Rakenteiden fysiikka. ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Hannu Hirsi. Energiatehokas, allergiakoti Siporexista, Lahti

Transkriptio

1 ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden fysiikka Hannu Hirsi Energiatehokas, allergiakoti Siporexista, Lahti Parocin passiivitalokonsepti, Valkeakoski Tikkurilan passiivitalokonsepti SPU passiivitalokonsepti, Espoo

2 Rakennuksen toiminta kokonaisuutena: Tilajärjestelmät : Hyötytilat. Aputilat. Liitetilat Toiminto Ympäristö Jatkuvuus! Rakennejärjestelmät : Kantavat rakenteet. Eristävät rakenteet Täydentävät rakenteet. Pintarakenteet Talotekniikka : LVISTAJ Energiatehokkuus Pintarakenne Talotekniikka Runkorakenne ja eristeet Ulkopinta Rakennuspaikka 2

3 3

4 Suomen rakentamismääräyskokoelma A Yleinen osa B Rakenteiden lujuus C Eristykset D LVI JA energiatalous E Rakenteellinen paloturvallisuus F Yleinen rakennussuunnittelu G Asuntorakentaminen 4

5 B Rakenteiden lujuus B1 (1998) Rakenteiden varmuus ja kuormitukset, määräykset Valmistelija Jukka Bergman B Kantavat rakenteet Valmistelija Jorma Jantunen B3 (2004) Pohjarakenteet, määräykset ja ohjeet Valmistelija Jukka Bergman B4 (2005) Betonirakenteet, ohjeet Valmistelija Jorma Jantunen B5 (2007) Kevytbetoniharkkorakenteet, ohjeet Valmistelija Jorma Jantunen B6 (1989) Teräsohutlevyrakenteet, ohjeet, B6 Standardit 2001 Valmistelija Jukka Bergman B7 (1996) Teräsrakenteet, ohjeet, B7 Standardit 2001 Valmistelija Jukka Bergman B8 (2007) Tiilirakenteet, ohjeet Valmistelija Jorma Jantunen B9 (1993) Betoniharkkorakenteet, ohjeet Valmistelija Jorma Jantunen B10 (2001) Puurakenteet, ohjeet Valmistelija Jorma Jantunen 5

6 C Eristykset C1 (1998) Ääneneristys ja meluntorjunta rakennuksessa, määräykset ja ohjeet Valmistelija Ari Saarinen C2 (1998) Kosteus, määräykset ja ohjeet Valmistelija Katja Outinen C3 (2010) Rakennuksen lämmöneristys, määräykset Valmistelija Pekka Kalliomäki C4 (2003) Lämmöneristys, ohjeet Valmistelija Pekka Kalliomäki 6

7 Kantavat rakenteet ja eristävät rakenteet : 1. Kantavat rakenteet. Kantavat, jäykistävät. Liitokset. Rakenteiden lujuusoppi 2. Eristävät rakenteet. Lämmöneristys. Kosteuseristys. Ilmatiiveys. Palotekniikka. Rakenteiden lujuusoppi 7

8 Mitä rakennusfysiikka on: Rakennusfysiikka voidaan jakaa esimerkiksi seuraaviin osaalueisiin: 1. Lämpötekniikka 2. Kosteustekniikka 3. Ilmatekniikka 4. Äänitekniikka 6. Palotekniikka Rakennusfysiikan professori Martti Viljanen. Talotekniikan professori Jouko Pakanen aloitti 2009, uusia professoreja tulossa : Talotekniikka ja sisäilmasto. Talotekniikka ja enegiatalous Kantavat rakenteet --- eristävät rakenteet. 5 professoria 2 professoria + tenure tracks2 8

9 1. Lämpötekniikka Matalaenergiaratkaisut Passiivitalot Suunnittelulähtökohdat: Energiatehokkuus. Käyttötarkoituksenmukainen lämpötila. Suunnittelun kohde: Rakenne-, lämmitys- ja ilmanvaihtotekniset ratkaisut. Passiivitalokonseptit. Uudet lämmöneristysmääräykset Energiatehokas koti suurelementtien pohjalta 9

10 2. Kosteustekniikka Suunnittelulähtökohdat: Käyttötarkoituksen määrittämä sisäilman suhteellinen kosteus Kosteusvaurioriskin minimoiminen ja vaurioiden ennaltaehkäisy Suunnittelun kohde: Rakenne- ja ilmanvaihtotekniset ratkaisut Pinnoite vauriot Homeet Pakkasvauriot 10

11 Esimerkki : Rakennuksen rasitustekijät, kosteus Rakennuksen kosteustekniseen toimintaan vaikuttavia rasituksia: Vrt. kantavuus ja kuormat 11

12 Kosteuden vaikutus sisäilman laatuun : 12

13 3. Ilmatekniikka Suunnittelulähtökohdat: Moitteeton sisäilman laatu ja virtausten hallinta. Ilmavirtaukset eivät saa tuhota rakenteita Suunnittelun kohde: Ilmavirtaukset huonetiloissa, rakenteiden sisä- ja ulkopinnoilla sekä rakenteissa. Hallitsemattomat ilmavirtaukset aiheuttavat rakennuksen energiankulutuksen kasvua. Emissiot Mikrobit Radon 13

14 Esimerkki käytännöstä : Ihmisten tuottama hiilidioksidi CO 2 on merkittävä sisäilman epäpuhtaus. Rakennusfysiikan osa-alueet Lämpötekniikka Kosteustekniikka Ilmatekniikka Palotekniikka Akustiikka 14

15 4. Äänitekniikka 1. Meluntorjunta: Suunnittelulähtökohdat: Käyttötarkoituksen mukaisen toiminnan aiheuttama äänitaso ei nouse häiritsevän korkeaksi. 2. Ääneneristys: Suunnittelulähtökohdat: Ulkopuolisen äänen eristys kaikissa käyttötilanteissa niin ettei tilan käyttäjien terveys vaarannu ja tilan käyttäjien olosuhteet työskennellä ja levätä ovat hyvät Suunnittelun kohde: Rakenne- ja laitetekniset ratkaisut Huoneakustiikka 15

16 5. Palotekniikka Suunnittelulähtökohdat: Varmistetaan tulipalon sattuessa riittävä henkilöturvallisuus. Rajataan omaisuusvahinkojen määrää. Omaisuudenturva. Rakennuksen korkeus ja käyttötarkoitus keskeisessä asemassa Suunnittelun kohde: Rakenne- ja laitetekniset ratkaisut (sammutustekniikka) Palo-ja turvallisuustekniikan perusteet Tulipalon dynamiikka Tulipalon simulointi 16

17 Esimerkki Julkisivut ja vesikatot : Ulkoseinän rakennusfysikaalinen toimintaperiaate: Painesuhteet seinän yli. 17

18 Olennaiset tekniset vaatimukset Maankäyttö- ja rakennuslaki 117 Rakentamiselle asetettavat vaatimukset Rakennuksen tulee soveltua rakennettuun ympäristöön ja maisemaan sekä Huom 1. täyttää kauneuden ja sopusuhtaisuuden vaatimukset. Huom. Rakennuksen tulee sen käyttötarkoituksen edellyttämällä tavalla täyttää rakenteiden lujuuden ja vakauden, paloturvallisuuden, hygienian, terveyden ja ympäristön, käyttöturvallisuuden, meluntorjunnan sekä energiatalouden ja lämmöneristyksen perusvaatimukset (olennaiset tekniset vaatimukset). Rakennuksen tulee olla tarkoitustaan vastaava, korjattavissa, huollettavissa ja muunneltavissa sekä, sen mukaan kuin rakennuksen käyttö edellyttää, soveltua myös sellaisten henkilöiden käyttöön, joiden kyky liikkua tai toimia on rajoittunut. Korjaus- ja muutostyössä tulee ottaa huomioon rakennuksen ominaisuudet ja erityispiirteet sekä rakennuksen soveltuvuus aiottuun käyttöön. Muutosten johdosta rakennuksen käyttäjien turvallisuus ei saa vaarantua eivätkä heidän terveydelliset olonsa heikentyä. Rakentamisessa tulee lisäksi muutoinkin noudattaa hyvää rakennustapaa 18

19 RakMK 1.2 Olennainen vaatimus rakennuksen ja muun rakennuskohteen olennaisista vaatimuksista on voimassa, mitä rakennuslaissa tai sen nojalla säädetään B1 Rakenteen lujuuden ja vakavuuden kannalta C1 Ääneneristyksessä ja meluntorjunnan kannalta tämä erityisesti tarkoittaa, että -Rakennus on suunniteltava ja rakennettava siten, että melu, jolle rakennuksessa tai sen lähellä olevat altistuvat, pysyy niin alhaisena, ettei se vaaranna näiden henkilöiden terveyttä ja että se antaa mahdollisuuden nukkua, levätä ja työskennellä riittävän hyvissä olosuhteissa. C2 Kosteus, Rakennus on suunniteltava ja rakennettava siten, ettei siitä aiheudu sen käyttäjille tai naapureille hygienia- tai terveysriskiä kosteuden kertymisestä rakennuksen osiin tai sisäpinnoille. E1 Rakennusten paloturvallisuuden kannalta tämä erityisesti tarkoittaa, että rakennuksen kantavien rakenteiden tulee palon sattuessa kestää niille asetetun vähimmäisajan; palon ja savun kehittymisen ja leviämisen rakennuksessa tulee olla rajoitettua; palon leviämistä lähistöllä oleviin rakennuksiin tulee rajoittaa; rakennuksessa olevien henkilöiden on voitava palon sattuessa päästä poistumaan rakennuksesta tai heidät on voitava pelastaa muulla tavoin; pelastushenkilöstön turvallisuus on rakentamisessa otettava huomioon. F2 Käyttöturvallisuus Rakennuksen näiden ominaisuuksien tulee normaalilla kunnossapidolla säilyä koko taloudellisesti kohtuullisen käyttöiän ajan. 19

20 Esimerkkisuunnitelma Rakennuksen leikkaus : Lähde: Lupa-arkkitehti Peter Westerlund, Espoon kaupunki 20

21 Esimerkki Kastepisteen laskenta seinissä : Ulkoseinän kosteusfysikaalinen toimintaperiaate: Sisäilmasto +20 C ja 50 % RH, ulkoilma -10 C ja 85 % RH. 21

22 Esimerkki : Hygrothermal simulations : 22

23 Esimerkki : Vaativissa kohteissa rakennusfysiikan simuloinnilla saadaan ilmiöt tutkittua hyvin ja suunniteltua rakentet oikein : 23

24 Esimerkki Alapohjat: 24

25 Esimerkki Detaljit: 25

26 Julkisivujen ja vesikattojen toimivuus : Vaatimusten kohdistuminen seinän rakenneosille: Kaksivaiheinen tiivistys sade vuodot tuuli 1 tuuli 2 ilmavirtaukset lämpö vesihöyry vesi ilmavirtaukset Toimintojen yhdistäminen. Osien liittäminen ja 26 jatkuvuus!

27 Ikkunat ja kaksoisjulkisivut : Lasia käytetään : perinteisesti ikkunoissa kaksoisjulkisivuissa lasikatoissa. Rakennusfysiikka, erit. ilmanpitävyys ja sateenpitävyys 27

28 Ikkunat ja kaksoisjulkisivut jatkuu... Lasirakenteilla voidaan toteuttaa hyvin monenlaisia tarpeita : akustiikkaikkunat, paloikkunat, iskunkestävät, murronkestävät ja kantavat lasirakenteet. 28