EUROPE LVL Handbook LVL Handbook
EUROPE LVL Handbook
Publisher Federation of the Finnish Woodworking Industries Snellmaninkatu 13 00170 Helsinki Finland https://woodworkingindustries.fi/ 3rd revised edition 2025 Layout PunaMusta Oy Printed by Punamusta, Finland 2025 Paper LumiPress Silk by Stora Enso 115 g/m2 Cover LumiPress Silk by Stora Enso 300 g/m2 ISBN 978-952-94-2346-0 (nid.) ISBN 978-952-94-2347-7 (EPUB) Copyright Federation of the Finnish Woodworking Industries
Foreword The use of wood is rapidly increasing in construction. Wood based systems are the solution for urban construction due to speed, light weight and environmental benefits. Wooden products enable increased prefabrication. This again means increased output, faster payback, high quality, and minimized disturbance. The use of laminated veneer lumber (LVL) has steadily been growing since the 1970’s. The initial driver for the development of LVL has been the good efficiency of the used wood material. Low waste of material and uniform quality improves the overall material and time efficiency especially in industrial applications and offsite production of construction elements. This European LVL Handbook serves as a guide for architects, structural engineers, technical wholesalers, off-site element manufacturers, contractors, carpenters and other construction professionals, and as an educational resource. The handbook has been prepared by the Federation of the Finnish Woodworking Industries during 2018-19. The book has been divided into two main parts. Sections 1 to 3 provide general introduction to LVL. Section 1 introduces laminated veneer lumber (LVL) as a construction material, including its production, sustainability and basic properties; Section 2 describes the applications of LVL in various buildings and structures; and Section 3 provides instructions for purchasing, transport, storage, handling, protection and disposal of LVL. Sections 4 to 9 are intended primarily for designers and provide more detailed information about structural design, fire safety, durability and building physics, including structural calculation examples. The handbook was written by Jouni Hakkarainen, Leading Expert, Wooden Structures, Eurofins Expert Services Oy, excluding Section 1.5 Sustainable building product LVL (Lauri Linkosalmi, Stora Enso Wood Products Oy, Anu Huovinen, Metsä Wood, Sirje Vares, VTT, Tarja Häkkinen, VTT and Jouni Hakkarainen) and Section 1.6 Production of LVL (Marika Veikkola, Raute Oyj). The structural drawings were prepared by Tero Lahtela, Engineering Office Lahtela Oy and Jouni Hakkarainen. The project was financed by Metsä Wood (Metsäliitto Cooperative), Stora Enso Wood Products Oy and Raute Oyj. Espoo, 4 September 2019 Authors European LVL Handbook 3
Contents Foreword ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 3 Contents ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4 1. LVL as a construction material ������������������������������������������������������������������������������� 8 1.1 Introduction ������������������������������������������������������������������������������������������������������ 9 1.1.1....LVL-P beams and columns - all veneers in the length direction � � 10 1.1.2....LVL-C with cross-bonded veneers for robust structural panels � � � 11 1.2 Where can you use LVL ���������������������������������������������������������������������������������� 12 1.3 Architect and structural designer appraisals of LVL ����������������������������������� 16 1.4 History, volumes and raw materials of LVL ������������������������������������������������� 18 1.4.1....History of the globally used engineered wood product LVL � � � � � � � 18 1.4.2....Material efficiency ������������������������������������������������������������������������������ 20 1.4.3....Wood species used in LVL ����������������������������������������������������������������� 21 1.4.4....Durable and inert gluing of LVL ������������������������������������������������������� 21 1.5 Sustainable building with LVL ���������������������������������������������������������������������� 21 1.5.1....Traceable raw material and sustainable sources ��������������������������� 21 1.5.2....Sustainable over the life cycle ���������������������������������������������������������� 22 1.5.3....Global warming impact of LVL ��������������������������������������������������������� 24 1.5.4....Global warming impact of buildings ����������������������������������������������� 25 1.6 Production of LVL ������������������������������������������������������������������������������������������� 26 1.6.1....Logs to blocks ������������������������������������������������������������������������������������� 26 1.6.2....Blocks to veneer ��������������������������������������������������������������������������������� 27 1.6.3....Drying and grading the veneer �������������������������������������������������������� 28 1.6.4....Layup and hot pressing ��������������������������������������������������������������������� 31 1.6.5....Finishing ���������������������������������������������������������������������������������������������� 32 1.6.6....Production summary ������������������������������������������������������������������������� 32 1.7 Further processing ����������������������������������������������������������������������������������������� 34 1.7.1....Sanded surfaces: optical or calibration sanding ���������������������������� 34 1.7.2....Special cutting ������������������������������������������������������������������������������������ 34 1.7.3....CNC Machining ���������������������������������������������������������������������������������� 34 1.7.4....Edge profiling ������������������������������������������������������������������������������������� 36 1.7.5....Surface treatments ���������������������������������������������������������������������������� 36 1.7.6....Multiple-glued members, GLVL ������������������������������������������������������� 37 1.7.7....Combined structures ������������������������������������������������������������������������� 38 1.8 LVL sizes and layups ��������������������������������������������������������������������������������������� 39 1.9 Tolerances ������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41 1.10 CE marking and certification of LVL products �������������������������������������������� 42 1.11 Design tools ���������������������������������������������������������������������������������������������������� 43 1.12 Basic properties of LVL ����������������������������������������������������������������������������������� 44 1.12.1..Strength and stiffness properties ���������������������������������������������������� 44 1.12.2..Building physics properties �������������������������������������������������������������� 44 1.12.3..Emissions and product safety ���������������������������������������������������������� 46 1.12.4..Acoustics ��������������������������������������������������������������������������������������������� 46 1.12.5..Fire safety �������������������������������������������������������������������������������������������� 46 1.12.6..Structures for seismic areas �������������������������������������������������������������� 46 1.12.7..Visual properties of LVL surface ������������������������������������������������������� 47 1.12.8..Surface coating of LVL ����������������������������������������������������������������������� 48 1.13 Joints between LVL panels ���������������������������������������������������������������������������� 49 2. LVL structures in floors, walls, roofs and in special applications ���������������� 50 2.1 General ������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 51 2.2 Floor structures ����������������������������������������������������������������������������������������������� 51 2.2.1 Beam & joist floors ������������������������������������������������������������������������������������������ 51 2.2.2....Main beams for floors ������������������������������������������������������������������������ 56 4 LVL Handbook Europe
2.2.3....Rim boards and rim beams ��������������������������������������������������������������� 58 2.2.4....Panel structures ���������������������������������������������������������������������������������� 59 2.2.5....Multiple-glued beams, GLVL ������������������������������������������������������������ 61 2.2.6....Stressed-skin panels: rib panels, box panels or ..............open box panels ��������������������������������������������������������������������������������� 61 2.2.7....Renovation applications ������������������������������������������������������������������� 65 2.3 Roof structures ����������������������������������������������������������������������������������������������� 66 2.3.1....Beam & rafter roofs ���������������������������������������������������������������������������� 66 2.3.2....Ridge beams ��������������������������������������������������������������������������������������� 70 2.3.3....Purlins �������������������������������������������������������������������������������������������������� 71 2.3.4....Roof elements ������������������������������������������������������������������������������������ 73 2.3.5....Roof panels ����������������������������������������������������������������������������������������� 76 2.3.6....Bracing panels ������������������������������������������������������������������������������������ 82 2.3.7....Large LVL I-beams and box beams �������������������������������������������������� 82 2.3.8....Roof renovation applications ����������������������������������������������������������� 83 2.4 Wall structures ������������������������������������������������������������������������������������������������ 84 2.4.1....Studs for timber frame walls ������������������������������������������������������������� 84 2.4.2....Multiple-glued GLVL columns ���������������������������������������������������������� 86 2.4.3....Lintels �������������������������������������������������������������������������������������������������� 87 2.4.4....Integrated rim beams ������������������������������������������������������������������������ 88 2.4.5....Ledger beams supports for floors or canopies ������������������������������ 91 2.4.6....Sole plates, bottom cords, top cords and top binders ������������������ 92 2.4.7....Window frame boards ����������������������������������������������������������������������� 92 2.4.8....Bracing panels ������������������������������������������������������������������������������������ 92 2.4.9....LVL-C panel walls �������������������������������������������������������������������������������� 96 2.5 Special structures ������������������������������������������������������������������������������������������� 98 2.5.1....Trusses and portal frames ����������������������������������������������������������������� 98 2.5.2....Doors and windows ������������������������������������������������������������������������� 101 2.5.3....Reinforcement of old structures ���������������������������������������������������� 102 2.5.4....Stair cases ������������������������������������������������������������������������������������������ 102 2.5.5....Lift shafts of multi-storey buildings ����������������������������������������������� 103 2.5.6....Extension of multi-storey buildings ���������������������������������������������� 103 2.5.7....Bent and curved structures ������������������������������������������������������������ 104 2.5.8....Bridges ����������������������������������������������������������������������������������������������� 106 2.5.9....Other applications ��������������������������������������������������������������������������� 107 3. Purchasing, transport, handling and storage of LVL ���������������������������������� 108 3.1 Purchasing LVL ���������������������������������������������������������������������������������������������� 109 3.2 Transport, handling and storing of LVL ����������������������������������������������������� 109 3.3 Protecting the structure during construction ������������������������������������������ 110 3.4 Handling after use of LVL ���������������������������������������������������������������������������� 111 4. Structural design of LVL structures ����������������������������������������������������������������� 112 4.1 Basis of structural design ����������������������������������������������������������������������������� 113 4.1.1....Actions (Loads) ��������������������������������������������������������������������������������� 113 4.1.2....Consequence class, reliability class and factor KFI ����������������������� 114 4.1.3....Load duration ����������������������������������������������������������������������������������� 115 4.1.4....Service classes ���������������������������������������������������������������������������������� 115 4.1.5....Partial safety factor of material γM and modification .............. factors kmod and kdef ������������������������������������������������������������������������� 115 4.1.6....Design resistance and stiffness ������������������������������������������������������ 116 4.2 Structural properties of LVL and strength classes ������������������������������������ 116 4.2.1....Strength classes for LVL-P without crossband veneers ��������������� 118 4.2.2....Strength classes for LVL-C with crossband veneers ��������������������� 118 CONTENTS LVL Handbook Europe 5
4.3 LVL design according to Eurocode 5 ���������������������������������������������������������� 120 4.3.1....Bending ��������������������������������������������������������������������������������������������� 120 4.3.2....Shear �������������������������������������������������������������������������������������������������� 121 4.3.3....Tension parallel to the grain ����������������������������������������������������������� 122 4.3.4....Tension perpendicular to the grain ����������������������������������������������� 122 4.3.5....Compression parallel to the grain ������������������������������������������������� 122 4.3.6....Compression perpendicular to the grain �������������������������������������� 123 4.3.7....Bending stress at an angle to the grain ���������������������������������������� 126 4.3.8....Tension stress at an angle to the grain ������������������������������������������ 126 4.3.9....Stability of LVL members ���������������������������������������������������������������� 127 4.3.10..Notches ��������������������������������������������������������������������������������������������� 130 4.3.11..Tapered beams ��������������������������������������������������������������������������������� 132 4.3.12..Holes �������������������������������������������������������������������������������������������������� 134 4.3.13..Serviceability limit state design: Deflections ������������������������������� 136 4.3.14..Serviceability limit state design: Floor vibrations ������������������������ 137 4.4 Combined cross sections ���������������������������������������������������������������������������� 138 4.4.1....Theory ����������������������������������������������������������������������������������������������� 138 4.4.2....Beams and columns ������������������������������������������������������������������������ 140 4.4.3....Multiple-glued GLVL panels ����������������������������������������������������������� 141 4.4.4....Rib slabs and box slabs ������������������������������������������������������������������� 141 5. Structural design of connections ��������������������������������������������������������������������� 142 5.1 Design of LVL connections according to Eurocode 5 ������������������������������ 143 5.2 Fastener spacing and edge and end distances ���������������������������������������� 144 5.3 Wood failure modes of connections ���������������������������������������������������������� 149 5.3.1....Risk of splitting due to connection forces at an angle ..............to the grain of face veneers ������������������������������������������������������������ 149 5.3.2....Effective number of fasteners to prevent splitting ..............or row shear �������������������������������������������������������������������������������������� 150 5.3.3....Block shear and plug shear failure modes at multiple ..............dowel-type steel-to-timber connections �������������������������������������� 151 5.4 Nailed connections �������������������������������������������������������������������������������������� 152 5.5 Screwed connections ���������������������������������������������������������������������������������� 153 5.5.1....Laterally loaded screws in LVL �������������������������������������������������������� 153 5.5.2....Axially loaded screws ���������������������������������������������������������������������� 154 5.5.3....Inclined screw connections ������������������������������������������������������������ 154 5.6 Bolted and doweled connections �������������������������������������������������������������� 156 5.7 Fastening LVL panels to frames ������������������������������������������������������������������ 156 5.8 Special cases ������������������������������������������������������������������������������������������������� 156 6. Performance of LVL in fire ��������������������������������������������������������������������������������� 158 6.1 Wood and fire ����������������������������������������������������������������������������������������������� 159 6.2 Reaction to fire ���������������������������������������������������������������������������������������������� 159 6.3 Fire protection ability, K-classes of coverings ������������������������������������������� 162 6.4 Fire resistance of LVL structures ����������������������������������������������������������������� 162 6.4.1....Fire resistance design process �������������������������������������������������������� 162 6.4.2....Charring rates of LVL ������������������������������������������������������������������������ 162 6.4.3....Design of unprotected beams and panels ����������������������������������� 163 6.4.4....LVL-C panel as a protection against fire exposure ����������������������� 165 6.4.5....Summary of LVL-C panels for fire protection ������������������������������� 165 6.5 Fire resistance design of floor & wall structures with cavities ���������������� 166 7. Durability ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 168 7.1 Service life of wooden buildings and LVL structures ������������������������������� 169 7.2 Durability classifications of structural LVL products �������������������������������� 169 CONTENTS 6 LVL Handbook Europe
7.2.1....Durability of adhesive bonding strength of structural LVL � � � � � � � � 169 7.2.2....Biological durability of softwood LVL �������������������������������������������� 169 7.2.3....Structural LVL’s suitability for different use classes and ..............service classes ����������������������������������������������������������������������������������� 169 7.2.4....Discussion of durability class definitions �������������������������������������� 170 7.3 Structural wood protection ������������������������������������������������������������������������ 170 7.3.1....Resistance against temporary moisture exposure ..............of structural LVL products ��������������������������������������������������������������� 170 7.3.2....Resistance against UV radiation ����������������������������������������������������� 170 7.3.3....Chemical durability �������������������������������������������������������������������������� 170 7.4 Chemical wood protection ������������������������������������������������������������������������� 171 7.4.1....Surface treatment ���������������������������������������������������������������������������� 171 7.4.2....Pressure impregnation �������������������������������������������������������������������� 171 8. Building physics ��������������������������������������������������������������������������������������������������� 172 8.1 LVL and moisture ������������������������������������������������������������������������������������������ 173 8.1.1....Moisture content of LVL ������������������������������������������������������������������ 173 8.1.2....Measuring the moisture content ��������������������������������������������������� 173 8.1.3....Dimensional changes due to moisture ����������������������������������������� 175 8.1.4....Water vapour resistance ������������������������������������������������������������������ 176 8.2 Thermal properties of LVL ��������������������������������������������������������������������������� 176 8.2.1....Influence of temperature on the mechanical ..............properties of LVL ������������������������������������������������������������������������������ 176 8.2.2....Thermal conductivity of LVL products ������������������������������������������ 176 8.2.3....Temperature deformations ������������������������������������������������������������� 176 8.2.4....Heat combustion and specific heat capacity ������������������������������� 176 8.2.5....Ignition temperature of LVL ������������������������������������������������������������ 177 8.3 Airtightness ��������������������������������������������������������������������������������������������������� 177 9. Calculation examples of LVL structures ��������������������������������������������������������� 178 9.1 LVL 48P joist floor ����������������������������������������������������������������������������������������� 179 9.2 Lintel over a window opening �������������������������������������������������������������������� 184 9.3 Double LVL 48 P ridge beam for roof ��������������������������������������������������������� 188 9.4 Roof purlin ����������������������������������������������������������������������������������������������������� 191 9.5 Wall stud �������������������������������������������������������������������������������������������������������� 195 9.6 Axially loaded screw connection at the edge face ���������������������������������� 198 9.7 Inclined screw connection �������������������������������������������������������������������������� 200 9.8 Laterally loaded nail connection ���������������������������������������������������������������� 203 9.9 Hole in LVL beam ������������������������������������������������������������������������������������������ 206 9.10 Bracing of a stud wall ����������������������������������������������������������������������������������� 209 9.11 Main beam of roof structure in 30min fire exposure ������������������������������� 211 10. References ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 214 Disclaimer ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 222 Notes ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 223 CONTENTS LVL Handbook Europe 7
1. LVL as a construction material Stora Enso Figure 1.1. Wooden multi-storey building, Wood City, Helsinki, Finland. 8 LVL Handbook Europe
1. LVL AS A CONSTRUCTION MATERIAL Figure 1.2. LVL roof rafters. 1.1 INTRODUCTION Laminated veneer lumber (LVL) is an engineered wood product used in a diverse range of building and bridge construction applications. LVL beams, columns and panels have become established as essential components in modern timber construction due to their numerous advantages, versatility and proven structural performance. This handbook describes the state of the art of LVL from properties and applications to production and design methods. LVL is made of 3 mm thick veneers bonded together with weather-resistant phenolic adhesive. This means that the dimensions of the final LVL product are not limited by the dimensions of the raw material, and even small-diameter logs can be used to produce large LVL beams and panels. When veneer logs are peeled to produce veneer, any natural defects in the wood, such as knots, are dispersed as small fragments across the veneer. This, together with the lamination effect, eliminates the impact of defects and results in exceptionally homogeneous material properties. Although the production costs of LVL, like all engineered wood products, are higher compared to sawn timber, with LVL the same constructions can be designed with smaller dimensions and LVL can also be used for applications where suitable sawn timber sizes are not available. The low deviation of LVL’s high strength and stiffness means that these properties can be fully utilized as characteristic values in structural design. In addition, due to the lack of sizeable defects, the strength to weight ratio of LVL is extremely high – LVL is twice as strong as steel in proportion to weight. Due to its laminated structure, LVL is also dimensionally stable and free of warps, splinters and splits. LVL also comes dry from the factory, eliminating the risk of shrinkage on site or in the ready building, as long as the LVL members are protected against weather exposure. LVL is manufactured to exact dimensions, minimizing cross cutting and sawing waste. The resulting low material waste and uniform quality of LVL improve overall material and time efficiency, especially in industrial applications and off-site production of construction elements. LVL is easy to drill, cut, fasten and fit – only standard wood working tools are needed. LVL components are also highly portable due to their light weight. LVL can also be easily combined with other wood products and construction materials. LVL is produced entirely from traceable, renewable, recyclable wood. It is a natural material from certified sources. LVL also serves as a carbon store in buildings: 1 m3 of LVL contains stored carbon equivalent to 789 kg of CO2, making it an environmentally friendly choice 1, 2, 3. Features and Benefits • Twice as strong as steel in proportion to weight. • Dimensionally stable, no twists, splinters or splits due to laminated structure. • Homogeneous material properties. • Uniform quality and dimensions of the end product; key advantage in industrial applications. • Easy to drill, cut, fasten and fit, only standard wood working tools needed. • Precision-engineered and easily tailored. • Can be produced to exact dimensions, minimizing cross cutting and sawing waste. • Wide range of sizes: product dimensions not limited by raw material size. • Light and highly portable. • Dry from factory, moisture content 8-10% ensured minimal shrinkage in situ. • Easily combined with other construction products. • Off-site production reduces construction time. • Entirely traceable, renewable, recyclable wood from certified sources. • Environmentally friendly carbon store: 1 m3 LVL contains stored carbon equivalent to 789 kg CO2. • Production cost is higher than sawn timber, but less material is needed to meet design specifications when building with LVL 1, 2. Metsä Wood LVL Handbook Europe 9
RkJQdWJsaXNoZXIy MjU0MzgwNw==