syntyvien lisärasitusten vuoksi tulee tarkistaa erillisen ohjeen mukaan.

Liittorakenteessa voi olla pintabetoni, joka toimii yhdessä muun rakenteen kanssa. Pintabetonia käytettäessä myös elementtilaatta voi toimia laatan suunnassa liittorakenteena.

Liittopalkkeja voidaan käyttää pilari-palkkirunkoisissa rakennuksissa sekä piha- ja paikoitustasoissa. Liittopalkki on edullisimmillaan rakennusten välipohjissa, joissa hyötykuorman osuus on suuri ja rakennekorkeus halutaan minimoida. Pidemmillä jänneväleillä tai kun palkin pysyvä kuorma muodostaa suuren osan rakenteen kokonais¬kuormasta, voidaan käyttää työnaikaista tuentaa.

Liittopalkkien tärkeimmät edut ei-liittorakenteeseen verrattuna ovat materiaalin säästö ja pienempi rakennekorkeus.

Ensimmäisessä tapauksessa kantavat vaakarakenteet tulevat kevyemmiksi, mikä saattaa merkitä myös hoikempia pystyrakenteita (pilareita) ja kevyempiä perustuksia. Jälkim¬mäisessä tapauksessa kerroskorkeus voi olla pienempi, mikä merkitsee vähemmän seinäpinta-alaa ja lyhyempiä pystysuuntaisia putkivetoja.

Laatta- ja palkkirakenteiden jatkuvuudella saavutetaan seuraavia etuja:

  • pienemmät taipumat
  • suurempi kantokyky samalla rakennekorkeudella
  • parempi palonkestävyys
  • parempi kestävyys maanjäristyksiä vastaan

Pyrittäessä toimisto- ja liikerakentamisessa entistä matalampiin rakennekorkeuksiin ovat matalat jännitetyt leukapalkit yleistyneet. Matalapalkkeja käyttäen voidaan toteuttaa välipohjarakenteita, joissa palkkivyöhykkeet eivät häiritse putkiasennusten suunnittelua ja toteutusta.

Korkeita lujuuksia käytettäessä voidaan kuormituskestävyyttä lisätä erityisesti lyhyillä jänneväleillä. Pitkillä jänneväleillä taipuma vähentää saavutettavaa hyötyä. On huomattava, että tuettaessa ontelolaattoja taipuisille tuille, esim. jännebetonipalkeille, alenee ontelolaataston leikkauskestävyys verrattuna seinän päälle tuetun ontelolaatan leikkauskestävyyteen. Aleneminen riippuu palkin jäykkyydestä, laataston kuormitustavasta ja liittovaikutuksesta (Betoninormikortti nro 18).

5. Teräsliittopalkit

Kun verrataan teräspalkin ja betonilaatan muodostamaa liittorakennetta rakenteeseen ilman liittovaikutusta, palkkina voidaan käyttää kevyempää teräsprofiilia. Liittorakenne on myös jäykempi. Koska teräspalkit ovat hoikempia kuin betonipalkit, tilapäiset tuet saattavat olla tarpeen elementtilaattojen asennuksen ja paikallavalujen aikana. Reunapalkeilla asennusaikaiset vääntötuennat ovat välttämättömiä.

Teräspalkit voivat olla esimerkiksi I- profiileja tai kotelopalkkeja. Epäsymmetrinen poikkileikkaus, jossa alalaippa on ylälaippaa suurempi (HQ-palkki), on liittorakenteissa varsin edullinen.

Teräspalkin ja ontelolaatan muodostaman rakenteen kustannuksista toimistorakennuksen välipohjissa on tehty varsin laaja vertailu. Siinä hyötykuorma vaihteli välillä 3 kN/m2 ... 6 kN/m2. Vertailussa tutkittiin sekä palkkien että koko rungon kustannuksia. Liittorakenne oli edullisinta teräspalkkia käytettäessä n. 15 % ei- liittorakennetta halvempi. ¬