Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Π.Μ.Σ) Σχεδίαση Διαδραστικών και Βιομηχανικών Προϊόντων και Συστημάτων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 Ιούνιος 2015 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Π.Μ.Σ) Σχεδίαση Διαδραστικών και Βιομηχανικών Προϊόντων και Συστημάτων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ "Ανάλυση δομικών στοιχείων ξύλινων κατοικιών" Κάππελλος Γιαννάκης Επιβλέπων: Παπανίκος Παρασκευάς 0

2 1

3 Οφείλω να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον επιβλέπων καθηγητή μου, κ. Παρασκευά Παπανίκο για τη βοήθεια και τις πολύτιμες υποδείξεις του κατά την εξέλιξη και διεκπεραίωση αυτής της εργασίας, καθώς και σε όλο το διδακτικό και διοικητικό προσωπικό του Τμήματος «Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων» του Πανεπιστημίου Αιγαίου, για τις σημαντικές γνώσεις που μου μετάδωσαν και αποκόμισα από αυτούς, καθόλη τη διάρκεια ολοκλήρωσης του μεταπτυχιακού προγράμματος. 2

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία, αναπτύσσεται και εξετάζεται η μεθοδολογία και ο τρόπος που μπορούμε να μοντελοποιήσουμε το βέλτιστο σχεδιασμό των δομικών στοιχείων μιας από τις διάφορες μεθόδους κατασκευής ξύλινων κατοικιών, για να ελαχιστοποιήσουμε τον χρόνο υπολογισμού με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια. Μία παράμετρος που λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό είναι και το κόστος των ξύλινων δομικών στοιχείων. Μεγάλο μέρος του κόστους διαμορφώνεται από τη ποσότητα του υλικού που χρησιμοποιείται, έτσι η προσπάθεια ελαχιστοποίησης της μάζας εφόσον ικανοποιούνται όλοι οι υπόλοιποι περιορισμοί είναι βασικό τμήμα της μελέτης αυτής. Επίσης ως βέλτιστος σχεδιασμός, λήφθηκε αυτός ο οποίος για δεδομένη μάζα υλικού να αποκτά την μέγιστη δυνατή δυσκαμψία. Βασικό εργαλείο στην κατεύθυνση αυτή, αποτέλεσε η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων, η οποία αναπτύχθηκε τις τελευταίες δεκαετίες στηριζόμενη στην ανάλυση των κατασκευών. Το υπολογιστικό πρόγραμμα που έχει χρησιμοποιηθεί για τη σχεδίαση και ανάλυση των δομικών στοιχείων είναι το Creo parametric 2.0. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια έρευνα ανά τον κόσμο για τις μεθόδους και τρόπους κατασκευής ξύλινων κατοικιών, όπου διαπιστώνουμε ότι κυριαρχούν τρεις μέθοδοι κατασκευής, τα κορμόσπιτα (log houses) στη Φιλανδία, η σταυρωτή επικολλητή ξυλείας (CLT) στη Σουηδία, Αυστρία και ΗΠΑ, με ελαφρύ και πυκνό σκελετό (light timber frame) στο Καναδά και Αυστραλία. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά για τη χρήση της πριστής και τεχνητής ξυλείας στη κατασκευή ξύλινων κατοικιών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέρονται λεπτομερώς τα μονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή και ο ρόλος της θερμοπερατότητας. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα νομοθετικά πρότυπα των υλικών κατασκευής και η σχεδιαστική πρόταση των ξύλινων δομικών στοιχείων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση των δομικών στοιχείων με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Creo parametric 2.0. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο εξάγονται τα συμπεράσματα και προτείνονται μελλοντικές προτάσεις επέκτασης της παρούσας εργασίας. 3

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... Error! Bookmark not defined. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο : ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΞΥΛΙΝΩΝ ΣΠΙΤΙΩΝ... ΣΤΟΝ ΚΟΣΜΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΙΛΑΝΔΙΑ Εισαγωγή Αρχές σχεδιασμού για τα φιλανδικά κορμόσπιτα Παράδειγμα φιλανδικού κορμόσπιτου Ελαχιστοποίηση διαρροή αέρα ΣΟΥΗΔΙΑ, ΑΥΣΤΡΙΑ ΚΑΙ ΗΠΑ Εισαγωγή Αρχές σχεδιασμού της μεθόδου CLT Παραδείγματα CLT κατοικιών Παράδειγμα σουηδικής CLT κατοικίας Παράδειγμα αυστριακής CLT κατοικίας Παράδειγμα αμερικάνικης CLT κατοικίας ΚΑΝΑΔΑΣ ΚΑΙ ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ Εισαγωγή Τα κατασκευαστικά πρότυπα για μέθοδο με ελαφρύ και πυκνό σκελετό.. στον Καναδά και την Αυστραλία Παράδειγμα καναδικής κατοικίας με ελαφρύ και πυκνό σκελετό Παράδειγμα αυστραλέζικης κατοικίας με ελαφρύ και πυκνό σκελετό ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΣΕ ΕΛΛΑΔΑ ΚΑΙ ΚΥΠΡΟ ELK efficient house Τσώλης προκατασκευασμένες κατοικίες Oko House Ger Ltd Κορμός κατασκευαστική

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΧΡΗΣΗ ΠΡΙΣΤΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΞΥΛΕΙΑΣ ΓΙΑ... ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΞΥΛΙΝΩΝ ΣΠΙΤΙΩΝ ΠΡΙΣΤΗ ΞΥΛΕΙΑ Εισαγωγή Πεύκη Ελάτη Ψευδοτσούγκα (OREGON PINE) Εμποτισμένη ξυλεία Μέθοδοι εμποτισμού Τι πρέπει να γνωρίζουμε ΤΕΧΝΗΤΗ ΞΥΛΕΙΑ Εισαγωγή Επικολλητή ξυλεία CLT (Cross Laminated Timber) LVL (laminated veneer lumber) Μοριοσανίδες τύπου Ο.S.Β Δοκοί τύπου Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ & ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΗΧΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Εξηλασμένη πολυστερίνη Διογκωμένη πολυστερίνη Ορυκτοβάμβακες VITAL ΥΓΡΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Ασφαλτικά Αυτοκόλλητα ασφαλτόπανα ΑΛΛΑ ΥΛΙΚΑ Τσιμεντοσανίδες ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ & ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΤΥΠΑ ΕΝ : Ταξινόμηση δομικών προϊόντων έναντι της φωτιάς ΕΝ 338/1995 : Structural timber Strength classes. Δομική ξυλεία Κατηγορίες Αντοχής ΕΝ 1194 : Timber structures Glued laminated timber Strength classes and determination of characteristic values. Ξύλινες κατασκευές Επικολλητή ξυλεία από φύλλα Κατηγορίες αντοχής και προσδιορισμός χαρακτηριστικών τιμών ΕΝ 300/1997: Oriented Strand Boards (OSB). Definitions, classification andspecifications. Ξυλοπλάκες με ξυλοτεμαχίδια επιμήκους μορφής προσανατολισμένα σε ορισμένη διεύθυνση. Ορισμοί, ταξινόμηση, απαιτήσεις ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ Τοίχωμα Ενδιάμεσο Πάτωμα Δίριχτη Στέγη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Αναλυτικός υπολογισμός τοιχώματος Αναλυτικός υπολογισμός πατώματος Αναλυτικός υπολογισμός στέγης ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τοίχωμα Πάτωμα Δίριχτη στέγη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΣΥΜΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Αναφορές

8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ξύλο σαν δομικό υλικό προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα στην κατασκευή τα οποία οφείλονται στις διάφορες φυσικές και μηχανικές ιδιότητές του. Θα λέγαμε ότι το ξύλο είναι ένα άρτιο δομικό υλικό γιατί έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως ότι είναι μονωτικό υλικό, αντισεισμικό, κατεργάζεται εύκολα και γρήγορα με επακόλουθο το χαμηλό κόστος, έχει υψηλές μηχανικές αντοχές και ελαστικότητα και τέλος παρουσιάζει μεγάλη αισθητική αξία. Παρόλα τα πλεονεκτήματά του όμως, το ξύλο δεν μπορεί να χαρακτηριστεί σαν το τέλειο δομικό υλικό αφού παρουσιάζει ευαισθησία σε συνθήκες περιβάλλοντος όπου το καθιστούν ακατάλληλο για ορισμένες εφαρμογές. Συνεπώς, με την σωστή χρήση του ξύλου, η οποία στηρίζεται στην απαραίτητη τεχνογνωσία των φυσικών και μηχανικών του ιδιοτήτων αλλά και των χαρακτηριστικών του, μαζί με τους νέους κανονισμούς και τα κανονιστικά πρότυπα παραγωγής των υλικών και μελέτης των ξύλινων κατασκευών, θεωρούμε ότι το ξύλο και τα παράγωγά του σαν δομικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εξοχικών κατοικιών, μικρών τουριστικών μονάδων, μέχρι και πολυώροφων κτιρίων. Για την κατασκευή ξύλινων κατοικιών, πρέπει να μελετηθεί το σύνολο των δομικών του στοιχείων, όπου θα πρέπει να είναι κατάλληλα διατεταγμένα και διαστασιολογημένα, ώστε οι τάσεις που αναπτύσσονται σε αυτά να μην υπερβαίνουν τις κρίσιμες τιμές αντοχής του υλικού όπως αντοχή σε θλίψη, αποφυγή λυγισμού και περιορισμός των βελών κάμψης. Θα πρέπει δηλαδή η ξύλινη κατασκευή να έχει τα εξής βασικά χαρακτηριστικά: ευστάθεια, αντοχή και ακαμψία. Το περιεχόμενο του στατικού υπολογισμού μιας κατασκευής συνίσταται στον προσδιορισμό των μεγεθών τάσης και παραμόρφωσης που αναπτύσσονται στην κατασκευή λόγω της δράσης εξωτερικών δυνάμεων. Σε περιπτώσεις πολύπλοκων κατασκευών, οι μηχανικοί που αρχικά χρησιμοποιούσαν μόνο αναλυτικές μεθόδους για τον υπολογισμό των τάσεων με επακόλουθο να υπάρχει χρονοβόρα διαδικασία διεκπεραίωσης, με την ανάπτυξη των υπολογιστών κατέστη δυνατή η αριθμητική επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων και συγχρόνως ελαχιστοποιήθηκε η ανάγκη εκτεταμένων πειραματικών ελέγχων λόγω της αύξησης της αξιοπιστίας των αναλύσεων. 7

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο : ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΞΥΛΙΝΩΝ ΣΠΙΤΙΩΝ ΣΤΟΝ ΚΟΣΜΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για πολλούς αιώνες και για πολλές περιοχές ανά τον κόσμο, το ξύλο υπήρξε το πιο διαδεδομένο οικοδομικό υλικό. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά που του έδωσαν αυτή τη θέση το κρατούν ως τα σήμερα ανταγωνιστικό ως προς τα άλλα δομικά υλικά. Με τις σύγχρονες τεχνολογικές εξελίξεις όπου δημιουργήθηκαν νέα υλικά υψηλής αξιοπιστίας με πρώτη ύλη το ξύλο, μπόρεσαν να δημιουργηθούν διάφοροι μέθοδοι και τρόποι κατασκευής, όπου δίνουν στον καταναλωτή περισσότερες επιλογές επίλυσης των αναγκών του. 1.1 ΦΙΛΑΝΔΙΑ 8

10 1.1.1 Εισαγωγή Στη Φιλανδία υπάρχουν εγγεγραμμένοι κατοικίες, ενώ κατά τα τελευταία είκοσι χρόνια, χτίζονται περίπου νέες κατοικίες σε ετήσια βάση. Οι μονοκατοικίες, συμπεριλαμβανομένων τόσο των διπλοκατοικιών, αποτελούν σχεδόν το 50 % της παραγωγής των νέων κατοικιών. Περισσότερες μάλιστα από 8 στους 10 μονοκατοικίες διαθέτουν ξύλινο σκελετό, ενώ περίπου το 66 % διαθέτουν ξύλινη πρόσοψη. Τέλος, ένα περίπου 20 % των κατασκευαστών μονοκατοικιών επιλέγουν τη μέθοδο των κορμόσπιτων (log houses) για την κατασκευή μονοκατοικιών (Karjalainen, 2014). Πιο συγκεκριμένα, ο κορμός ήταν το κυρίαρχο δομικό υλικό στη Φινλανδία μέχρι το Στη συνέχεια η κατασκευαστική παράδοση του κορμού μειώθηκε, αλλά δεν πέθανε εντελώς. Η κατασκευή με δομικό υλικό το κορμό συνεχίστηκε στην κατασκευή κατοικιών, που προορίζονται για δραστηριότητες ελεύθερου χρόνου (εξοχικές κατοικίες και ούτω καθεξής), και προοδευτικά εξελίχθηκε σε μια βιομηχανική δραστηριότητα (Heikkilä, 2006). Στα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι φινλανδικές κρατικές αρχές ξεκίνησαν διάφορα προγράμματα για την επαναφορά της χρήσης του ξύλου. Τα προγράμματα αυτά στόχευαν στην αύξηση της χρήσης του ξύλου στον κατασκευαστικό κλάδο, αυξάνοντας το επίπεδο της τεχνογνωσίας και το βαθμό της επεξεργασίας στον τομέα του ξύλου και τέλος την επιτάχυνση των εξαγωγών. Χάρη σε αυτές τις προσπάθειες, η Φινλανδία έχει πράγματι βιώσει μια αναγέννηση στην κατασκευή από ξύλο. Έτσι, στην Φιλανδία έχει προκύψει μια νέα τεχνογνωσία σε ότι αφορά την κατασκευή από ξύλο και τους νέους τύπους ξύλινων κατοικιών. Ενώ η αρχική εστίαση αναφερόταν σε ξύλινες κατασκευές με ελαφρύ και πυκνό σκελετό (light timber frame), η βελτιωμένη νέα εικόνα του ξύλου βελτίωσε και την άποψη για τις κατασκευές με κορμό (Heikkilä, 2006). Κατά συνέπεια, η Φινλανδία σήμερα έχει γίνει ο μεγαλύτερος εξαγωγέας στον κόσμο των βιομηχανικών κορμόσπιτων. Περισσότερο από το ήμισυ της τρέχουσας παραγωγής κορμόσπιτων εξάγεται σε περισσότερες από 60 διαφορετικές χώρες. Τα βιομηχανικά κορμόσπιτα έχουν γίνει το σημαντικότερο εξαγωγικό προϊόν της μηχανικής δασικής βιομηχανίας της Φινλανδίας. Μεγαλύτερες εταιρείες κορμόσπιτων 9

11 στον κόσμο και οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις παραγωγής βρίσκονται στη Φινλανδία (Heikkilä, 2006). Όμοια, η εγχώρια ζήτηση για την κατασκευή κορμόσπιτων έχει πλέον επεκταθεί από την κατασκευή κατοικιών, που προορίζονται για δραστηριότητες ελεύθερου χρόνου, σε μόνιμες κατασκευές σπιτιών και σε μονοκατοικίες. Περίπου το ένα τρίτο των μονοκατοικιών και των συγκροτημάτων κατοικιών της χώρας και περίπου το 70% των κατοικιών, που προορίζονται για δραστηριότητες ελεύθερου χρόνου, κατασκευάζονται με τον κορμό ως δομικό υλικό (Heikkilä, 2006). Όλα τα παραπάνω καθιστούν τα κορμόσπιτα την πιο επιφανή μέθοδο κατασκευής ξύλινων σπιτιών στην Φιλανδία. Η μέθοδος αυτή είναι και αυτή που παρουσιάζεται παρακάτω Αρχές σχεδιασμού για τα φιλανδικά κορμόσπιτα Για την κατασκευή ενός κορμόσπιτου απαιτείται η χρήση εκτεταμένων ποσοτήτων ξύλων. Το κύριο υλικό είναι φυσικά ο κορμός για τον οποίο ισχύουν τα εξής (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010): Ο κορμός είναι ένα στερεό δομικό υλικό με πάχος τουλάχιστον 68mm, που παράγεται από το βιομηχανικό πλάνισμα ή σανίδωμα και προορίζεται για χρήση κυρίως σε κατασκευές τοίχων. Ο κορμός μπορεί να έχει εσοχές στεγανοποίησης και χαραμάδες αυλακιών οδήγησης: Ο ορθογώνιος κορμός (KH) φαίνεται στο Σχήμα 1.1. Ο κορμός αυτός μπορεί να διαθέτει γλωσσίδια και εγκοπές. Σχήμα 1.1 Ο ορθογώνιος κορμός (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) 10

12 Ο κυκλικός κορμός (Ø) φαίνεται στο Σχήμα 1.2 και είναι είτε στρογγυλός είτε σχεδόν στρογγυλός σε διατομή. Σχήμα 1.2 Ο κυκλικός κορμός (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) Ο πολυστρωματικός κορμός δείχνεται στο Σχήμα 1.3. Αποτελείται από δύο ή περισσότερα τεμάχια κολλημένα μεταξύ τους με κάθετες, οριζόντιες ή εγκάρσιες γραμμές συναρμολόγησης. Σχήμα 1.3 Ο πολυστρωματικός κορμός (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) Για την κατασκευή του κορμόσπιτου οι κορμοί διασταυρώνονται ώστε να κατασκευαστούν οι τοίχοι και τα λοιπά δομικά στοιχεία. (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010). Υπάρχουν δυο τύποι διασταύρωσης των κορμών: 11

13 Διασταύρωση εγκάρσιας (βλέπε Σχήμα 1.4) Σχήμα 1.4 Διασταύρωση εγκάρσιας γωνίας (Akseli Gallen-Gallela, Builders, χ.χ.) Διασταύρωση κοντής γωνίας (βλέπε Σχήμα 1.5) Σχήμα 1.5 Διασταύρωση κοντής γωνίας (Akseli Gallen-Gallela, Builders, χ.χ.) Η σύνδεση των κορμών πραγματοποιείται με τους παρακάτω τρόπους (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010): Την κοχλίωση του κορμού, που αναφέρεται στη χρήση ενός σπειρωτού κοχλία, ο οποίος εκτείνεται σε όλο το ύψος του τοιχώματος (βλέπε Σχήμα 1.6) και ο οποίος μπορεί να σφίγγεται. Σχήμα 1.6 Κοχλίωση κορμού (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) 12

14 Το κοχλία ποδιού: Ορισμένα στοιχεία ενός κορμόσπιτου δεν εγκαθίστανται στην ίδια έκταση με τους τοίχους. Όταν οι δομές υποστηρίζονται στα στοιχεία αυτά, το επιτρεπόμενο όριο διευθέτησης διευκολύνεται με τη βοήθεια του κοχλία ποδιού, που μπορεί να ρυθμίζεται καθώς η κατασκευή του κορμόσπιτου προχωρά (βλέπε σχήμα 1.7). Σχήμα 1.7 Κοχλίας ποδιού (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) Τον στύλο με γλωσσίδια που είναι ένα ξύλινο δοκάρι με (ή χωρίς) γλωσσίδια που προσαρμόζεται σε ένα κάθετο αυλάκι που κόβεται στην πλευρική κίνηση για να επιτρέψει τη διευθέτηση του τοίχου και ως εκ τούτου διευκολύνει την προσκόλληση των μη διευθετημένων δομών, όπως είναι οι πόρτες και τα παράθυρα (βλέπε Σχήμα 1.8). Σχήμα 1.8 Δοκάρι με ή χωρίς γλωσσίδια για τη προσάρτηση πορτών ή παράθυρων (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) 13

15 Τέλος, τα δομικά στοιχεία είναι τα εξής (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010): Η δοκός από κορμό αποτελεί μία φέρουσα δοκό κατασκευασμένη από έναν ή περισσότερους κορμούς (βλέπε σχήμα 1.9). Σχήμα 1.9 Δοκός κορμού (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) Οι στύλοι υποστήριξης του τοίχου είναι κάθετοι ξύλινοι τοίχοι, που εμποδίζουν την κύρτωση των τοίχων μεταξύ των φερόντων σημείων. Οι στύλοι συνδέονται μεταξύ τους κατά το μήκος του τοίχου με κοχλίες. Είναι επίσης δυνατό ένας στύλος να μανταλωθεί στη μία πλευρά του τοίχου για να βοηθήσει στην υποστήριξή του. Στο σχήμα 1.10 βλέπουμε τη χρησιμοποίηση ξύλινων πείρων σε μεγάλους τοίχους και γύρω από τα κουφώματα για την αποφυγή της στρέβλωσης από την αρχική τους θέση. Η απόσταση μεταξύ δύο πείρων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2000mm (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010). Σχήμα 1.10 Χρησιμοποίηση ξύλινων πείρων (FINNISH LOGHOUSE INDUSTRY ASSOCIATION, 2010) 14

16 Κατά την κατασκευή ενός κορμόσπιτου θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στα εξής (Akseli Gallen-Gallela, Builders, χ.χ.): Οι εξωτερικοί τοίχοι θα πρέπει να προστατεύονται από: Το τριχοειδές νερό να ανεβαίνει από το έδαφος Την πλάγια βροχή Τα σταγονίδια νερού Την υπεριώδη ακτινοβολία Για τον σκοπό αυτό: Θα πρέπει να εντάσσονται γείσα (τουλάχιστον 500mm προς τα έξω) ώστε να προσφέρουν αποτελεσματική προστασία από πλάγια βροχή και για να μειώσουν την επίδραση από το φως του ήλιου. Οι υδρορροές και οι σωλήνες καθόδου αυτών θα πρέπει να εξασφαλίζουν ότι το νερό θα καταλήγει στο έδαφος και όχι στους τοίχους του κορμόσπιτου (βλέπε σχήμα 1.11). Σχήμα 1.11 Τρόπος κατασκευής για γενική προστασία (Akseli Gallen-Gallela, Builders, χ.χ.) Θα πρέπει να εξασφαλίζεται ελεύθερη ροή του αέρα γύρω από το σπίτι. Οι βεράντες και μπαλκόνια του κορμόσπιτου θα πρέπει να καλύπτονται. Οι γραμμές συναρμολόγησης των κορμών θα πρέπει να είναι σχεδιασμένες έτσι ώστε το νερό να μπορεί να κατεβαίνει κατά μήκος του τοίχου και να μην παγιδεύεται στις γραμμές αυτές. Οι υδρορροές και οι σωλήνες καθόδου θα πρέπει να εξασφαλίζουν ότι το νερό σε αγγίζει τους τοίχους της κατοικίας. Τα παράθυρα πρέπει να είναι εξοπλισμένα με εξωτερικά περβάζια, τα οποία έχουν κλίση προς τα έξω. Η βάση του κορμόσπιτου θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλή, τουλάχιστον 400mm πάνω από το έδαφος. 15

17 Με σκοπό να γίνει καλύτερα κατανοητή η μέθοδος κατασκευής του φιλανδικού κορμόσπιτου, παρατίθεται στην παρακάτω υποενότητα το παράδειγμα ενός τυπικού φιλανδικού κορμόσπιτου δύο ορόφων Παράδειγμα φιλανδικού κορμόσπιτου Εικόνα 1.12 Εξωτερική άποψη της κατοικίας (CONUS, 2014) Το παράδειγμα που χρησιμοποιείται προέρχεται από τη φιλανδική εταιρία CONUS, που ειδικεύεται στην κατασκευή κορμόσπιτων μεταξύ άλλων. Η κατοικία που παρουσιάζεται είναι μια διώροφη μονοκατοικία συνολικής μεικτής επιφάνειας 155 m 2 (βλέπε εικόνα 1.12). Στο ισόγειο βρίσκεται η μεγάλη κρεβατοκάμαρα και ένα μεγάλο μπάνιο (βλέπε σχήμα 1.13), ενώ στον πρώτο όροφο βρίσκονται δύο ακόμη υπνοδωμάτια και ένα μπάνιο, ενώ ακόμη υπάρχουν η κουζίνα και η σαλοτραπεζαρία, και τέλος το μπαλκόνι και μια μεγάλη σχετικά αποθήκη (βλέπε σχήμα 1.14). Λεπτομέρειες των δύο ορόφων παρατίθενται παρακάτω (CONUS, 2014): Σχήμα 1.13 Κάτοψη του ισογείου (CONUS, 2014) 16

18 Σχήμα 1.14 Κάτοψη του πρώτου ορόφου (CONUS, 2014) Η κατασκευή της μονοκατοικίας έχει πραγματοποιηθεί με τη χρήση τοίχων από πλανισμένο κορμό και εσωτερική μόνωση (βλέπε σχήμα 1.15). Σχήμα 1.15 Εσωτερικός τοίχος με μόνωση (CONUS, 2014) Παρά την παραδοσιακή εμφάνιση κορμόσπιτου, η μονοκατοικία είναι χτισμένη με μεγάλες προκατασκευασμένες μονάδες τοίχου. Οι thermopanel (μονωμένοι πλανισμένοι κορμοί) μονάδες τοίχου και οι γωνιακές αρθρώσεις παρέχουν στο σπίτι 17

19 μια ιδιαίτερα συμπαγή εμφάνιση. Η κατασκευή αποτελεί μια συνολικά ζεστή και άκαμπτη λύση (CONUS, 2014). Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των τοίχων της κατοικίας παρουσιάζονται παρακάτω (βλέπε σχήμα 1.16): Σχήμα 1.16 Εσωτερικός τοίχος με επένδυση (CONUS, 2014) 1. Στερεά γωνιακές αρθρώσεις κορμού 202x208mm 2. Εξωτερική επένδυση, πάνελ κορμού 70x208mm 3. Διάκενο αέρα 4. Σανίδα προστασίας από τον άνεμο 5. Θερμομόνωση: πρότυπη μόνωση 170mm πετροβάμβακα ISOVER ή γενικά μόνωση πετροβάμβακα ή μόνωση ινών φινλανδικού ξύλου VITAL ή γερμανική μόνωση STEICO ή ελβετική μόνωση PAVATEX 6. Ξύλινα πλαίσια 7. Φράγμα υγρασίας 8. Εσωτερική επένδυση από γυψοσανίδα ή πάνελ κορμού 18

20 1.1.4 Ελαχιστοποίηση διαρροή αέρα Τα κορμόσπιτια είναι ευαίσθητα για την ανάπτυξη των διαρροών αέρα. Οι αποξηραμένοι κορμοί εξακολουθούν να έχουν περίπου 15% - 20% ποσότητα νερού, όταν το σπίτι συναρμολογείται ή κατασκευάζεται. Δεδομένου ότι οι κορμοί στεγνώνουν κατά τη διάρκεια των επόμενων ετών, οι κορμοί συρρικνώνονται. Η συστολή και διαστολή των κορμών αφήνει ανοικτά κενά μεταξύ των κορμών, δημιουργώντας διαρροές αέρα, τα οποία προκαλούν αυξανόμενες απαιτήσεις ψύξης και θέρμανσης (Energy Efficiency in Log Homes, 2014). Για να ελαχιστοποιηθεί η διαρροή αέρα, οι κορμοί θα πρέπει να είναι αποθηκευμένοι (αποξηραμένα σε ένα προστατευόμενο χώρο) για τουλάχιστον έξι μήνες πριν από την έναρξη της κατασκευής. Τα καλύτερα ξύλα που χρησιμοποιούνται για να αποφευχθεί αυτό το πρόβλημα, κατά σειρά αποτελεσματικότητας είναι: Κέδρος Έλατο Πεύκο Λάριξ 19

21 1.2 ΣΟΥΗΔΙΑ, ΑΥΣΤΡΙΑ ΚΑΙ ΗΠΑ 20

22 1.2.1 Εισαγωγή Η Σουηδία αποτελεί μια χώρα με μεγάλη παράδοση στην κατασκευή ξύλινων κατοικιών με τη μέθοδο ελαφρύ και πυκνό σκελετό (light timber frame). Τα τελευταία χρόνια όμως έχει αποτελέσει και πρωτοπόρο στην κατασκευή κατοικιών με τη μέθοδο της σταυρωτής επικολλητής ξυλείας (CLT) (Sardén, 2005). Όμοια πρωτοπόρος στην κατασκευή κατοικιών με τη μέθοδο της σταυρωτής επικολλητής ξυλείας θεωρείται η Αυστρία, ενώ πλέον και οι ΗΠΑ έχουν σημαντική εμπειρία σε ότι αφορά την παρούσα μέθοδο (Κοφίνας, χ.χ.). Η μέθοδος CLT χρησιμοποιείται τόσο για την κατασκευή μονοκατοικιών, συμπεριλαμβανομένων των μεζονέτων, όσο και για την κατασκευή κτιρίων κατοικιών πολλών ορόφων. Καθώς και οι τρεις χώρες έχουν μεγάλη συμβολή στην ανάπτυξη της μεθόδου CLT, εντάσσονται στην ίδια ενότητα (WoodSolutions, 2012). Αρχικά λοιπόν, αναπτύσσονται οι κατασκευαστικές αρχές της μεθόδου, που είναι κοινές και για τις τρεις χώρες και κατόπιν παρατίθενται τρία παραδείγματα κατοικιών από τις τρεις χώρες Αρχές σχεδιασμού της μεθόδου CLT Η απλότητα του χειρισμού των CLT πάνελ (βλέπε σχήμα 1.17) στην κατασκευή και το υψηλό επίπεδο της προκατασκευής που προσφέρουν επιτρέπει τον γρήγορο χρόνο ανέγερσης και κατά συνέπεια οδηγεί στη σημαντική μείωση της συνολικής διάρκειας του προγράμματος κατασκευής. Τα ανοίγματα για παράθυρα, πόρτες, σκάλες και ούτω καθεξής μπορεί να είναι κομμένα εξαρχής από τη φάση που βρίσκονται στο εργοστάσιο χρησιμοποιώντας μηχανές CNC (WoodSolutions, 2012). Σχήμα 1.17 Τα στρώματα των σανίδων που αποτελούν την CLT ξυλεία (WoodSolutions, 2012) 21

23 Τα κτίρια γενικά συναρμολογούνται επί τόπου με τα προκατασκευασμένα CLT πάνελ να μεταφέρονται στην περιοχή όπου και συνδέονται μεταξύ τους μέσω μηχανικών συστημάτων στερέωσης (μπουλόνια, βίδες, λαμαρινόβιδες κλπ) (WoodSolutions, 2012). Είναι επίσης δυνατόν τα CLT πάνελ να συγκεντρωθούν εκτός της τοποθεσίας κατασκευής του κτιρίου και στη συνέχεια να παραδοθούν ως ολοκληρωμένα τμήματα του κτιρίου επί τόπου. Αυτή η επιλογή επιταχύνει τη διαδικασία κατασκευής ακόμη περισσότερο (WoodSolutions, 2012). Τα CLT πάνελ χωρίζονται σε επιμέρους στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία είναι συνήθως αριθμημένα και αποστέλλονται σύμφωνα με ένα σχέδιο συναρμολόγησης. Ένας κινητός γερανός, εργαλεία παραγωγής ηλεκτρικού φωτός και ένα μικρό πλήρωμα από 2, 4, ή 8 ξυλουργούς και χειριστές κινητών γερανών συνήθως χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του κτιρίου (WoodSolutions, 2012). Οι πίνακες ανυψώνονται στην θέση για την οποία προορίζονται, χρησιμοποιώντας άγκιστρα που έχουν από πριν τοποθετηθεί στην τοποθεσία κατασκευής του κτιρίου (βλέπε σχήμα 1.18). Οι τοίχοι τοποθετούνται πάνω από μια βάση ρευστοκονιάματος και ταινίας αφρού, όπου οι μικρές πλάκες στερέωσης τοποθετούνται κατά μήκος της γραμμής των τοίχων (WoodSolutions, 2012). Σχήμα 1.18 Τρόπος τοποθέτησης με άγκιστρα και μηχανήματα ανύψωσης (WoodSolutions, 2012) Η βασική σύνδεση του ενός πάνελ με το άλλο μπορεί να επιτευχθεί μέσω μισόπεριτυλιγμένων, μονών ή διπλών αυλακώσεων, οι οποίες κατασκευάζονται με μηχανικά επεξεργασμένα προϊόντα ξύλου. Μεταλλικά στηρίγματα και πλάκες χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δυνάμεων. Καινοτόμες μορφές συστημάτων σύνδεσης μπορούν, επίσης, να χρησιμοποιηθούν, συμπεριλαμβανομένων των 22

24 μηχανικών και ξυλουργικών συστημάτων σύνδεσης(woodsolutions, 2012). Οι κοινοί τύποι των συνδέσεων των CLT πάνελ περιλαμβάνουν τα παρακάτω (βλέπε σχήμα 1.19): (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 1.19 (α) Σύνδεση τοίχου με τοίχο (ευθεία), (β) σύνδεση πατώματος με πάτωμα, (γ) σύνδεση στην λοξοτόμηση και (δ) σύνδεση τοίχου με το πάτωμα (WoodSolutions, 2012) Στις δύο παρακάτω υποενότητες παρατίθενται δύο παραδείγματα κατοικιών με την μέθοδο CLT, ένα για τη Σουηδία και ένα για την Αυστρία (ένα τετραώροφο κτίριο κατοικιών και μια διώροφη μονοκατοικία αντίστοιχα). 23

25 1.2.3 Παραδείγματα CLT κατοικιών Παράδειγμα σουηδικής CLT κατοικίας Εικόνα 1.20 Το CLT τετραώροφο κτίριο κατοικιών στη Σουηδία Το κτίριο (Εικόνα 1.20) είναι ένα τετραώροφο κτίριο κατοικιών κατασκευαστικής μεθόδου CLT στην Ουψάλα, στη Σουηδία. Το κτίριο περιλαμβάνει 16 διαμερίσματα. Τα δύο τρίτα της εξωτερικής πρόσοψης είναι επιχρισμένα με στόκο, ενώ το υπόλοιπο καλύπτεται με ξύλινη επένδυση. Το κτίριο έχει πατώματα, τοίχους και δομικά συστήματα κατασκευασμένα με προκατασκευασμένο συμπαγές ξύλο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CLT. Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του κτιρίου παρουσιάζονται παρακάτω (οι ακριβείς διαστάσεις των υλικών από τα οποία αποτελείται το κάθε δομικό στοιχεία δεν αναφέρονται. Αναφέρονται όμως ο συντελεστής θερμοπερατότητας και οι διαστάσεις των δομικών στοιχείων (Πίνακας 1.1) (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009): Θεμελίωση: η θεμελίωση και το πάτωμα πάνω από αυτήν αποτελείται από πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος τοποθετημένη πάνω σε διογκωμένη πολυστερίνη και σπασμένες πέτρες.. Ένα στρώμα διογκωμένης πολυστερίνης 300 mm περιλαμβάνεται για μόνωση. Σχήμα 1.21 Κάτοψη του κτιρίου (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) 24

26 Στέγη: η δίριχτη στέγη αποτελείται (από έξω προς τα μέσα) από στρώσεις ασφάλτου εμποτισμένες με τσόχα, ξύλινα πλαίσια, πετροβάμβακα μεταξύ δικτυωμάτων της, φύλλα πολυαιθυλενίου και γυψοσανίδες. Εξωτερικοί τοίχοι: Οι φέροντες τοίχοι κατασκευάζονται από CLT πάνελ. Η μόνωση παρέχεται από δύο στρώματα πετροβάμβακα. Η εσωτερική πλευρά είναι καλυμμένη με γυψοσανίδα (βλέπε σχήμα 1.22). Σχήμα 1.22 Λεπτομέρεια του εξωτερικού τοίχου (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Εσωτερικοί τοίχοι: Οι εσωτερικοί τοίχοι κατασκευάζονται επίσης από CLT πάνελ. Η μόνωση παρέχεται από ένα πετροβάμβακα. Η εξωτερική πλευρά τους είναι καλυμμένη με γυψοσανίδα. Ενδιάμεσο δάπεδο: το δάπεδο κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας ξυλεία σε απανωτά φύλλα, διογκωμένο πολυαιθυλένιο και γυψοσανίδα που καλύπτει την πλευρά της οροφής. Περιλαμβάνει επίσης CLT και σύνθετη ξυλεία, ενώ στα σημεία ένωσης δοκού-στήλης χρησιμοποιούνται συγκολλημένες επικαλύψεις δομικής ξυλείας. Σαν μόνωση χρησιμοποιείται χαλαρός πετροβάμβακας (βλέπε σχήμα 1.23). Σχήμα 1.23 Λεπτομέρεια του ενδιάμεσου δαπέδου (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) 25

27 Παράθυρα και πόρτες: ξύλινα παράθυρα και πόρτες Άλλα χαρακτηριστικά: περιλαμβάνεται ένα CLT ξύλινο μπαλκόνι, η σκάλα και ο χώρος στον οποίο περιλαμβάνεται το ασανσέρ στο εσωτερικό του κτιρίου το οποίο είναι κατασκευασμένα από σκυρόδεμα. Πίνακας 1.1 Χαρακτηριστικά του κτιρίου (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Περιγραφή Χαρακτηριστικό Αριθμός ορόφων 4 Αριθμός διαμερισμάτων 16 Επιφάνεια διαμερίσματος Συνολική κοινόχρηστη επιφάνεια Ύψος δωματίων 58.5 m 2 (συνολική επιφάνεια διαμερισμάτων: 935 m 2 ) 130 m 2 (κοινόχρηστη επιφάνεια ανά όροφο: 32.5 m 2 ) 2.55 m U-values (W/m 2 K) Στέγη Εξωτερική τοίχοι Εσωτερικοί τοίχοι Εσωτερικά δάπεδα Παράθυρα 1.2 Πόρτες 1.2 Πάτωμα πάνω από τη θεμελίωση Παράδειγμα αυστριακής CLT κατοικίας Το αυστριακό κτίριο αποτελεί μια μονοκατοικία με ένα μεικτό εμβαδόν 290 m 2 (το κατοικήσιμο εμβαδό είναι 161 m 2 ). Το κτίριο δεν έχει υπόγειο, αλλά περίπου τα 80 m 2 του χρησιμοποιούνται ως γκαράζ και αποθήκη. Το υπόλοιπο 70 % χρησιμοποιείται για τις ανάγκες κατοίκησης των ενοίκων (161 m 2 ). Το γκαράζ και ο χώρος της κύριας κατοικίας συνδέονται και είναι προσβάσιμα μέσω μιας κεντρικής βεράντας. Η μονοκατοικία κατασκευάστηκε με τη μέθοδο CLT (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009). 26

28 Σχήμα 1.24 Τομή και κάτοψη της μονοκατοικίας (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Ο πετροβάμβακας χρησιμοποιείται ως μονωτικό υλικό. Το γκαράζ είναι μια μονώροφη κατασκευή από τούβλα. Ο χώρος της κύριας κατοικίας χωρίζεται σε δύο ορόφους και έχει σχεδιαστεί για μια οικογένεια με δύο ενήλικες και δύο παιδιά. Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της μονοκατοικίας έχουν ως εξής (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009): Θεμελίωση και δάπεδα: Η κατασκευή της θεμελίωσης αποτελείται από οπλισμένο σκυρόδεμα με XPS και EPS μόνωση. Στο χώρο της κύριας κατοικίας, παρκέ ξύλο χρησιμοποιείται ως δάπεδο σε σχεδόν όλα τα δωμάτια. Στο γκαράζ, το δάπεδο αποτελείται από πλακάκια. Το δάπεδο του ενδιάμεσου χώρου της κύριας κατοικίας έχει επιπλέον ως εξής (βλέπε σχήμα 1.25): *1: στρώση κονιάματος (65 mm) 2: αφρώδης πολυστερίνη, δεμένη με τσιμέντο (120 mm) 3: CLT πάνελ (160 mm) Σχήμα 1.25 Λεπτομέρεια του ενδιάμεσου δαπέδου (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Εξωτερικοί τοίχοι: Οι εξωτερικοί τοίχοι είναι χτισμένοι ως μια συμπαγής ξύλινη κατασκευή με μόνωση από πετροβάμβακα. Το πάχος της κατασκευής του τοίχου είναι 42cm και ο συντελεστής θερμοπερατότητας του είναι 0.13 W/ m²k(βλέπε σχήμα 1.26). Οι εξωτερικοί τοίχοι του γκαράζ αποτελούνται από τούβλα πάχους 16cm και δεν έχουν καμία μόνωση. Το ποσοστό των εξωτερικών τοίχων του γκαράζ στο σύνολο των εξωτερικών τοίχων είναι περίπου 40 %. 27

29 *1: Γυψοσανίδα 2: CLT πάνελ (95 mm) 3:Ξύλινος σκελετός και μόνωση από πετροβάμβακα (240 mm) 4: Ινοσανίδα μεσαίας πυκνότητας (60 mm) 5: σοβάς Σχήμα 1.26 Λεπτομέρεια των εξωτερικών τοίχων (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Στέγη: Η στέγη αποτελείται από δοκάρια ξυλείας και πετροβάμβακα. Έχει πάχος 42 cm και συντελεστή θερμοπερατότητας 0.12 W/ m²k (βλέπε σχήμα 1.27). Η οροφή του γκαράζ αποτελείται από σκυρόδεμα (18 cm) και EPS μόνωση (10 cm). *1: Φύλλο αλουμινίου 2: Ινοσανίδα μεσαίας πυκνότητας (24 mm) 3: Κύρια δοκάρια και μόνωση πετροβάμβακα (260 mm) 4: Δευτερεύοντα δοκάρια και μόνωση πετροβάμβακα (100 mm) 5: Σανίδες CLT (24 mm) 6: Γυψοσανίδα Σχήμα 1.27 Λεπτομέρεια της στέγης (Kuittinen, Ludvig και Weiss, 2009) Λοιπά δομικά χαρακτηριστικά: Οι εσωτερικοί τοίχοι στο χώρο της κύριας κατοικίας είναι χτισμένοι ως ελαφριές ξύλινες κατασκευές ενώ στο γκαράζ αποτελούν μια συμπαγή κατασκευή από τούβλα. Η εσωτερική οροφή είναι κατασκευασμένη από CLT πάνελ. Οι σκάλες και τα πλαίσια των πορτών και των παραθύρων είναι επίσης κατασκευασμένα από ξύλο Παράδειγμα αμερικάνικης CLT κατοικίας Το σπίτι σχεδιάστηκε με τη μέθοδο CLT και κατασκευάστηκε στο Σικάγο. Το σπίτι είναι διώροφη κατοικία με μια κύρια κρεβατοκάμαρα, μια κουζίνα, μια τραπεζαρία, 28

30 ένα οικογενειακό δωμάτιο, ένα καθιστικό και ένα γκαράζ χωρητικότητας δύο αυτοκινήτων στο ισόγειο και τρία υπνοδωμάτια και ένα γραφείο στο 1 ο όροφο (ύψος μεταξύ των δύο ορόφων ίσο με 2,7 m) όπου όλα τα υπνοδωμάτια διαθέτουν ατομικό μπάνιο. Το σπίτι αποτελείται από ένα χώρο διαβίωσης 228 m 2, ενώ η στέγη του είναι δίριχτη. Στα παρακάτω Σχήματα παρουσιάζονται η πρόσοψη και οι κατόψεις των δύο ορόφων (Gajda και VanGeem, 2000): Σχήμα 1.28 Πρόσοψη της κατοικίας (Gajda και VanGeem, 2000) Σχήμα 1.29 Κάτοψη ισογείου(gajda και VanGeem, 2000) 29

31 Σχήμα 1.30 Κάτοψη πρώτου ορόφου (Gajda και VanGeem, 2000) Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της, διαμορφώνονται ως εξής (Gajda και VanGeem, 2000): Θεμελίωση και δάπεδα: η θεμελίωση είναι πλήρως κατασκευασμένη από σκυρόδεμα με μια πλάκα πάχους 500mm στο έδαφος με μια μόνωση τύπου EPS 140mm. Το εσωτερικό δάπεδο είναι κατασκευασμένο από πάνελ CLT 180mm, με μια μόνωση πετροβάμβακα 40mm, ένα διπλό στρώμα από ινοσανίδες γύψου (12,7mm), ένα στρώμα νοβοπάν 30mm και μια ξύλινη παρκέ επιφάνεια (βλέπε σχήμα 1.31). (από πάνω προς τα κάτω) Συμπαγές ξύλο παρκέ Άνυδρες γυψοσανίδες EPS πάνελ (140 mm) Κονίαμα αλφαδιάσματος (50mm) Πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος (500 mm) Σχήμα 1.31 Λεπτομέρεια του δαπέδου του ισογείου (Gajda και VanGeem, 2000) 30

32 Εξωτερικοί τοίχοι: οι εξωτερικοί τοίχοι αποτελούνται από ένα συνεχές μονωτικό στρώμα από φελλό, το οποίο στερεώνεται με κόλλα επί των πάνελ CLT. Το εξωτερικό περίβλημα είναι κατασκευασμένο από γκρι ινοσανίδες τσιμέντου, οι οποίες στερεώνονται σε σανίδες ερυθρελάτης, που δημιουργούν ένα αεριζόμενο διάκενο αέρα. Τέλος, οι εσωτερικοί τοίχοι είναι κατασκευασμένοι ως ελαφριές ξύλινες κατασκευές (βλέπε σχήμα 1.32). (από αριστερά προς τα δεξιά) Εξωτερική ινοσανίδα τσιμέντου (15 mm) Αεριζόμενο διάκενο αέρα (40 mm) Φύλλο φράγματος ανέμου Θερμομονωτικές πλάκες φελλού (30 mm) CLT πάνελ (110 mm) Μόνωση από πετροβάμβακα (110 mm) Ψευδάργυρος με επικάλυψη χάλυβα Εσωτερικές γυψοσανίδες (25 mm) Σχήμα 1.32 Λεπτομέρεια των εξωτερικών τοίχων (Gajda και VanGeem, 2000) Στέγη: Η κεκλιμένη δίριχτη στέγη είναι κατασκευασμένη από δύο στρώματα: το δομικό μέρος στα πάνελ CLT και το αδιάβροχο φύλλο (βλέπε σχήμα 1.33). (από πάνω προς τα κάτω) Αδιάβροχο φύλλο αλουμινίου CLT πάνελ (30 mm) Αεριζόμενο διάκενο αέρα (25 mm) Μόνωση από πετροβάμβακα (160 mm) CLT πάνελ (30 mm) Σχήμα 1.33 Λεπτομέρεια της κεκλισμένης στέγης (Gajda και VanGeem, 2000) Άλλα δομικά χαρακτηριστικά: τα παράθυρα και οι πόρτες είναι από ξύλο. 31

33 1.3 ΚΑΝΑΔΑΣ ΚΑΙ ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ 32

34 1.3.1 Εισαγωγή Στον Καναδά η πιο ευρέως διαδομένη μέθοδος κατασκευής ξύλινων σπιτιών είναι αυτή με ελαφρύ και πυκνό σκελετό (light timber frame) (Stephenson, 2011). Η ίδια μέθοδος είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος και στην περίπτωση της Αυστραλίας (Yourhome.gov.au, 2014). Κάθε μια από τις δύο χώρες έχει ορίσει τις δικές της προδιαγραφές στην συγκεκριμένη μέθοδο για την κατασκευή ξύλινων σπιτιών και κτιρίων γενικότερα. Οι προδιαγραφές, προκύπτουν από τα κατασκευαστικά πρότυπα που τα δύο κράτη έχουν ορίσει και τα οποία παρουσιάζονται παρακάτω, ενώ στη συνέχεια παρατίθενται παραδείγματα και για τις δύο χώρες. Καθώς και στις δύο χώρες η μέθοδος κατασκευής ξύλινων σπιτιών είναι αυτή με ελαφρύ και πυκνό σκελετό, οι δύο χώρες εντάσσονται στην ίδια κατηγορία. Η μέθοδος κατασκευής ξύλινων σπιτιών είναι αυτή με ελαφρύ και πυκνό σκελετό η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε κατοικίες των οποίων οι όροφοι μπορούν να είναι μέχρι τέσσερεις λόγω του μικρού βάρους και το χαμηλό κόστος κατασκευής της (Bailey, 2014). Στη μέθοδο με ελαφρύ και πυκνό σκελετό και με την κατασκευή του συστήματος κλωβού (μπαλονιού) (balloon framing), χρησιμοποιούνται μακρά συνεχή στοιχεία πλαισίωσης (στηρίγματα) που ξεκινούν από το περβάζι της πλάκα και καταλήγουν στην κορυφή της πλάκας με τις ενδιάμεσες δομές των δαπέδων να βρίσκονται ανάμεσα στα στηρίγματα αυτά, στα οποία και καρφώνονται (βλέπε σχήμα 1.34). Η μέθοδος αυτή σταδιακά αντικαταστάθηκε από το σύστημα πλατφόρμας που επεξηγείτε στη συνέχεια (Isaacs, 2010). Πάνελ δίριχτης στέγης Ενδιάμεσος όροφος Πάνελ ύψους 2 ορόφων Πάνελ ύψους ενός ορόφου Σχήμα 1.34 Το σύστημα balloon framing (αριστερά) και το σύστημα platform framing (δεξιά) (Greeno, 2014) 33

35 Στην μέθοδο με ελαφρύ και πυκνό σκελετό και με την κατασκευή του συστήματος πλατφόρμας (platform framing), ο κάθε όροφος πλαισιώνεται από πάνελ τοίχων, των οποίων το ύψος ξεκινά από το δάπεδο και φτάνει στην οροφή, η οποία και αποτελεί την πλατφόρμα για την ανέγερση του επόμενου ορόφου. Το δάπεδο αποτελεί τη βάση των τοίχων, τα οποία και βιδώνονται στο δάπεδο. Στην συγκεκριμένη μέθοδο γίνεται μάλιστα ολοένα και πιο δημοφιλής η χρήση προκατασκευασμένων εργοστασιακά ξύλινων πλαισίων για το πάτωμα, τους τοίχους και το σκελετό της στέγης, τα οποία και ανεγείρονται επί τόπου (Bailey, 2014). Η μέθοδος προσφέρει συνήθως ευέλικτο σχεδιασμό, οικονομική χρήση υλικών, λιγότερες εργασίες και γρήγορη ολοκλήρωση. Όταν χρησιμοποιείται για τους εξωτερικούς τοίχους, το συνολικό νεκρό βάρος της δομής θα είναι πολύ ελαφρύ σε σχέση με την κατασκευή λιθοδομής (Bailey, 2014) Τα κατασκευαστικά πρότυπα για μέθοδο με ελαφρύ και πυκνό σκελετό στον Καναδά και την Αυστραλία Το πρότυπο του Καναδά, βασίζεται στην Καναδική Εταιρεία Δανείων και Στέγασης (Canada Mortgage and Housing Corporation), που αποτελεί την υπηρεσία στέγασης της ομοσπονδιακής κυβέρνησης και η οποία είναι υπεύθυνη για τη διαχείριση του εθνικού νόμου περί στέγασης, Ο νόμος αυτός έχει σχεδιαστεί για να βοηθήσει στη βελτίωση της στέγασης και της διαβίωσης στον Καναδά (Burrows, 2006). Στα πλαίσια του ΙΧ τμήματος του παραπάνω νόμου, η κυβέρνηση του Καναδά παρέχει τη οικονομική δυνατότητα στην Καναδική Εταιρεία Δανείων και Στέγασης για τη διεξαγωγή έρευνας σχετικά με τις κοινωνικές, οικονομικές και τεχνικές πτυχές της στέγασης και να αναλάβει την έκδοση και διανομή των αποτελεσμάτων της έρευνας αυτής. Ως εκ τούτου, Η Καναδική Εταιρεία Δανείων και Στέγασης έχει θεσμική αρμοδιότητα να κάνει ευρέως διαθέσιμες πληροφορίες που μπορεί να είναι χρήσιμες για τη βελτίωση της στέγασης και διαβίωσης (Burrows, 2006). Η έκδοσή της με τίτλο Canadian Wood-Frame House Construction, που αποτελεί τη συνοπτική περιγραφή της καναδικής μεθόδου κατασκευής με ελαφρύ και πυκνό σκελετό και η οποία στηρίζεται στον Καναδικό Εθνικό Κώδικα Δόμησης του 2010 (National Building Code, NBC), είναι αυτή που χρησιμοποιείται ευρέως σε όλες τις κατασκευές ξύλινων σπιτιών με ελαφρύ και πυκνό σκελετό της χώρας. Μάλιστα, 34

36 περιλαμβάνει και ορισμένες επιπλέον προδιαγραφές από αυτές που ορίζονται από τον Καναδικό Εθνικό Κώδικα Δόμησης και οι οποίες αν εφαρμοστούν βελτιώνουν περαιτέρω την απόδοση της κατασκευής (Burrows, 2006). Από την άλλη, το πρότυπο για την κατασκευή ξύλινων σπιτιών με ελαφρύ και πυκνό σκελετό της Αυστραλίας βασίζεται στον Κτιριακό Κώδικα της Αυστραλίας (Building Code of Australia, BCA), που αποτελεί τους πρώτους δύο τόμους του Εθνικού Κατασκευαστικού Κώδικα (National Construction Code, NCC) (Australian Building Codes Board, 2014). Και τα δύο πρότυπα περιλαμβάνουν εκτενείς κατασκευαστικές λεπτομέρειες αναφορικά με όλα τα δομικά υλικά μιας κατοικίας με ελαφρύ και πυκνό σκελετό. Ωστόσο, η εκτενής ανάλυση των δύο προτύπων, που ενδεχομένως να αποτελούσε κυρίως λόγω μεγέθους το αντικείμενο μιας νέας και ξεχωριστής διπλωματικής, δεν πραγματοποιείται στην παρούσα έρευνα. Αντιθέτως παρατίθενται δύο παραδείγματα κατασκευής κατοικιών με ελαφρύ και πυκνό σκελετό από τις δύο χώρες που αποτελούν αναγνωριστικές περιπτώσεις για τις μεθόδους που υιοθετούν οι δύο χώρες Παράδειγμα καναδικής κατοικίας με ελαφρύ και πυκνό σκελετό Η ξύλινη κατοικία, που επιλέγεται ως το καναδικό παράδειγμα της μεθόδου με ελαφρύ και πυκνό σκελετό είναι μια μονοκατοικία 216 m 2 με δίριχτη στέγη στο Τορόντο. Στα παρακάτω Σχήματα παρουσιάζεται η πρόσοψη και οι κατόψεις του πρώτου και δευτέρου ορόφου (Canadian Wood Council, χ.χ.): Σχήμα 1.35 Πρόσοψη της κατοικίας (Canadian Wood Council, χ.χ.) 35

37 Στο ισόγειο περιλαμβάνονται (από τα αριστερά προς τα δεξιά και από πάνω προς τα κάτω) η κύρια κρεβατοκάμαρα (στην οποία υπάρχει ξεχωριστό μπάνιο), το οικογενειακό δωμάτιο, η κουζίνα με την τραπεζαρία και το σαλόνι. Υπάρχει ακόμη το γκαράζ, που συνδέεται με το υπόλοιπο σπίτι με το φουαγιέ (foyer), το χολ με τη σκάλα που οδηγεί στον 1 ο όροφο και τέλος μια βεράντα (Canadian Wood Council, χ.χ.). Σχήμα 1.36 Κάτοψη ισογείου (οι διαστάσεις είναι σε ίντσες) (Canadian Wood Council, χ.χ.) Στο πρώτο όροφο περιλαμβάνονται (από τα αριστερά προς τα δεξιά και από πάνω προς τα κάτω) η σοφίτα και δύο υπνοδωμάτια (στα οποία υπάρχει ξεχωριστό μπάνιο). Ένα τμήμα του πάνω ορόφου είναι ανοιχτό με θέα στον κάτω όροφο, το οποίο και χρησιμοποιείται ως το μικρό σαλόνι (den) της κατοικίας (Canadian Wood Council, χ.χ.). Το ύψος του κάθε ορόφου είναι 2.5 m. Η πλάκα του δαπέδου είναι πάχους 100mm, ενώ υποστηρίζεται στο έδαφος από μια χυτή πλάκα σκυροδέματος. Κάτω από την πλάκα δαπέδου τοποθετείται βαμβακερής ινώδους μάζας τύπου RSI 5.5 (150mm). Τα λοιπά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της κατοικίας συνοψίζονται στο παρακάτω Σχήμα 1.37 (Canadian Wood Council, χ.χ.): 36

38 Στέγη: Πλακάκια ασφάλτου (Asphalt shingles) Κτιριακό χαρτί Περίβλημα OSB (12.7 mm) Συνδεμένα με την πλάκα δικτυώματα ξύλου (600 mm) Μόνωση βαμβακερής ινώδους μάζας τύπου RSI 5.5 Φράγμα υδρατμών από πολυαιθυλένιο (0.15 mm) Γυψοσανίδα (12.9 mm) Εσωτερικοί τοίχοι: Γυψοσανίδα (12.9 mm) 38 x 89 mm ξύλινα στηρίγματα (600 mm) Δάπεδα: Περίβλημα OSB (15.9 mm) Ξύλινοι I-δοκοί (241 mm) Γυψοσανίδα (12.9 mm) Εξωτερικοί τοίχοι: Καπλαμάς επενδυμένος από τούβλο (100 mm) Διάκενο αέρα (25 mm) Κτιριακό χαρτί Περίβλημα OSB (9.5 mm) 38 x 140 mm ξύλινα στηρίγματα (400 mm) Μόνωση βαμβακερής ινώδους μάζας τύπου RSI 3.3 Φράγμα υδρατμών από πολυαιθυλένιο (0.15 mm) Γυψοσανίδα (12.9 mm) Τοίχος θεμελίωσης: Στεγανοποίηση Τοίχος από σκυρόδεμα (200 mm) 38 x 89 mm ξύλινα στηρίγματα (50 mm - πίσω από το σκυρόδεμα) Μόνωση βαμβακερής ινώδους μάζας τύπου RSI 3.3 Φράγμα υδρατμών από πολυαιθυλένιο (0.15 mm) Σχήμα 1.37 Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των δομικών υλικών της κατοικίας (Canadian Wood Council, χ.χ.) 37

39 1.3.4 Παράδειγμα αυστραλέζικης κατοικίας με ελαφρύ και πυκνό σκελετό Το σπίτι βρίσκεται στο Κουίνσλαντ και αποτελεί ένα ενιαίο οικογενειακό σπίτι (για μια τετραμελή οικογένεια) σε μια προαστιακή περιοχή της πόλης. Οι κοινόχρηστοι χώροι που βρίσκονται στο ισόγειο, όπου επίσης υπάρχει μια ευρύχωρη σάουνα. Τα υπνοδωμάτια και ένα δωμάτιο γραφείου βρίσκονται στον 1 ο όροφο. Ένα ιδιωτικό μπαλκόνι βρίσκεται ανάμεσα στο κεντρικό κτίριο και το γκαράζ, ώστε οι ένοικοι να μπορούν να κάνουν ηλιοθεραπεία χωρίς να διακυβεύεται η προστασία της ιδιωτικής ζωής στην πυκνοδομημένη γειτονιά. Όλες οι τουαλέτες και τα μπάνια βρίσκονται κοντά στις εγκαταστάσεις των σωληνώσεων, προκειμένου να μειωθεί το μήκος των σωλήνων. Το μεικτό εμβαδόν της κατοικίας είναι 258m 2 (το κατοικήσιμο εμβαδό είναι 198 m 2 ). Το ύψος κάθε ορόφου είναι 2.4m (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013) (βλέπε σχήμα 1.38). Σχήμα 1.38 Κάτοψη του πρώτου (αριστερά) και του δεύτερου ορόφου (δεξιά) (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013) Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της μονοκατοικίας έχουν ως εξής (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013): 38

40 Θεμελίωση και δάπεδο: μια δομή πλάκας-εδάφους χρησιμοποιείται για το δάπεδο του ισογείου. Είναι κατασκευασμένη από σκυρόδεμα και EPS μόνωση. Η θεμελίωση είναι χτισμένη με κοίλα μπλοκ EPS (Soklex), που είναι γεμάτα με χυτό σκυρόδεμα που κατασκευάστηκε και εγκαταστάθηκε επί τόπου. Το ενδιάμεσο δάπεδο κατασκευάστηκε επί τόπου με ξύλινους I- δοκούς φτιαγμένα από συμπαγές ξύλο και φύλλα ινοσανίδας μεσαίας πυκνότητας (συνολικό πάχος 400mm). Η ενδιάμεση κοιλότητα πατώματος ήταν γεμάτο με μόνωση κυτταρίνης για ηχομόνωση (βλέπε σχήμα 1.39). (από κάτω προς τα πάνω) Χαλίκι (300 mm) EPS μόνωση (200 mm) Πλάκα από σκυρόδεμα (80 mm) Παρκέ επιφάνεια δαπέδου Σχήμα 1.39 Λεπτομέρεια του δαπέδου του ισογείου (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013) Εξωτερικοί τοίχοι: Τα στηρίγματα του φέροντα τοίχου είναι φτιαγμένα από I- δοκούς. Η μόνωση είναι από ίνες κυτταρίνης, οι οποίες ψεκάστηκαν με τη μορφή υγρού στις κοιλότητες των τοίχων. Ένα στρώμα φράγματος αέρα τοποθετείται στο εσωτερικό του μονωτικού στρώματος. Η εξωτερική επένδυση χτίστηκε από σανίδες ερυθρελάτης, που βάφτηκαν σε ανοιχτό γκρι. Μέρη της επένδυσης κατασκευάστηκαν-πραγματοποιήθηκαν από λευκές ινοσανίδες κονίας που διέθεταν χαραγμένα στολίδια της μορφής CNC (βλέπε σχήμα 1.40). (από αριστερά προς τα δεξιά) Σανίδα ερυθρελάτης (28 mm) Οριζόντιες σανίδες 25 mm x 100 mm Κάθετες σανίδες 25 mm x 100 mm Στρώμα φράγματος αέρα LDF (25 mm) Μόνωση κυτταρίνης (400 mm) > 50kg / m3 Φράγμα υδρατμών από ύφασμα (0.15 mm) Σχήμα 1.40 Λεπτομέρεια των εξωτερικών τοίχων (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013) 39

41 Στέγη: η δομή της (δίριχτης) στέγης κατασκευάστηκε από δικτυώματα και από μια υποστηριχτική σύνθετη ξυλεία και δοκάρια από συγκολλημένη δομική ξυλεία (LVL). Το σχήμα των δικτυωμάτων ήταν παράλληλη προς την οροφή. Μόνωση κυτταρίνης ψεκάστηκε μέσα στις κοιλότητες του ξύλου. Η επένδυση της στέγης είναι βαμμένος χάλυβας. Το χρώμα της στέγης είναι επίσης ανοιχτό γκρι (βλέπε σχήμα 1.41). (από πάνω προς τα κάτω) Επένδυση από χάλυβα Ξύλινες σανίδες (22 mm) Φράγμα συμπίεσης από ύφασμα (0.15 mm) Ταβανοσανίδες διάκενου εξαερισμού (120 mm) Γυψοσανίδα (13,2 mm) Δικτυώματα οροφής και μόνωση κυτταρίνης (600 mm) Στρώμα φράγματος αέρα (25 mm) Γυψοσανίδα (13,2 mm) Σχήμα 1.41 Λεπτομέρεια της στέγης (Department of Agriculture, Fisheries and Forestry, 2013) Άλλα δομικά χαρακτηριστικά: οι εσωτερικοί τοίχοι κατασκευάστηκαν από πριστά τεράστια ξύλινα στηρίγματα, ενώ ξύλινα πάνελ και ταπετσαρία με γυψοσανίδα χρησιμοποιήθηκαν για την επένδυση τους (συνολικό πάχος 615 mm). Η εσωτερική σκάλα είναι φτιαγμένη από ξύλο και γυαλί ασφαλείας, όπως και τα παράθυρα και οι πόρτες. Οι εξωτερικές βεράντες χτίστηκαν από εμποτισμένο ξύλο. 40

42 1.4 ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΣΕ ΕΛΛΑΔΑ ΚΑΙ ΚΥΠΡΟ ELK efficient house Η ELK είναι από τους μεγαλύτερους ομίλους στον χώρο προκατασκευής ενεργειακών κτιρίων σε όλη την Ευρώπη και ένας δυνατός παίκτης παγκοσμίως. Πάντα καινοτόμα, μπόρεσε να ξεχωρίσει με την υψηλή ποιότητα, τον μεγάλο βαθμό εργοστασιακής παραγωγής των δομικών στοιχείων και την ταχύτητα στην δόμηση. Στόχος της ήταν πάντα να κατασκευάζει κτίρια, τα οποία να βελτιώνουν την διαβίωση του ανθρώπου και τα οποία είναι οικολογικά προστατεύοντας το περιβάλλον. H ELK ξεκίνησε το 1980 ως μία μικρή οικογενειακή επιχείρηση με 20 συνεργάτες, κατασκευάζοντας 20 κτίρια ετησίως. Στα χρόνια που μεσολάβησαν η ανάπτυξη της εταιρείας είναι εντυπωσιακή. Όπως πάντα τολμηρή και βλέποντας μπροστά, αποφάσισε, όταν πολλοί εγκατέλειπαν την Ελλάδα, εκείνη να έρθει να επενδύσει. Έτσι το 2013 ιδρύθηκε η ELK Κατοικίες Υψηλής Ενεργειακής Απόδοσης ΕΠΕ - ELK Efficient Houses, στην Ελλάδα. Από το 2005 δραστηριοποιόταν μέσω αντιπροσώπου στην Ελλάδα και Κύπρο, έχοντας κατασκευάσει πληθώρα ενεργειακών ιδιωτικών και δημοσίων κτιρίων (μονοκατοικίες, παιδικούς σταθμούς, ξενοδοχειακά συγκροτήματα, ιππικό όμιλο κ.α.). Ο τρόπος κατασκευής των εξωτερικών τοίχων της συγκεκριμένης εταιρίας γίνεται ως εξής (βλέπε σχήμα 1.42): Σχήμα 1.42 Τρόπος κατασκευής των εξωτερικών τοίχων 41

43 1.4.2 Τσώλης προκατασκευασμένες κατοικίες Η εταιρεία «Τσώλης προκατασκευασμένες κατοικίες» δραστηριοποιείται στο χώρο των προκατασκευών από το 1978 κατασκευάζοντας σπίτια, ισόγεια, με σοφίτα ή χωρίς, διώροφα και μεζονέτες δίνοντας τη δυνατότητα να επιλέξει ο πελάτης το σπίτι από μια πλούσια γκάμα σχεδίων ή να το διαμορφώσει μαζί, με γνώμονα τις δικές του ανάγκες χωρίς κανένα αρχιτεκτονικό περιορισμό. Εξασφαλίζει ένα σπίτι με σύγχρονο σύστημα δόμησης με τα καλύτερα και ασφαλή υλικά, με αυστηρή τεχνική επίβλεψη σε κάθε στάδιο της κατασκευής, σύμφωνα με τις εγκεκριμένες μελέτες βάσει του Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. που εξασφαλίζουν την αντισεισμικότητα και απεριόριστη αντοχή στο χρόνο. Τα τοιχία (εξωτερικά και εσωτερικά) κατασκευάζονται στο εργοστάσιο βάσει της τελικής κάτοψης του σπιτιού και αποτελούνται από οριζόντιους και κάθετους ορθοστάτες δημιουργώντας σταθερά και αντισεισμικά πλαίσια, τα οποία βιδώνονται πάνω στην ήδη υπάρχουσα βάση από μπετό. Οι εξωτερικοί τοίχοι κατασκευάζονται από ξυλεία ελάτης διαστάσεων 5 x 10cm και αποτελούνται από οριζόντιους και κάθετους ορθοστάτες δημιουργώντας ένα σταθερό και αντισεισμικό πλαίσιο. Εξωτερικά φέρουν πλάκες HERAKLITH και εσωτερικά πλάκες διογκωμένης πολυστερίνης. Στην εξωτερική επιφάνεια του HERAKLITH κατασκευάζεται επίχρισμα σε τρεις στρώσεις (πεταχτό, σοφάς, μάρμαρο) ενώ η εσωτερική επιφάνεια επενδύεται με ξυλόπλακα OSB και ακολουθεί η επένδυση με γυψοσανίδα (βλέπε σχήμα 1.43). Σχήμα 1.43 Τρόπος κατασκευής των εξωτερικών τοίχων 42

44 1.4.3 Oko House Ger Ltd Η Oko House Ger Ltd είναι ΚΥΠΡΙΑΚΗ τεχνική κατασκευαστική εταιρία που δραστηριοποιείται στο χώρο των προκατασκευασμένων και οικολογικών κατοικιών. Η εταιρία εισάγει επικολλητή πλακώδη ξυλεία GLULAM από Γερμανία και Φιλανδία, και την χρησιμοποιεί ως κύριο δομικό υλικό. Οι κατοικίες σχεδιάζονται με τρόπο βιοκλιματικό ώστε μέσω των ανοιγμάτων, των συστημάτων σκίασης, του προσανατολισμού και του εξοπλισμού της τοιχοποιίας εσωτερικά και εξωτερικά να υπάρχουν οι απαραίτητες εσωκλιματικές συνθήκες και να εξοικονομείται ενέργεια για τη θέρμανση, τη ψύξη και τον φωτισμό. Για την κατασκευή της εσωτερικής διαχωριστικής τοιχοποιίας χρησιμοποιείται σκελετός από επικολλητή πλακώδη ξυλεία διατομής 10x5εκ, επεξεργασμένη για πολύ μεγάλες μηχανικές αντοχές. Όλα τα στοιχεία βιδώνονται μεταξύ τους με στριφώνι HECO-TOPIX γερμανικής εταιρίας, δημιουργώντας ένα σταθερό και αντισεισμικό πλαίσιο (σκελετό). Ενδιάμεσα του σκελετού τοποθετείτε αυτοσβενομένη διογκωμένη πολυστερίνη για άριστη ηχομόνωση-θερμομόνωση. Αμφίπλευρα του σκελετού βιδώνεται θωράκιση Καναδέζικου OSB και γυψοσανίδα πάχους 12,50mm της εταιρίας KNAUF. Το συνολικό πάχος της εσωτερικής τοιχοποιίας ανέρχεται στα 15εκ (βλέπε σχήμα 1.44). Σχήμα 1.44 Τρόπος κατασκευής των εσωτερικών τοίχων 43

45 1.4.4 Κορμός κατασκευαστική Η «Κορμός κατασκευαστική» ξεκίνησε τις δραστηριότητές της από το 1992 στη Θεσσαλονίκη. Μέχρι σήμερα έχει κατασκευάσει πάνω από 350 ξύλινες κατοικίες, μόνιμες και εξοχικές, σε όλα τα μέρη της Ελλάδας, έχοντας πλήρη και εξειδικευμένα συνεργεία, κάλυψη από αρχιτέκτονες, πολιτικούς μηχανικούς και την τεχνική υποστήριξη των φιλανδικών οίκων απ' όπου εισάγει τα υλικά. Η κατασκευή των ξύλινων σπιτιών από την εταιρία γίνεται από ξυλεία σκανδιναβικής Πεύκης βόρειας Φιλανδίας. Οι τοίχοι που αποτελούν και τον φέροντα οργανισμό, κτίζονται από ολόσωμους κορμούς, στρογγυλούς ή πλακέ κατάλληλα επεξεργασμένους και οριζόντια τοποθετημένους ο ένας πάνω στον άλλο, συνδεδεμένους μεταξύ τους με ξύλινες καβίλιες, ανά δύο και μεταλλικές βέργες, βίδες μεγάλου μήκους που τρυπούν κατακόρυφα όλους τους κορμούς του τοίχου σε επιλεγμένες θέσεις. Η συναρμογή στις γωνίες και εν γένει στις διασταυρώσεις γίνεται με απότμηση των κορμών (βλέπε σχήμα 1.45). 44

46 Σχήμα 1.45 Τρόπος κατασκευής των τοίχων Η στέγη αποτελείται από ξύλινες δοκούς αναλόγων διαστάσεων και αποστάσεων μεταξύ τους. Κατόπιν επενδύονται με ραμποτέ κάτω και επάνω και ενδιάμεσα μονωτικά και φράγματα υδρατμών. Η επικάλυψη της στέγης γίνεται με οποιοδήποτε υλικό όπως κεραμίδι, ασφαλκτικό κεραμίδι, μεταλλικό κεραμίδι ή πλάκα (πέτρα) (βλέπε σχήμα 1.46). Σχήμα 1.46 Τρόπος κατασκευής της στέγης και του μεσοπατώματος Ο τρόπος κατασκευής των τοίχων, με ολόσωμο κορμό, είναι ο καταλληλότερος για κατασκευές μικρού ύψους. Το μέγεθος της διατομής του ολόσωμου κορμού και ο τέλειος τρόπος σύνδεσής των, που τους προσδίδει την συνοχή ενός συμπαγούς τοίχου, υπερκαλύπτει την απαίτηση των φορτίων που μεταφέρουν, έχοντας μεγάλο περιθώριο ασφαλείας. 45

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΧΡΗΣΗ ΠΡΙΣΤΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΞΥΛΕΙΑΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΞΥΛΙΝΩΝ ΣΠΙΤΙΩΝ 2.1 ΠΡΙΣΤΗ ΞΥΛΕΙΑ Εισαγωγή Η πριστή ξυλεία προκύπτει από πρίση (πριόνιση) στρόγγυλων κορμοτεμαχίων σε διάφορα πάχη, πλάτη και μήκη ανάλογα με τις απαιτήσεις της αγοράς. Η πριστή ξυλεία χρησιμοποιείται ως έχει ή μετά από δευτερογενή μηχανική κατεργασία για διάφορα προϊόντα. Στρωτήρες, ξυλεία οικοδομών (σκαλωσιές, στέγες, αποθήκες, κ.ά.) και άλλα πριστά τεμάχια αποτελούν προϊόντα πρωτογενούς μηχανικής κατεργασίας του ξύλου. Άλλα προϊόντα (π.χ. έπιπλα) απαιτούν και δευτερογενή μηχανική κατεργασία. Η πρίση του ξύλου γίνεται με ταινιοπρίονα, πολυπρίονα και δισκοπρίονα. Το ξύλο είναι ένα μακρόβιο υλικό. Ένα σωστά κατασκευασμένο και προστατευμένο από τις ατμοσφαιρικές επιδράσεις σπίτι θα προσφέρει χαρά, προστασία και ασφάλεια στους κατοίκους του για πολλές γενιές (πάνω από 100 χρόνια τουλάχιστο). Δεν είναι τυχαίο, ότι οι αρχαίοι ελληνικοί ναοί κατασκευάζονταν στην αρχή από ξύλο, όπως πολλά στοιχεία των ναών αυτών το μαρτυρούν. Οι νέοι πανευρωπαϊκοί δομικοί κανονισμοί, οι Ευρωκώδικες, συμπεριλαμβάνουν το ξύλο ισότιμα με τον χάλυβα και το οπλισμένο σκυρόδεμα, ως υλικό σχεδιασμού φορέων, για την αντιμετώπιση στατικών δυναμικών ή και θερμικών φορτίων. Έτσι, δικαιώνεται η σημασία που δινόταν στη σπουδαιότητα του ξύλου για τις κατασκευές στις περασμένες γενιές, μέσω της ταύτισης του ονόματός του (ύλη), με τη γενικότερη έννοια του υλικού (Τσουμής, 1983). Το ξύλο παρουσιάζει πλεονεκτήματα που το κάνουν ασυναγώνιστο υλικό αλλά και μειονεκτήματα τα οποία πρέπει και μπορούν κατάλληλα να αντιμετωπισθούν. Η σωστή και ολοκληρωμένη αξιοποίησή του προϋποθέτει την καλή γνώση της δομής, των ιδιοτήτων, των σφαλμάτων του (φυσικών και δευτερογενών) και των ιδιαιτέρων χαρακτηριστικών και συμπεριφοράς κάθε είδους ξύλου (Βουλγαρίδης, 2007). Το ξύλο έχει σημαντικά πλεονεκτήματα που το διακρίνουν από τις άλλες πρώτες ύλες, όπως : 46

48 Είναι φιλικό στο περιβάλλον. Είναι ανανεώσιμο φυσικό υλικό. Έχει μεγάλη αισθητική αξία γιατί είναι διαθέσιμο σε ατέλειωτους συνδυασμούς χρωμάτων και σχεδιάσεων. Είναι άριστο δομικό υλικό με τεράστιες κατασκευαστικές δυνατότητες και μεγάλη αρχιτεκτονική αξία. Έχει μεγάλη μηχανική αντοχή σε σχέση με το βάρος του. Είναι μονωτικό υλικό στη θερμότητα και στον ηλεκτρισμό. Δεν οξειδώνεται και η κατεργασία του είναι σχετικά εύκολη με μικρή κατανάλωση ενέργειας. Δεν ρυπαίνει το περιβάλλον. Το ξύλο έχει ωστόσο και μειονεκτήματα όπως : Είναι υγροσκοπικό υλικό (ρικνώνεται και διογκώνεται). Είναι ανισότροπο υλικό δηλ. διαφέρει η δομή του, η μηχανική αντοχή του και οι ιδιότητες του προς τις διάφορες κατευθύνσεις μέσα στη μάζα του. Προσβάλλεται από μύκητες, έντομα και άλλους μικροοργανισμούς. Η σωστή χρήση του προϋποθέτει γνώση των ιδιοτήτων, της δομής, καθώς και των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων του. Ανάλογα με την προέλευσή της, η ξυλεία χωρίζεται σε: Σκληρή ξυλεία, που προέρχεται από πλατύφυλλα δένδρα. Μαλακή ξυλεία, που προέρχεται από κωνοφόρα δένδρα. Για την παραγωγή της πριστής ξυλείας χρησιμοποιούνται τα περισσότερα είδη κωνοφόρων και πλατύφυλλων σε μορφή κορμών, κορμιδίων και σχίζας. Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται για πρίση από μεν τα κωνοφόρα κυρίως ελάτη, πεύκη, από δε τα ελληνικά πλατύφυλλα κυρίως οξυά, λεύκη, δρυς, καστανιά, καθώς και ένας μεγάλος αριθμός τροπικών πλατύφυλλων που εισάγονται όπως, μαόνι, καρυδιά, FRAMIRE, SIPO, COSIPO, SAPELE, MERANTI, ABURA, κ.α. Παράλληλα εισάγονται μεγάλες ποσότητες πριστής ξυλείας κωνοφόρων πλατύφυλλων όπως, ψευδοτσούγκα (OREGON PINE), ερυθρελάτη, δασική πεύκη, λάρικα, δρυς, καρυδιά, οξυά, φράξο, φλαμουριά κ.α. (Κακαράς, 2003). Για τη κατασκευή των ξύλινων σπιτιών, όπως έχει αναφερθεί πιο πάνω και θα αναφερθούμε στη συνέχεια, χρησιμοποιείται κωνοφόρα πριστή ξυλεία όπως πεύκη, ελάτη, ψευδοτσούγκα (OREGON PINE) και εμποτισμένη ξυλεία. 47

49 2.1.2 Πεύκη Το πιο δημοφιλείς είδος ξυλείας που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ξύλινων σπιτιών, τουλάχιστον για την Ευρώπη, είναι η άριστης ποιότητας σκανδιναβική πεύκη (βλέπε εικόνα 2.1). Οι ψυχρές κλιματολογικές συνθήκες που αναπτύσσονται μέσα στα όρια του Αρκτικού κύκλου, έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ιδιαίτερα σκληρής και συμπαγούς ξυλείας, με μεγάλο ειδικό βάρος, μεγάλη μηχανική αντοχή στη σύνθλιψη και κάμψη, με μικρή υδατοαπορροφητικότητα και με αργό ρυθμό καύσης. Οι κορμοί προέρχονται από δένδρα ηλικίας ετών. 2.1α 2.1β Εικόνα 2.1α Σκανδιναβική πεύκη, 2.1β φύλλα και καρποί πεύκης Γ Ε Ν Ι Κ Α Πυκνότητα: r(0%) = 0,49 gr/cm3, R(12-15%) = 0,53 gr/cm3 Ρίκνωση: Ακτινική = 4,0 % Εφαπτομενική = 7,7 % Μέτρο ελαστικότητας: kp/cm2 Μέτρο θραύσεως: 1000 kp/cm2 Ι Δ Ι Ο Τ Η Τ Ε Σ Κ Α Τ Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α Σ Κ Α Ι Χ Ε Ι Ρ Ι Σ Μ Ο Ι Ξ Υ Λ Ο Υ Συμπεριφορά στη ξήρανση και σταθερότητα μετά την ξήρανση: Εύκολη ξήρανση Συμπεριφορά στον εμποτισμό: Το σομφό εμποτίζεται εύκολα. Κατεργασία με μηχανήματα βαθμός στόμωσης εργαλείων: Καλή. Συμπεριφορά στο κάρφωμα και στο βίδωμα: Συγκρατεί καρφιά και βίδες καλά. Συμπεριφορά στη συγκόλληση: Ικανοποιητική. Συμπεριφορά στη βαφή και το φινίρισμα: Καλή. 48

50 2.1.3 Ελάτη ΓΕΝΙΚΑ Εικόνα 2.2 Ελάτη με τα φύλλα και τους καρπούς της Κύρια προϊόντα στην αγορά: Πριστή ξυλεία, επικολλητή ξυλεία, ξυλεπενδύσεις. Ξυλεία ξυλοτύπων. Φυσικές ιδιότητες δομή προέλευση: Ξύλο ελαφρό έως μέτριο σε βάρος (0,31-0,61 gr/cm3), μαλακό έως μέτριο σε σκληρότητα, με χρώμα ανοιχτό καστανοκίτρινο. Το εγκάρδιο έχει το ίδιο χρώμα με το σομφό. Είναι είδος της ελληνικής χλωρίδας. Φύεται στην ορεινή ζώνη της Ν. και Κ. Ελλάδας, ενώ βορειότερα επικρατεί η υβριδογενής ελάτη (υβρίδια λευκής και κεφαληννιακής ελάτης) (εικόνα 2.2). Ρίκνωση: Ακτινική= 3,3 Εφαπτομενική= 7,4 Μέτρο θραύσεως: 939 kp/cm2 Ι Δ Ι Ο Τ Η Τ Ε Σ Κ Α Τ Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α Σ Κ Α Ι Χ Ε Ι Ρ Ι Σ Μ Ο Ι Ξ Υ Λ Ο Υ Συμπεριφορά στη ξήρανση και σταθερότητα μετά την ξήρανση: Εύκολη και γρήγορη ξήρανση, 60/70ο -75/85ο. Μέση κινητικότητα, αρκετά σταθερό μετά την ξήρανση. Συμπεριφορά στον εμποτισμό: Σομφό ανθεκτικό, εγκάρδιο ανθεκτικό. Συμπεριφορά στην κάμψη (καμπύλωση): Χαμηλός βαθμός καμπύλωσης, ξύλο εύσχιστο. Κατεργασία με μηχανήματα βαθμός στόμωσης εργαλείων: Ικανοποιητική κατεργασία, χαμηλή στόμωση εργαλείων. Συμπεριφορά στη συγκόλληση: Καλή. Συμπεριφορά στη βαφή και το φινίρισμα: Καλή (Κακαράς, 2008). 49

51 2.1.4 Ψευδοτσούγκα (OREGON PINE) Γ Ε Ν Ι Κ Α Εικόνα 2.3 Ψευδοτσούγκα με τα φύλλα και τους καρπούς της Κύρια προϊόντα στην αγορά: Πριστή ξυλεία, καπλαμάδες, αντικολλητή, επικολλητή ξυλεία. Φυσικές ιδιότητες δομή προέλευση: Ξύλο με μέτριο βάρος (ε.β. 0,51-0,64 gr/cm3) και σκληρότητα. Εγκάρδιο ανοιχτό κοκκινοκάστανο που γίνεται κοκκινωπό με την πάροδο του χρόνου. Σομφό λευκωπό, κιτρινωπό ή κοκκινόλευκο (εικόνα 2.3). Το φρέσκο ξύλο έχει χαρακτηριστική μυρωδιά. Φύεται στην Β. Αμερική. Γίνονται αναδασώσεις σε Ν. Ζηλανδία, Αυστραλία, Βρετανία. Όρια πρώιμου-όψιμου ξύλου απότομα. Φυσική διάρκεια στο χρόνο: Μέτρια ανθεκτικό σε προσβολές μυκήτων -εντόμων. Πυκνότητα: r(0%) = 0,49 gr/cm 3, R(12-15%) = 0,52 gr/cm 3 Ρίκνωση: Ακτινική = 5,0 % Εφαπτομενική = 7,8 % Μέτρο ελαστικότητας: kp/cm 3 Μέτρο θραύσεως: 769 kp/cm 3 Ι Δ Ι Ο Τ Η Τ Ε Σ Κ Α Τ Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α Σ Κ Α Ι Χ Ε Ι Ρ Ι Σ Μ Ο Ι Ξ Υ Λ Ο Υ Συμπεριφορά στη ξήρανση και σταθερότητα μετά την ξήρανση: Καλή ξήρανση και γρήγορη. Όταν έχει ρόζους δημιουργεί τάση για σχίσιμο. Συμπεριφορά στον εμποτισμό: Παρουσιάζει αντίσταση στον εμποτισμό. Συμπεριφορά στην κάμψη (καμπύλωση): Χαμηλός βαθμός καμπύλωσης. Κατεργασία με μηχανήματα βαθμός στόμωσης εργαλείων: Κατεργασία καλή (δυσκολότερη από τα πεύκα). Συμπεριφορά στο κάρφωμα και στο βίδωμα: Ικανοποιητική συγκράτηση καρφιών και βίδας. Συμπεριφορά στη συγκόλληση: Ικανοποιητική συγκόλληση. Συμπεριφορά στη βαφή και το φινίρισμα: Καλό φινίρισμα, καλή βαφή. 50

52 2.1.5 Εμποτισμένη ξυλεία Ένα από τα βασικότερα ελαττώματα του ξύλου είναι ότι προσβάλλετε από μύκητες, έντομα, βακτήρια και άλλους μικροοργανισμούς. Επίσης το ξύλο αποτελείται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες, λιγνίνη και εκχυλίσματα. Τα δύο πρώτα συστατικά είναι υγροσκοπικά και για το λόγο αυτό το ξύλο είναι υγροσκοπικό υλικό δηλαδή οι διαστάσεις του μεταβάλλονται λόγω ρίκνωσης - διόγκωσης. Επιπλέον το ξύλο καίγεται. Για να αντιμετωπίσουμε τα μειονεκτήματα αυτά, υποβάλλουμε το ξύλο σε διάφορους χειρισμούς, όπως είναι ο εμποτισμός της μάζας του με διάφορες χημικές ουσίες και συντηρητικά ανάλογα με τη τελική χρήση του προϊόντος (βλέπε εικόνα 2.4). Ένα απλό παράδειγμα στη σημερινή πραγματικότητα αποδεικνύει το πόσο σκόπιμο είναι να χρησιμοποιούμε εμποτισμένο ξύλο σε κατασκευές. Μια συμβατική ξύλινη στέγη έχει μια φυσιολογική διάρκεια ζωής περίπου 30 χρόνια εφόσον η ξυλεία που χρησιμοποιήσαμε ήταν χωρίς προσβολές και εμποτισμό. Η ίδια στέγη κατασκευασμένη με το ίδιο ξύλο αλλά εμποτισμένη υπό πίεση με βορικά άλατα, κοστίζει 10% περισσότερο του συνολικού κόστους και έχει 5πλάσιο χρόνο ζωής. Εικόνα 2.4 Ξυλεία εμποτισμένη υπό πίεση με βορικά άλατα 51

53 Μέθοδοι εμποτισμού Οι πιο αποτελεσματικές μέθοδοι εμποτισμού του ξύλου είναι αυτές που γίνονται σε κλειστό κύλινδρο με άσκηση πίεσης και κενού μέσα σε κύλινδρο. Με τον τρόπο αυτό το υγρό εμποτιστικό εισχωρεί μέσα στα κενά του ξύλου και έτσι επιτυγχάνετε πλήρης προστασία του ξύλου. Η μέθοδος αυτή είναι η πιο αποτελεσματική και επιβάλλεται σε εξωτερικές εφαρμογές και ειδικότερα όταν η κατασκευή έρχεται σε επαφή με το νερό ή το έδαφος. Η κατασκευή όταν δεν κινδυνεύει από μύκητες, τότε μπορεί να εφαρμοστεί ο εμποτισμός του ξύλου με τη μέθοδο της απλής εμβάπτισης. Η μέθοδος αυτή είναι αρκετά διαδεδομένη στην ελληνική αγορά για κατασκευές στεγών, όπου χρησιμοποιούνται τα βορικά άλατα. Αυτό που θα πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι το εμβαπτισμένο ξύλο έχει μόνο επιφανειακή επάλειψη και όχι σε βάθος, σε αντίθεση προς το εμποτισμένο υπό πίεση που παρέχει απόλυτη προστασία Τι πρέπει να γνωρίζουμε Πρέπει να τονίσουμε ότι τα ξύλα που βρίσκει κάποιος στην αγορά και είναι εμποτισμένα είναι κυρίως το πεύκο και το έλατο. Το εμποτισμένο πεύκο είναι ασφαλώς πολύ καλύτερο για τεχνικούς λόγους. Το έλατο και η ερυθρελάτη δεν εμποτίζονται εύκολα, ούτε το ίδιο καλά και ομοιόμορφα. Πρέπει να γνωρίζουμε ότι στο εμποτισμένο ξύλο με άλατα βορίου, χαλκού κλπ. δημιουργείται ένας πολύ σταθερός χημικός δεσμός μεταξύ των μορίων της κυτταρίνης του ξύλου και των αλάτων, ο οποίος δεν επιτρέπει την έκπλυση των αλάτων στο περιβάλλον και κατά συνέπεια δεν υπάρχει κίνδυνος για αυτόν που θα χρησιμοποίηση το εμποτισμένο ξύλο. Το μόνο που πρέπει να προσέχουμε είναι το ξύλο να είναι ξηραμένο μετά τον εμποτισμό, διότι η χημική αυτή ένωση ολοκληρώνεται με το πέρας της ξήρανσης του ξύλου. Για λόγους προληπτικούς, αυτός που εργάζεται στην κατασκευή πρέπει να φοράει γάντια, ενώ απαγορεύεται η λείανση του εμποτισμένου ξύλου. Κάτι που επίσης συνιστάται είναι η επάλειψη της εμφανούς κατασκευής με λινέλαιο, λαδομπογιά, βερνίκι, ακρυλικό χρώμα γιατί με αυτό το τρόπο προστατεύουμε τη ξύλινη κατασκευή από την πρόσληψη και αποβολή υγρασίας. Απαγορεύεται αυστηρά η καύση του εμποτισμένου ξύλου σε σόμπες και τζάκια (Μαντάνης, 2012). 52

54 2.2 ΤΕΧΝΗΤΗ ΞΥΛΕΙΑ Εισαγωγή Η χρήση του ξύλου στην φυσική του κατάσταση είχε αρκετούς περιορισμούς που έπρεπε να λαμβάνονται υπόψη από τους κατασκευαστές αντικειμένων καθημερινής χρήσης! Εξαιτίας της υψηλής περιεκτικότητας υγρασίας, των ρόζων, της ανομοιομορφίας και των ατελειών του φυσικού ξύλου περιορίζεται η άμεση χρήση του ή απαιτούνται τεχνικές μεθόδους ξήρανσης, οι οποίες τελικά μας οδήγησαν στην παραγωγή τεχνητής ξυλείας ώστε να εξυπηρετούνται οι ανάγκες της αγοράς (Inter, Arkidekts, 2014). Η τεχνητή ξυλεία κατασκευάζεται από διάφορα κομμάτια ή ίνες σκληρής ή μαλακής ξυλείας. Με διάφορες μηχανικές και θερμικές κατεργασίες, τα κομμάτια αυτά συγκολλούνται μεταξύ τους σε μεγάλες πλάκες που έχουν επίπεδες επιφάνειες. Αυτές οι πλάκες επεξεργάζονται εύκολα και δεν παραμορφώνονται (Καλλιγέρης, 2014). Πλεονεκτήματα έναντι της πριστής ξυλείας Χαμηλότερη τιμή διάθεσης, αφού προέρχεται κυρίως από πρώτες ύλες χαμηλής ποιότητας με φθηνό κόστος αγοράς. Διατίθεται σε μεγαλύτερες επιφάνειες. Ευκολία κατεργασίας στα διάφορα ξυλουργικά εργαλεία και μηχανήματα. Μειονεκτήματα έναντι της πριστής ξυλείας Μικρότερες μηχανικές ιδιότητες. Υστερεί στη «φυσικότητα» και τη γοητεία που έχει το μασίφ ξύλο. Μειωμένη ανθεκτικότητα στην υγρασία. Δεν ενδείκνυται για εξωτερικούς χώρους. Για τη κατασκευή των ξύλινων σπιτιών, όπως έχει αναφερθεί πιο πάνω και θα αναφερθούμε στη συνέχεια, χρησιμοποιείται επικολλητή ξυλεία, CLT, LVL, OSB και δοκοί Ι. 53

55 2.2.2 Επικολλητή ξυλεία Το σύνθετο ή επικολλητό ξύλο (LAMINATED WOOD, ή GLUED LAMINATED TIMBER ή GLULAM), παράγεται με την συγκόλληση δύο τουλάχιστον στρώσεων ξύλου (ξυλόφυλλα έως λεπτές σανίδες), με τις ίνες παράλληλες μεταξύ τους. Οι στρώσεις του ξύλου μπορεί να ποικίλουν ως προς το είδος, τον αριθμό, το μέγεθος το σχήμα και το πάχος. Οι επιμέρους στρώσεις πριστών συγκολλώνται έτσι ώστε οι μεγαλύτερες πλευρές τους να εφάπτονται και οι ίνες τους να είναι παράλληλες (βλέπε εικόνα 2.5). Το πάχος των επιμέρους στρώσεων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 30 χιλ. Ωστόσο το πάχος αυτό μπορεί να φθάσει τα 40 χιλ. για ευθείες δοκούς, εάν το ξύλο είναι προσεκτικά επιλεγμένο και ξηραμένο και οι δοκοί δεν εκτίθενται σε ακραίες κλιματικές συνθήκες. Η υψηλή μηχανική αντοχή του προϊόντος, η αντοχή του στην πυρκαγιά, το μικρό ειδικό βάρος του, η μεγάλη ελαστικότητα και η υψηλή αισθητική και αρχιτεκτονική αξία του ξύλου, καθιστούν το σύνθετο ξύλο ασυναγώνιστο κατασκευαστικό υλικό. Έτσι αποτελεί τον φέροντα εμφανή σκελετό σε εντυπωσιακά κτίρια, όπως θολωτά κτίρια με άνοιγμα μέχρι 140 μ., αίθουσες πολλαπλών χρήσεων, αθλητικές εγκαταστάσεις, θέατρα, διάφορα στέγαστρα κ.α. Το ξύλο και οι κόλλες είναι οι βασικές πρώτες ύλες για την παραγωγή του σύνθετου ξύλου. Για φέροντα στοιχεία χρησιμοποιείται κυρίως ξύλο ερυθρελάτης, ψευδοτσούγκας (όρεγκον παϊν), δασικής πεύκης. Και άλλα είδη ξύλων μπορεί να χρησιμοποιηθούν, αρκεί οι μηχανικές και φυσικές τους ιδιότητες να είναι κατάλληλες για συγκεκριμένη χρήση. Είναι επίσης δυνατός και συνδυασμός ειδών, αρκεί να έχουν την ίδια συμπεριφορά σε ρίκνωση και διόγκωση (βλέπε εικόνα 2.6). Τα προς συγκόλληση πριστά πρέπει να είναι ξηραμένα στο ίδιο ποσοστό υγρασίας, το οποίο να ισούται με την υγρασία ισορροπίας του περιβάλλοντος, στο οποίο θα χρησιμοποιηθεί το επικολλητό ξύλο (Κακαράς, 2003). Εικόνα 2.5 Επικολλητό ξύλο με παράλληλες ίνες Εικόνα 2.6 Συνδυασμός ειδών 54

56 2.2.3 CLT (Cross Laminated Timber) Η σταυρωτή επικολλητή ξυλείας (CLT) ορίζεται ως ένα προκατασκευασμένο στερεό προϊόν κατασκευασμένο από ξύλο, που κατασκευάζεται από τουλάχιστον τρία ορθογώνια συνδεδεμένα στρώματα της στερεής πριστής ξυλείας ή δομικής σύνθετης ξυλείας και το οποίο πλαστικοποιείται με την κόλληση των διαμηκών και εγκάρσιων στρωμάτων με συγκολλητικά δομικά για σχηματισμό στερεού ορθογώνιου σχήματος, ευθεία ξύλινη επιφάνεια, που προορίζεται για εφαρμογές οροφής, δαπέδου ή τοίχων (WoodSolutions, 2012) (βλέπε εικόνα 2.7). Εικόνα 2.7 CLT ξυλεία Χαρακτηριστικά στοιχεία Ξυλοπλάκες συμπαγούς ξυλείας, επικολλημένες σε στρώσεις σταυροειδούς διάταξης. Συνήθως χρησιμοποιείται ξυλεία κωνοφόρων μικρής ή μέτριας αντοχής (ελάτη, ερυθρελάτη). Γίνεται επίστρωση σε μονό αριθμό στρώσεων, σε γωνία 90 μεταξύ τους (η λογική του αντικολλητού). Εξαιρετική αντοχή για εξωτερική και εσωτερική τοιχοποιία. Συμμετρικό ως προς τη μεσαία στρώση. Πάχη: 9 30cm. Διαστάσεις: ενιαία τεμάχια 3,5m (Υ) x 13,5-16m (M). Σύνδεση σανίδων κατά μήκος με finger joint, μέχρι μήκους 16m. Επάλειψη επιφανειών με κόλλα και «σταυρωτή» επίστρωση (δεν υπάρχει πλευρική συγκόλληση). 55

57 2.2.4 LVL (laminated veneer lumber) Η σύνθετη πριστή ξυλεία LVL (βλέπε εικόνα 2.8) αποτελείται από πολλά ξυλόφυλλα συγκολλημένα σε πρέσα με τις ίνες των ξυλοφύλλων παράλληλες μεταξύ τους. Για την παραγωγή του μπορεί να χρησιμοποιηθούν, ως πρώτη, ύλη κορμοί ξύλου διαφόρων μεγεθών, ποιοτήτων και ειδών. Κορμίδια κωνοφόρων είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα, αλλά δοκιμάζονται και άλλα είδη όπως η Λεύκη. Στη Β. Αμερική χρησιμοποιείται κυρίως η ψευδοτσούγκα (Oregon pine) και διάφορα είδη πεύκης (Κακαράς, 2003). Εικόνα 2.8 Σύνθετη πριστή ξυλεία LVL Πλεονεκτήματα Είναι πιο ομοιογενές και με περισσότερο ομοιόμορφη κατανομή των ιδιοτήτων του σε όλη τη μάζα του. Έχει υψηλότερη μηχανική αντοχή σε σχέση με την πριστή ξυλεία των ιδίων διαστάσεων. Δεν παρουσιάζει τυπικά σφάλματα που συναντάμε στα πριστά όπως στρεβλώσεις διαφόρων τύπων, ραγάδες κ.α. Εμποτίζεται ευκολότερα σε σχέση με τα πριστά του ιδίου είδους. Εφαρμογές Kατασκευές στεγών. Ξυλεία σκαλωσιών. Σε προκατασκευές σπιτιών για πλαίσια και πάνελ τοίχων. Λόγω της υψηλής αντοχής του χρησιμοποιείται σαν υλικό στρώσεων σε σύνθετες δοκούς, στο μέρος εκείνο της δοκού όπου ασκούνται τάσεις εφελκυσμού. 56

58 2.2.5 Μοριοσανίδες τύπου Ο.S.Β. Το OSB (Oriented Strand Board) είναι μία ξυλοπλάκα δομικών κατασκευών η οποία αποτελείται από μεγάλων διαστάσεων μακρόστενα ξυλοτεμαχίδια (πλανίδια) προσανατολισμένα σε ορισμένη διεύθυνση στο επίπεδο της πλάκας (βλέπε εικόνα 2.9) και συγκολλημένα με συνθετική συγκολλητική ουσία. Παράγεται ως τρίστρωμη ή πεντάστρωμη πλάκα από ξυλοτεμαχίδια μακρόστενα ονομαζόμενα strands, μήκους 75 mm, πλάτους mm και πάχους 0,4-0,7 mm, τα οποία στις επιφανειακές στρώσεις είναι προσανατολισμένα παράλληλα ενώ στη μεσαία στρώση κάθετα προς το μήκος της ξυλοπλάκας. Δηλαδή το προϊόν έχει παρόμοια δομή με εκείνη του αντικολλητού (οι ίνες των διαδοχικών ξυλοφύλλων σχηματίζουν γωνία 90 ) με τη διαφορά ότι αντί των ξυλοφύλλων δομείται από μεγάλα ξυλοτεμαχίδια. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιούνται μικρής ή μέσης διαμέτρου κωνοφόρα ή διασπορόπορα πλατύφυλλα και ως συγκολλητικές ουσίες η φαινόλη φορμαλδεΰδη, η μελαμίνη ουρία φαινόλη φορμαλδεΰδη. Λόγω του μικρότερου κόστους παραγωγής ανταγωνίζεται επιτυχώς το αντικολλητό σε πολλές χρήσεις και σε ορισμένες έχει υποκαταστήσει επίσης την πριστή ξυλεία (Λυκίδης, Χ. & Γρηγορίου, Α. 2005). Εικόνα 2.9 Ξυλοπλάκα OSB Πλεονεκτήματα Η μοριοσανίδα Ο.S.Β. παρουσιάζει αυξημένη μηχανική αντοχή σε κάμψη και ελαστικότητα. Παρουσιάζει διαστασιακή σταθερότητα, περιορισμένη διόγκωση και ανθεκτικότητα στην υγρασία. Εφαρμογές Πλάκες ξυλοτύπων για μπετό, σανίδωμα στεγών και πάνελ επικάλυψης εσωτερικών και εξωτερικών τοίχων κατοικιών, πατώματα, ταβάνια και για κουτιά εμπορευμάτων. 57

59 2.2.6 Δοκοί τύπου Ι Οι δοκοί τύπου Ι (βλέπε εικόνα 2.10) είναι κατασκευασμένοι από συνδυασμό δομικών ξύλων. Αποτελούνται από πάνω και κάτω "φλάντζες" που ανθίστανται στην κάμψη, ένταση και από συμπιεστικές τάσεις, οι οποίες "φλάντζες" μπορούν να κατασκευαστούν από μασίφ ξύλο ή LVL, και μια ενδιάμεση μεμβράνη η οποία μεταφέρει δυνάμεις διάτμησης μεταξύ των φλαντζών, οι οποίες είναι από κόντρα πλακέ ή από πλάκες προσανατολισμένων ξυλοτεμαχιδίων (ΟSB) (Structural timber Products Guide, 2014). α Εικόνα 2.10 Δοκοί τύπου Ι (α) στο εργαστήριο και ( β) στην οικοδομή β Χαρακτηριστικά στοιχεία Ανώτερη δύναμη ανά αναλογία βάρους από τα παραδοσιακά δοκάρια. Χρησιμοποιείται 40-60% λιγότερο υλικό από την παραδοσιακή μέθοδο. Ευκολότερη εγκατάσταση ηλεκτρολογικών και μονωτικών υλικών. Παρουσιάζει ευθυτενείς και ομοιόμορφες διαστάσεις. Εύκολο στη χρήση και την εγκατάσταση. Μεγάλα μήκη. Ηχομονωτικό υλικό αποτρέποντας «τριξίματα» στα πατώματα ορόφων. Σταθερό, ελαχιστοποιείτε θέμα συρρίκνωσης, στρέβλωσης, διάσπασης και κουνήματος. Χρησιμοποιείται σε στέγη, δάπεδο ορόφου και σε εσωτερικό τοίχο. Απλό στο κόψιμο και στο τρύπημα. (Timber Engineering Europe, 2014). 58

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ & ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι σύγχρονες μέθοδοι που εφαρμόζονται σήμερα στην κατασκευή των κτηρίων δίνουν έμφαση στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην προστασία των δομικών στοιχείων των κατασκευών από εξωτερικούς παράγοντες με σκοπό την βελτίωση της ποιότητας τους. Στην κατεύθυνση αυτή θεωρείται πλέον αυτονόητη η εφαρμογή μονώσεων στα κτήρια και πιο συγκεκριμένα η εφαρμογή μεθόδων υγρομόνωσης, θερμομόνωσης και ηχομόνωσης (βλέπε σχήμα 3.1). Σχήμα 3.1 Σχηματική παράσταση μόνωσης Η θερμομόνωση ενός σπιτιού καθορίζεται από την θερμοχωρητικότητα των υλικών κατασκευής του, δηλαδή από την ποσότητα της θερμότητας που πρέπει να απορροφήσουν τα υλικά αυτά για να αρχίσει μετά να θερμαίνεται και ο εσωτερικός χώρος. Το ξύλο έχει μικρή θερμοχωρητικότητα ως υλικό, σε αντίθεση με τα συμβατικά υλικά, όπως μπετόν και πέτρα, που έχουν μεγάλη θερμοχωρητικότητα, το οποίο σημαίνει ότι το ξύλινο σπίτι θερμαίνεται πολύ πιο γρήγορα. Π.χ. ένα ξύλινο σπίτι 100 m2 περίπου θα έρθει στο εσωτερικό του στην επιθυμητή θερμοκρασία των 22 C με εξωτερική θερμοκρασία 0-5 C σε διάστημα 2 ωρών περίπου, σε αντίθεση με το μπετόν και τη πέτρα που χρειάζονται περίπου 24 ώρες. Το ξύλο είναι 9 φορές πιο μονωτικό από το μπετόν, 700 φορές από τον σίδηρο και φορές από το αλουμίνιο. Το ξύλο είναι το πιο ζεστό δομικό υλικό, οπότε με τα κατάλληλα θερμομονωτικά υλικά (στην τοιχοποιία, τη στέγη και στο μεσοπάτωμα) υπάρχει απόλυτη ζέστη τον 59

61 χειμώνα και δροσιά το καλοκαίρι με ελάχιστα έξοδα ρύθμισης και ενίσχυσης της εσωτερικής θερμοκρασίας (air condition, τζάκι κ.α.). Αυτό επιτυγχάνεται αφού το ξύλο λειτουργεί ως ένας φυσικός και βιολογικός ρυθμιστής της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας του αέρα στο εσωτερικό του κτιρίου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, να δημιουργείται στο εσωτερικό του κτιρίου ένα ισορροπημένο κλίμα και μια ευχάριστη ατμόσφαιρα, που δεν επηρεάζεται από τον καιρό που επικρατεί στο εξωτερικό περιβάλλον. Ένα καλά μονωμένο κτίριο είναι πολύ πιο οικονομικό καθώς απαιτεί λιγότερη ενέργεια για τη θέρμανση και την ψύξη του, πράγμα που σημαίνει ότι είναι και πιο φιλικό για το περιβάλλον. Επιπλέον, με τη νέα κοινοτική οδηγία, είναι υποχρεωτική η ενεργειακή πιστοποίηση όλων των κτηρίων, παλαιών και νέων, και συνεπώς η ενεργειακή ταυτότητα τους είναι πλέον ελέγξιμη, γεγονός που καθιστά απαραίτητη την ποιότητα που προσφέρει η θερμομόνωση στην κατασκευή. Οι θερμικές απώλειες σε ένα κτίριο είναι αδύνατο να μηδενιστούν, παρά μόνο να περιοριστεί η ένταση του φαινομένου με μια καλή θερμομόνωση και σωστή χρήση του κτιρίου. Οι κατά καιρούς έρευνες απέδειξαν ότι μια σωστή θερμομόνωση, που απαιτεί περίπου το 2-5% του αρχικού κόστους κατασκευής του κτιρίου, μπορεί να εξοικονομήσει μέχρι και 50% του κόστους λειτουργίας της θέρμανσής του. Όσον αφορά την ηχομόνωση των κτηρίων, μπορούμε να καταλάβουμε όλοι την σημασία της για την ορθή και ομαλή διαβίωση των ανθρώπων. Η ηχητική ρύπανση είναι ειδικά στις μέρες μας συχνό φαινόμενο και η εφαρμογή ηχομόνωσης είναι πλέον απαραίτητη. Σκοπός της ηχομόνωσης είναι να εμποδίσει την μετάδοση ανεπιθύμητων ήχων στο εσωτερικό ενός κτιρίου, παρέχοντας στους ενοίκους ένα ήρεμο ακουστικό περιβάλλον, αλλά και να εμποδίσει τους ήχους που παράγονται μέσα σε ένα χώρο να μεταδοθούν στο εξωτερικό περιβάλλον. Συνήθως η ηχομόνωση γίνεται με χρήση υαλοβάμβακα ή πετροβάμβακα για τις τοιχοποιίες και με εξηλασμένη πολυστερίνη αν αναφερόμαστε σε δάπεδα. Χρησιμοποιώντας έτσι διαφορετικά υλικά και διατάξεις μειώνεται η ένταση του ήχου που φτάνει στον δέκτη εντός του κτηρίου. Η υγρομόνωση, δηλαδή η προστασία ενός κτιρίου από τις πιθανές διαδρομές του νερού, είναι ένα ζήτημα που ταλαιπωρεί συχνά και αρκετά τους ιδιοκτήτες. Δεδομένου ότι είναι ένα στοιχείο της κατασκευής που δεν είναι ορατό και απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις, οι ιδιοκτήτες πρέπει να αποτίνονται σε ειδικό της ποιότητας αυτής της παραμέτρου, όταν κατασκευάζει ένα κτίριο (4 my house, 2014). 60

62 Η θερμομόνωση της οροφής αποτελεί μια από τις πιο αποτελεσματικές παρεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας σε ένα κτήριο. Το δώμα αποτελεί το πιο ευπαθές δομικό στοιχείο σε ένα κτήριο. Καταπονείται από τον ήλιο, τον άνεμο, τη βροχή και το χιόνι. Υπάρχουν σήμερα εξαιρετικές λύσεις θερμομόνωσης των δωμάτων που μειώνουν σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη και ανακουφίζουν τους κατοίκους από την υπερθέρμανση το καλοκαίρι και τις χαμηλές θερμοκρασίες το χειμώνα. Επίσης το δώμα πρέπει να θερμομονώνεται και για έναν πρόσθετο λόγο, αυτόν της προστασίας της πλάκας οροφής από τη διάβρωση και τις καιρικές μεταβολές που σταδιακά την αποσαθρώνουν. Η θερμομόνωση του δώματος ή κεκλιμένης στέγης (βλέπε σχήμα 3.2) και η τοποθέτηση αντεστραμμένου δώματος αποτελούν μια σίγουρη ενέργεια για την ενεργειακή θωράκιση του κτηρίου και συμβάλουν σημαντικά στη διαμόρφωση καλών συνθηκών θερμικής άνεσης στους υποκείμενους χώρους, τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι (Χτίζοντας το μέλλον, 2014). Σχήμα 3.2 Θερμομόνωση κεκλισμένης στέγης Με την προσθήκη θερμομόνωσης σε μια μη μονωμένη οροφή, ο συντελεστής θερμοπερατότητας του δομικού στοιχείου μειώνεται κατά 50-70%. Η εγκατάσταση θερμομόνωσης σε οροφές αποτελεί πλέον μια ευρέως γνωστή τακτική η οποία γίνεται από εκπαιδευμένο προσωπικό το οποίο διασφαλίζει τη σωστή εφαρμογή της στην οροφή ενώ τα θερμομονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται διαθέτουν πιστοποιημένα ιδιότητες που εξασφαλίζουν την ενεργειακή τους απόδοση. 61

63 3.2 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΗΧΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Πρακτικά, η ποιότητα ενός υλικού εξαρτάται από τον θερμικό συντελεστή λ, που αυξάνεται με το πάχος του υλικού, και την υδροαπορροφητικότητά του. Δηλαδή ισχύει ο γενικός κανόνας ότι, όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος ενός υλικού, τόσο μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα έχει. Το μειονέκτημα των περισσότερων θερμομονωτικών υλικών είναι ότι η επαφή με την υγρασία μειώνει τον αρχικό συντελεστή λ και σταδιακά χάνουν τις θερμομονωτικές τους ιδιότητες. Τα κυριότερα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι η εξηλασμένη πολυστερίνη η διογκωμένη πολυστερίνη (φελιζόλ), και ινώδη υλικά όπως ο πετροβάμβακας και ο υαλοβάμβακας Εξηλασμένη πολυστερίνη Το δημοφιλέστερο μονωτικό υλικό είναι η εξηλασμένη πολυστερίνη (βλέπε εικόνα 3.3), που χρησιμοποιείται στο 80% των κατασκευών. Πρόκειται για ένα πολυμερές παράγωγο πετρελαίου, κλειστής κυψελωτής δομής. Αυτό το χαρακτηριστικό την καθιστά πολύ ανθεκτική στην υγρασία και επομένως της προσδίδει μεγάλο χρόνο ζωής. Ένα υλικό με υψηλή θερμομονωτική ικανότητα, άριστη συμπεριφορά στην υγρασία και υψηλές μηχανικές αντοχές. Διατίθεται σε πολλές ποιότητες και πάχη. Εικόνα 3.3 Εξηλασμένη πολυστερίνη Διογκωμένη πολυστερίνη Η διογκωμένη πολυστερίνη (βλέπε εικόνα 3.4) είναι ένα ακόμα πολυμερές παράγωγο του πετρελαίου το οποίο όμως διογκώνεται με αέρα και μετά πρεσάρεται ώστε να πάρει τη γνωστή μορφή του φελιζόλ. Απορροφά εύκολα υγρασία και έτσι χάνει τις 62

64 ιδιότητές της με την πάροδο του χρόνου. Η πιο κατάλληλη χρήση της είναι για τη μόνωση διπλής τοιχοποιίας, σαν ενδιάμεσο υλικό, αν και σταδιακά μειώνεται η χρήση της. Εικόνα 3.4 Διογκωμένη πολυστερίνη Ορυκτοβάμβακες Οι ορυκτοβάμβακες (πετροβάμβακας (βλέπε εικόνα 3.5), υαλοβάμβακας (βλέπε εικόνα 3.6)), είναι τα πιο διαδεδομένα ηχομονωτικά υλικά και τοποθετούνται, στην περίπτωση απλής τοιχοποιίας προσθέτοντας έναν ανεξάρτητο σκελετό στον οποίο εφαρμόζεται ο ορυκτοβάμβακας σε μικρή απόσταση από τον τοίχο και στη συνέχεια καλύπτεται με γυψοσανίδα, ενώ στη διπλή τοιχοποιία τοποθετείται ανάμεσα στο κενό των δύο τοίχων. Τα κενά που αφήνουμε ανάμεσα στον τοίχο και το ηχομονωτικό υλικό, αυξάνουν πάντα την ηχομονωτική ικανότητα της κατασκευής (4 my house, 2014). α Εικόνα 3.5 Πετροβάμβακας (α) σε πλάκα (β) σε ρολό β α Εικόνα 3.6 Υαλοβάμβακας (α) σε πλάκα (β) σε ρολό β 63

65 3.2.4 VITAL Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα της διύλισης του ξύλου είναι η σύγχρονη φινλανδική ξυλεία μόνωσης ινών VITAL (βλέπε εικόνα 3.7). Είναι κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σε όλο τον κόσμο. Γίνεται συνεχής ανάπτυξη του προϊόντος για να διευρύνει την επιλογή του σε παγκόσμια κλίμακα. Εικόνα 3.7 Μονωτικό υλικό VITAL Ένα κυβικό μέτρο ξύλου κάνει 10 κυβικά μέτρα VITAL μόνωση, η οποία έχει 20 φορές μεγαλύτερη ικανότητα μόνωσης. Διαθέτει μοναδικά χαρακτηριστικά που τους προσδίδουν την ποιότητα της κατασκευής και διαβίωσης. Ασφαλείς και υγιής επιλογή Η Vital μόνωση είναι μια ασφαλής και υγιής επιλογή για την μοντέρνα κατασκευή και διαβίωση. Είναι ένα καθαρό, φιλικό προς το περιβάλλον προϊόν που ταιριάζει επίσης και για άτομα με αλλεργίες, δεδομένου ότι το προϊόν κατασκευάζεται από αγνές φυτικές πρώτες ύλες. Vital είναι μια μόνωση που χτίζει ένα υγιές σπίτι. Συμπαγής και φυσική αναπνοή Δεσμεύει και απελευθερώνει την υγρασία, διατηρώντας έτσι καλές ιδιότητες θερμομόνωσης και εξισορροπεί τις διακυμάνσεις της υγρασίας στον αέρα εσωτερικών χώρων. 64

66 Πρώτες ύλες Κατασκευάζεται από ξύλο με βάση το οξυγόνο, χωρίς βακτήρια, ίνες πολτού, ίνες θερμότητας, με βάση την κυτταρίνη και το ουδέτερο ρη. Παράγει προστασία τόσο σε αντοχή φωτιάς όσο και βιολογική προστασία. Ο παράγοντας προστασίας προστίθεται στο προϊόν σε υγρή μορφή, ως ένα ουδέτερο διάλυμα, έτσι ώστε να απορροφάται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την μονωτική μάζα (CONUS, 2014). Τυποποιημένες διαστάσεις Πάχος 45, 50, 70, 75, 95, 100, 120, 125, 145 και 150 mm Πλάτος 565 χιλιοστά Μήκος 870 χιλιοστά Πίνακας 3.1 Vital - U-τιμές σε διαφορετικά πάχη d m U-value ( mm ) ( m 2 K/W ) ( W/(m 2 K) ) 20 0,54 1, ,81 1, ,08 0, ,35 0, ,62 0, ,89 0, ,16 0, ,43 0, ,70 0, ,97 0, ,24 0, ,51 0, ,78 0, ,05 0,24 U-value ποιότητας W / m2k d = πάχος m = αντοχή στη θερμότητα 65

67 3.3 ΥΓΡΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Ασφαλτικά Τα ασφαλτικά κατασκευάζονται από υλικά με βάση την άσφαλτο. Δεν κολλάνε, δεν είναι εύφλεκτα και δεν περιέχουν διαλύτες. Η κατανάλωση τους εξαρτάται από το ποσό της απορρόφησης και την δομή της επιφάνειας στην οποία εφαρμόζονται. Είναι διαθέσιμα σε δοχεία των 18 kg. Είναι ιδανικά για δάπεδα, επικλινείς στέγες και για ανακατασκευή δωμάτων. Χρησιμοποιείται και σε συνδυασμό με σκυρόδεμα και άμμο, δημιουργώντας ένα κονίαμα με άριστες μηχανικές αντοχές. Εφαρμόζεται ακόμα και αν οι επιφάνειες είναι βρεγμένες Αυτοκόλλητα ασφαλτόπανα Τα αυτοκόλλητα ασφαλτόπανα συνδυάζουν την αξιοπιστία των στεγανωτικών μεμβρανών σε σχέση με επαλειφόμενα υλικά με την ευκολία στην εφαρμογή. Είδη αυτοκόλλητων ασφαλτόπανων είναι: Ασφαλτόπανα χωρίς επικάλυψη (μαύρα). Ασφαλτόπανα με επικάλυψη ψηφίδα. Ασφαλτόπανα με επικάλυψη φιλμ αλουμινίου. 66

68 3.4 ΑΛΛΑ ΥΛΙΚΑ Τσιμεντοσανίδες Τσιμεντοσανίδες εξωτερικής χρήσης (ίνες ξύλου ή ίνες πολυμερών αναμεμιγμένες με τσιμέντο υψηλής πίεσης και πιεσμένες σε συμπαγή πλάκα) (βλέπε εικόνα 3.8). Οι τσιμεντοσανίδες συνδυάζουν ιδιαίτερες μηχανικές αντοχές και αποτελούν το ιδανικό υπόβαθρο για την επένδυση διακοσμητικών πλακιδίων σε υγρούς χώρους. Η κοπή της γίνεται εύκολα με τη χρήση ενισχυμένης φαλτσέτας. Τοποθετείται οριζόντια με τη λεία πλευρά σε επαφή στους ορθοστάτες και την άγρια (τυπωμένη) πλευρά εμφανή. Εικόνα 3.8 Τσιμεντοσανίδες Τεχνικές προδιαγραφές Πίνακας 3.2 Φυσικές Ιδιότητες Πλάτος (mm) 1200 Μήκος (mm) 900, 2000, 2500, 2800 Πάχος (mm) 12,5 Ξηρή πυκνότητα (kg/m3) 1050 Αντίσταση στην κάμψη (Ν/mm2) 8,75 Μέτρο ελαστικότητας (Ν/mm2) Περίπου 5000 Θερμική αγωγιμότητα λr(w/(m K)) 0,36 Διαπερατότητα υδρατμών μ (-) 50 Θερμοδιαστολή (10-6/ Κ) 7 67

69 3.5 ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Θερμοπερατότητα είναι η ποσότητα θερμότητας ανά μονάδα χρόνου που περνά μέσα από 1m 2 στοιχείου κατασκευής με πάχος d(m) όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των επιφανειών αυτών είναι ίση με 1 0 K. (W/m 2 K). Σύμφωνα με τον νέο Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης των Κτηρίων ο συντελεστής θερμοπερατότητας για τους εξωτερικούς τοίχους ανάλογα με την κλιματική ζώνη είναι (Εφημερίς της Κυβερνήσεως, 2010): Πίνακας 3.3 ΔΟΜΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ Εξωτερικοί τοίχοι σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα. ΣΥΜΒΟΛΟ kw Συντελεστής Θερμοπερατότητας (W/m 2.K) ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ Α Β Γ Δ 0,60 0,50 0,44 0,33 Οι κλιματικές ζώνες για όλους τους νομούς της Ελλάδας είναι : Πίνακας 3.4 ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ ΝΟΜΟΙ ΖΩΝΗ Α Ηρακλείου, Χανιών, Ρεθύμνου, Λασιθίου, Κυκλάδων, Δωδεκανήσου, Σάμου, Μεσσηνίας, Λακωνίας, Αργολίδας, Ζακύνθου, Κεφαλληνίας & Ιθάκης, Κύθηρα & νησιά Σαρωνικού (Αττικής), Αρκαδίας (πεδινή). ΖΩΝΗ Β Αττικής (εκτός Κυθήρων & νησιών Σαρωνικού), Κορινθίας, Ηλείας, Αχαΐας, Αιτωλοακαρνανίας, Φθιώτιδας, Φωκίδας, Βοιωτίας, Ευβοίας, Μαγνησίας, Λέσβου, Χίου, Κέρκυρας, Λευκάδας, Θεσπρωτίας, Πρέβεζας, Άρτας. ΖΩΝΗ Γ Αρκαδίας (ορεινή), Ευρυτανίας, Ιωαννίνων, Λάρισας, Καρδίτσας, Τρικάλων, Πιερίας, Ημαθίας, Πέλλης, Θεσσαλονίκης, Κιλκίς, Χαλκιδικής, Σερρών (εκτός ΒΑ τμήματος), Καβάλας, Ξάνθης, Ροδόπης, Έβρου. ΖΩΝΗ Δ Γρεβενά, Κοζάνη, Καστοριά, Φλώρινα, Σερρών (ΒΑ τμήμα), Δράμας. 68

70 Στο πιο κάτω σχήμα 3.9 βλέπουμε τέσσερις (4) τύπους εξωτερικών τοίχων με το ανάλογο πάχος και το συντελεστή θερμοπερατότητας. Σχήμα 3.9 Πάχος και θερμοπερατότητα Εξωτερικών τοίχων (Conus, 2014) Αυτό δείχνει σαφώς ότι η τέταρτη περίπτωση με τοίχο με τούβλα και με μόνωση με πάχος 250mm και συντελεστή θερμοπερατότητας 0,74 1,22 δεν καλύπτει τις απαιτήσεις καμιάς περιοχής στην Ελλάδα(0,60-0,33), αλλά ίσως είναι καλός για την Αφρική. Η δεύτερη περίπτωση με επικολλητό κορμό 180mm και συντελεστή 0,61 θα ήταν οριακά μη επιτρεπτή για την Κρήτη και τις Κυκλάδες (0,60). Η πρώτη και η τρίτη περίπτωση με τον μονωτικό κορμό με πάχος 248mm και τον πολλαπλό επικολλητό κορμό με πάχος 500mm αντίστοιχα, και με συντελεστή θερμοπερατότητας 0,21 υπερκαλύπτει με όλες τις περιοχές της Ελλάδας και σε μεγάλο υψόμετρο. ΟΡΘΟΓΩΝΙΟΣ ΚΟΡΜΟΣ ΧΩΡΙΣ ΜΟΝΩΣΗ Πίνακας 3.5 Πάχος κορμού σε mm. Συντελεστής θερμοπερατότητας Κ W/m2k 180 0, , , , , , ,06 Όλοι οι συντελεστές Κ στον πίνακα αυτό του τοιχίου που αποτελείτε μόνο από έναν κορμό (χωρίς την προσθήκη μόνωσης) είναι μεγαλύτεροι του 0,60 W/m2k. Αυτό σημαίνει ότι η θερμομονωτική τους ικανότητα είναι μικρότερη της θερμομονωτικής ικανότητας ενός διπλού δρομικού τοίχου με μόνωση Κ= 0,55 W/m2k (του κοινού τοίχου με διπλό τούβλο και μόνωση που έχουν οι περισσότεροι από εμάς στα ενεργοβόρα σπίτια τους). 69

71 ΟΡΘΟΓΩΝΙΟΣ ΚΟΡΜΟΣ ΜΕ ΜΟΝΩΣΗ Πίνακας 3.6 πάχος εξωτερικού κορμού σε mm ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Κ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΠΑΧΟΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΚΟΡΜΟΥ πάχος εσωτερικής μόνωσης πετροβάμβακα σε mm πάχος εσωτερικής ξύλινης επένδυσης σε mm Συντελεστής θερμοπερατότητας Κ W/m2k , , , , ,29 Στους παραπάνω πίνακες συμπεραίνουμε σαφώς ότι ή μεγαλύτερη μείωση του Κ επιτυγχάνεται μόνο με την αύξηση του πάχους Πίνακας 3.7 ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Κ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΠΑΧΟΣ ΜΟΝΩΣΗΣ πάχος εξωτερικού κορμού σε mm πάχος εσωτερικής μόνωσης πετροβάμβακα σε της μόνωσης. Από την άλλη μεριά όσο και αν αυξηθεί το πάχος του ξύλινου κορμού ο συντελεστής θερμοπερατότητας μειώνεται ελάχιστα (Easy Green, 2014). mm πάχος εσωτερικής ξύλινης επένδυσης σε mm ΔΙΠΛΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΙΧΙΟ ΜΕ ΜΟΝΩΣΗ Πίνακας 3.8 Συντελεστής θερμοπερατότητας Κ W/m2k , , , ,13 πάχος εξωτερικού κορμού σε mm πάχος εσωτερικής μόνωσης σε mm πάχος εσωτερικού κορμού σε mm Συντελεστής θερμοπερατότητας Κ W/m2k , , ,23 70

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ & ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ξύλο, ένα ανανεώσιμο φυσικό και μη τοξικό υλικό, κάνει τις ξύλινες κατοικίες οικολογικές και αντισεισμικές, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας αφού είναι άριστο θερμομονωτικό υλικό και επίσης διαθέτει καλές αντοχές στη φωτιά. Ο ρυθμός με τον οποίο διαδίδεται η φλόγα σε ένα αντικείμενο είναι αντιστρόφως ανάλογος με το γινόμενο τριών βασικών φυσικών ιδιοτήτων του, δηλαδή της πυκνότητας, της θερμοχωρητικότητας και της θερμικής αγωγιμότητας του. Επιπλέον με τις διάφορες κατηγορίες αντοχών του και με τον συνδυασμό με άλλα υλικά μπορούμε να σχεδιάσουμε και να κατασκευάσουμε μια ξύλινη κατασκευή με ανθεκτικότητα στο χρόνο, όπως κατασκευές στη Φινλανδία όπου με απλή συντήρηση, διατηρούνται εδώ και πεντακόσια (500) χρόνια! 4.2 ΠΡΟΤΥΠΑ ΕΝ : Ταξινόμηση δομικών προϊόντων έναντι της φωτιάς. Η ταξινόμηση των δομικών προϊόντων (υλικών και στοιχείων) γίνεται με το πρότυπο ΕΝ το οποίο αποτελείται από 5 μέρη. Το πρώτο τμήμα του ΕΝ αφορά την κατηγοριοποίηση (classification) με βάση την συμπεριφορά των υλικών σχετικά με την αντίδρασή τους στη φωτιά (reaction to fire). Τα ,3,4 αφορούν την κατηγοριοποίηση (classification) των δομικών στοιχείων με βάση την πυραντίστασή τους. Το αφορά την κατηγοριοποίηση των στεγών σε προσβολή εξωτερικής φωτιάς (Παπαϊωάννου, Κ. & Φούντη, Μ. 2008). Προϊόντα πετασμάτων με βάση το ξύλο Ελάχιστη πυκνότητα (kg/m3) Ελάχιστο πάχος (mm) Πετάσματα από συμπαγές ξύλο Πλάκες OSB Αντικολλητή ξυλεία Πίνακας 4.1 Κατηγορίες επιδόσεων όσον αφορά την αντίδραση στη φωτιά των πετασμάτων με βάση το ξύλο 71

73 4.2.2 ΕΝ 338/1995 : Structural timber Strength classes. Δομική ξυλεία Κατηγορίες Αντοχής. Το πρότυπο αυτό παρέχει χαρακτηριστικές ιδιότητες αντοχής και ακαμψίας και τιμές πυκνότητας για κάθε κατηγορία, καθώς και τους κανόνες για την κατανομή των πληθυσμών ξυλείας (π.χ. συνδυασμούς είδους, πηγής και ποιοτικής κατηγορίας) στις διάφορες κατηγορίες. Το πρότυπο αυτό εφαρμόζεται σε κάθε ξυλεία κωνοφόρων (μαλακή) και ξυλεία πλατύφυλλων (σκληρή) για κατασκευαστική χρήση (Ευρωκώδικας 5, 2010). Πίνακας 4.2 Κατηγορίες αντοχών για φυσική ξυλεία κωνοφόρων και λεύκη (ΕΛΟΤ ΕΝ 338) MPa Αντοχές (N/mm 2 ) Σύμβολο C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 Κάμψη Fm,k Εφελκυσμός // στις ίνες Εφελκυσμός κάθετα στις ίνες Θλίψη // στις ίνες Θλίψη κάθετα στις ίνες ft,0,k ft,90,k 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 fc,0,k fc,90,k 2 2,2 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 Διάτμηση fv,k 1,7 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5 2,8 3,0 3,4 3,8 GPa Μέσο μέτρο ελαστικότητας // στις ίνες (0,05%) μέτρο ελαστικότητας // στις ίνες Μέσο μέτρο ελαστικότητας κάθετα στις ίνες Μέσο μέτρο διάτμησης Kg/m³ E 0, mean , , E 0,05 4,7 5,4 6 6,4 6,7 7,4 7,7 8 8,7 9,4 E 90, mean 0,23 0,27 0,3 0,32 0,33 0,37 0,38 0,4 0,43 0,47 G mean 0,44 0,5 0,56 0,59 0,63 0,69 0,72 0,75 0,81 0,88 Μέση τιμή πυκνότητας P mean Χαρακτηριστική τιμή πυκνότητας P k

74 4.2.3 ΕΝ 1194 : Timber structures Glued laminated timber Strength classes and determination of characteristic values. Ξύλινες κατασκευές Επικολλητή ξυλεία από φύλλα Κατηγορίες αντοχής και προσδιορισμός χαρακτηριστικών τιμών. Η προδιαγραφή αυτή καθορίζει κατηγορίες οριζόντιας δομικής επικολλητής ξυλείας τεσσάρων ή περισσοτέρων στρώσεων σύμφωνα με τη δύναμη αντοχής τους. Η προδιαγραφή αυτή περιορίζεται σε επικολλητά από ξυλεία κωνοφόρων (Ευρωκώδικας 5, 2010). MPa Αντοχές (N/mm 2 ) Πίνακας 4.3 Κατηγορίες αντοχών για επικολλητή ξυλεία (ΕΛΟΤ ΕΝ 1194) Σύμβολο GL24h GL28h GL32h GL36h GL24c GL28c GL32c GL36c Ομοιογενής επικολλητή ξυλεία Ανομοιογενής επικολλητή ξυλεία Κάμψη Fm,k Εφελκυσμός // στις ίνες Εφελκυσμός κάθετα στις ίνες Θλίψη // στις ίνες Θλίψη κάθετα στις ίνες ft,0,k 16,5 19,5 22, ,5 19,5 22,5 ft,90,k 0,4 0,45 0,5 0,6 0,35 0,4 0,45 0,5 fc,0,k 24 26, ,5 29 fc,90,k 2,7 3 3,3 3,6 2,4 2,7 3,2 3,8 Διάτμηση fv,k 2,7 3 3,8 4,3 2,2 2,7 3 3,3 GPa Μέσο μέτρο ελαστικότητας // στις ίνες (0,05%) μέτρο ελαστικότητας // στις ίνες Μέσο μέτρο ελαστικότητας κάθετα στις ίνες Μέσο μέτρο διάτμησης Kg/m³ E 0, mean 11,6 12,6 13,7 14,7 11,6 12,6 13,7 14,7 E 0,05 9,4 10,2 11,1 11,9 9,4 10,2 11,1 11,9 E 90, mean 0,39 0,42 0,49 0,32 0,32 0,39 0,42 0,46 G mean 0,72 0,78 0,91 0,59 0,59 0,72 0,78 0,85 Μέση τιμή πυκνότητας P mean Χαρακτηριστική τιμή πυκνότητας P k

75 4.2.4 ΕΝ 300/1997: Oriented Strand Boards (OSB). Definitions, classification andspecifications. Ξυλοπλάκες με ξυλοτεμαχίδια επιμήκους μορφής προσανατολισμένα σε ορισμένη διεύθυνση. Ορισμοί, ταξινόμηση, απαιτήσεις. Η προδιαγραφή αναφέρεται σε ξυλοπλάκες κατασκευασμένες από επιμήκη μεγάλων διαστάσεων ξυλοτεμαχίδια (πλανίδια) τα οποία συγκολλούνται με συγκολλητική ουσία σε πολλές στρώσεις. Τα ξυλοτεμαχίδια των επιφανειακών στρώσεων είναι παράλληλα με το μήκος ή το πλάτος της πλάκας ενώ τα ξυλοτεμαχίδιά της ή των μεσαίων στρώσεων κάθετα προς εκείνα των επιφανειακών ή με τυχαία κατανομή. Η ταξινόμηση διακρίνει 4 κλάσεις (τύπους) OSB: OSB/1. Πλάκες για γενικές χρήσεις σε εσωτερικούς χώρους και την επιπλοποιία, ξηρό περιβάλλον. OSB/2. Πλάκες για φέρουσες κατασκευές σε εσωτερικούς χώρους, ξηρό περιβάλλον. OSB/3. Πλάκες για φέρουσες κατασκευές σε υγρό περιβάλλον. OSB/4. Πλάκες ιδιαίτερα υψηλής αντοχής για φέρουσες κατασκευές σε υγρό περιβάλλον (Νταλός, Γ. (2007). Πάχος (mm) Πίνακας 4.4 Χαρακτηριστικές τιμές πυκνότητας και αντοχής για OSB/3 Χαρακτηριστικές τιμές πυκνότητας (kg/m³) και αντοχής (N/mm²) tnom Πυκνότητα Κάμψη Εφελκυσμός Θλίψη Διάτμηση κάθετα στα ξυλόφυλλα Διάτμηση παράλληλα στα ξυλόφυλλα ρ fm ft fc fv fr >6 έως 10 >10 έως 18 >18 έως ,0 9,0 9,9 7,2 15,9 12,9 6,8 1, ,4 8,2 9,4 7,0 15,4 12,7 6,8 1, ,8 7,4 9,0 6,8 14,8 12,4 6,8 1,0 74

76 4.3 ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ Η σχεδιαστική πρόταση για το τοίχωμα και το ενδιάμεσο πάτωμα επιλέχτηκε από μια υφιστάμενη διώροφη κατοικία της Αυστριακής κατασκευαστικής εταιρίας «ELK Efficient Houses» που δραστηριοποιείται και στην Ελλάδα (βλέπε σχήμα 4.1). Έχει μικτό εμβαδόν 142 τμ. και καθαρό 110 τμ. (βλέπε σχήμα 4.2) Σχήμα 4.1 Τρισδιάστατη σχεδιαστική πρόταση (Edifice.gr, 2014) Σχήμα 4.2 Κάτοψη σχεδιαστικής πρότασης (Edifice.gr, 2014) 75

77 4.3.1 Τοίχωμα Σχήμα 4.3 Όψη και τομές εξωτερικού ξύλινου πλαισίου 1. Ορθοστάτες 2. Πετροβάμβακας 3. Τσιμεντοσανίδα 4. OSB Σχήμα 4.4 Υλικά κατασκευής εξωτερικού ξύλινου πλαισίου Η ξυλεία που θα χρησιμοποιηθεί για την δημιουργία του πλαισίου του τοίχου θα είναι από ξυλεία Πεύκης ποιότητας C24 διάφορων διατομών (110/44, 110/54, 110/70) για τη δημιουργία των απαιτούμενων αναλύσεων φορτίσεων για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων (απόσταση μεταξύ των ορθοστατών). Το συνολικό μήκος και ύψος του ξύλινου τοίχου θα είναι 7,70 m και 2,75 m αντίστοιχα. Οι τσιμεντοσανίδες θα έχουν πάχος 1,2 cm και οι μοριοσανίδες τύπου OSB 0,9 cm. Οι τυποποιημένες διαστάσεις πλανισμένης ξυλείας είναι: Μήκος: από 2,70 έως 6,00 (m) Πλάτος: 90, 110, 140, 170, 190 (mm) Πάχος: 22, 44, 54, 70 (mm) 76

78 4.3.2 Ενδιάμεσο Πάτωμα Ραμποτέ Στρωτήρας πατώματος OSB Δοκοί πατώματος Τσιμεντοσανίδα Σχήμα 4.5 Υλικά κατασκευής ενδιάμεσου πατώματος Το υπό μελέτη ενδιάμεσο πάτωμα αφορά τα τετραγωνικά μέτρα της επιφάνειας της κουζίνας της υφιστάμενης κατοικίας. Θα εξεταστούν δύο είδη ξυλείας για σύγκριση αποτελεσμάτων. Το ραμποτέ δεν θα συμπεριλαμβάνεται στην παρούσα ανάλυση. Πιο κάτω παρατίθενται τα στοιχεία κατασκευής του πλαισίου. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Είδος ξυλείας: Πεύκη και επικολλητή ξυλεία Ποιότητα ξυλείας: C24 και GL24h Μήκος πατώματος: 6,00 m Πλάτος πατώματος: 5,40 m Απόσταση μεταξύ δοκών: 45 cm Πλάτος δοκών: 19 cm Πάχος δοκών: 5,4 cm Πάχος μοριοσανίδας τύπου OSB: 1,8 cm Πάχος τσιμεντοσανίδας: 1,2 cm 77

79 4.3.3 Δίριχτη Στέγη Η σχεδιαστική πρόταση για τη δίριχτη στέγη επιλέχτηκε από μια υφιστάμενη ισόγεια κατοικία της ελληνικής κατασκευαστικής εταιρίας «Καλλέργης» (βλέπε σχήμα 4.6). Έχει εμβαδόν 112τμ. (βλέπε σχήμα 4.7). Σχήμα 4.6 Τρισδιάστατη σχεδιαστική πρόταση (kallergis.gr, 2014) Σχήμα 4.7 Κάτοψη σχεδιαστικής πρότασης (kallergis.gr, 2014) 78

80 Σχήμα 4.8 Ζευκτό στέγης με τις απαιτούμενες διαστάσεις σε cm OSB Πετροβάμβακας Τεγίδες Τεγίδες κάθετες Δοκάρια Τσιμεντοσανίδα Σχήμα 4.9 Υλικά κατασκευής δίριχτης στέγης ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Είδος ξυλείας: Πεύκη Ποιότητα ξυλείας: C24 Μήκος στέγης: 14,00 m Πλάτος στέγης: 10,00 m + 1,00 m (κάλυψη) = 11,00 m Απόσταση μεταξύ δοκών: υπό μελέτη Πλάτος δοκών: 19 cm, 17 cm, 14 cm Πάχος δοκών: 5,4 cm Πάχος μοριοσανίδας τύπου OSB: 1,2 cm Πάχος τσιμεντοσανίδας: 1,2 cm 79

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε μια κατασκευή, η επίδραση των εξωτερικών φορτίων, έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη στα δομικά τις στοιχεία τάσεων και παραμορφώσεων. Οι τάσεις αυτές δεν πρέπει να ξεπερνούν την αντοχή του υλικού από την οποία αυτή αποτελείται για τα διάφορα είδη καταπονήσεων (κάμψη, θλίψη, εφελκισμό, κ.α.) και οι παραμορφώσεις θα πρέπει να βρίσκονται εντός ορισμένων ορίων, ώστε να καθίσταται η κατασκευή λειτουργική και να επιτελεί με ασφάλεια τον σκοπό για τον οποίο κατασκευάσθηκε. Μέχρι πριν κάποιες δεκαετίες και βασικά πριν την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών, ο στατικός υπολογισμός γινόταν με αναλυτικές μαθηματικές μεθόδους. Η πολυπλοκότητα των υπολογισμών αυτών σε περιπτώσεις σύνθετων κατασκευών, αναγκαστικά οδηγούσε σε χρονοβόρες διαδικασίες από τις πολλές απλοποιήσεις των δεδομένων, ενώ για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων απαιτούνταν συχνά και αρκετές εργαστηριακές δοκιμές. Με την εισαγωγή και εξέλιξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών κατέστη δυνατή η ανάπτυξη σχεδιαστικών και αναλυτικών μεθόδων για την επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων όπως του στατικού υπολογισμού και άλλων προβλημάτων. Τα τυπικά βήματα της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων είναι τα εξής: 1. Διακριτοποίηση της κατασκευής σε πεπερασμένα στοιχεία, 2. Σχηματισμός του μητρώου δυσκαμψίας κάθε στοιχείου, 3. Σύνθεση και σχηματισμός του μητρώου δυσκαμψίας της κατασκευής, 4. Εφαρμογή φορτίσεων και συνοριακών συνθηκών, 5. Επίλυση και υπολογισμός μετατοπίσεων, 6. Υπολογισμός παραμορφώσεων και τάσεων (Παπανίκος Π., 2014). Για τον υπολογισμό των ξύλινων δομικών στοιχείων για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων, χρησιμοποιούμε το υπολογιστικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων Creo parametric 2.0 όπου με διάφορα σταθερά και μεταβλητά δεδομένα όπως το φορτίο q (σταθερό φορτίο q H, κινητό φορτίο p H ), τη διατομή των ορθοστατών, στρωτήρων και δοκών b x h, την απόσταση μεταξύ ορθοστατών και δοκών L, το μέσο μέτρο ελαστικότητας // και κάθετα στις ίνες E0,mean, τη μέση τιμή πυκνότητας Pmean, τη ροπή Μmax και το όριο αντοχής σε κάμψη Fm,k του υλικού, θα διαπιστώσουμε εάν η μέγιστη τάση σ είναι κάτω από το όριο αντοχής. 80

82 5.2 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Αναλυτικός υπολογισμός τοιχώματος Έλεγχος σε κάμψη του πάνω στρωτήρα Σχήμα 5.1 Συντελεστές υπολογισμού δοκών ίσων αποστάσεων q = q H x 1,1 p = p H x 1,4 M1 = ( 0,07 x q x p ) x L 2 (στη μέση) MΒ = - ( 0,125 x q + 0,125 x p ) (στα άκρα) σ = M max = W M max 2 b h 6 81

83 Έλεγχος σε θλίψη του ορθοστάτη Σχήμα 5.2 Μήκη λυγισμού κατά τον άξονα y και z Δύναμη N = (q + p) x L Μήκος λυγισμού l0 = 0,7 x l 3 h b Ροπή αδράνειας Iy = 12 Ακτίνα δράσης iy = I Y A Λυγιρότητα λ = 0 i 3000 Όταν το λ > 70 τότε ο συντελεστής λυγισμού φ = 2 σ = N Αναλυτικός υπολογισμός πατώματος Έλεγχος σε κάμψη δοκού q = qολ x L M1 = 2 q 8 σ = W M 1 = M 1 2 b h 6 82

84 5.2.3 Αναλυτικός υπολογισμός στέγης α) Φορτία : 1) Χιόνι : p0 Κανονικό φορτίο χιονιού : p H = p0 x c Όπου p0 Συγκέντρωση χιονιού ανά m 2 ανά περιοχές c - Συντελεστής μεταφοράς χιονιού στο οριζόντιο επίπεδο της Γης Όταν η γωνία κλίσης α < 25 0 o c = 1 Όταν η γωνία κλίσης α > 60 0 o c = 0 2) Ίδιο φορτίο στέγης : q H : Δοκοί, (τεγίδες OSB, κεραμίδια) Συντελεστής υπερφόρτωσης : n = 1,1 Άρα q = n x q H β) Απόσταση μεταξύ δοκών : L γ) Διαστάσεις διατομής δοκών : b x h δ) Fm,k Έλεγχος σε κάμψη δοκού q1 = (q x cosα + p x cos 2 a) x L Mmax = σ = q1 8 M max = W 2 M max 2 b h 6 Έλεγχος σε επιτρεπόμενο βέλος q Η 1 = (q Η x cosα + p Η x cos 2 a) x L 3 b h I = 12 E = 1,1 x 10 4 MPα Σχετικό βέλος : f/l = 5 x q Η 1 x l 3 < Επιτρεπόμενο βέλος [f/l] = 5 x x E x I 83

85 5.3 ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τοίχωμα Πρώτη σχεδιαστική πρόταση Τοποθέτηση των διαφόρων παραμέτρων για την πρώτη σχεδιαστική πρόταση του ξύλινου πλαισίου τοιχώματος (σχήμα 5.3). Δεν περιλαμβάνονται τα OSB και η τσιμεντοσανίδα. x : πλήθος διακένων x+1 : πλήθος ορθοστατών y : ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ ορθοστατών 500 mm : υποθετική απόσταση μεταξύ ορθοστατών 44 mm : πάχος ορθοστατών και στρωτήρων 7700 mm: μήκος τοιχώματος Για να βρεθεί η ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ ορθοστατών ακολουθούμε την παρακάτω διαδικασία: 500x + 44(x+1) = 7700 (εξίσωση 1) 500x + 44x + 44 = x = x = 7656 x = 14 άρα εάν αντικαταστήσουμε στο τύπο: xy + 44(x+1) = y = y = y = 7040 y = 502,86 mm 84

86 Σχήμα 5.3 Αποτέλεσμα πρώτης σχεδιαστικής πρότασης Για να μειώσουμε τον χρόνο ανάλυσης του πλαισίου στο πρόγραμμα χωρίς να επηρεαστεί το αποτέλεσμα, θα περιοριστούμε σε ένα μέρος του πλαισίου με τους πιο κάτω παραμέτρους: L: συνολικό μήκος τοιχώματος = 7700 mm l : πειραματικό μήκος τοιχώματος = 3 x πάχος ορθοστατών + 2y = 1137,72 mm F: υποθετικό συνολικό φορτίο = kg ή 100 kn f : πειραματικό φορτίο = ; Για να βρεθεί το πειραματικό φορτίο κάνουμε αντικατάσταση στο παρακάτω τύπο: F = L 100 = 7700 f = f = 14,78 kn (εξίσωση 2) f l f 1137, Με βάση το πίνακα 4.2 το μέσο μέτρο ελαστικότητας κάθετα στις ίνες είναι 0,37 GPa και η μέση τιμή πυκνότητας είναι 350 Kg/m³. Κατά την πρώτη ανάλυση εξετάστηκαν δύο περιπτώσεις συνοριακών συνθηκών: συμμετρία και ελεύθερες μετατοπίσεις στον άξονα x, για να υπολογιστεί και η ανάπτυξη των τάσεων στις δοκούς του τοιχώματος που είναι στην άκρη. Τα αποτελέσματα της πρώτης ανάλυσης με και χωρίς ενδιάμεσες σανίδες εμφανίζονται στα παρακάτω σχήματα (σχήμα έως και 5.3.8). Η μέγιστη κύρια τάση κυμαίνεται από 6,8 έως 9,6 MPa ενώ η μέγιστη μετατόπιση από 1,9 έως 5,8 mm. Παρατηρούμε ότι η μέγιστη τάση είναι πολύ χαμηλότερη από την αντοχή του υλικού σε κάμψη που είναι 24 MPa. Επίσης, η 85

87 διαφορά μεταξύ των αναλύσεων με και χωρίς ενδιάμεσες σανίδες είναι πολύ μικρή. Στις επόμενες αναλύσεις παρουσιάζονται μόνο τα αποτελέσματα με ενδιάμεσες σανίδες. Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την πρώτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες (συμμετρία) Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την πρώτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες (συμμετρία) Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την πρώτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες (ελεύθερες μετατοπίσεις) 86

88 Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την πρώτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες (ελεύθερες μετατοπίσεις) Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την πρώτη ανάλυση χωρίς τις ενδιάμεσες σανίδες (συμμετρία) Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την πρώτη ανάλυση χωρίς τις ενδιάμεσες σανίδες (συμμετρία) 87

89 Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την πρώτη ανάλυση χωρίς τις ενδιάμεσες σανίδες (ελεύθερες μετατοπίσεις) Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την πρώτη ανάλυση χωρίς τις ενδιάμεσες σανίδες (ελεύθερες μετατοπίσεις) Δεύτερη σχεδιαστική πρόταση Για την δεύτερη σχεδιαστική πρόταση του ξύλινου πλαισίου τοιχώματος (σχήμα 5.4) η παράμετρος που διαφοροποιείται είναι το πάχος του ξύλου (54 mm) και η υποθετική απόσταση μεταξύ ορθοστατών (600 mm). Με βάση την εξίσωση 1 το x = 12 και το y = 583,17 mm Σχήμα 5.4 Αποτέλεσμα δεύτερης σχεδιαστικής πρότασης 88

90 Με βάση την εξίσωση 2 το πειραματικό φορτίο f = 17,25 kn. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της δεύτερης σχεδιαστικής πρότασης φαίνονται στα παρακάτω σχήματα (σχήμα και 5.4.2). Η μέγιστη κύρια τάση (6 ΜPa) είναι μικρότερη από αυτή της πρώτης ανάλυσης ενώ το ίδιο συμβαίνει και με τη μέγιστη μετατόπιση (1,8 mm). Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την δεύτερη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την δεύτερη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες Τρίτη σχεδιαστική πρόταση Για την τρίτη σχεδιαστική πρόταση του ξύλινου πλαισίου τοιχώματος (σχήμα 5.5) η παράμετρος που διαφοροποιείται είναι το πάχος του ξύλου (70 mm) και η υποθετική απόσταση μεταξύ ορθοστατών (700 mm). Με βάση την εξίσωση 1 το x = 10 και το y = 693mm 89

91 Σχήμα 5.5 Αποτέλεσμα τρίτης σχεδιαστικής πρότασης Με βάση την εξίσωση 2 το πειραματικό φορτίο f = 20,73 kn. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της τρίτης σχεδιαστικής πρότασης φαίνονται στα παρακάτω σχήματα (σχήμα και 5.5.2). Η μέγιστη κύρια τάση (4,9 ΜPa) είναι μικρότερη από αυτή της πρώτης και δεύτερης ανάλυσης, ενώ το ίδιο συμβαίνει και με τη μέγιστη μετατόπιση (1,7 mm). Σχήμα Κατανομή μέγιστων κύριων τάσεων για την τρίτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες Σχήμα Κατανομή μέγιστων μετατοπίσεων για την τρίτη ανάλυση με τις ενδιάμεσες σανίδες 90

92 5.3.2 Πάτωμα Τοποθέτηση των διαφόρων παραμέτρων για την σχεδιαστική συγκριτική πρόταση του ξύλινου πλαισίου πατώματος από ξυλεία Πεύκης ποιότητας C24 και Επικολλητής ξυλεία ποιότητας GL24h. Δεν περιλαμβάνονται τα OSB και η τσιμεντοσανίδα. x : πλήθος διακένων x+1 : πλήθος δοκών y : ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ δοκών 450 mm : υποθετική απόσταση μεταξύ δοκών 54 mm : πάχος ορθοστατών 6000 mm: μήκος πατώματος Για να βρεθεί η ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ των δοκών, αντικαθιστούμε τις διάφορες παραμέτρους στην εξίσωση 1 (σελ. 74) όπου βρίσκουμε ότι το x = 11 και το y = 486,55 mm. Σχήμα 5.6 Αποτέλεσμα σχεδιαστικής πρότασης πατώματος Για να μειώσουμε τον χρόνο ανάλυσης του πλαισίου στο πρόγραμμα χωρίς να επηρεαστεί το αποτέλεσμα, θα περιοριστούμε σε ένα μέρος του πλαισίου με τους πιο κάτω παραμέτρους: L: συνολική επιφάνεια τοιχώματος = 6000 mm x 5400 mm l : πειραματική επιφάνεια τοιχώματος = 5400 x (3 x πάχος ορθοστατών + 2y) = = 5400 mm x 1135 mm F: υποθετικό συνολικό φορτίο = kg ή 350 kn f : πειραματικό φορτίο = ; 91

93 Με βάση την εξίσωση 2 (σελ. 75) το πειραματικό φορτίο f = 66,21 kn. Λαμβάνοντας υπόψη τους πίνακες 4.2 και 4.3, το μέσο μέτρο ελαστικότητας κάθετα στις ίνες για τη ξυλεία Πεύκης ποιότητας C24 και Επικολλητής ξυλείας ποιότητας GL24h είναι 0,37 GPa 0,32 GPa αντίστοιχα και η μέση τιμή πυκνότητας είναι 350 Kg/m³ Kg/m³. Η πρώτη ανάλυση έχει εξάγει τα πάρα κάτω αποτελέσματα (σχήμα ). Σχήμα Κατανομή τάσεων και μετατοπίσεων για C24 Σχήμα Κατανομή τάσεων και μετατοπίσεων για GL24h Με βάση τα αποτελέσματα η μέγιστη κύρια τάση είναι ακριβώς η ίδια και στα δύο είδη ξυλείας, περίπου 3,3 MPa και είναι πολύ μικρότερη από την αντοχή των σε κάμψη που είναι 24 MPa. H μέγιστη μετατόπιση είναι 1,7 mm για την C24 και 1,6 mm για την GL24h. 92

94 5.3.3 Δίριχτη στέγη Πρώτη σχεδιαστική πρόταση Τοποθέτηση των διαφόρων παραμέτρων για την πρώτη σχεδιαστική πρόταση της δίριχτης στέγης (σχήμα 5.7). Με βάση τις τυποποιημένες διαστάσεις της ξυλείας και το μήκος της δίριχτης στέγης στα mm, θα αποτελείται από τέσσερα (4) ζευκτά (δύο στις άκρες και δύο ενδιάμεσα) με ισομερή απόσταση μεταξύ τους 4594,7 mm και πλήθος δοκών ενδιάμεσα στα τρία ισομερή πλαίσια των ζευκτών. Δεν περιλαμβάνονται τα OSB και η τσιμεντοσανίδα. x : πλήθος διακένων x+1 : πλήθος δοκών y : ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ δοκών 700 mm : υποθετική απόσταση μεταξύ δοκών 190 mm : πλάτος δοκών 54 mm : πάχος δοκών 4702,7 mm: μήκος ισομερής απόστασης μεταξύ ζευκτών + το πάχος τους Για να βρεθεί η ακριβής ισόμερη απόσταση μεταξύ των δοκών των ισομερών πλαισίων, αντικαθιστούμε τις διάφορες παραμέτρους στην εξίσωση 1 (σελ. 74) όπου βρίσκουμε ότι το x = 6 και το y = 720,78 mm. Σχήμα 5.7 Αποτέλεσμα σχεδιαστικής πρότασης δίριχτης στέγης 93