TUULETTUVIEN JULKISIVUJEN RAKENNESUUNNITTELU BY 64 TUULETTUVAT JULKISIVUT 2016 -KURSSI 1
TUULETTUVIEN JULKISIVUJEN RAKENNESUUNNITTELU Sisältö: - Säärasitukset ja ilmastonmuutoksen huomioon ottaminen - Rakennesuunnittelun perusteet - Rakennesuunnittelu uudisrakentamisessa liitos- ja detaljisuunnittelu - Korjausrakentamisen erityiskysymyksiä liitos- ja detaljisuunnittelu 2
SÄÄRASITUKSET JA ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET Tuulettuvien julkisivujen suunnittelussa keskeistä (insinöörinäkökulma): Sadevedenpitävyys. Saderasitus pysyy lämmöneristeiden ulkopuolella ja pääosin julkisivupinnan ulkopuolella. Tuulettuvuus. Tuuletusrakoon päässyt vesi ja kosteus pääsevät poistumaan rakenteesta haittaa aiheuttamatta. Materiaalien lämpöliikkeiden hallinta. Tuulettuvissa julkisivujärjestelmissä toisiinsa kiinnitetään materiaaleja, joilla on erilaiset lämpöliikkeet. Korroosionkestävyys. Ulko-olosuhteissa usein metallien korroosiolle otolliset olosuhteet. Galvaanisen parin muodostuminen estettävä. Pakkasenkestävyys. Suomen ulko-olosuhteissa materiaalit altistuvat toistuvalle jäätymissulamissyklille, joten huokoisten materiaalien pakkasenkestävyyden tulee olla riittävä samoin kuin erilaisten käytettävien kiinnikkeiden myös materiaalien vanhentuessa. 3
Annual rainfall [mm] Saderasitus Vetenä ja räntänä tullut sade 1961-2005. 800 700 600 500 400 300 Vantaa 200 Turku 100 Jyväskylä 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Year 4
Ilmastonmuutosennusteet Jylhä et al. 2009
Saderasitus 6
Saderasitus 7
Saderasitus Present 2050 2100 Pakkala et al. 2016 8
Saderasitus Lemberg 2015 9
Vuosittaiset jäätymissulamissyklit (Jyväskylä 1960-2009) 0 C Jäätymissulamissyklejä 62 138/vuosi (51-150/vuosi Hki- Vantaa) -5 C Jäätymissulamissyklejä 15 52/vuosi (13-34/vuosi Hki- Vantaa) -10 C Jäätymissulamissyklejä 5 26/vuosi (2-17/vuosi Hki-Vantaa) Huokoinen materiaali pakkasrapautuu vain, jos huokosrakenne on täyttynyt yli kriittisen vedellätäyttymisasteen (Fagerlund 1977). Jäätyminen 3 vrk:n sisällä sateesta 0 C Jäätymissulamissyklejä 18 37/vuosi (11-36/vuosi Hki-Vantaa) -5 C Jäätymissulamissyklejä 8 25/vuosi (4-20/vuosi Hki-Vantaa) -10 C Jäätymissulamissyklejä 2 15/vuosi (2-12/vuosi Hki-Vantaa)
RAKENNESUUNNITTELUN PERUSTEET - Mitoitus tuulelle ja omapainolle - Iskukuormat - Materiaalien muodonmuutosominaisuudet - Säärasitus - Kosteustekninen toiminta - Lämpötekninen toimivuus - Rakenteen ilmatiiveys - Ilmaääneneristys - Palomääräykset 11
Mitoitus tuulelle ja omapainolle Omapaino koostuu - Pintamateriaalin (levyt, laatat, kasetit) painosta, luokkaa 0,05-0,40 kn/m 2 - Rankarakenteen painosta, luokkaa 0,1-0,5kN/m 2 - Tuulensuojan painosta, luokkaa 0,15-0,3 kn/m 2 - Lämmöneristeen painosta, luokkaa 0,2-0,3 kn/m 2 YHTEENSÄ 0,15-1,5 kn/m 2 Eri materiaaliyhdistelmien omapainoissa voi olla jopa 10-kertainen ero, joten kiinnitystavat ja tarve vaihtelevat huomattavasti. 12
Mitoitus tuulelle ja omapainolle Tuulikuorman (paine ja imu) voimakkuuteen vaikuttavat rakennuksen: - Sijainti - Korkeus - Muoto 13
Mitoitus tuulelle ja omapainolle Tuulikuorman (paine ja imu) voimakkuuteen vaikuttavat rakennuksen: - Sijainti - Korkeus - Muoto 14
Iskukuormat - Tyypillisesti vaakakuormia, jotka kohdistuvat rakennuksen alaosiin sekä muihin liikennöityihin kohtiin tai parvekekaiteisiin. - Lujuusmitoitus sekä pintarakenteelle että alusrakenteelle - Mahdollisia toimintamalleja ovat: - Käytetään lujempaa/paksumpaa pintamateriaalia - Muutetaan julkisivumateriaalin profiilia jäykemmäksi/taivutusvastukseltaan suuremmaksi - Tihennetään pintamateriaalin kiinnitystä - Tihennetään rankarakenteen jakoa - Estetään törmäykset muilla rakenteilla. 15
Iskukuormat - Tyypillisesti vaakakuormia, jotka kohdistuvat rakennuksen alaosiin sekä muihin liikennöityihin kohtiin tai parvekekaiteisiin. - Lujuusmitoitus sekä pintarakenteelle että alusrakenteelle - Mahdollisia toimintamalleja ovat: - Käytetään lujempaa/paksumpaa pintamateriaalia - Muutetaan julkisivumateriaalin profiilia jäykemmäksi/taivutusvastukseltaan suuremmaksi - Tihennetään pintamateriaalin kiinnitystä - Tihennetään rankarakenteen jakoa - Estetään törmäykset muilla rakenteilla. 16
Rakenneosien lujuusmitoitus - Koskee kaikkia rakenneosia: pintarakenne, rangat, liitososat - Tuulettuva julkisivurakenne on yleisimmin vain itsensä kantava - Pintarakenne siirtää siihen kohdistuvat voimat rankarakenteelle, jonka kautta voimat siirtyvät rakennuksen kantavaan runkoon. 17
Rakenneosien lujuusmitoitus - Koskee kaikkia rakenneosia: pintarakenne, rangat, liitososat - Tuulettuva julkisivurakenne on yleisimmin vain itsensä kantava - Pintarakenne siirtää siihen kohdistuvat voimat rankarakenteelle, jonka kautta voimat siirtyvät rakennuksen kantavaan runkoon. 18
Materiaalien muodonmuutosominaisuudet Materiaalien tulee pysyä paikoilleen asennettuna vahingoittumattomana huolimatta erilaisista muodonmuutoksista. Omapainon ja tuulen lisäksi erilaisia muodonmuutoksia aiheuttavat materiaalien: - Lämpöliikkeet - Kosteusliikkeet - Kutistuma - Viruma. Näiden aiheuttamat liikkeet tulee ottaa huomioon: - Pintamateriaalien saumojen suunnittelussa - Pintamateriaalien kiinnityksissä - Rankarakenteiden kiinnityksissä. 19
Lämpöliikkeet Pintamateriaalien lämpöliikkeillä on merkittäviä eroja keskenään samoin kuin pintamateriaalien ja rankojen välillä. Pintamateriaalit Rangat 20
Lämpöliikkeet Pintamateriaalien lämpöliikkeillä on merkittäviä eroja keskenään samoin kuin pintamateriaalien ja rankojen välillä. Pintamateriaalit Rangat 21
Kosteusliikkeet Lämpöliikkeisiin verrattuna pintamateriaalien kosteusliikkeet ovat varsin pieniä. Metalleilla niitä ei ole ja sementtipohjaisissa levyissäkin hyvin pieniä. Sen sijaan puurangoilla kosteusliikkeet saattavat olla haitallisen suuria, jos niitä ei oteta suunnittelussa huomioon. Ensisijaisesti puurangat tulee asentaa siten, että ne eivät pääse kastumaan suoraan sateen vaikutuksesta. 22
Kutistuma ja viruma Ensisijaisesti pintamateriaalin kutistuma otetaan huomioon jo valmistuksen yhteydessä. Valmistajalla on valmistustoleranssit, joissa tuotteen tulee pysyä. Sementti- ja polymeeripohjaiset tuotteet kutistuvat valmistuksen jälkeen. Sementtipohjaisilla tuotteilla kutistuminen voi hyvinkin olla merkittävin muodonmuutosominaisuus. Viruma on materiaalin kutistumista pitkäaikaisen kuormituksen alaisena. Sitä harvemmin tapahtuu julkisivurakenteissa. 23
Rakennusfysikaalinen toiminta Rakennusfysikaalisen toimivuuden suunnittelussa tarkastellaan rakenteen: - Tuulettuvuutta - Sadevesitiiveyttä - Vuoto- ja kondenssivesien hallintaa - Lämmöneristystä - Ilmatiiveyttä - Paloturvallisuutta - Ääneneristystä 24
Tuuletusväli Tuulettuvassa julkisivussa on oleellista, että tuuletus lämmöneristeen ja pintamateriaalin välissä poistaa kosteutta tehokkaasti. Tuuletusvälin vähimmäismittoja: - Syvyys vähintään 20 mm, mutta suositellaan 30 mm - Puurakenteisilla tukirakenteilla syvyys vähintään 40 mm - Vapaa poikkipinta-ala pystysuunnassa vähintään 200 cm 2 /m - Aukkojen kohdilla vapaa poikkipinta-ala pystysuunnassa vähintään 150 cm 2 /m - Pintamateriaalin etäisyys tasopinnoilta vähintään 300 mm. 25
Sadevesitiiveys Eräs julkisivun keskeisimmistä tehtävistä on pitää sadevesi ulkona ja lämmöneristeet sekä runkorakenteet kuivina. Sadevesitiiveyttä voidaan toteuttaa monin eri tavoin pintamateriaalista riippuen. Avosaumoin toteutetuissa julkisivuissa tarvittaessa ns. sadetakkipelti. 26
Sadevesitiiveys Eräs julkisivun keskeisimmistä tehtävistä on pitää sadevesi ulkona ja lämmöneristeet sekä runkorakenteet kuivina. Sadevesitiiveyttä voidaan toteuttaa monin eri tavoin pintamateriaalista riippuen. Avosaumoin toteutetuissa julkisivuissa tarvittaessa ns. sadetakkipelti. 27
Vuoto- ja kondenssivesien hallinta Tuuletusväliin pääsee vähintään kondenssivettä kostean ulkoilman tiivistyessä kylmiin pintoihin. Myöskään vuotovedet eivät ole poissuljettu mahdollisuus. Tuuletustilasta on järjestettävä halittuja veden poistumisreittejä ainakin: - Ikkuna- ja oviliitoksiin - Sokkeliliitoksiin - Tasoeroihin - Erilaisten muotojen, ulokkeiden ja katosten kohdille - Palokatkoihin. 28
Lämmöneristys Lämmöneristämisessä rakenteen tulee täyttää voimassaolevat määräykset. Monista muista julkisivurakenteista poiketen tuulettuvissa rankarakenteisissa julkisivuissa on kiinnitettävä erityistä huomiota rankojen kylmäsiltavaikutukseen. 29
Lämmöneristys Lämmöneristämisessä rakenteen tulee täyttää voimassaolevat määräykset. Monista muista julkisivurakenteista poiketen tuulettuvissa rankarakenteisissa julkisivuissa on kiinnitettävä erityistä huomiota rankojen kylmäsiltavaikutukseen. 30
Ilmatiiveys ja ääneneristys Julkisivun ilmatiiveys ja ääneneristävyys tehdään ensisijaisesti muilla keinoin kuin tuulettuvalla julkisivujärjestelmällä. Tässä ensisijaisina keinoina ovat rakennuksen rungon materiaalivalinta sekä rungon detaljiikka. Tuulettuvan julkisivun lämmöneristevalinnoilla ja erityisesti tuulensuojan valinnalla sekä näiden materiaalien tiiviillä liitoksilla ikkunoihin sekä muihin aukkoihin ja rakennuksen runkoon voidaan osaltaan parantaa ilmatiiveyttä sekä ääneneristävyyttä. 31
Paloturvallisuus Rakentamismääräyskokoelman osa E määrittää millaisia materiaaleja tuulettuvassa julkisivussa on mahdollista käyttää. Tämän lisäksi tuuletusvälin kautta tapahtuvaa palon leviämistä rajoitetaan tuuletusväliin sijoitettavien ns. palokatkojen avulla. 32
300 UUDISRAKENTAMISEN LIITOS- JA DETALJISUUNNITTELU Sokkeliliitos Katokset ja parvekkeet Julkisivumateriaalien välinen liitos Räystäsliitos Ulko- ja sisänurkat Liikuntasaumat Rantarakentaminen Kiinnitykset 33
SOKKELILIITOS Pintamateriaalin etäisyys maanpinnasta vähintään 300 mm 34
SOKKELILIITOS Pintamateriaalin etäisyys maanpinnasta vähintään 300 mm 35
KATOKSET 36
KATOKSET 37
PARVEKKEET 38
Julkisivumateriaalien liitos 39
Räystäsrakenteet 150 cm2/m 40
Räystäsrakenteet 150 cm2/m 41
Ulko- ja sisänurkat 42
Liikuntasaumat 43
Rantarakentaminen Erityistä huomiota kiinnitettävä liitosten vedenpitävyyteen ja veden poistumiseen rakenteesta 44
Kiinnitykset julkisivuun Ensisijaisesti kiinnitykset rankoihin. 45
KORJAUSRAKENTAMISEN ERITYISKYSYMYKSIÄ SEKÄ LIITOS- JA DETALJISUUNNITTELU Vanhan rakenteen suoruus Vanhan ulkokuoren lisäkiinnitys Lisälämmöneristys Ilmatiiveys Sokkeliliitos Ikkunaliitokset Parvekkeet Runkomateriaalien liitos 46
Vanhan rakenteen suoruus ja kiinnitysmahdollisuudet Vanha julkisivun suoruudessa voi olla useiden senttimetrien heittoja julkisivun korkeus- ja leveyssuunnissa. Betonisandwich-elementin ulkokuoren ja lämmöneristeiden poistamisen jälkeen sisäkuori on paitsi epätasainen myös paksuudeltaan vaihteleva, mikä on otettava huomioon rankojen kiinnikkeiden valinnassa. Seinärakenteen oikaisua voidaan joutua tekemään myös uudella pintarakenteella, mikä vaikuttaa osaltaan uuden julkisivumateriaalin valintaan. 47
Vanhan rakenteen suoruus ja kiinnitysmahdollisuudet Alustan oltava suora, jotta lämmöneristeet saadaan tiiviisti kiinni alustaa vasten. Suurimmat alusrakenteen epätasaisuudet piikataan pois. 48
Vanhan rakenteen suoruus ja kiinnitysmahdollisuudet Alustan oltava suora, jotta lämmöneristeet saadaan tiiviisti kiinni alustaa vasten. Suurimmat alusrakenteen epätasaisuudet piikataan pois. 49
Vanhan ulkokuoren lisäkiinnitys Lisäkiinnitys on tarpeen, kun: - Uuden julkisivurakenteen kuormitus ylittää vanhan rakenteen ripustuskapasiteetin (0,15-1,5 kn/m 2 ) - Vanhan ulkokuoren kiinnikkeiden tartunnassa on havaittu puutteita - Vanhan ulkokuoren kiinnikkeet eivät ole ruostumatonta terästä - Ulkokuoressa on laaja-alaista pakkasrapautumaa - Ulkokuoren kiinnitystavassa on epäselvyyksiä - Lisäkiinnitys uuden julkisivun asentamisen jälkeen vaatii uuden julkisivun purkamisen 50
Vanhan ulkokuoren lisäkiinnitys Lisää tietoa lisäkiinnityksen mitoitukseen Humalajoki 2015 51
Vanhan ulkokuoren lisäkiinnitys 52
Lisälämmöneristys Lähtökohtaisesti julkisivukorjauksen yhteydessä rakennuksen energiatehokkuutta tulee parantaa. Helpoiten se onnistuu lisälämmöneristyksellä. 53
Ilmatiiveys ja ilmaääneneristys Julkisivun korjaaminen ja lisälämmöneristys parantavat usein vaipan ilmatiiveyttä uusien tiiviimpien liitosten ansiosta. Ulkokuoren purkamisen yhteydessä on varmistuttava siitä, että sisäkuori on ilmatiivis. Usein valusaumoja sekä ikkuna- ja oviliitoksia on tarpeen tiivistää. Ulkokuoren purkaminen tyypillisesti heikentää seinän ilmaääneneristävyyttä. Ongelma on lähinnä ei-kantavien elementtien ohuiden sisäkuorten tapauksessa. Seinärakenteen ääneneristävyyttä voidaan parantaa: - Ns. desibeli-ikkunoilla (Koskinen 2011) - Parantamalla rakennusvaipan ilmatiiveyttä - Käyttämällä raskaampia tuulettuvia julkisivurakenteita - Käyttämällä ääntä absoboivia materiaaleja ja lämmöneristeitä 54
Ilmatiiveys ja ilmaääneneristys Julkisivun korjaaminen ja lisälämmöneristys parantavat usein vaipan ilmatiiveyttä uusien tiiviimpien liitosten ansiosta. Ulkokuoren purkamisen yhteydessä on varmistuttava siitä, että sisäkuori on ilmatiivis. Usein valusaumoja sekä ikkuna- ja oviliitoksia on tarpeen tiivistää. Ulkokuoren purkaminen tyypillisesti heikentää seinän ilmaääneneristävyyttä. Ongelma on lähinnä ei-kantavien elementtien ohuiden sisäkuorten tapauksessa. Seinärakenteen ääneneristävyyttä voidaan parantaa: - Ns. desibeli-ikkunoilla (Koskinen 2011) - Parantamalla rakennusvaipan ilmatiiveyttä - Käyttämällä raskaampia tuulettuvia julkisivurakenteita - Käyttämällä ääntä absoboivia materiaaleja ja lämmöneristeitä 55
Sokkeliliitos 56
Ikkunaliitokset 57
Ikkunaliitokset 58
Parvekkeet 59
Parvekkeet 60
Parvekkeet 61
Runkomateriaalien liitos 62
KIITOS. jukka.lahdensivu@ramboll.fi 63