FI122547B - Rakennuselementti - Google Patents

Description

Rakennuselementti

Keksintö kohdistuu rakennuselementtiin, jossa on kaksi seinäpintaa ja niiden välissä lämmöneristysrakenne, jossa on pysty- ja vaakaruoteita, joihin seinä-5 pinnat on kiinnitetty ja joissa on lämmönsiirtoa vähentävä keskiosa.

Keksintö kohdistuu erityisesti ulkoseinäelementteihin, jotka tehdään tehtaalla valmiiksi, kuljetetaan rakennuspaikalle, ja kiinnitetään siellä rakennuksen runkoon. Näissä elementeissä tarvitaan lämmöneristystä, ja sen vuoksi täl-10 laisissa elementeissä ulkoseinäpinta ja sisäseinäpinta on totuttu liittämään yhteen metallia olevilla ns. termorangoilla, jotka ovat C-muotoisiksi n. 1-2 mm paksusta teräslevystä taivutettuja. Seinäpinnat kiinnitetään rangan poik-kileikkausmuodon vastakkaisissa päissä oleviin laippoihin, ja niitä yhdistävässä suorassa osassa on lämmön johtumisen estämiseksi materiaalin läpi 15 meneviä aukkoja. Rankojen väliin jääville alueille sijoitetaan lämmöneriste, kuten vuorivilla.

Aukoilla ei koskaan pystytä täysin eliminoimaan lämmönsiirtoa metallin hyvästä lämmönjohtokyvystä johtuen. Jotta tällaisilla elementeillä päästäisiin 20 hyvään lämmöneristävyyteen, joudutaan seinäelementit tekemään paksuiksi (rankojen paksuutta lisäämään, mikä kasvattaa materiaalikustannuksia). Tästä huolimatta rakenteen sisään jää termorankojen metallista aiheutuvia kylmäsiltoja, jotka paikoilleen asetetun ulkoseinäelementin sisäpuolella (eli lämpimän tilan puolella) tulevat näkyviin tummumisena rankojen kohdalla, jos 25 sisäseinän pinta on vaalea, koska likapartikkelit kiinnittyvät helpommin kyl- ^ miin kohtiin, o

CM

i

CNJ

9 Puu on luonnostaan hyvä lämmöneriste. Sen haittana on kuitenkin palavuus, δ mikä ei tee sen käyttöä moteissa houkuttelevaksi, jos pyritään vähentämään 30 elementin paloherkkyyttä.

CL

° Suomalaisessa patentissa 40411 ja sitä vastaavassa US-patentissa 3531901 g on esitetty lämpöä eristäviä pitkänomaisia välike-elementtejä, jotka on tar- ° koitettu eristekerroksen muodostamiseen olemassa olevaan seinään esim.

35 kylmähuoneisiin. Välike-elementin keskiosa muodostuu lasikuitulevystä, ja se toimii ripustusapuvälineenä ulkoverhouksen kiinnittämiseksi esim. betonisei- 2 nään. Julkaisu ei käsittele asuin-, liike- ja toimistokäyttöön tarkoitettujen rakennuksien tehdasvalmisteisten seinäelementtien ongelmia.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat ja esittää ra-5 kennuselementti, jolla sama lämmöneristysarvo (U-arvo, W/(m2 x K)) voidaan saavuttaa selvästi ohuemmalla rakenteella, ja kylmäsillat voidaan kokonaan eliminoida.

Nämä tavoitteet saavutetaan rakennuselementillä, joka on seinäelementti tai 10 vaakasuoraan asetettava elementti, jossa ruoteiden keskiosat on muodostettu yhdestä tai useammasta palamattomasta ja paloa kestävästä eristelevystä kuten mineraalikuitulevystä, joka rakennuselementissä sijaitsee oleellisesti kohtisuorassa pintoihin nähden ja jonka vastakkaisissa reunoissa on eristelevyn toisistaan eristämät metallivahvikkeet, jotka on suoraan liitetty 15 voimaa välittävällä tai siirtävällä liitoksella eristelevyyn kiinnittämällä ne eristelevyyn liimaamalla, jolloin pinnat on kiinnitetty ruoteisiin metallivahvikkeiden avulla.

Eristelevy voi olla epäorgaanisesta ei-metallisesta kuitumateriaalista valmis-20 tettu eristekuitulevy, esim. mineraalikuitulevy. Eristekuitulevyjen kuitusuunta on oleellisesti kohtisuorassa seinäpintoja vastaan. Tällöin riittävän tiheällä kuitulevyllä saadaan myös lujuutta. Taivutuslujuutta saadaan, kun vahvikkeissa on eristelevyn reunaa vasten oleva kantaosa ja siitä rakennusele-mentin sisäosaa kohti suuntautuvat laipat, jotka sijoittuvat molemmille puolille 25 levyä. Metallivahvikkeet voivat olla esim. U-muotoisia siten, että niiden laipat ^ ovat vasten eristelevyn sivupintoja. Vahvikkeet on kiinnitetty eristelevyyn lii- maamalla, esim. PU-liimaa käyttämällä.

CNJ

o i 5 Termillä mineraalikuitu tarkoitetaan kaikkia epäorgaanisia kuitumaisia mätejä 30 riaaleja, jotka ovat palamattomia ja normaaleissa palolämpötiloissa sulamat-

CL

tornia, kuten vuorivilla, o CV1 g Keksinnön avulla voidaan elementin paksuutta (mitattuna seinäpintojen välisti sä olevan ruoteen paksuudella) pienentää. Ohjearvon 0,25 W/(m2 x K) alle 35 voidaan päästä jo 150 mm paksuudella, kun perinteisillä termorangoilla samaan tarvitaan vähintään 200 mm.

3

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 5 kuva 1 esittää keksinnön mukaista seinäelementtiä etukuvantona, kuva 2 esittää ruodetta ja seinäpintoja poikkileikkauskuvana kuvan 1 linjaa ll-ll pitkin, 10 kuva 3 esittää vaakaruoteen ja pystyruoteen liitoskohtaa leikkauskuvana kuvan 1 linjaa lll-lll pitkin, ja kuva 4 esittää perspektiivissä erästä vaihtoehtoista liitostapaa.

15 Kuvassa 1 esitetty suorakaiteen muotoinen elementti E on tehtaalla valmiiksi tehty ulkoseinäelementti, joka on tarkoitettu kerrostaloja varten. Se on tyypillisesti n. 5-8 m leveä ja 3-4 m korkea (esim. 3,6 m). Elementissä on yksi tai useampi ikkuna-aukko A, mutta siinä voi olla myös oviaukko, tai se voi olla umpinainenkin. Elementin seinäpintoja, joista toinen on tarkoitettu ulkoilman 20 puolelle ja toinen sisäpuolelle, yhdistää pitkänomaiset ruoteet 1. Pysty-ruoteita on tietyin välein elementin ylä- ja alareunan välillä ja tarvittaessa ikkuna-aukon A ylä- ja alapuolella. Vaakaruoteita on elementin E ylä- ja alareunassa ja ikkuna-aukkojen A ylä- ja alareunassa. Pystyruoteet on sijoitettu myös niin että ne kulkevat elementin E sivureunoissa ja ikkuna-aukkojen A 25 sivureunoissa. Pystyruoteiden jako (vaakasuuntainen etäisyys) voi olla esim. ^ 500-700 mm, sopivimmin 600 mm.

CM

i

CNJ

9 Pystyruoteita 1 on siis määrävälein elementin vaakasuunnassa. Niiden väliin o jääville alueille elementin E seinäpintojen väliin on tehtaalla sijoitettu eriste, g 30 kuten vuorivilla tai lasivilla. Yleensäkin ruoteiden välissä voidaan käyttää tun-

CL

nettuja eristemateriaaleja, o

(M

g Kuvassa 2 on esitetty vaakasuorana poikkileikkauksena pystyruoteen 1 ra- ° kenne, mutta se voi kuvata myös elementissä E käytettyjen vaakaruoteiden 35 rakennetta. Kuvassa esitetty rakenne on vakio oleellisesti ruoteen koko pituudella. Pystyruode 1 yhdistää elementin seinäpinnat E1, E2, joista toinen 4 on ulkoilman puolelle tuleva seinäpinta E1 ja toinen sisätilan puolelle tuleva seinäpinta E2. Seinäpinta voi olla jotain tunnettua sisäseinissä käytettävää rakennuslevyä, esim. Gyproc (rekisteröity tavaramerkki), ja sen ja ruoteen 1 välissä voi olla höyrysulku (ei esitetty). Ulompi seinäpinta E1 voi muodostua 5 myös tunnetuista rakennusmateriaaleista. Se voi olla tuulensuojalevy, johon on kiinnitetty uloimmaksi vielä ulkoverhoilu, joka muodostaa rakennuksen ulospäin näkyvän julkisivupinnan.

Ruoteen 1 keskiosa muodostuu eristelevystä 1 b, jonka taso sijaitsee kohti-10 suorassa seinäpintoja E1, E2 vastaan. Eristelevyn molemmissa reunoissa on metallivahvike 1a, jonka välityksellä ruode 1 on kiinnitetty vastaavaan seinäpintaan mekaanisilla kiinnitysvälineillä, esim. ruuveilla. Metallivahvike 1a on kiinnitetty eristelevyn 1b reunaan liimaamalla, esim. polyuretaaniliimalla. Metallivahvikkeet 1a on siis kiinnitetty eristelevyyn 1b eristelevyn ja vahvik-15 keen välisellä liitoksella. Metal li vahvikkeita ei tällöin tarvitse yhdistää toisiinsa millään ylimääräisillä liitoselimillä, vaan eristelevy 1 b toimii metallivahvikkeita yhdistävänä rakenteena. Eristelevy 1b ja metallivahvikkeet 1a on liitetty voimaa välittävällä/siirtävällä liitoksella suoraan toisiinsa niin, että tuloksena on kuormitusta kestävä palkki, johon seinäpinnat tai vastaavat voidaan kiinnit-20 tää.

Eristelevyn korkeus (mitta seinäpintojen tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa) on tavallisesti suurempi kuin leveys (mitta seinäpintojen tason suunnassa). Levy muodostuu kuitumaisesta palamattomasta ja paloa kestävästä 25 mineraalimateriaalista, kuten vuorivillasta. Levyn kuitumateriaali on puristettu riittävään tiheyteen, jotta levyllä on riittävä jäykkyys. Eristelevyn kuitumate-^ naalin kuitusuunta on levyn tason suuntainen (oleellisesti kohtisuorassa sei- 9 näpintojen tasoa vastaan). Eristelevyn tiheys voi olla välillä 100-300 kg/m .

o Lyhyillä jänneväleillä voi tiheys olla pienempikin, 50-100 kg/m3. Pyritään 30 käyttämään mahdollisimman pitkiä eristelevyjä (ruoteen pituussuunnassa),

CL

niin että levy ja vahvikkeet ovat samanpituiset. Jos ruode on lyhyt, yksi tällai-° nen pitkänomainen eristelevy riittää koko ruoteen pituudelle. Pitkillä ruoteilla g voidaan tarvita kahta tai useampaa pitkänomaista eristelevyä, jotka sijaitse- ° vat koko ruoteen pituisten jatkuvien vahvikkeiden 1a välissä.

35 5

Kummassakin vahvikkeessa 1a on eristelevyn 1b reunaa vasten oleva kantaosa ja siitä rakennuselementin sisäosaa kohti suuntautuvat laipat, jotka sijoittuvat molemmille puolille eristelevyä 1b. Tämän muotoinen vahvike, joka eristelevyn 1b tavoin ulottuu ruoteen 1 koko pituudelle, voidaan muodostaa 5 esim. taivuttamalla pitkänomainen metallilevy U-muotoon. Voidaan käyttää esim. teräslevyä, jonka paksuus on sopiva. Sopiva paksuus on esim. 1-2 mm.

Eristelevyn tason suuntaisten laippojen pituus metallivahvikkeissa 1a on so-10 pivimmin 20-30 mm. Laippojen ansiosta vahvikkeet kestävät paremmin leik-kausvoimia.

Ruoteessa voi olla myös useampi eristelevy 1b rinnakkain niin, että ne ovat vahvikkeiden 1a välissä. Voidaan käyttää kahta tai kolmea rinnakkaista le-15 vyä. Jos levyjen 1b leveys on n. 50 mm, ruoteen 1 leveydeksi tulee vastaavasti 100 mm tai 150 mm. Ruode voi tällöin olla poikkileikkaukseltaan enemmän neliömäinen. Vahvikkeet 1a ovat vastaavalla tavalla leveämpiä. Tällaisia leveämpiä ruoteita voidaan käyttää rakennuselementissä kohdissa, joihin kohdistuu enemmän kuormitusta.

20

Ruoteiden 1 sijoituksessa ja elementin E muussa mitoituksessa otetaan huomioon se, että elementin tulee ottaa vastaan seinään kohdistuva tuuli- kuorma ja seinän verhousmateriaaleista ja seinän omasta painosta johtuvat pystykuormat. Seiniin kohdistuva tuulikuorma on Suomen olosuhteissa n. 0,5 25 -1,5 kN/m2. Pientaloissa seiniin kohdistuu myös katto- ja välipohjakuormi- ^ tukset.

o

CM

CNJ

9 Kuvassa 3 on esitetty pystyruoteen 1 ja elementin E alareunassa kulkevan o vaakaruoteen 1 liitoskohta vaakaruoteen pituussuuntaa vastaan kohtisuorana g 30 poikkileikkauksena. Seinäpintoja E1, E2 ei ole esitetty. Vaakaruoteen metalli- O.

vahvikkeissa 1a olevat laipat on jätetty taivuttamatta pystyruoteen 1 puolella, oj ja ne ovat kantaosien suorat jatkeet, jotka ulottuvat jonkin matkaa pysty- § ruoteen 1 pituudelle. Tällä kohdalla ne sijoittuvat pystyrangan metallivahvik- w keiden päälle, ja ne on kiinnitetty jälkimmäisiin mekaanisin kiinnitysvälinein 2, 35 kuten ruuvein. Laippa voi olla jätetty edellä kuvatulla tavalla suoraksi vain kohdissa, joissa pystyruode liittyy suorassa kulmassa vaakaruoteeseen, ja 6 muulla pituudella se voi olla vaakaruoteen 1 eristelevyn 1 b yläpintaa vasten. Kuvassa 3 esitettyä rakennetta voidaan vastaavalla tavalla soveltaa ikkuna-aukon A yläreunassa olevan vaakaruoteen 1 ja sen yläpuolella olevan pysty-ruoteen 1 liitoskohtaan, kuten myös elementin yläreunan vaakaruoteen 1 ja 5 pystyruoteen liitoskohtiin, ja ikkuna-aukon A alareunan vaakaruoteen 1 ja pystyruoteen 1 liitoskohtiin. Kahdessa viimeksi mainitussa tapauksessa rakenne on kuvan 3 rakenne ylösalaisin. On myös muita tapoja käyttää pysty-ruoteissa ja vaakaruoteissa olevia vahvikkeita 1a ruoteiden liittämiseksi toisiinsa.

10

Kuvassa 4 on esitetty eräs vaihtoehtoinen tapa liittää ruoteet 1 toisiinsa. Kun kuvan 3 liitoskohdassa ruode ja sen kylkeen suorassa kulmassa liittyvä ruode on liitetty yhteen ruoteen omien pituussuuntaisten vahvikkeiden 1a välityksellä, jotka on kiinnitetty suoraan toisiinsa, kuvassa 4 on käytetty erillisiä lii-15 toskappaleita, jotka liittävät ruoteet toisiinsa. Kuvan 4 liitoskohdassa käytetään metallisia kulmapaloja 3, jotka on sijoitettu liitoskohdan molemmille puolille niin, että sama kulmapala 3, samalla kun sen laipat liittävät pysty- ja vaakaruoteen vahvikkeet 1a toisiinsa, yhdistää myös vaakaruoteen 1 eri puolilla olevat vahvikkeet 1a ja pystyruoteen 1 eri puolilla olevat vahvikkeet 1a kes-20 kenään. Koska tällainen liitoskappale yhdistää eri puolilla olevat vahvikkeet toisiinsa, on se myös reiltetty lämmönsiirron pienentämiseksi. Koska tällaiset potentiaaliset kylmäsillat ovat vain ruoteiden risteyskohdissa, ei niistä kuitenkaan koidu suurempaa haittaa kokonaislämmöneristykselle.

25 Edellä esitetty seinäelementti ei ole tarkoitettu yksinomaan kerrostaloihin, vaan sitä voidaan soveltaa kaikkiin rakennuksiin. Keksinnön mukainen ra-o ^ kennuselementti ei ole tarkoitettu vain seinäelementiksi, vaan samalla ratkaisi sulia voidaan valmistaa myös katto- ja välipohjaelementtejä (esim. kuva 2 o esittäisi tällaista vaakasuoraan asetettavaa elementtiä pystyleikkauksena ja ^ 30 seinäpinnat E1 ja E2 olisivat tällöin yläpinta ja alapinta) Tällaisetkin elementit

CL

valmistetaan tehtaalla valmiiksi ja kuljetetaan rakennuspaikalle. Tällaisessa ^ elementissä on myös seinäelementin pysty- ja vaakaruoteiden tavoin toisiin- g sa suorassa kulmassa liittyviä ruoteita. Elementin jänneväli valitaan tällöin ° sellaiseksi, että ruoteet kestävät niihin kohdistuvat suuremmat kuormitukset.

35 7

Patenttivaatimukset: 1. Rakennuselementti (E), joka on seinäelementti tai vaakasuoraan asetettava elementti ja jossa on kaksi seinäpintaa (E1, E2), tai vastaavasti yläpinta ja 5 alapinta, ja niiden välissä lämmöneristysrakenne, jossa on pitkänomaisia ruoteita (1), jotka muodostavat kuormitusta kestäviä palkkeja, joihin pinnat (E1, E2) on kiinnitetty ja joissa on lämmönsiirtoa vähentävä keskiosa, tunnettu siitä, että ruoteiden (1) keskiosa on muodostettu yhdestä tai useammasta palamattomasta ja paloa kestävästä eristelevystä (1b), kuten 10 mineraalikuitulevystä, joka rakennuselementissä sijaitsee oleellisesti kohtisuorassa pintoihin (E1, E2) nähden ja jonka vastakkaisissa reunoissa on eristelevyn (1b) toisistaan eristämät metallivahvikkeet (1a), jotka on suoraan liitetty voimaa välittävällä tai siirtävällä liitoksella eristelevyyn (1b) kiinnittämällä ne eristelevyyn (1b) liimaamalla, jolloin pinnat (E1, E2) on kiinnitetty 15 ruoteisiin (1) metallivahvikkeiden (1 a) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakennuselementti, tunnettu siitä, että vahvikkeissa on eristelevyn (1 b) reunaa vasten oleva kantaosa ja siitä ra-kennuselementin (E) sisäosaa kohti suuntautuvat laipat, jotka sijoittuvat mo- 20 lemmille puolille eristelevyä (1 b).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakennuselementti, tunnettu siitä, että metallivahvikkeet (1a) ovat U-muotoisia siten, että niiden laipat ovat vasten eristelevyn sivupintoja.

25 ™ 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen rakennuselementti, tun es ™ nettu siitä, että elementissä (E) on ruoteita (1), jotka liittyvät kulmassa toi-

C\J

o snnsa o g 30 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen rakennuselementti, tunnettu siitä, että

CL

mode (1) ja siihen kulmassa liittyvä mode (1) on kiinnitetty liitoskohdassa ^ ruoteiden omien metallivahvikkeiden (1a) välityksellä toisiinsa.

O

° 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen rakennuselementti, tun- 35 nettu siitä, että se on seinäelementti, esimerkiksi sellainen jossa on yksi tai useampi ikkuna-aukko (A) ja/tai yksi tai useampi oviaukko.