KAIDELASIN MITOITUS

Kaidelasin laskennallisen mitoituksen periaatteet                                   

Julkaisu pvm 1.6.2023, versio 10 
(ohjetta täydennetty 29.11. Ohjeeseen tehdään pieniä täydennyksiä  työryhmän edistymisen mukaisesti.)

Tämä ohje on laadittu yhteistyössä lasi- ja rakennusalan työryhmän kesken selkeyttämään kaidelasien mitoituksen lähtökohtia ja laskelmissa käytettäviä arvoja, jotta laskelmat olisivat yhtenäisiä ja niiden tarkastus sekä hyväksyntä mahdollista. Ohje sisältää myös uusia tulkintoja, jotka on merkitty erikseen, eikä niitä voi edellyttää vastavalmistuvilta kohteilta.

Suunnittelun lähtökohdat - voimassa oleva lainsäädäntö

• Maankäyttö ja rakennuslaki (132/1999)   
• Ympäristöministeriön asetus rakennuksen käyttöturvallisuudesta (1007/2017)
• Ympäristöministeriön asetus kantavista rakenteista (477/2014)
• Eurokoodi SFS-EN 1990 Rakenteiden suunnitteluperusteet ja sen kansallinen liite 07.11.2016 3/16
• Eurokoodi SFS-EN-1991-1 Rakenteiden kuormat. Osa 1-1: Yleiset kuormat, tilavuuspainot, oma paino ja rakennusten hyötykuormat ja sen kansallinen liite 07.11.2016 4/16
• Eurokoodi SFS-EN-1991-1 Rakenteiden kuormat. Osa 1-4: Yleiset kuormat, tuulikuormat ja sen kansallinen liite 07.11.2016 7/16

Huom! RIL 198-2001 Valoaläpäisevät rakenteet ja RIL 272-2019 Parveke- ja terassilasitus rakennusosana eivät ole sellaisenaan käytössä, vaan ne pitää päivittää. Turva- ja suojalasit 2022 oppaan taulukot ovat voimassa!

Kaidelasien laskennallisen mitoituksen lähtökohdat

• Seuraamusluokka lähtökohtaisesti CC2 asuinkerrostaloissa.
• Kaidelasin on kestettävä siihen suunnitteluperusteissa määritetyt kuormat rikkoutumatta. 
• Suunnittelun perustana kuormien osalta on eurokoodit ja niiden kansalliset liitteet. Nykyinen pistekuormavaatimus on ollut voimassa 1.1.2017 alkaen.
• Jos parvekkeen mitoituksessa käytetään eurokoodien kuormia laskelmissa, on koko parveke mitoitettava samalla periaatteella, kaidelasit mukaan lukien. 
• Poikittaisen kuormankestävyyden määrittämisessä käytetään standardin SFS-EN 16612  velvoittavaa osaa (paitsi luvut 7 ja 9.1.4) ja opastavan liitteen A kohtaa A.2 sekä opastavia liitteitä B ja D sekä SFS-EN 16613 mukaisia menetelmiä ja eurokoodien mukaisia kertoimia. (Tai vaihtoehtoisesti CEN TS 19100:2021 mukaisia laskentamenetelmiä epävirallisten kansallisten liitteiden kanssa, kun ne on julkaistu arviolta vuoden 2023 lopussa.) 
• Kaidelasi on mitoitettava erikseen tuuli-, viiva- ja pistekuormalle. Vaakaviivakuorma ja vaakapistekuorma eivät vaikuta yhtäaikaisesti. Vaakaviiva- ja vaakapistekuormaa ei yhdistetä muiden muuttuvien kuormien kanssa, ellei suunnitteluperusteissa sitä ole muutoin määrätty. 
• Suunnittelussa on huomioitava lasin lämpöliikkeet, tarvittaessa lämpöjännitykset ja niistä aiheutuvat rasitukset. Myös lasin liitosdetaljit on suunniteltava siten, että lasiin ei muodostu lasin tason suuntaisia rasituksia (omaa painoa lukuun ottamatta). Jos tasonsuuntaisia kuormia kohdistuu laseihin, niiden tuomat vaikutukset on huomioitava laskennassa.
• Eurokoodi SFS-EN 1991-1-4 määrittelee kaidelasin tuulikuorman. Tärkeää on käyttää oikeita paineen pinta-alakertoimia (parvekekaiteiden lasien pinta-ala on yleensä alle 1,0 m2).
• Viivakuorman suuruus määräytyy tilojen käyttöluokan mukaisesti (SFS-EN-1991-1-1). Asunnoissa viivakuorma on 0,5 kN/m, muissa tapauskohtaisesti joko 1,0 tai 3,0 kN/m. Viivakuorma kohdennetaan kaiteen yläreunaan ja kriittisimpään korkeuden kohtaan lasilevyssä (uusi tulkinta), mutta enintään 1200 mm korkeudelle lattiatasosta.  
• Pistekuormatarkastelu on tehtävä käyttäen 0,3 kN staattista pistekuormaa laskennallisessa tarkastelussa. Pistekuorman pinta-alana käytetään 50 mm x 50 mm aluetta ja se kohdistetaan mielivaltaiseen (heikoimmaksi arvioituun) kohtaan kaiteen levymäisiin osiin (lasi). Mitoituksessa käytettävä laskentaverkkokoko (paloittelu) riippuu kuorman sijainnista, maksimikoko on 20x20 mm (uusi tulkinta). Periaatteena on, että verkkoa pitää tihentää, kunnes jännitystulos ei muutu enää merkittävästi. 
• Kahdelta sivulta tuetun lasilaatan sallittu taipuma on jännemitan sadasosa (L/100) ja neljältä sivulta kiinnitetyn pienemmän sivun sadasosa (L/100) tai molemmissa tapauksissa max. 25 mm. (Yhdeltä sivulta tuettu rakenne; ohje tulee myöhemmin.  Nyt esim.  CEN TS ohjeen 19100-2 mukaan.)
• Suunnittelussa esitettävä miten estetään lasin nouseminen, esim. tukeen muodostuvan jäätymisen takia.

Lasirakenteen mitoitus perustuu rajatilojen käyttöön. Laskennat tehdään käyttö- ja murtorajatilassa (SLS ja ULS). Käyttörajatilatarkastelussa (SLS) käytetään kuormien ominaisarvoja ja materiaalien lujuuksina materiaalien ominaislujuuksia, jolla varmistetaan, että lasirakenteen taipuma on sallituissa rajoissa käytön aikana.

Murtorajatilatarkastelussa (ULS) 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.

Molempien rajatilojen mitoitusehtojen pitää täyttyä.

Tuulikuorma

Laskelmissa esitetään tuulikuormien osalta ainakin seuraavat asiat:

Pistekuorma

Pistekuorma oletetaan liikkuvaksi hyötykuormaksi (ihminen, esine), jolloin se vaikuttaa tarkasteltavan rakenteen kannalta epäedullisimmassa osassa. 

Pistekuorman aiheuttamat jännitykset ja taipumat voidaan laskea käyttäen esim. joko

• Navierin menetelmää hyödyntäen neljän sivun tuentatapaukselle tai
• Levy’n menetelmää hyödyntäen kahden sivun tuentatapaukselle tai
• käyttäen elementtimenetelmää, jolla on mahdollista tarkastella myös muita geometrisia muotoja.

Kaidelasin mitoitus (vaihe 1)

Käytettävät arvot

Taulukko 1. Suositus laskelman tulosten esittämisestä, kuormat. Tuulikuorma määritellään tapauskohtaisesti.

Laskennassa voi käyttää apuna lasin mitoittamiseen soveltuvia FEM-ohjelmia kuten esimerkiksi Mepla-ohjelmaa, jolla saa tarkistettua rakenteen taipuman (käyttörajatilatarkastelu) ja jännityksen (murtorajatilatarkastelu). Sitä varten tarvitaan tieto laminointikalvon ominaisuuksista, lasin mitoista, lasityypistä, hionnasta, kiinnitysjärjestelmästä (tuenta) ja tuulikuormasta. Rakenne mitoitetaan vapaasti tuettuna (nivellettynä). Laskelman lähtötiedot määritetään kullekin kuormitustapaukselle erikseen. Hyvä tapa on liittää tuloksen viereen sallittu taipuma ja sallittu taivutusvetojännitys sekä ylitys/alitus esim. prosentteina. Yleensä pistekuorma on mitoittava tekijä.

Taulukko 2. Suositus laskelman tulosten esittämisestä, taipumatarkastelu, käyttörajatila.

Taulukko 3. Suositus laskelman tulosten esittämisestä, jännitystarkastelu, murtorajatila.

Limityskorkeus (uusi ohje!)

Varsinkin suuret ja ohuehkot kaidelasit voivat liukua ulos liian matalista kyntteistä lasiin kohdistuvan ulkoisen kuorman vaikutuksesta. CEN TS 19100-2 ohjeen mukaisesti lasin tukipinnan eli limityksen (limityskorkeus/ lasin tukipinta profiilin sisällä) vähimmäismitta neljältä sivulta tuetun lasikaiteen kohdalla tulisi olla vähintään 12 mm. Koska edellä mainitussa ohjeessa ei ole määritetty minimitukipintaa kahdelta sivulta tuetulle rakenteelle, on työryhmässä sovittu käytettäväksi tulevien eurokoodien mukaista vähintään 12 mm limityskorkeutta (aiemmin ohjeissa 6-8 mm, jolloin tätä ei pidä soveltaa vanhoihin tai vastavalmistuviin kohteisiin). Näitä uusia vähimmäismittoja käytetään, jos laskennallisesti päädytään pienempiin arvoihin.

Tukipinnan määritys

• Lähtöarvona tukipinnan määritykselle on minimitukipintavaatimus, jonka on oltava murto- ja onnettomuusrajatilassa vähintään lasin taipuma ja toleranssit huomioiden 5 mm. 
• Seuraavaksi lasketaan lasin taipuman aiheuttama liukuma (lyhenemä) lasikyntteen sisällä murtorajatila ja onnettomuusrajatila huomioiden. Näistä valitaan suurempi liukuman arvo.
• Lisäksi on huomioitava asennustoleranssit ja tuotantotoleranssit. Heittoa aiheuttavat mm. lasileikkuu ja hionta, mikä vaikuttaa myös ristimittaan. Tuotantotoleranssi on +- 2 mm.

Laskentaperuste muodostuu siis seuraavasti:

minimitukipinta (5 mm) + lasin liukuma + asennustoleranssi + tuotantotoleranssi (2 mm)

Nämä voivat tapahtua kaikki yhtä aikaa ja kohdistua vain yhteen kyntteeseen. Korkeissa kaidelaseissa voi olla tarve isompaan limityskorkeuteen kuin vähimmäisvaade 12 mm. Koko kyntteen korkeutta määritettäessä lisätään vielä edellisten lisäksi mahdollisten asennuspalojen korkeus.

Kaiderakenteen testaus (vaihe 2)

Kaidejärjestelmän vaatimustenmukaisuus voidaan osoittaa (soveltaen standardia) SFS-EN 12600 mukaisella heiluritestillä pudotuskorkeudelta 450 mm. Testit toteutetaan kaiderakennetta vastaavaan rakenteeseen kiinnitetylle suojaavalle osalle, jolloin myös kiinnityksen lujuus tulee koestetuksi. Lasi ei saa irrota kiinnikkeistään yhden lasilevyn hajotessa (uusi tulkinta).

Tämä testi suoritetaan kaidetyypittäin testilaboratoriossa, ja todisteena hyväksynnästä on tutkimusraportti. Koska kaiteen dimensiot vaihtelevat kohdekohtaisesti, pienet poikkeamat testien ja käytännön kohteiden välillä ovat mahdollisia. 

Kaiteelle soveltuvaa kansallista heiluritestimenetelmäohjetta määritellään parhaillaan työryhmässä. 

Heiluritestaus on yksi menetelmä (ohje), jolla pyritään vastaamaan YM asetus rakennusten käyttöturvallisuudesta (1007/2017) pykälään 11, 2. mom.  

Yhteenveto

Tämä ohje käsittelee erityisesti parvekekaidelaseja. Ne on mitoitettava erikseen tuuli-, viiva- ja pistekuormalle eurokoodi SFS-EN 1990 mukaisesti käyttörajatilatarkasteluna ja murtorajatilatarkasteluna. Yleensä pistekuorma on mitoittava tekijä. Laskelmien yhteenvedossa suunnittelijan on otettava kantaa siitä, että on tarkasteltu kriittisin lasi ja että on tehty kestävyyden kannalta kriittisimmät tarkastelut, eikä nähdä muita tarkasteluita tarpeelliseksi ko. kohteessa.

Mitoituslaskelmien lisäksi on kaiderakenteen osoitettava olevan vaatimustenmukainen (testaus kiinnityksineen), jotta se suojaa putoamiselta lasin rikkouduttuakin.

Huomaa, että ohjeistusta täydennetään työryhmän edistymisen mukaisesti!

Huom!

Lasin mitoituksessa voi esimerkiksi käyttää LasiMitta -ohjelmaa (tuulikuorma), kun neljältä sivulta tuettu rakenne  ja yhdistyksen oppaan mukaisia taulukoita (viiva- ja pistekuorma). Huomaa kuitenkin oppaan reunaehdot.

Turva- ja suojalasit 2022 oppaan taustatiedot

• Ominaislujuus [MPa]: float 45, lämpölujitettu 70, karkaistu 120
• Aineosavarmuus: float 1.8, lämpölujitettu ja karkaistu 1.2
• kmod: norm. vaakakuormat 30 sec, 0.5 kN/m ja 1.0 kN/m sekä 0.3 kN/(50x50 mm) -> 0.89, tungoskuorma 5 min, 3.0 kN/m -> 0.77
• Kuorman osavarmuus: 1.5
• PVB kimmomoduulit [MPa]: 30 C, 30 sec -> 1.5, 30 C, 5 min -> 1.2
• FEM-elementin koko: viivakuorma 80x80 mm, pistekuorma 50x50 mm