FI126679B - Painumaton hirsirakenne - Google Patents

Description

PAINUMATON HIRSIRAKENNE

Keksinnön kohteena on painumaton hirsirakenne, johon kuuluu päällekkäin asetettuja hirsiä, joissa on välin päässä toisistaan pystysuuntaisia läpireikiä, ja kohdakkain asetetuissa läpirei'-istä muodostuvassa aukossa on oleellisesti koko hirsirakenteen matkalle ulottuva pystysuuntaista kuormaa kantava tukirakenne.

Tunnetusti hirsirakenne niin sanotusti painuu käyttöikänsä aikana, erityisesti käyttöiän alussa. Muutenkin puumateriaali elää lähinnä kosteusvaihtelujen takia. Lisäksi rakennuksissa elämistä lisää sisä- ja ulkoilman lämpö- ja kosteuserot. Itse hirsien rakenteella ja käsittelyllä on pyritty vähentämään painumista ja kosteuselämistä. Tällöin hirsistä kuitenkin muodostuu monimutkaisia ja hankalia valmistaa. Lisäksi haluttu vaikutus on jäänyt vajavaiseksi tuotantokustannusten lisääntyessä huomattavasti. Samalla hirren ulkonäkö kärsii.

Painumattomaksi tarkoitettua hirsiseinää kuvataan suomalaisessa hyödyllisyysmallissa numero 10462. Esitetyssä hirsiseinässä hirret ovat lähes perinteiset, jolloin hirren valmistusvaiheessa vältetään ylimääräiset työvaiheet. Samalla hirren ulkonäkö säilyy entisellään. Tässä hirsissä on keskialueella pystyreikiä, joihin on sovitettu puutappeja. Kukin puutappi koostuu useasta osatapista, jotka ovat peräkkäin ja välittömässä kosketuksessa toisiinsa. Siten puutapit kantavat hirsiseinän pystysuuntaiset kuormat. Lisäksi hirret on järjestetty liikkumattomiksi puutapin suhteen. Tämä on toteutettu pystyreikien kavennuksella ja vastaavalla osatapin ohennuksella.

Kavennusten ja ohennusten takia hirteen joudutaan tekemään kahdenkokoisia porauksia. Tällöin työstö joudutaan tekemään kahteen kertaan. Samoin osatapit ovat lyhyitä ja niiden vahvuus vaihtelee. Osatapeista johtuen tukirakenteeseen eli puutappiin muodostuu useita niveliä, jolloin hirsiseinän tukevuus sivusuunnassa on heikko. Lisäksi hirsien työstössä on useita lisätyövai-heita monenlaisilla työkaluilla ja hirsiseinän kasaamisessa joka hirsikerran kohdalla tulee asetella osatappeja. Tämä hidastaa pystytystä ja altistaa virheasennuksille. Johdannon mukainen hirsirakenne esitetään US-patentissa numero 4649683.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen painumaton hirsirakenne, joka on entistä tukevampi ja joka pitää muotonsa kosteuselämisestä huolimatta. Tämän keksinnön mukaisen hirsirakenteen tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista. Keksinnössä hirret tuetaan uudella ja yllättävällä tavalla. Tällöin hirsirakenne on varmasti painumaton ja hirsien välit pysyvät tiiviinä. Tällöin esimerkiksi suuren ikkuna- ja oviaukot ovat mahdollisia ja hirsirakenteen ulkonäkö pysyy muuttumattomana. Merkittävää on myös hirsirakenteen sivusuuntai-nen jäykkyys. Tällöin hirsirakenteen pystysuuntainen kuormitet-tavuus on hyvä ja samalla hirsirakenne kestää sivusuuntaista kuormitusta. Edelleen hirsirakenteen pystyttäminen on nopeaa ja pystytyksen ajan hirsikerrokset pysyvät varmasti paikoillaan ja oikeassa asennossa. Lopullinen hirsirakenne on painumaton ja jäykkä, mutta sallii hirren luontaisen kosteuselämisen. Samalla hirsien väliset tiivisteet toimivat koko ristirakenteen käyttöiän ajan kuormittumatta liikaa.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa

Kuva la esittää periaatteellisesti hirsirakenteen elämistä vuodenaikojen vaihdellessa,

Kuva Ib esittää keksinnön mukainen hirsirakenteen ylhäältä kahdesta eri kohdasta katsottuna,

Kuva le esittää kuvan Ib hirsirakenteen sivulta katsottuna, Kuva 2 esittää osasuurennoksen keksinnön mukaisesta hirsirakenteesta,

Kuva 3 esittää keksinnön mukaisen hirsirakenteen päästä katsottuna,

Kuva 4a esittää kuvan 3 hirsirakenteen muunnoksen,

Kuva 4b esittää seinärakenteen muunnoksen kuvan Ib tavoin.

Kuvassa la esitetään hakijan oma hirsiprofiili. Tässä alempi hirsi esitetään siinä muodossa kuin se tuotantolinjalta tulee. Yksittäiset lamellit jätetään tässä esittämättä. Käytännössä hirsi muodostuu useasta toisiinsa liimatusta lamellista ja lopullinen profiili sekä uros- ja naaraspontit saadaan sopivilla työstöillä. Siten koko hirsi on määrämittainen ja -muotoinen koko pituudeltaan. Kuvassa la oikealla puolella on rakennuksen sisäpuoli ja vasemmalla ulkopuoli. Ylempi hirsi esitetään tilassa, jossa se on kevättalvella kuivunut ja kutistunut, mikä ilmenee ylemmän hirren oikeassa reunassa. Esitetyssä profiilissa on alaosan naaraspontissa lisäksi tippanokka 10. Tippanokan ansiosta hirren luonnollisesta kuivumisesta johtuvat raot eivät tule näkyviin. Hirsirakenne säilyy näin siistin ja laadukkaan näköisenä koko käyttöiän. Tippanokalla saavutetaan myös etuja hirren ulkopinnassa. Tippanokka estää sadeveden pääsyn hirsien väliin eristetilaan ja pitää hirsiseinän taatusti tiiviinä ja turvallisena rakenteena.

Keksinnön mukainen hirsirakenne esitetään kuvassa Ib päältä katsottuna ja sama kuvassa le sivulta katsottuna. Kuvan Ib vasemmassa reunassa on näkymä hirsirakenteen yläosasta ja vastaavasti oikeassa reunassa on näkymä hirsirakenteen alaosasta. Hirsirakenne on painumaton ja siihen kuuluu päällekkäin asetettuja hirsiä 11 ja 12. Hirsissä 11 ja 12 on välin päässä toisistaan pystysuuntaisia läpireikiä 13 (kuva 2) . Valmiissa hirsirakenteessa läpireiät ovat kohdakkain ja kohdakkain asetetuissa läpirei'istä muodostuvassa aukossa 14 on oleellisesti koko hirsirakenteen matkalle ulottuva tukirakenne 15. Tukirakenne kantaa hirsirakenteen pystysuuntaisen kuorman, jolloin hirsirakenne on painumaton. Keksinnön mukaan tukirakenteen 15 alueella hirsisauman 16 muodostaman hirsiparin 31 hirret 11 ja 12 on kiinnitetty mekaanisilla kiinnikkeillä 32 toisiinsa ja irti tukirakenteesta 15. Tällöin kukin hirsi pysyy kiinni toisissaan, mutta hirret ovat kelluvasti tukirakenteen suhteen.

Samalla tukirakenne kantaa hirsien sijasta hirsirakenteeseen kohdistuvat pystysuuntaiset kuormat. Tällöin hirsien välit ja sijainnit pysyvät muuttumattomia. Näin ollen tiivisteet toimivat halutusti ja hirsien välisten rakojen muodostuminen vältetään. Tässä hirsisaumalla tarkoitetaan kahden vastakkaisen hirren välistä saumaa.

Kiinnikkeet sijoitetaan tietyllä tavalla. Keksinnössä kiinnikkeiden 32 kiinnityskohta 17 on oleellisesti hirren 11 ja 12 keskilinjan 18 alueella. Tällöin hirret saadaan kiinnitetty keskeltä toisiinsa, jolloin hirren reunaosat voivat elää kiinnityksestä huolimatta.

Keksinnön mukaisessa hirsirakenteessa kiinnike 32 muodostuu täyskierreruuvista 19, joka ulottuu hirsisauman 16 molemmin puolin. Tällöin hirsisauman muodostavat hirret pysyvät kiinni toisissaan ja kiinnike kantaa hirren painon. Hirsirakenteen muodostamista kuvataan tarkemmin myöhemmin.

Hirsiparin 31 hirret 11 ja 12 on lisäksi kiinnitetty osakierre-ruuveilla 20 hirsien 11 ja 12 kummastakin reunasta tukirakenteen 15 ulkopuolelta. Osakierreruuvi sallii hirren reunojen luonnollisen elämisen hirsirakenteen ollessa kuitenkin kokonaisuudessaan painumaton.

Kuvassa le esisetään osa tukirakenteista 15, joista kukin muodostuu yhdestä yhtenäisestä kannattimesta 21. Tällöin kannatin kantaa koko seinämärakenteen kuormituksen, jolloin saavutetaan painumaton seinärakenne. Myös tukirakenteen sijoittelu on uusi ja yllättävä. Keksinnössä kannattimet 21 on sijoitettu kahteen hirren 11 ja keskilinjan 18 alueelta erillään olevaan riviin 22 ja 23 (kuva Ib). Tällöin tukirakenne ulottuu laajalle alueella, mikä parantaa seinärakenteen sivuttaista tukevuutta. Samalla tukirakenteita varten tehdyt läpireiät pysyvät pieninä heikentämättä hirttä ja hirsistä muodostettua seinärakennetta.

Edullisesti kannattimella 21 on tukipiste 24 seinärakenteen alimman hirren päällä. Tällöin ensimmäinen hirsikerta voidaan muodostaa normaalilla tavalla. Samalla vältetään kosteuden kulkeutuminen tukirakenteeseen. Lisäksi kannattimen 21 kummankin pään ja hirren välissä on metallinen leimapainelevy 25. Tällöin varmistetaan kuormituksen jakaantuminen niin hirteen kuin kannattimeenkin ilman hirren, tukirakenteen tai leimapainelevyn muodonmuutoksia. Leimapainelevyä varten alimman hirren yläpinnassa on sopiva ja tasainen työstö. Sinällään tunnetulla tavalla hirsirakenne kiinnitetään nipuksi kierretangolla 26, jota varten hirsissä on keskiporauksia 27. Kierretankoja asetetaan tarpeen mukaan. Joka tapauksessa hirret ovat kelluvia myös kierretangon suhteen.

Keksinnössä kannatin 21 on edullisesti poikkileikkaukseltaan pyöreä puutappi. Puutappi on painumaton ja sen kantavuus on riittävä. Syiden suunnassa puun puristuslujuus on moninkertainen ja eläminen on vähäisempää poikittaiseen suuntaan verrattuna. Lisäksi puutappi on materiaalina edullinen ja puutappi on helppo valmistaa esimerkiksi höyläämällä. Myös läpireikä on pyöreä ja se on siten helppo työstää hirteen. Esimerkiksi hirressä voidaan käyttää 40 mm läpireikää, johon sovitetaan 35 - 38 mm halkaisijainen puutappi. Tappireikäyhdistelmä valitaan siten, että täyspitkä tappi saadaan asennettua tappia vaurioimatta. Riittävällä välyksellä tapin asentaminen on helppoa ja samalla hirsien kelluvuus voidaan varmistaa. Esimerkiksi ikkuna-aukkojen kohdalla tai erityistä tukea vaativissa kohdissa voidaan läpireiästä tehdä esimerkiksi suorakaiteen muotoinen, johon sijoitetaan liimapuupalkki. Tällöin seinärakenteeseen saadaan tarvittaessa tukipisteitä, jotka ovat ulospäin näkymättömissä. Liimapuupal-kista huolimatta seinärakenne on painumaton hirsien ollessa kelluvasti.

Edellä esitetty rakenne on edullinen seinärakenteessa, jossa kukin hirsi 11 ja 12 on leveyttään matalampi lamellihirsi. Keksinnön mukainen rakenne on kuitenkin toteutettavissa millai siin sivusuhteisiin tahansa. Leveiden hirsien reunat elävät paljon, minkä osakierreruuvit nyt mahdollistavat. Toisaalta leveään hirteen mahtuu hyvin tukirakenteet kahteen riviin. Myös kapeilla hirsillä voidaan käyttää kahta riviä. Tällöin sovelletaan niin sanottua juoksulimitystä, jossa läpireiät ovat vuoroin hirren sisä- ja vuoroin ulkopinnassa (kuva 4b). Tällöin vältetään hirren liiallinen paikallinen heikentyminen läpireikien kohdalla. Yleisesti sanottuna rivien 22 ja 23 kannattimet 21 on sovitettu rinnakkain tai limittäin. Käytännössä esitetyillä läpirei'illä juoksulimitystä käytetään, kun hirren leveys on kapeampi kuin 240 mm.

Kuvassa 3 esitetään kuvan le seinärakenne päästä katsottuna ilman kiinnittimiä. Kuvassa 4a esitetään keksinnön mukaisen hirsirakenteen muunnos. Tässä seinän ylimmässäkin hirressä on läpireiät, joiden läpi seuraavan kerroksen tukirakenteen ulottuvat leimapainelevyyn asti. Tällöin voidaan muodostaa monikerroksisia hirsirakennuksia painumattomina.

Kuvassa 2 esitetään periaatteellisesti keksinnön mukaisen hirsirakenteen rakennetta ja sen muodostamista. Perustuksen 28 päälle sovitetaan ensimmäinen hirsikerta 29 normaalilla tavalla. Tämän jälkeen läpireikien 13 kohdalle asetetaan leimapainelevyt 25. Hirren yläpinta on tasainen, jolloin kuormitus jakautuu tasaisesti. Hirren pinnassa voidaan käyttää myös matalaa työstöä, jonka syvyys ja muoto vastaavat leimapainelevyä. Tällöin leimapainelevy on helppo asettaa oikeaan kohtaan ja se pysyy varmasti paikoillaan. Seuraavaksi asetetaan toinen hirsikerta , jonka läpireiät asetetaan kohdakkain ensimmäisen hirsikerran kanssa. Läpireikien sijainti on mitoitettu jo suunnittelussa, joten tuotannon jälkeen ne asettuvat luonnostaan kohdakkain, kun hirret ovat muutoin oikein asennettu. Seuraavaksi hirsien reunoilta ruuvataan osakierreruuvit 20, jotka mahdollistavat hirsien elämisen. Osakierreruuvi kiinnitetään koko hirsikerran alueella. Kun hirsikerta on oikeassa asennossa, kiinnitetään täyskierreruuvit 19 hirren keskilinjalle. Täyskierreruuvit pitävät vastakkaiset hirret kiinni toisissaan ja ottavat vastaan kosteuselämisestä aiheutuvat liikkeet. Täyskierreruuvit ovat lähes kannattomia, jolloin ne uppoavat syvälle hirren läpi ilman esireikää. Oleellista on, että täyskierreruuvi ulottuu hirsisaunaan molemmin puolin. Täyskierreruuvien asentamisen jälkeen asetetaan seuraava hirsikerros. Eri hirsikerroksissa täyskierreruuvit asennetaan hiukan eri linjaa yhteentörmäysten välttämiseksi. Linjaus valitaan joko hirren leveyssuunnassa (kuva 2) tai hirren pituussuunnassa (kuva le) tai molemmissa suunnissa kunhan pidetään huoli ettei täyskierreruuvit osu toisiinsa. Hirsirakenteen ollessa lopullisessa korkeudessa asetetaan suunnitellun mittaiset puutapit läpi reikiin ja puutapin yläpäähän sovitetaan jälleen leimapainelevy, jonka päälle asetetaan ylin hirsikerta (kuvat le ha 3) . Ylimmän hirsikerran päälle voidaan sitten asentaa kattotuolit seinärakenteen ollessa painumaton hirsien sisään sovitettujen tukirakenteiden kantaessa pystysuuntaisen kuorman. Kelluvasti sovitetut hirret kantavat vain oman painonsa osallistumatta lainkaan pystysuorien kuormien kantamiseen. Läpireiät voidaan tehdä tavanomaisilla työstökoneilla ilman monimutkaisia lisätyövaiheita. Varsinainen hirsirakenteen pysytys on nopeaa ja hirsikerrat pysyvät varmasti paikoillaan. Lisäksi täyspitkiä tappeja voidaan käyttää ja ne voidaan asentaa ihan pystytyksen loppuvaiheessa. Esitetty hirsirakenne on edullinen erityisesti massiivista lamellihirttä käytettäessä, mutta sitä voidaan soveltaa myös muunlaisiin hirsirakenteisiin. Kelluvalla asennuksella ja hirsien välisillä mekaanisilla kiinnittimillä kukin hirsi kantaa vain oman painonsa. Tukirakenteen kantaessa pystysuuntaiset voimat muodostuu näin painumaton hirsirakenne joka säilyy tiiviinä ilman lämmöneristyksen ja ulkonäköön heikentävästi vaikuttavia rakoja.

Claims (8)

1. Painumaton hirsirakenne, johon kuuluu päällekkäin asetettuja hirsiä (11, 12), joissa on välin päässä toisistaan pystysuuntaisia läpireikiä (13), ja kohdakkain asetetuissa läpi-rei'istä muodostuvassa aukossa (14) on oleellisesti koko hirsi-rakenteen matkalle ulottuva pystysuuntaista kuormaa kantava tukirakenne (15), tunnettu siitä, että hirsisauman (16) muodostaman hirsiparin (31) hirret (11, 12) on kiinnitetty mekaanisilla kiinnikkeillä (32) toisiinsa ja irti tukirakenteesta (15), ja kiinnikkeiden (32) kiinnityskohta (17) on oleellisesti hirren (11, 12) keskilinjan (18) alueella, ja kukin kiinnike (32) muodostuu täyskierreruuvista (19), joka ulottuu hirsisauman (16) molemmin puolin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että hirsiparin (31) hirret (11, 12) on kiinnitetty osakierreruuveilla (20) hirsien (11, 12) kummastakin reunasta tukirakenteen (15) ulkopuolelta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että kukin tukirakenne (15) muodostuu yhdestä yhtenäisestä kannattimesta (21).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että kannattimet (21) on sijoitettu kahteen hirren (11, 12) keskilinjan (18) alueelta erillään olevaan riviin (22, 23).

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että rivien (22, 23) kannattimet (21) on sovitettu rinnakkain tai limittäin.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että kannattimella (21) on tukipiste (24) seinärakenteen alimman hirren päällä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että kannattimen (21) kummankin pään ja hirren välissä on metallinen leimapainelevy (25).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 3-7 mukainen hirsirakenne, tunnettu siitä, että kannatin (21) on poikkileikkaukseltaan pyöreä puutappi. PATENTKRAV