Jari Jämsä HIRSIRAKENTAMISEN MAHDOLLISUUDET OHJEITA RAKENNUSSUUNNITTELUUN

Transkriptio

1 Jari Jämsä HIRSIRAKENTAMISEN MAHDOLLISUUDET OHJEITA RAKENNUSSUUNNITTELUUN 1

2 HIRSIRAKENTAMISEN MAHDOLLISUUDET OHJEITA RAKENNUSSUUNNITTELUUN Jari Jämsä Opinnäytetyö Kevät 2014 Rakennustekniikan koulutusohjelma Oulun ammattikorkeakoulu 2

3 TIIVISTELMÄ Oulun ammattikorkeakoulu Rakennustekniikan koulutusohjelma, talonrakennustekniikka Tekijä: Jari Jämsä Opinnäytetyön nimi: Hirsirakentamisen mahdollisuudet ohjeita rakennussuunnitteluun Työn ohjaajat: Seppo Perälä, Seppo Romppainen, Pekka Kilpinen Työn valmistumislukukausi ja -vuosi: Kevät 2014 Sivumäärä: XX + X liitettä Tiivistelmä on suppea, itsenäinen esitys, joka antaa lukijalle kuvan tehdystä työstä. Se kirjoitetaan sitten, kun työ on valmis. Tiivistelmä kirjoitetaan täydellisin virkkein ja passiivimuodossa. Siinä selostetaan lyhyesti työn aihe, tavoitteet, työn keskeisin toteutustapa ja olennaiset tulokset. Sisältö jakaantuu yleensä kolmeen kappaleeseen: 1. työn aihe ja tavoitteet 2. menetelmät, toteutustapa ja eteneminen 3. tulokset ja esitetyt johtopäätökset. Tiivistelmän tulee mahtua yhdelle sivulle rivivälillä 1. Korvaa nämä tekstit omillasi. Asiasanat: x, x, x (Kirjoita 3 7 kpl työtäsi kuvaavaa asiasanaa. Käytä hyväksesi esimerkiksi yleistä suomalaista asiasanastoa YSA, 3

4 SISÄLLYS 4

5 SANASTO 5

6 1 JOHDANTO Tämän opinnäytetyön tavoitteena on tehdä Hirsitaloteollisuus ry:n toimeksiannosta ohjeet hirsirakennusten rakennussuunnittelua varten. Tarkoituksena on helpottaa teollisten hirsirakennusten suunnittelua tuomalla ohjeisto kiinnostavassa muodossa helposti saataville. Materiaali kootaan yhdeksi kokonaisuudeksi käytettäväksi hirsirakentamisen opettamiseen esim. ammattikorkeakouluissa ja ohjeeksi suunnittelijoille. HTT ry on alan toimijoiden perustama yhdistys, joka edistää tehdasvalmisteisten hirsitalojen käytön, menekin ja tuotannon edellytyksiä kotimaassa ja ulkomailla. Se kehittää alan tuotteita koskevia laatu- ja tuotestandardeja ja toimii neuvotteluelimenä valtiovallan, viranomaisten ja yhteisöjen kanssa käytävissä neuvotteluissa ja muussa yhteistyössä. Yhdistyksen tavoite on vaikuttaa tuoteiden laatuun; nykyaikaisten ratkaisujen, hienon arkkitehtuurin ja toimivan kokonaisuuden lisäksi laatu tarkoittaa luotettavaa toimitusta ja onnistunutta rakennustapahtumaa. Hirsirakennusten suunnitteluun ei tällä hetkellä ole saatavana kattavaa ohjeistoa, joten suunnittelijan on kerättävä tarvittava tieto eri lähteistä. Suunnittelijan tulee hallita hirsirakentamisen perusteet, sillä rakentamistapa poikkeaa monella tavalla rankarakentamisesta. Hirren käyttäytyminen seinärakenteessa vaikuttaa koko rakennuksen toimintaan, joten materiaalin ominaisuudet on tunnettava. Yleensä ajatellaan, että hirrestä rakennetaan vain vapaa-ajanasuntoja sekä jonkin verran omakotitaloja. Hirren soveltuvuutta julkiseen rakentamiseen ei kenties pidetä mahdollisena. Jo vuosien ajan on uutisoitu mm. koulujen ja päiväkotien kosteus- ja sisäilmaongelmista, joiden ratkaisuksi hirren käyttö uudisrakentamisessa tuo uudenlaisen mahdollisuuden. Ohjeessa tuodaan 6

7 esille, että hirrestä voidaan rakentaa määräysten mukaisia, terveellisiä ja turvallisia rakennuksia moneen käyttöön. Ohjeessa keskitytään hirren ominaisuuksiin ja siihen, miten ne vaikuttavat rakennussunniittelun. Siinä käydään läpi asioita, joita Suomen rakentamismääräyskokoelman mukaan tulee hirsirakentamisessa huomioida erilailla kuin muussa rakentamisessa. Ojeessa annetaan tiedot, joiden avulla voidaan suunnitella ja rakentaa terveellisiä hirsirakennuksia teollisiesti valmistetuista suomalaisista hirsistä. Ohjeen laadinnassa huomioidaan myöhemmin mahdollisesti tapahtuva aineiston laajentaminen koskemaan hirsirakentamisen koko ketjua. Muita mahdollisia osioita ovat esim. hirsimateriaalin tuottaminen, tuotanto/valmistus, rakennesuunnittelu, rakentaminen, talotekniikka, huolto ja korjaus sekä kierrätys rakennuksen elinkaaren lopussa. Tällöin kaikki hirsirakentamista koskeva aineisto olisi saatavilla yhdestä paikasta. Ohje tehdään sähköiseen muotoon ja sijoitetaan verkoon helposti käytettäväksi. Yksi mahdollinen paikka on HTT ry:n omalla nettisivustolla, mutta yhteistyötä ja vaihtoehtoja haetaan valtakunnallisten puualan toimijoiden kanssa. Ohjeeseen sisältyy opettajille tarkoitettu osa, jota voi käyttää opetukseen luennoilla joko suoraan tai muokkaamalla omaan tarpeeseen sopivammaksi. Toinen osa on tarkoitettu opiskelijoille itseopiskeluun ja siinä hirsirakentamiseen ja -suuniiteluun voi tutustua tarkemmin oman kiinnostuksensa mukaan. 7

8 2 HIRSI RAKENNUSMATERIAALINA 2.1 Hirsirakentamisen historiaa Suomessa Hirsi oli tärkeä talojen runkorakennusmateriaali Suomessa aina 1950-luvulle saakka. Siihen asti hirttä käytettiin kaikenlaisten rakennusten rakentamiseen, sillä sitä oli saatavilla helposti meidän metsistämme. Aluksi käytettiin puun runkoa sellaisenaan, poikkileikkaukseltaan pyöreänä, mutta vähitellen hirsi veistetiin paremmin seinärakenteeseen sopivampaan muotoon (Saarelainen 1993, 11). Hirren käyttö väheni sahalaitosten yleistyttyä, jolloin puusta saatiin enemmän rakennusmateriaalia ja rakentaminen oli aiempaa edullisempaa. Samaan aikaan kehiteltiin uusia tapoja sekä keveitä materiaaleja lämmöneristykseen. Rankarakentaminen yleistyessään syrjäytti vähitellen masiivipuisen hirren käytön runkomateriaalina lukuunottamatta vapaaajanrakentamista, jossa sen käyttö on edelleen laajaa. Vanhin Suomesta löydetty asuinrakennuksen hirsikehikko on n vuoden takaa Laatokan läheltä. Tällöin näitä nelinurkkaisia kehikoita käytettiin luultavasti tulisijan suojana, eikä niissä kenties ollut vielä edes kattoa. Vähitellen rakennustaito kehittyi ja tällaisesta suojasta muodostui tulisijoineen tiivis asunto sekä tilat riihelle ja saunalle. Vanhin Suomessa vielä pystyssä oleva hirsirakennus on tiettävästi kokemäellä sijaitseva Pyhän Henrikin saarnahuone, joka rakennettiin 1400-luvin tienoilla. (Saarelainen 1993, 11). Hirren valmistus vientiin alkoi Suomessa jo niinkin vahain kuin 1600-luvulla. Tuolloin Pohjanlahden rannikkopitäjissä valmistettiin talojen hirsirunkoja, joita vietiin purjealuksilla Ruotsiin. Vähitellen tästä, noin 300 vuotta kestäneestä hirsituotteen viennistä, kehittyi merkityksellinen teollisuuden ala maahamme luvulla käynnistyi nykyaikainen teollinen hirrenvalmistus, aluksi vapaa- 8

9 ajanasuntojen tuotantona. Nyttemmin hirrestä valmistetaan enemmän ympärivuotiseen asumiseen käytettäviä omakotitaloja. (Lauharo 2002, 9). 2.2 Käsitteet Hirsirakentamiseen liittyy useita käsitteitä, jotka hirsirakentamisen kanssa toimievien tulee tuntea. Tässä selvitetään niistä tärkeimmät. Hirsi on teollisesti höyläämällä tai sorvaamalla puusta valmistettu, massiivinen, nimellispaksuudeltaan vähintään 68 mm paksu, lähinnä seinähirtenä käytettävä rakennustarvike. Hirteen voidaan työstää varauksia sekä halkeamia ohjaavia uria. (HTT RY 2012). Kulmikas hirsi kuvaa hirren poikkileikkausmuotoa. Hirressä voi olla myös pontteja. Pyöröhirsi on poikkileikkausmuodoltaan ympyrä tai sitä lähellä oleva muoto. Lamellihirsi, käytetään myös nimitystä liimahirsi, on liimattu kahdesta tai useammasta kappaleesta joko pysty-, vaaka- tai ristisaumoin. Salvos on hirsien nurkkaliitos. Ristinurkka on kahden hirren risteyskohta. Pitkänurkka on seinä- tai nurkkaliitos, jossa hirsien päät ulottuvat nurkan yli. Varaus on päällekkäisten hirsien välinen saumamuoto. 9

10 Tiiviste on hirsisaumssa käytettävä ilmavuotojen estämiseen tarkoitettu materiaali. Tapitus estää hirsiseinän yksittäisten hirsien sivuttaisen liikkumisen, kun kaksi tai useampia hirsiä liitetään pystysuunnassa yhteen puu- tai metallitapeilla. Halkeilu johtuu puun kutistumisesta sen kuivuessa; kutistumienen on kehän suunnassa lähes kaksinkertainen säteen suuntaiseen kutistumisen nähden. Painuma on puun kuivumiskutistumisesta, kuormituksesta sekä saumojen tiivistymisestä johtuva seinän laskeutuminen. Kara on hirsiseinän aukkojen pieliin asennettava pystypuu, joka sallii painuman ja estää sivusiirtymät. Karalla liitetään painumattomat rakenteet hirsirunkoon. Kierrejalka on painumattomaan rakennusosan ja hirsirakenteen väliin laitettava liitososa, joka on korkeussuunnassa säädettävissä painuman etenemisen mukaan. Tähän säätämiseen voidaan käyttää myös painumavarapaloja. Tukipuu eli följari on pystysuuntainen puu, joka laitetaan pitkille tukiväleille estämään hirsiseinän nurjahdusta pulttaamalla hirteen tai hirren läpi toiseen tukipuuhun siten, että hirren painuminen on mahdollista. Vaarna on puu- tai metalitappi, jota käytetään hirsiseinän tapitukseen; tai metallinen levy, jota käytetään palkkien kokamiseen. 2.3 Hirren ominaisuudet 10

11 Hirrellä on useita ominaisuuksia, jotka vaikuttavat halutun lopputuloksen saavuttamiseen ja jotka suunnittelijan tulee tuntea. Puun kosteus aiheuttaa kuivuessaan mm. seinärakenteen painumista sekä hirteen halkeilua. Hirren kosteus vaihtelee eri vuodenaikoina ympäröivässä ilmassa olevan suhteellisen kosteuden mukaan. Tällöin hirsi imee itseensä kosteutta tai luovutaa sitä ympäristöönsä olosuhteista riippuen. Hirsi on siis hygroskooppinen materiaali, joka luo rakennukseen ihmisille terveelliset ja miellyttävät olosuhteet Halkeilu Kuivuessaan puu kutistuu (kuva x.) niin säteen kuin poikkileikkauksen kehänkin suunnassa. Koska kehän suunnassa kutistuminen on kaksinkertaista säteen suuntaan nähden, aiheutuu siitä puuhun jännityksiä. Kun jännitys kasvaa yli vetolujuuden, puu halkeaa. (Lauharo 2002, 7). Mitä kosteampaa puu on kuivauksen alkaessa, sitä suurempia tulevat halkeamat olemaan. Samoin puun vahvuus vaikuttaa halkeamien kokoon. Tämän vuoksi hirsiaihiot kuivataan, ja nykyaikaisessa teollisessa tuotannossa lähes aina uunikuivatuksella. Kuva x. Puun kutistuminen. 11

12 Halkeaman leveys muutuu ilman suhteellinen kosteuden muuttuessa. Kun hirren kosteus lämpimässä tilassa on talvella pieni, halkeamat ovat suurimmillaan. Halkeamat eivät kuitenkaan vaikuta haitallisesti hirren lämmönjohtamis- tai lujuusarvoihin. (HTT RY 2012). Kuivauksessa hirren kosteustila saadaan alle 20 %:n. Tällöin puu ei sinisty eikä homehdu, eikä halkeiluakaan juuri enää tapahdu. Kun tuore puu kuivataan 15 %:n kosteustilaan, se kutistuu 3-4 %:a. Tällöin tuoreena 200 mm hirsi onkin kuivauksen jälkeen mm vahvuinen. (Saarelainen 1993, 80) Puun hygroskooppisuus Puun kosteuspitoisuus vaihtelee ympäröivän ilman kosteuspitoisuuden sekä lämpötilan mukaan eli se on hygroskooppinen materiaali. Tämä tapahtuu kuitenkin melko hitaasti eikä eroa Suomen olosuhteissa juuri ole vuorokauden aikana huomattavissa. Kosteusvaihtelut tapahtuvat hirren molemmin puolin n. 5 cm:n paksuisessa kerroksessa, joten paksussa seinän sisäosassa kosteus pysyy lähes muuttumattomana vuodesta toiseen sen saavutettua tasapainokosteuden. (HTT RY 2012). Lämmitetyssä sisätilassa olevan hirren kosteus asettuu n. 8 %:iin ja ulkoseinässä n. 14 %:iin kuivapainosta. Ulkoseinien kosteusvaihteluun vaikuttaa lisäksi mm. auringon säteily sekä rakenteellinen suojaus esim. räystäillä sateelta ja roiskeilta. (HTT RY 2012). 2.4 Teollinen hirsi Sodan jälkeen hirsirakentamisen taito alkoi hiipua. Kaupungeissa rakentamista ohjattiin muutamien tuhoisien tulipalojen jälkeen kivimateriaalin käyttöön. Pientaloja alettiin rakentaa rankorakenteisina, kun tyyppitalot valtasivat alaa. 12

13 Niissä alettiin käyttää esivalmistettuja osia, jolloin rakentaminen nopeutui ja laatu parani huomattavasti. (Keppo 2002, 8). Teollisen hirsituotannon käynnistyttyä ensimmäinen tuote oli höylähirsi. Eri valmistajilla oli omat hirsiprofiilinsa, joiden paremmuudesta he kävivät kilpailua. Tuoteen valmistusta ei ollut viety kovin pitkälle, sillä hirsi höylättiin, mutta tappien reiät sekä nurkkalukot tehtiin käsin. Aluksi hirsiprofiili oli symmetrinen, eli ylä- ja alapinnassa oli urat listalle, joka asennettiin pystytysvaiheessa hirsien väliin. Pian huomattiin, ettei rakenteesta tullut tarpeeksi tiivistä, joten tuotekehitystä oli jatkettava. Jo 1960-luvulla hirsiprofiili muistutti paljon nykyään käytössä olevaa muotoa. (Keppo 2002, 8). Pyröhirren teollinen valmistus alkoi 1964, kun hirsisorvi saatiin kehitettyä ja otettua käyttöön. Hirsi tuotteena ei aluksi kehittynyt paljoa, ennen kuin vasta viime vuosina rakentamisen energiamääräysten tiukentuessa. Sen sijaan tuotantomenetelmät ja -laitteet ovat kehittyneet vauhdilla nykypäiviin saakka. Rakennusten vaipan osien lämmönläpäisykertoimien (U-arvo) enimmäisarvot ovat pienentyneet ja energiatehokkuuden vaatimukset ovat parantuneet. Hirren vahvuudet ovatkin kasvaneet asuinrakennuksissa 200 mm:n tuntumaan, enimmillään jo lähelle 300 mm:ä U-arvovaatimusten vuoksi. Tällaisten hirsien materiaalina käyttetään lammellihirttä, joka on liimattu useasta puuosasta ja tunnetaan myös nimellä liimahirsi. 2.5 Hirsiprofiilit Suomessa käytetään hirren materiaalina pääasiassa mäntyä, mutta jonkin verran myös kuusta. Kuusen käyttöä rajoittavat etenkin sen taipumus vääntyilyyn sekä mäntyä suurempiin halkeamiin (Saarelainen 1993, 76). 13

14 2.5.1 Höylähirsi Höylähirren perusmuoto on kulmikas hirsi, ja siinä voi olla myös pontteja. Poikkileikkaukseltaan yksipuiset hirret on valmistettu vähintään 75 mm:n paksuisesta sahatavarasta. Höylähirttä varten tukit sahataan hirsiaihioiksi ja sen jälkeen ne höylätään. Yleensä hirren ylä- ja alapinnat on muotoiltu toisiinsa sopiviksi saumamuodoilla eli varauksilla, kuten ponttirakenteella. Hirren päissä sekä keskellä on rakennuksen kokoamisen mahdollistavia salvoksia ja muita työstöjä. Hirsiä voidaan jatkaa sormijatkoksin, jolloin saadaan materiaali tarkemmin käyttöön sekä pidempiä hirsiä (HTT RY, 4/2012). Höylähirsi (kuva x) voi olla poikkileikkaukseltaan myös useammasta osasta yhteen liimaamalla valmistettu massiivinen lamellihirsi (liimahirsi). Finnwood Oy kehitti lamellihirren ja aloitti sen tuotannon 1980-luvulla. Tämän jälkeen liimahirren valmistajia on tullut useita lisää. Kuva x. Höylähirsi Pyöröhirsi Pyöröhirsi on pikkileikkaukseltaan ympyränmuotoinen tai sitä lähellä oleva muoto (HTT RY 4/2012). Se on valmistettu sorvaamalla yhdestä puusta tai liimatusta lamelliaihiosta. Sorvaamalla valmistetun hirren sydänosa saattaa 14

15 työstettäessä siirtyä pikkeileikkauksen keskeltä lähemmäksi toista pintaa, jolloin tästä saattaa aiheutua hirteen vääntyilyä. Hirren alapintaan työstetään varaus alla olevan hirren yläpinnassa (selässä) olevaa varausta varten. Pyöröhirsi (kuva x) on perinteinen hirsiprofiili, jonka käyttö nykyaikaisessa kaupunkirakentamisessa on vähäistä rakennuksen ulkonäön ja kaavamääräysten vuoksi. Kuva x. Pyöröhirsi 2.6 Hirsirakenteen ominaisuudet Hengittävyys Hirsiseinä on rakenteeltaan hengittävä. Tällöin rakenteeseen voi helposti siirtyä ympäristöstä diffuusiolla vesihöyryä ja jossa vesihöyry voi sitoutua hygroskooppiseen aineeseen tai vapautua siitä ja siirtyä helposti takaisin ympäristöön. Hyvän ja terveellisen sisäilman kannalta hengittävällä rakenteella on suuri merkitys sisäilman kosteusvaihteluiden tasapainottajana. (HTT RY 4/2012). Hengittävyys vähentää sisäilman suhteelisen kosteuden vaihtelua, jolloin vältetään erittäin kuivan tai kostean ilman mukanaan tuomia haitallisia ja epäterveellisiä vaikutuksia. 15

16 2.6.2 Tiiveys Vaikka hirsiseinä onkin hengittävä, pitää sen silti olla ilmanpitävyydeltään tiivis. Tällöin saadaan estettyä haitalliset ilmavuodot rakenteen läpi ja vesihöyryn kulkeutuminen rakenteisiin. Hirsiseinältä vaadittu tiiveys saavutetaan teollisesti valmistettujen hirsien varauksien muotoilulla sekä hirsien välisissä saumoissa käytettävillä tiivisteillä. (HTT RY 4/2012). Tiiveyteen vaikuttaa myös hirsien nurkkaliitoksissa käytettävä rakenne tiivisteineen sekä asennsustyön huolellinen suorittaminen. Koko rakennuksen tiiveyteen vaikuttaa oleelliseti hirsirungon liittyminen muihin vaipparakenteisiin, kuten ala-, väli- ja yläpohjaan, ikkuna- ja oviaukkoihin sekä savupiippuun. Ne on suunniteltava toimiviksi painuvan hirsirakenteen kanssa ja totetutettava huolellisesti. Myös rungon läpi vietävien johtovetojen reiät tulee tiivistää ilmavuotojen estämiseksi Painuminen Kuivattamisesta huolimatta hirressä on aina jonkin verran kosteutta, joka kuivuessaan aiheuttaa hirsiseinään painumista. Painumista aiheuttaa myös seinärunkoon kohdistuva kuormitus, joilloin hirsiseinä tiivistyy. Hyvin kuivatetut sekä huolellisesti työstetyt hirret ja niiden tarkka asentaminen pienentää hirsirakenteen painuman n. 10 mm:iin seinän korkeusmetriä kohden. Kuivaamattomasta puusta kosteana tehty hirsiseinä saattaa painua kuivuessaan jopa 50 mm:ä/m. Hirsirakennuksen sisällä sijaitsevat hirsiset väliseinät painuvat enemmän kuivuessaan, koska niiden kosteuspitoisuus asettuu alle ulkoseinän pitoisuuden. Tämä erilainen kuivuminen on otettava huomioon suunnittelussa, jos hirsisen väliseinän päältä tuetaan ylä- tai välipohjarakenteita. 16

17 Rakennuksessa on aina kohtia, joiden toteuttamisessa rungon painuminen on huomioitava. Painumattomia rakenteita ovat mm. rankarakenteiset väliseinät, hirsiseinän koolaukset, muuratut seinät ja tulisijat sekä hirsipalkkeja kannattavat pilarit. Ikkunoiden ja ovien asennus on tehtävä aukkojen pieliin painuman sallivien karapuiden avulla, samoin muuratun seinän liittyminen hirsirunkoon. Rankarakenteisten sekä muurattujen väliseinien yläpäähän on jätettävä painumavara välipohja- tai kattorakenteen painumista varten. Hormien läpivienneissä tulee myös väli- ja yläpohjan sekä vesikaton painuminen ottaa huomioon. Erityisesti poikkiharjaiset ratkaisut tulee suunnitella ja toteuttaa huolellisesti. Painumattomaan rakenteeseen tukeutuvat hirsirakenteet on varustettava joko säätäjaloilla tai -kiekoilla, joita voidaan poistaa rakenteiden välistä hirsirakenteen painuessa. Mikäli hirsirunko jatkuu päädyissä vesikattoon saakka ja kattoniskat tukeutuvat yläpäästään harjapalkkiin sekä alapäästään hirsirunkoon, tulee päädyn korkean seinän ja sitä matalamman sivuseinän erilainen painuminen huomioida kattoniskojen kiinnityksessä. Kattoniskat kiinnitetään kiinteästi harjapalkkiin, mutta ulkoseinän päällä kiinnitykseen on käytettävä kattoniskan liukumisen sallivaa menetelmää Energiatehokkuus Heinäkuun alussa vuonna 2012 tuli voimaan uudet rakennusten energiatehokkuutta koskevat määräykset, joissa siirrytään lämpöhäviöiden tarkastelusta kokonaisenergiakulutuksen tarkasteluun. Kokonaisenergiankulutukselle määrätyt rakennuskohtaiset ylärajat ilmaistaan E- lukuna, jonka yksikkö on kwh/m 2 vuodessa. E-luku saadaan laskemalla Suomen rakentamismääräyskokoelman D3 ohjeen mukaan eri energiamuotojen kertoimilla painotettu rakennuksen vuotuisen ostoenergian laskennallinen kulutus nettoalaa kohden. Eri energiamuotojen kertoimet vaihtelevat 0,4 1,7. Mikäli rakennuksen lämmitetty nettoala on enintään 50 m 2, eivät vuoden 2012 energiatehokkuusmääräykset koske sitä käyttötarkoituksesta huolimatta. 17

18 Uudisrakennuksena erillisen hirsirakenteisen pientalon lämmitetyn nettoalan mukainen E-luku, kwh/m 2, ei saa ylittää seuraavia arvoja: A netto <120 m m 2 A netto 150 m ,4*A netto 150 m 2 A netto 600 m ,07*A netto A netto > 600 m Muun tyyppisille rakennuksille on annettu omien luokkiensa mukaiset E-luvun maksimiarvot Suomen rakentamismääräyskokoelman ohjeessa D Lämmöneristävyys Hirsiseinän lämmönläpäisykertoimen U vertailuarvolle annetaan maksimiarvo Suomen Rakentamismääräyskokoelman osassa C4. Hirsiseinän paksuuden on oltava keskimäärin 180 mm ja lämmönläpäisykertoimen enintään 0,40 W/(m 2 K). Kuitenkin seinän, yläpohjan tai alapohjan lämmönläpäisykerroin saa olla 0,6 W/(m 2 K) ja/tai ikkunan 1,8 W/(m 2 K), jos se kompensoidaan vaipan muiden osien paremmalla eristyksellä, paremmalla tiiveydellä tai paremmalla lämmöntalteenoton vuosihyötysuhteella Asuinrakennuksen lämpöhäviöt Jotta rakennukselle saavutetaan hyvä energiatehokkuus, rajoitetaan rakennuksen vaipan, vuotoilman ja ilmanvaihdon lämpöhäviöitä. Lämpöhäviö saa olla enintään yhtä suuri kuin D3:n mukaan laskettu vertailuarvo. 18

19 Rakennuksen vertailulämpöhäviön laskennassa käytetään ilmanvuotoluvun vertailuarvoa q 50 = 2,0 m 3 /h neliömetriä kohden. Suunnitteluratkaisun lämpöhäviöiden laskennassa käytetään ilmanvuotolukuna q 50 = 4,0 m 3 /h neliömetriä kohden. Tätä pienemmän arvon käyttäminen edellyttää ilmanläpäisevyyden osoittamista mittaamalla tai muulla menettelyllä. Rakennuksen ilmanvaihdon poistoilmasta on otettava talteen lämpömäärä, joka vastaa vähintään 45 %:a ilmanvaihdon tarvitsemasta lämpömäärästä. Vastaava lämpöenergiantarpeen pienetäminen voidaan toteuttaa rakennuksen vaipan lämmöneristävyyttä tai ilmanpitävyyttä parantamalla tai vähentämällä ilmanvaihdon lämmityksen tarvitsemaa lämpömäärää muulla tavalla kuin poistoilman lämmöntalteenotolla. Vähentäminen voidaan toteuttaa estämällä lämmöntalteenottolaitteen jäätyminen esimerkiksi nestekiertoisen maalämmityspiirin esilämmityspatterin avulla Loma-asunnon lämpöhäviöt Kun loma-asuntoon on suunniteltu ympärivuotiseen käyttöön tarkoitettu lämmitysjärjestelmä, koskevat sitä vain vaipan lämpöhäviön vaatimukset (RakMk D3, 2012). Suunnitteluarvojen mukaan laskettu lämpöhäviö saa olla enintään yhtä suuri kuin D3:ssa esitettyjen vertailuarvojen mukaan laskettu arvo. Tällöin hirsiseinän paksuuden on oltava vähintään 130 mm ja U-arvon enintään 0,80 W/(m 2 K). Mikäli edellisen kaltainen loma-asunto on tarkoitettu ympärivuotiseen majoituselinkeinon harjoittamiseen, tämä poikkeus ei sitä koske Rakenteellinen suojaus, kosteudeneristys, palonkesto ja ääneneristävyys Kun massiivinen hirsiseinä on suojattu rakenteellisesti kosteudelta, on se kosteusteknisesti varma ja turvallinen käyttää. Kosteuden vaihtelu on 19

20 yleensäkin hirsiseinässä pientä, vaihdellen eri seinillä paksuuden mukaan. Mikäli hirsiseinän lämpöeristää, on sen kosteustekninen toiminta paljon haasteellisempaa. Hirsiseinän eristämistä sisäpuolelta ei suositella ilman höyrynsulun käyttöä. Tällöinkin eristeen turvallisena paksuutena pidetään enintään 50 mm:ä. Paksumman eristeen kanssa on käytettävä tarpeeksi tiivistä höyrynsulkua. Kun eriste on hirren ulkopuolella, on sen toiminta ongelmattomampaa, kun hirsi jää lämpimälle puolelle. Lämpöeristeen ja ulkoverhouksen väliin on jätettävä ilmarako, jotta eristeeseen kertynyt kosteus voi kuivua aiheuttamatta vahinkoa ja toisaalta verhouksen läpi päässyt ulkopuolinen kosteus ei pääse eristeeseen. Kosteuden eristäminen puusta on hoidetava luotettavasti, jotta rakenteeseen tunkeutuvalla maaperän kosteudella tai vesihöyryllä ei ole haitallista vaikutusta rakenteisiin. Esimerkiksi betonivalu on eristettävä puusta kosteudeneristyksellä, sokkelin yläpinnan on oltava vähintään 300 mm:ä maanpinnan yläpuolella, suihku- tai vesipisteitä ei saa sijoittaa suojaamattomalle hirsiseinälle ja vedeneristykset on tehtävä käytettävän aineen valmistajan ohjeen mukaisesti. Palonkestoa koskevat määräykaset esitetään Suomen rakentamismääräyskokoelman osassa E1 vuodelta Hirsi määritellään kuuluvaksi luokkaan D-s2,d0, joka kertoo, että hirren osallistuminen paloon on hyväksyttävissä, hirren savuntuotto on vähäistä ja palavia pisaroita ei esiinny. Hirsiseinän palonkestävyyvaika sen toimiessa osastoivana rakennusosana (EI) esitetään HTT ry:n julkaisussa Hirsitalon suunnitteluperusteet HTT RY 4/2012. Nämä kantavuustestit on suoritettu VTT:llä SFS-EN :1999-standardin mukaisesti. Lisäksi eri seinätyypeillä (lamelli-, pyöröhirsi- sekä lisäeristetyt höylähirsiseinät) on erilaisia vaatimuksia esimerkiksi saumojen muodoista ja rakenteista sekä hirsien välisessä saumassa käytettävästä tiivisteestä. 20

21 Hirsiseinän ääneneristävyys on riippuvainen seinän massasta, varauksen leveydestä ja hirsiseinän jäykkyydestä. Hirsirakennuksissa voidaan arviolta äänitasoeroksi saavuttaa db, jos käytetään normaaleja ikkunarakenteita ja hirsityyppejä LH180 ja LH205. Yleensä lisäeristetyllä hirsiseinällä saavutetaan vaadittava ääneneristyksen taso. 2.7 Ekologisuus Hirsi on usealta kannalta katsottuna ekologinen materiiaali toteuttaa rakennus. Puu on täysin luonnonmukainen rakennusmateriaali, se toimii rakennuksessa hiilinieluna ja se voidaan usein uusiokäyttää uuteen rakennukseen tai aivan elinkaarensa päässä esimerkiksi rakennusten lämmöntuotannossa. EU:n asettamat päästö- ja energiatehokkuustavoitteet ohjaavat rakentamista ympäristön kannalta kestävämpään ja tehokkaampaan toteutukseen. Puulla on tällöin hyvät mahdollisuudet menestyä verrattuna useisiin muihin rakennusmateriaaleihin. Tukkipuusta käytetään hirren valmistamiseen 25 %:a, sahatavaraksi 20 %:a, paperin raaka-aineeksi 29 %:a ja energiantuottoon käytettään 26 %:a. Kun hirsitalossa on keskimäärin ulkoseinää noin 150 m 2 ja seinän vahvuus on 205 mm, käytetään seinähirsien valmistukseen noin 120 m 3 tukkeja. Suomen keskimääräisen metsänkasvun mukaan tuo puumäärä korjataan keskimäärin 1,4 hehtaarin alalta. Puuta kasvaa metsissämme noin 23 milj. m 3 enemmän kuin sitä hakataan, joten hirsitaloja voitaisiin valmistaa vuosittain nykyistä enemmän ilman puun määrän vähenemistä metsissämme. (Alasaarela 2009, 2). Rakentamisen taloudellisuuteen kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Meneillään olevissa projekteissa, esimerkiksi ERA17-toimenpideohjelma, selvitetään käyttöönotettavia laskentamenetelmiä, jotka huomioisivat kaiken rakentamisessa kuluvan energian määrän sekä aiheutuvat päästöt. Mukaan lasketaan raaka-aineen tuottaminen tarvikkeeksi sekä sen käyttö 21

22 rakennuksessa elinkaaren loppuun saakka aina sen hävittämiseen tai palauttamiseen luonnon kiertokulkuun takaisin. 22

23 3 SUUNNITTELUOHJE Suunnitteluohjeeseen kerätään hirsirakentamiseen liittyvää tietoa. Perusteita yleisestä rakennussuunnittelusta esitetään kaaviomaisesti, mutta niiden soveltaminen hirsirakennusten suunnittelussa esitetään tarkemmin. Aineistoa kerätään HTT ry:ltä ja sen jäsenyrityksiltä sekä alan julkaisuista niin sähköisessä kuin painetussa muodossa, lehdistä, Internetistä, Suomen rakentamismääräyskokoelmasta ja RT-kortistosta. 3.1 Ohjeen rakenne ja toteutusmuoto Ohje teteutetaan netissä toimivaksi internet-sivustoksi. Sivusto tehdään rakenteeltaan (kuva xx) sellaiseksi, että laajentaminen uusilla osakokonaisuuksilla on myöhemmin mahdollista. Seuraavaksi on kaavailtu tehtäväksi hirsirakennusten rakennesuunnittelu -osiota. Sivustoon suunnitellaan tulevaksi joka aiheelle oma perusosa, joka on vain opettajien käytössä sisältäen luennoilla tarvittavaa materiaalia. Opetuksessa osa materiaalista voidaan jättää opiskelijan oman kiinnostuksen mukaan suoritettavaksi itseopiskeluna, jolloin kukin voi perehtyä halunsa mukaan hirsisuunnitteluun ja -rakentamiseen. Tämä materiaali sijoitetaan opiskelijoille tarkoitettuun aiheeseen syventävään osioon. Asiat kootaan aiheiltaan omiin kokonaisuuksiinsa, tiiviiseen muotoon ja kuvia käytetään selventämään ja keventämään esitystä. Pitkiä asialistauksia vältetään, jotta pitkän tekstin vierittäminen näytöllä ei tuntuisi työläältä. Esimerkiksi palaaminen johonkin mielenkiintoiseen asiaan voi olla vaikeaa, kun sen löytäminen myöhemin pitkästä tekstistä on hankalaa. 23

24 HIRSIRAKENNUSTEN SUUNNITTELU INTRO Kiinnostuksen herättäminen RAKENNUSSUUNNITTELU OPETUS VAIN OPETTAJAT ITSEOPISKELU SYVENTÄMINEN HIRSI RAKENTAMINEN PALOMÄÄRÄYKSET ENERGIATEHOKKUUS RAKENNUSSUUNNITTELU HIRREN VALMISTUS Esim. Esim. RAKENNESUUNITTELU TALOTEKNIIKKA HUOLTO JA KORJAUS Kuva xx. Sähköisen suunnitteluohjeen rakennekaavio. 24

25 3.2 Rakennussuunnitteluprosessin kulku Rakentamisprojekti on aina kallis, mutta hyvästä suunnittelusta ei kannata säästää. Suunnittelija kannattaa palkata jo hyvissä ajoin ennen projektin aloittamista, sillä hänestä on apua niin tarpeiden kartoituksessa, tontin valinnassa kuin kustanusten määrittelyssäkin. Hyvä suunnittelija saattaa säästää rakentajan menoja palkkiotaan enemmän. Tarvekartoituksessa käydään läpi rakennukseen tulevat toiminnot ja mietitään niiden tarvitsemien tilojen koot. Näin saadan selville rakennuksen kokonaisala sekä alustavat kustannukset. Rakennuksen tuleva sijaintipaikka vaikuttaa myös rakennuksen suunnitteluun. Huomioon on otettava mahdolliset kaavamääräykset, tontin koko, muoto, ilmansuunnat ja kasvillisuus, maasto-olot, naapurirakennukset sekä tulevan kulkuyhteyden sijainti tieltä tai kadulta. (Puuinfo. Pientalohankkeen suunnittelu.) Heti alussa, jopa ennen tontin ostoa, tulee tietää sen soveltuvuus rakentamiseen, mikä voidaan todeta pohjatutkimuksella. Siitä selviää, millaisen perustuksen tontin maaperä tulevalle rakennukselle vaatii tehtäväksi. Koska suunnitelun alkuvaiheessa tehtävillä valinnoilla on tuntuva vaikutus rakentamiskustannuksiin, on tärkeää tietää, millainen rahamäärä rakentamiseen on käytettävissä. Alussa arviointiin voidaan käyttää vastaavissa rakennusprojekteissa toteutuneita neliökustannuksia. Rakennuksen suunnittelijan pätevyydelle asetetaan maankäyttö- ja rakennuslaissa tietyt edellytykset riippuen suunnittelutyön vaativuudesta. Pätevyys muodostuu koulutuksesta ja kokemuksesta. Suunnittelijan pätevyyden tapauskohtaisesti arvioi aina paikkakunnan rakennusvalvonta. 25

26 Suunnittelukustannuksiin vaikuttavat rakennuksen koko ja muoto, yksityiskohdat, materiaalit ja varustustaso. Suunnittelun kustannukset ovat arviolta noin 10 %:a rakentamisen kokonaiskustannuksista. Yleensä rakennuttaja pyytää suunnittelusta tarjouksia, joissa tulee eritellä veloitus- ja laskutusperusteet. Luonnossuunnittelu tehdään monesti tuntiveloituksena, koska alkuvaiheessa luonnostellaan usein muutoksia ja erilaisia versoita. Siitä eteenpäin suunnittelutyö jatkuu yleensä rutiinityönä urakkahinnoittelulla. Hintaan vaikuttavat myös mahdollisesti tajoukseen sisällytetyt viranomaisneuvottelut ja hyväksymisten hoitaminen sekä kokous- ja matkakulut. Rakennussuunnitteluun sisältyy yleensä rakennuksen luonnossuunnittelu sekä niiden pohjalta tehdään lopulliset rakennuslupapiirustukset. Näihin tarvitaan ainakin asemapiirros, pohjapiirokset jakaisesta kerroksesta, leikkauspiirustukset, julkisivupiirustukset, rekenneleikkaukset sekä hormipiirustus. Rakennuslupa-asiakirjojen sisältö vaihtelee kunnittain, joten ne tulee tarkistaa kunnan rakennusvalvonnasta etukäteen, jotta lupaprosessi etenee jouhevasti. Lisäksi tehdään työpiirustukset rakentamista varten. Pohjat ja leikkaukset mitoitetaan, piirretään tarvittavat kaaviot kalusteista sekä ikkunoista ja ovista, laaditaan huoneselitykset pintakäsittelyineen sekä varusteja laiteluettelot. 3.3 Energiatehokkuus Suunnittelija joutuu huomioimaan rakennusta suunnitellessaan aina ko. rakennukselle sallittavan E-luvun maksimiarvon. E-luku kertoo, kuinka paljon talon kokonaisenergiankulutus on kilowattitunteina neliömetriä kohden vuodessa. E-luvun suuruuteen vaikuttaa erikseen määritelty kerroin, joka huomioi rakennuksen lämmitykseen käytettävän energian ekologisuuden. Mitä vähemmän energian tuotannosta aiheutuu päästöjä, sitä pienempi on sen kerroin. E-luvun likimääriseen laskentaan suunnittelutyön aikana on saatavilla sekä ilmaisia että maksullisa helppokäyttöisiä ohjelmia. 26

27 Jotta tavoiteltu E-luku saavutettaisiin, pitää rakennuksen lämmitysmuoto sekä ulkoilmaa ja maata vasten tulevien vaipanosien rakenteet ja U-arvot olla selvillä laskentaa tehtätessä. Joskus on käytettävä uusiutuvaa ja vähäpäästöistä lisäenergiantuottoa apuna päämäärän saavuttamiseksi. Tulisijaa, aurinkokeräimiä ja/tai -paneeleja käyttämällä ilmanvaihdon lämmöntalteenoton tehostamisen ohella voidaan pienentää E-lukua. Hirsirakentamisessa voidaan käyttää konpensointia, jolloin esimerkiksi ylä- tai alapohjan eristemäärää kasvattamalla päästään matalampaan E-lukuun. Lupa-asiakirjoihin liitetään energiaselvitys, joka sisältää lämmöntasauslaskelman sekä energiatodistuksen. 3.4 Palomääräykset Palomääräysten ja ohjeiden soveltaminen on yleensä ollut paikkakuntakohtaista riippuen rakennusvalvonta- ja paloviranomaisten tulkinnoista. Hirsitaloteollisuus ry:n asiantuntijat ovat tehneet yhteistyössä viranomaisten kassa tietopaketin, jossa selvennetään määräysten ja ohjeiden soveltamista etenkin julkisessa hirsirakentamisessa. Merkittävin tekijä on hirren osalta ollut näkyvän puupinnan luokitus sisä- js ulkopinnoissa paloon osallistuvana tekijänä. Tämä ohje helpottaa rakentamisprosessiin osallistuvien osapuolten työtä ja vähentää paikkauntakohtaisten tulkintojen mahdollisuutta (HTT ry). Palosuojaamattomana hirsiseinä on pintaluokaltaan D-s2, d2 (D= osallistumienen paloon on hyväksyttävissä, s2= savuntuotto on vähäistä, d2= palavia pisaroita voi esiintyä eivätkä ne sammu nopeasti). Hirsi täyttää hyvin kantavien ja osastoivien rakennusosien luokkavaatimukset. Esimerkiksi jo 92 mm:ä vahvan hirsiseinän luokkavaatimus kantavana rakenteena on R30 ja osatoivana rakennusosana EI30. (HTT ry ). Rakennukset jaetaan eri paloluokkiin (P1, P2 tai P3) kuuluviksi käyttötapansa perusteella. Tähän jakoon vaikuttavat rakennuksen ominaisuuksista kerrosluku, 27

28 korkeus sekä kerrosala. Rakennuksen käyttötapa määrää sille suurimman sallittun henkilömäärän kerrosluvun mukaan (RakMk E1 2011). Hirsirakenteiset julkiset rakennukset ovat yleensä enintään kaksikerroksisia. Hirrestä voidaan hyvin rakentaa enintään 2-kerroksisia päiväkoteja, hoitolaitoksia, kouluja, toimistorakennuksia, hotelleja, asuntoloita, ravintoloita ja liiketiloja. Toiseen kerrokseen ei kaikissa käyttötavoissa ole sallittua sijoittaa pääkäyttötarkroituksen mukaisia tiloja, mutta siellä voi olla esimerkiksi henkilökunta-, toimisto- ja teknisiä tiloja. (HTT ry ). 28

29 4 OPETUSMATERIAALI 29

30 LÄHTEET Tekijän nimi ja painovuosi. Teoksen koko nimi. Kustannuspaikka: Kustantaja. Lauharo, Kimmo Hirsi rakennusaineena ja teollinen hirsitalo. Oy Unipress Ab. Hirsitaloteollisuus HTT RY, Hirsitalon suunnitteluperusteet 4/2012. Saarelainen, Eero Hirren maailma. Jyväskylä: RATK Oy. Keppo, Juhani Talonrakentajan käsikirja, osa 3. Hirsitalon takentaminen. Saarijärvi: RATK Oy. Alasaarela, Matti Hirsiseinän ekokilpailukyky. HTT RY. Green Building Council Finland / GBC Suomi ry 30