Mitoitus

Lujuustekninen mitoitus

Lasirakenteiden mitoituksessa käytetään eurooppalaisia standardeja, ja niiden kansallisia liitteitä. 

Lasilaattojen mitoituksessa tarvitaan eurokoodien 1990 ja 1991 osia sekä lisäksi mitoitusstandardeja SFS-EN 16612 ja SFS-EN 16613. Eurokoodeissa 1990 ja 1991 käsitellään lasilevyjen mitoittamiseen tarvittavia lähtötietoja ja laskentaperiaatteita. 

Lujuusteknisessä mitoituksessa tarvittavia standardeja ja niiden osia:

• SFS-EN 1990 + A1 + AC. Eurokoodi. Rakenteiden suunnitteluperusteet.
• SFS-EN 1991-1-1 + AC. Eurokoodi 1: Rakenteiden kuormat. Osa 1-1: Yleiset kuormat. Tilavuuspainot, oma paino ja rakennusten hyötykuormat.
• SFS-EN 1991-1-3. Eurokoodi 1: Rakenteiden kuormat. Osa 1-3: Yleiset kuormat. Lumikuormat.
• SFS-EN 1991-1-4 + AC +A1. Eurokoodi 1: Rakenteiden kuormat. Osa 1-4: Yleiset kuormat. Tuulikuormat.
• SFS-EN 16612:2019:en. Rakennuslasit. Kuormankestävyyden määrityksessä käytettävät laskelmat.
• SFS-EN 16613:2019:en. Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Determination of interlayer viscoelastic properties.

Lisäksi parhaillaan valmistellaan eurokoodien tasoista mitoitusstandardia lasirakenteille Eurokoodi 11, SFS-EN 19100 Design of glass structures. Sen soveltamisalue tulee olemaan laajempi verrattuna SFS-EN 16612 standardiin.  

Eurokoodien mukaan suunnitellun ja toteutetun rakenteen katsotaan täyttävän kantavia ja jäykistäviä rakenteita koskevat olennaiset tekniset vaatimukset, mutta myös muita laskentatapoja voi soveltaa, kun sillä saavutetaan riittävä varmuus rakenteiden murtumista vastaan (Ympäristöministeriö 2016).  

Mitoitusstandardit SFS-EN 16612 ja 16613 ovat pakollisia CE-merkinnän kautta, jos harmonisoiduissa tuotestandardeissa niihin viitataan määräävinä standardeina. Oletettavaa on, että eurokoodi SFS-EN 19100 tulee sisältämään viittaukset standardeihin 16612 ja 16613.

Eurokoodit 1990 ja 1991

Eurokoodien mukaan tehtävä lasirakenteen mitoitus perustuu rajatilojen käyttöön. Laskennat tehdään murto- ja käyttörajatilassa. Murtorajatilatarkastelussa käytetään rakenteiden ominaiskuormista laskettuja mitoituskuormia ja materiaalien lujuuksina ominaislujuuksista laskettuja mitoituslujuuksia, jotka sisältävät varmuuskertoimet. Näin varmistetaan, että mitoituskuormista aiheutuvat jännitykset eivät ylitä lasin laskentalujuutta ja rakenteet kestävät riittävällä varmuudella vaaditun käytön menettämättä stabiiliuttaan. Käyttörajatilatarkastelussa puolestaan käytetään kuormien ominaisarvoja ja materiaalien lujuuksina materiaalien ominaislujuuksia, jolla varmistetaan, että lasirakenteen taipuma on sallituissa rajoissa käytön aikana. (RIL 272-2019, 51.)

Lasirakenteiden suunnitteluperusteet on kerrottu eurokoodissa SFS-EN 1990 ja sen kansallisessa liitteessä. Lasiin kohdistuvat kuormat määritellään eurokoodin SFS-EN 1991 ja sen kansallisten liitteiden mukaan. Rakenteita rasittavia kuormia ovat lumikuorma, tuulikuorma, muut hyötykuormat ja rakenteen oma paino. (SFS-EN 1991.) Kaidelasin tulee kestää standardissa SFS-EN 1991-1-1 ja sen kansallisessa liitteessä määritellyn käyttötarkoituksen mukainen viivakuorma ja pistekuorma, kun kohteessa on putoamisvaara.  Viivakuorma on syytä huomioida myös tilanteissa, joissa lasiin on törmäysvaara, kuten koko lasiseinät ja -ovet. 

Mitoituksessa käytettävät vaakakuormat:

Luokissa A─E kaiteiden ja kaiteena toimivien seinien levymäiset osat ja niiden kiinnitys on mitoitettava mielivaltaisessa kohdassa vaikuttavalle pistekuormalle Qk = 0,3 kN. Pistekuorman kuormitusalaksi oletetaan 50 mm x 50 mm. Pistekuorma Qk ja viivakuorma qk eivät vaikuta samanaikaisesti.

Mitoitusstandardit

Lasilaattojen mitoituksesta julkaistiin 25.10.2019 standardi SFS-EN 16612:2019. Rakennuslasit. Kuormankestävyyden määrityksessä käytettävät laskelmat. Standardissa on kuvattu laskentamenetelmät lasin taivutuslujuuden arvon määrittämiseksi tasaisen kuorman kuormittamalle lasilevylle, joka on jatkuvasti tuettu sivuiltaan. Standardin sovellusalueeseen kuuluvat monoliittiset lasilaatat (1K), laminoidut lasilaatat ja kaksilasiset (2K) ja kolmilasiset (3K) eristyslasielementit. Laskentamenetelmää sovelletaan lasilaatoille, joihin kohdistuu tasoa vastaan kohtisuoria kuormia. Näitä kuormia ovat tuulikuorma, lumikuorma, kaltevan lasin oma paino ja eristyslasielementtien sisäiset paineen vaihtelut. Standardi antaa suositellut arvot mm. seuraaville tekijöille: materiaalin osavarmuusluvut M;A ja M;v, kuormitusajan huomioivan kertoimen kmod, ja reunojen lujuuskertoimen ke. Lisäksi standardissa on todettu, että kaikkien lasilaattojen tulee suunnittelukuormien lisäksi kestää käyttökohteesta riippumatta tasan jakautunut lyhytaikainen 0,4 kN/m2 kertoimeton kuorma riittävän lujuuden takaamiseksi. 

Laminoidun lasilaatan lasikerrosten yhteistoiminta määritellään standardissa SFS-EN 16613:2019:en Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Determination of interlayer viscoelastic properties. Tämä standardi määrittelee testimenetelmän kerrosten välisten materiaalien mekaanisten viskoelastisten ominaisuuksien määrittelemiseksi, joita tarvitaan laminoidun lasin kuormituskestävyyden määrittämiseksi.