FI122547B2 - Rakennuselementti - Google Patents

Description

Rakennuselementti

Keksintö kohdistuu rakennuselementtiin, jossa on kaksi seinäpintaa ja niiden välissä lämmöneristysrakenne, jossa on pysty-ja vaakaruoteita, joihin seinäpinnat 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 tällaisissa 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 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 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 sisäseinän pinta on vaalea, koska likapartikkelit kiinnittyvät helpommin kylmiin kohtiin.

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

Suomalaisessa patentissa 40411 ja sitä vastaavassa US-patentissa 3531901 on esitetty lämpöä eristäviä pitkänomaisia välike-elementtejä, jotka on tarkoitettu eristekerroksen muodostamiseen olemassa olevaan seinään esim. kylmähuoneisiin. Välike-elementin keskiosa muodostuu lasikuitulevystä, ja se toimii ripustusapuvälineenä ulkoverhouksen kiinnittämiseksi esim. betonisei nään. Julkaisu ei käsittele asuin-, liike- ja toimistokäyttöön tarkoitettujen rakennuksien tehdasvalmisteisten seinäelementtien ongelmia.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat ja esittää ra-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 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 voimaa välittävällä tai siirtävällä liitoksella eristelevyyn kiinnittämällä ne eristelevyyn liimaamalla, jolloin pinnat on kiinnitetty ruoteisiin metallivahvikkeiden avulla.

Eristelevy voi olla epäorgaanisesta ei-metallisesta kuitumateriaalista valmistettu 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 levyä. Metallivahvikkeet voivat olla esim. U-muotoisia siten, että niiden laipat ovat vasten eristelevyn sivupintoja. Vahvikkeet on kiinnitetty eristelevyyn liimaamalla, esim. PU-liimaa käyttämällä.

Termillä mineraalikuitu tarkoitetaan kaikkia epäorgaanisia kuitumaisia materiaaleja, jotka ovat palamattomia ja normaaleissa palolämpötiloissa sulamattomia, kuten vuorivilla.

Keksinnön avulla voidaan elementin paksuutta (mitattuna seinäpintojen välissä olevan ruoteen paksuudella) pienentää. Ohjearvon 0,25 W/(m2 x K) alle voidaan päästä jo 150 mm paksuudella, kun perinteisillä termorangoilla samaan tarvitaan vähintään 200 mm.

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

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 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 sivureunoissa. Pystyruoteiden jako (vaakasuuntainen etäisyys) voi olla esim. 500-700 mm, sopivimmin 600 mm.

Pystyruoteita 1 on siis määrävälein elementin vaakasuunnassa. Niiden väliin jääville alueille elementin E seinäpintojen väliin on tehtaalla sijoitettu eriste, kuten vuorivilla tai lasivilla. Yleensäkin ruoteiden välissä voidaan käyttää tunnettuja eristemateriaaleja.

Kuvassa 2 on esitetty vaakasuorana poikkileikkauksena pystyruoteen 1 rakenne, mutta se voi kuvata myös elementissä E käytettyjen vaakaruoteiden rakennetta. Kuvassa esitetty rakenne on vakio oleellisesti ruoteen koko pituudella. Pystyruode 1 yhdistää elementin seinäpinnat E1, E2, joista toinen 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 myös tunnetuista rakennusmateriaaleista. Se voi olla tuulensuojalevy, johon on kiinnitetty uloimmaksi vielä ulkoverhoilu, joka muodostaa rakennuksen ulospäin näkyvän julkisivupinnan.

Ruoteen 1 keskiosa muodostuu eristelevystä 1b, jonka taso sijaitsee kohtisuorassa seinäpintoja E1, E2 vastaan. Eristelevyn molemmissa reunoissa on metallivahvike 1a, jonka välityksellä mode 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 vahvikkeen välisellä liitoksella. Metallivahvikkeita ei tällöin tarvitse yhdistää toisiinsa millään ylimääräisillä liitoselimillä, vaan eristelevy 1b toimii metallivahvikkeita yhdistävänä rakenteena. Eristelevy 1b ja metallivahvikkeet 1a on liitetty voimaa vä I i ttä vä 11 ä/si i rtä väl lä liitoksella suoraan toisiinsa niin, että tuloksena on kuormitusta kestävä palkki, johon seinäpinnat tai vastaavat voidaan kiinnittää.

Eristelevyn korkeus (mitta seinäpintojen tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa) on tavallisesti suurempi kuin leveys (mitta seinäpintojen tason suunnassa). Levy muodostuu kuitumaisesta palamattomasta ja paloa kestävästä mineraalimateriaalista, kuten vuorivillasta. Levyn kuitumateriaali on puristettu riittävään tiheyteen, jotta levyllä on riittävä jäykkyys. Eristelevyn kuitumateriaalin kuitusuunta on levyn tason suuntainen (oleellisesti kohtisuorassa seinäpintojen tasoa vastaan). Eristelevyn tiheys voi olla välillä 100-300 kg/m3. Lyhyillä jänneväleillä voi tiheys olla pienempikin, 50-100 kg/m3. Pyritään käyttämään mahdollisimman pitkiä eristelevyjä (ruoteen pituussuunnassa), niin että levyjä vahvikkeet ovat samanpituiset. Jos mode on lyhyt, yksi tällainen pitkänomainen eristelevy riittää koko ruoteen pituudelle. Pitkillä moteilla voidaan tarvita kahta tai useampaa pitkänomaista eristelevyä, jotka sijaitsevat koko ruoteen pituisten jatkuvien vahvikkeiden 1a välissä.

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 1 b tavoin ulottuu ruoteen 1 koko pituudelle, voidaan muodostaa 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-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 levyä. 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.

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 - 1,5 kN/m2 Pientaloissa seiniin kohdistuu myös katto-ja välipohjakuormi-tukset.

Kuvassa 3 on esitetty pystyruoteen 1 ja elementin E alareunassa kulkevan vaakaruoteen 1 liitoskohta vaakaruoteen pituussuuntaa vastaan kohtisuorana poikkileikkauksena. Seinäpintoja E1, E2 ei ole esitetty. Vaakaruoteen metallivahvikkeissa 1a olevat laipat on jätetty taivuttamatta pystyruoteen 1 puolella, ja ne ovat kantaosien suorat jatkeet, jotka ulottuvat jonkin matkaa pystyruoteen 1 pituudelle. Tällä kohdalla ne sijoittuvat pystyrangan metallivahvik-keiden päälle, ja ne on kiinnitetty jälkimmäisiin mekaanisin kiinnitysvälinein 2, kuten ruuvein. Laippa voi olla jätetty edellä kuvatulla tavalla suoraksi vain kohdissa, joissa pystyruode liittyy suorassa kulmassa vaakaruoteeseen, ja muulla pituudella se voi olla vaakaruoteen 1 eristelevyn 1b 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 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.

Kuvassa 4 on esitetty eräs vaihtoehtoinen tapa liittää ruoteet 1 toisiinsa. Kun kuvan 3 liitoskohdassa mode ja sen kylkeen suorassa kulmassa liittyvä mode on liitetty yhteen ruoteen omien pituussuuntaisten vahvikkeiden 1a välityksellä, jotka on kiinnitetty suoraan toisiinsa, kuvassa 4 on käytetty erillisiä lii-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 keskenään. Koska tällainen liitoskappale yhdistää eri puolilla olevat vahvikkeet toisiinsa, on se myös rei’itetty lämmönsiirron pienentämiseksi. Koska tällaiset potentiaaliset kylmäsillat ovat vain ruoteiden risteyskohdissa, ei niistä kuitenkaan koidu suurempaa haittaa kokonaislämmöneristykselle.

Edellä esitetty seinäelementti ei ole tarkoitettu yksinomaan kerrostaloihin, vaan sitä voidaan soveltaa kaikkiin rakennuksiin. Keksinnön mukainen ra-kennuselementti ei ole tarkoitettu vain seinäelementiksi, vaan samalla ratkaisulla voidaan valmistaa myös katto- ja välipohjaelementtejä (esim. kuva 2 esittäisi tällaista vaakasuoraan asetettavaa elementtiä pystyleikkauksena ja seinäpinnat E1 ja E2 olisivat tällöin yläpinta ja alapinta) Tällaisetkin elementit valmistetaan tehtaalla valmiiksi ja kuljetetaan rakennuspaikalle. Tällaisessa elementissä on myös seinäelementin pysty- ja vaakaruoteiden tavoin toisiinsa suorassa kulmassa liittyviä ruoteita. Elementin jänneväli valitaan tällöin sellaiseksi, että ruoteet kestävät niihin kohdistuvat suuremmat kuormitukset.

Claims (5)

1. Rakennuselementti (E), joka on seinäelementti tai vaakasuoraan asetettava elementti ja jossa on kaksi seinäpintaa (E1, E2), tai vastaavasti yläpinta ja 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 rakennuselementti (E) on tehtaalla valmiiksi tehty seinäelementti tai vaakasuoraan asetettava elementti, jossa rakennuselementissä: -on pystyruoteita (1) tietyin välein rakennuselementin (E) ylä- ja alareunan välillä ja vaakaruoteita (1) rakennuselementin (E) ylä- ja alareunassa, -ruoteiden (1) keskiosa on muodostettu yhdestä tai useammasta palamattomasta ja paloa kestävästä eristelevystä (1b), kuten mineraalikuitu-levystä, joka rakennuselementissä sijaitsee oleellisesti kohtisuorassa pintoihin (E1, E2) nähden, jonka eristelevyn kuitumateriaalin kuitusuunta on levyn tason suuntainen, oleellisesti kohtisuorassa seinäpintojen tasoa vastaan 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) polyuretaaniliimalla liimaamalla, jolloin pinnat (E1, E2) on kiinnitetty ruoteisiin (1) metallivahvikkeiden (1a) avulla, -pystyruoteet (1) ja vaakaruoteet (1) on yhdistetty toisiinsa siten, että vaakaruoteen (1) metallivahvikkeissa (1a) olevat laipat on jätetty taivuttamatta pystyruoteen (1) puolella kohdissa, joissa pystyruode liittyy suorassa kulmassa vaakaruoteeseen, jolloin nämä kantaosien suorat jatkeet ulottuvat jonkin matkaa pystyruoteen (1) metallivahvikkeiden (1a) päälle tai revitetyillä kulmapaloilla (3) siten, että kulmapalat (3) on sijoitettu liitoskohdan molemmille puolille niin, että sama kulmapala (3), samalla kun sen laipat liittävät pystyruoteen (1) ja vaakaruoteen (1) vahvikkeet (1a) toisiinsa, yhdistää myös vaakaruoteen (1) eri puolilla olevat vahvikkeet (1a) ja pystyruoteen (1) eri puolilla olevat vahvikkeet (1a) keskenään.

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

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

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen rakennuselementti, tunnettu siitä, että elementissä (E) on ruoteita (1), jotka liittyvät kulmassa toisiinsa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen rakennuselementti, tunnettu siitä, että se on seinäelementti, esimerkiksi sellainen jossa on yksi tai useampi ikkuna-aukko (A) ja/tai yksi tai useampi oviaukko.