TEKNINEN TIEDOTE P2 PALOLUOKAN HIRSIRAKENNUS 27.10.2016 SISÄLTÖ 1.0 KÄSITTEITÄ (ks. myös RT 82 11168)...2 2.0 YLEISTÄ...3 3.0 HIRSIPROFIILEJA...4 4.0 NURKKATYYPPEJÄ...7 5.0 PAINUMA...8 5.1 Painuma välipohjaliittymässä...8 5.2 Painumattomat rakenneosat...9 5.3 Painuma kattorakenteissa... 13 5.4 Painuma puukerrostalossa... 15 6.0 KANTAVA HIRSISEINÄ... 15 7.0 ÄÄNENERISTYS... 18 8.0 JÄYKISTÄMINEN... 28 8.1 Hirsiseinän tapitus ja pulttaus... 33 8.2 Jäykistävä hirsiseinän leikkausvoimakestävyys... 33 8.3 Jäykistävä hirsiseinän ankkurointi... 35 9.0 PALOTEKNIIKKA... 37 9.1 Palomääräykset (taulukkomitoitus).. 37 9.2 Hirsiseinän palomitoitus... 39 10.0 HIRSISEINÄN VAIKUTUS SISÄILMAAN.. 42 11.0 ENERGIATEHOKKUUS... 43 11.1 Hirsiseinän U arvo... 43 11.2 Rakennusvaipan ilmanpitävyys... 45 1
1.0 KÄSITTEITÄ (ks. myös RT 82 11168) Hirsi Höyläämällä tai sorvaamalla valmistettu, massiivinen, vähintään 68 mm paksu, lähinnä seinähirtenä käytettävä rakennustarvike. Hirressä voi olla varauksia ja halkeamia ohjaavia uria. Hirsi voi olla sormijatkettu. Kulmikas hirsi (KH) Kuvassa 3 esitetty hirsityyppi. Hirressä voi olla myös pontteja. Pyöröhirsi Kuvassa 4 esitetty hirsityyppi. Se on poikkileikkausmuodoltaan ympyrä tai sitä lähellä oleva muoto. Lamellihirsi Kuvassa 5 ja 6 esitetty hirsityyppi. Se on liimattu kahdesta tai useammasta kappaleesta joko pysty, vaaka tai ristisaumoin. Painumaton hirsi Tarkoittaa hirttä, jossa osa hirsilamelleista on asetettu syyn suunnassa pystysuoraan, jolloin hirren/seinän kuivumisesta aiheutuva painuminen on mahdollisimman vähäistä. Painumattomasta hirrestä käytetään myös käsitteitä ristiinlaminoitu hirsi ja ristiinliimattu hirsi Salvos Hirsien nurkkaliitos. Varaus Päällekkäisten hirsien välisen sauman muoto. Tiiviste Hirsien saumassa käytettävä, pääasiassa haitallisten ilmavuotojen estämiseen tarkoitettu materiaali. Tapitus Hirsiseinän yksittäisten hirsien sivuttaisen liikkumisen estäminen liittämällä kaksi tai useampia hirsiä pystysuunnassa yhteen yleensä puu tai metallitapeilla. Vaarna Puu tai metallitappi, jota käytetään hirsiseinän tapitukseen. Vaarnatapin asemesta hirsien kiinnitys toisiinsa voidaan toteuttaa myös ruuveja, nauloja tai vaarnalevyjä käyttäen. Läpipulttaus Koko seinän tai hirsipalkin korkeuden läpi ulottuva ja rakennetta vahvistava kiristettävä kierretanko. Hirsipalkki Kantava palkkirakenne, joka muodostuu yhdestä hirrestä tai useammista toisiinsa liitetyistä hirsistä. Kierrejalka Hirsirakennuksissa on rakenneosia, jotka eivät painu kuten hirsiseinät. Tuettaessa rakenteita tällaisille rakennusosille, järjestetään painumavara kierrejalalla, jota voidaan säätää painuman etenemisen mukaan. Kara Hirsiseinän aukkojen pieliin tehtyyn uraan asennettava, painuman salliva ja sivusiirtymät estävä pystypuu, johon painumattomat rakenteet kiinnitetään. Painumavarapala Puupilarien päässä käytettävä, painuman mukaan poistettava puukiekko. Tukipuu (följäri) Pitkillä tukiväleillä hirsiseinien nurjahtamisen estävä pystysuuntainen puu/pystysuuntaiset puut, joka/jotka on kiinnitetty pulteilla hirteen tai toisiinsa hirsiseinän lävitse. 2
Halkeilu Puun luonnollisista ominaisuuksista johtuen kuivumiskutistuminen kehän suunnassa on noin kaksinkertainen säteen suuntaiseen kutistumaan verrattuna. Tästä syystä, ja koska kuivuminen alkaa pintapuusta, hirteen syntyy säteen suuntaisia halkeamia. Halkeilua voidaan ohjata hirteen työstettävillä urilla. Painuma Puun kuivumiskutistumisesta sekä kuormituksesta ja saumojen tiivistämisestä johtuva seinän laskeutuminen. Aineen hygroskooppisuus Aineen kyky sitoa itseensä ilman vesihöyryä ja luovuttaa hygroskooppisesti sitoutunutta kosteutta höyrynä takaisin ilmaan, silloin kun ilman suhteellinen kosteus muuttuu. Hirsirakennus Rakennus, jossa ulkoseinien pääasiallinen rakennusmateriaali on hirsi, jonka keskimääräinen rakennepaksuus on vähintään 180 mm. 2.0 YLEISTÄ Nykyiset liimaamalla valmistetut mittatarkat hirret mahdollistavat yhä suurempien rakennusten tekemisen. Lamellihirsien ansiosta hirsirakennuksen ilmatiiviys, painuminen ja lämmöneristys eivät ole sellaisia haasteita kuin ennen. Hirren käyttö on kasvamassa erityisesti julkisissa rakennuksissa ja myös kerrostalorakentamisessa. Tällaisten suurten rakennusten paloluokka on usein P2, jossa rakennesuunnittelun pääasialliset haasteet ovat palo, ääni ja jäykistysteknisissä seikoissa. Käytännön toteutusratkaisut muodostuvat yleensä suunnittelijoiden ja hirsitoimittajan yhteistyönä. Toteutusratkaisuja on usein monia riippuen käytettävästä hirsityypistä aina hirren työstökoneisiin. Kuva 1. Teollista hirsirakentamista. 3
Kuva 2. Teollista hirsirakentamista. 3.0 HIRSIPROFIILEJA Kuvissa 3 7 on esitetty tyypillisiä hirsien profiileja, joita hirsiteollisuus tuottaa ns. vakiotuotteena. Hirsien profiilimitat ja pituusmitat vaihtelevat valmistajakohtaisesti. Massiivipuu ja lamellihirsiä on saatavilla yleensä 12 m pituuteen asti. Leveys: 95 205 mm Korkeus: 170 220 mm Mitat ja profiilin muoto vaihtelevat valmistajakohtaisesti Kuva 3. Tyypillisiä kulmikkaita hirsiä. 4
Halkaisija: 150 230 mm Mitat ja profiilin muoto vaihtelevat valmistajakohtaisesti Kuva 4. Tyypillisiä pyöröhirsiä. Leveys: 95 275 mm Korkeus: 170 275 mm Mitat ja profiilin muoto vaihtelevat valmistajakohtaisesti Kuva 5. Tyypillisiä kulmikkaita lamellihirsiä. 5
Halkaisija: 170 260 mm Mitat ja profiilin muoto vaihtelevat valmistajakohtaisesti Kuva 6. Tyypillisiä pyöreitä lamellihirsiä. Kuva 7. Painumaton lamellihirsi (vas) ja ohuella saumalla toteutettu lamellihirsi (oik). 6
4.0 NURKKATYYPPEJÄ Hirsirakentamisessa käytettäviä nurkkatyyppejä on hyvin monia. Erilaisten salvosten välillä on suuria ulkonäöllisiä eroja, jotka suoraan vaikuttavat hirsitalon ulkonäköön. Ulkonäön lisäksi salvoksien välillä on teknisiä eroja, joista tärkein on ilmatiiviys. Salvos voi olla ajan mittaan tiivistyvä (kiilautuva) tai tiivistymätön. Salvoksilla on nimi, josta se voidaan tunnistaa. Seuraavassa joitakin salvosten nimiä: pitkänurkka (koirankaulasalvos) lohenpyrstönurkka jiirinurkka (city nurkka) lukkonurkka ämmännurkka sulkanurkka (kiilautuva) karjalainen nurkka (kiilautuva) satulanurkka (kiilautuva) norjalainen nurkka (kiilautuva) Kuva 8. Teollisessa hirsirakentamisessa käytettäviä nurkkatyyppejä (vasemmalta lukien: pitkänurkka, lohenpyrstönurkka, jiirinurkka). 7
5.0 PAINUMA Seinien painuma on yksi hirsitalon ominaisuus, joka tulee ottaa huomioon suunnittelussa. Painuman suuruus on riippuvainen pääasiassa taulukon 1 seikoista. Käsin veistetyn pyöröhirren tapauksessa seinissä tulee varautua noin 50 mm/m suuruiseen painumaan. Teollisesti valmistetun höylähirren tapauksessa vastaavasti noin 25 mm/m suuruiseen painumaan. Ristiinliimatuilla lamellihirsillä painuma on lähes olematon. Taulukko 1. Ominaisuus Painuman aiheuttaja Painuman pienentämismenetelmiä Vaakasuuntainen puu Kuivumiskutistuma suuri Kuormituksen aiheuttama kokoonpuristuma Kuiva hirsi Ristiinliimattu lamellihirsi Varauksen tyyppi Pystysuuntainen kokoonpainuva väljyys varauksessa Tiivis varaus Varauksen muotoilu Hirren keskeinen halkeaminen (pystysuuntainen halkeama) Pyöreä hirsi pyrkii haljetessaan leviämään ja madaltumaan Kuiva hirsi Suorakaiteen muotoinen hirsi Lamellihirsi 5.1 Painuma välipohjaliittymässä Korkeassa rakennuksessa painuma vaikuttaa erityisesti välipohjan ja seinän välisen liittymän suunnitteluun. Rakennuksessa, jossa on päällekkäisiä huoneistoja, ääntä ja paloa eristävien välipohjien tiiviys on avainasemassa. Tiiviys vaikuttaa suoraan välipohjan ääneneristävyyteen ja palotekniseen osastoivuuteen. Mitä enemmän päällekkäisiä kerroksia on, sitä suurempi vaikutus seinän painumalla on ylimmässä kerroksessa. Välipohjan ja seinän välinen liittymä tulisi suunnitella siten, että välipohja laskeutuu seinän mukana (kuva 9). Tällöin välipohjan rajapintojen tiivistysten kohdalla ei tapahdu pystysuuntaista liikettä, joka voisi rikkoa tiivistyksen. Kyseinen tiivistys saattaa rikkoutua, jos välipohja on tuettu seinärakenteen vieressä olevalla erillisellä painumattomalla tuennalla. Välipohjaa kantavien hirsirakenteisten ulko ja väliseinien kuivumiserosta johtuva painumaero tulee myös tarkastella. Kuva 9. Välipohja tulisi kiinnittää seinään, jotta se laskeutuu seinän mukana (kuvan rakenteet periaatteellisia). 8
Kuva 10. Kiinteästi tuettu välipohja aiheuttaa pystysuuntaista liikettä välipohjan ja seinän rajapintaan (kuvan rakenteet periaatteellisia). 5.2 Painumattomat rakenneosat Painumattomia rakenneosia ovat mm. ikkuna, ovi, tiiliseinä, rankaseinä, pilari, portaat, putkilinjat ja kalusteet. Seiniin asennettavat tai liitettävät painumattomat rakenneosat liitetään karan tai liukukiinnikkeiden avulla. Tällöin seinä voi painua vaurioittamatta painumattomia rakenneosia. Erityisen tärkeää on, että karan ja painumattoman rakenneosan päälle jätetään riittävästi painumavaraa. Painumavaran korkeus on sitä suurempi mitä korkeampi painumaton rakenneosa on (ks. kohta 5.0). Painuman takia hirsitalossa tulee kiinnittää huomiota myös esimerkiksi taulukossa 2 esitettyihin tekijöihin, jotta mahdollinen painuma ei vaurioita liittyviä asennuksia ja kalusteita. Taulukko 2. Pystysuuntainen putki Esimerkki Painuman vaikutus Vaihtoehtoisia suunnitteluratkaisuja Pystyviemäriin liittyvä vaakaviemäri Sähköpääkeskus seinässä Lämmityspatteri Lattialla seisova kiintokaluste Keittiön yläkaappi Putki ei jousta Putkikiinnikkeet liikkuvat seinän mukana Putken kaato (kaltevuus) muuttuu Peltikaappi ei jousta Patterin runko ei jousta Kiintokaluste ei jousta Kaappi ei jousta Kaappi liikkuu seinän mukana Pystyliikkeen salliva putkiliitos ja kiinnikkeet Suurempi kaato Pystyliikkeen salliva putkiliitos Pystyliikkeen salliva kiinnitys yläpäässä Kiinnitys yhteen hirsikertaan Pystyliikkeen salliva kiinnitys yläpäässä Kiinnitys yhteen hirsikertaan Pystyliikkeen salliva kiinnitys yläpäässä Kiinnitystä seinään ei tehdä Erillinen kalustekoolaus Pystyliikkeen salliva kiinnitys yläpäässä ja painumavara kaapin alareunassa Kiinnitys yhteen hirsikertaan ja painumavara kaapin alareunassa Erillinen kalustekoolaus 9
Painumavara Teippi Kara Lämmöneriste Kuva 11. Karapuun leveys on tavallisesti sama kuin hirsiseinän paksuus. Painumavara Teippi Kara Lämmöneriste Kuva 12. Karapuu voidaan myös loveta seinään, jolloin ulkopuolelle ei tarvita peitelautoja aukon pieliin. 10
Painumavara Kara Kuva 13. Tiiliseinät yms. liitetään hirsiseiniin karan avulla. Painumavara Kara Kuva 14. Rankaseinät yms. liitetään hirsiseiniin karan avulla. 11
Kierrejalka pilarin ala tai yläpäässä Kuva 15. Pilarin ala tai yläpäähän suunnitellaan pystysuunnassa säädettävä pilarikenkä (HUOMIO! pilarikengän nurjahduskestävyys). Följäri Kuva 16. Hirsiseinän tuennassa käytettävän följärin kiinnityksessä tulee käyttää pystyliikkeen sallivaa kiinnitystä. 12
Följäri Kuva 17. Följäri voi myös olla vain seinän toisella puolella (kuvassa lohenpyrstöliitoksella kiinnitetty följäri). 5.3 Painuma kattorakenteissa Hirsiseinien painuma aiheuttaa kulmanmuutosta kattorakenteeseen, kun kattorakennetta kantavat hirsiseinät ovat korkeudeltaan erilaisia. Kulmanmuutoksesta johtuva kattolappeen liukuma tulee huomioida katto ja seinärakenteiden liittymien tiivistysmenetelmissä sekä kattorakenteen kiinnityksissä. Kattokannattimet voidaan kiinnittää vain toisesta päästä siirtymättömällä kiinnityksellä. Esimerkiksi kuvan 18 tapauksessa kattopalkit kiinnitetään harjalta siten, että kulmanmuutos pääsee vapaasti tapahtumaan (puhdas nivel) ja räystäältä siten, että vaakasuuntainen liukuma pääsee tapahtumaan. Harjaliitoksessa kattopalkkien päiden yläreunaan täytyy jättää rako kulmanmuutosta varten. Jos palkkien päät koskettavat toisiaan, niin liitos ei ole puhdas nivel. Tällöin liitoselimet saavat painuman tapahtuessa lisäkuormitusta. Tukipisteen 2 vaakasiirtymä U 2 voidaan laskea seuraavilla kaavoilla. ( H U1) U arctan L jossa lappeen kaltevuuskulma muodonmuutoksen jälkeen U H tukipisteiden 1 ja 2 välinen mitta U tukipisteen 1 pystysiirtymä suhteessa seinään 1 L tukipisteiden 1 ja 2 välinen mitta 13
2 2 U2 R ( H U1) L cos U jossa U2 tukipisteen 2 vaakasiirtymä R tukipisteiden 1 ja 2 välinen mitta H tukipisteiden 1 ja 2 välinen mitta U1 tukipisteen 1 pystysiirtymä suhteessa seinään L tukipisteiden 1 ja 2 välinen mitta lappeen kaltevuuskulma muodonmuutoksen jälkeen U Kuva 18. Hirsiseinien painuma aiheuttaa kattorakenteisiin kulmanmuutosta ja tätä kautta tukipisteeseen 2 vaakasiirtymän. Kuvassa 18 esiintyvää ilmiötä ei esiinny, jos seinät tehdään tasakorkeiksi, joiden päälle asennetaan päistään tuetut ristikot tai muut vaakatasossa olevat kattokannattimet. P2 paloluokan rakennuksessa ristikoiden käyttö yläpohjassa ei kuitenkaan ole suositeltavin vaihtoehto, johtuen ullakkopalon aiheuttamista palo ja lujuusteknisistä haasteista (ks. Tekninen tiedote Palonkestävä NR yläpohja). Lisäksi ristikkorakenteisen yläpohjan elementointi tehtaalla ei useinkaan ole kustannustehokasta kuljetusteknisesti. Ristikkorakenteinen yläpohja voidaan elementoida myös työmaalla, mutta tähän vaaditaan suhteellisen iso tontti, koska elementtien täytyy mahtua rakennuksen viereen. 14
5.4 Painuma puukerrostalossa Puukerrostalossa painumaan tulee kiinnittää aina erityistä huomiota, tehtiin se sitten rankarakenteisena, CLTrakenteisena tai hirsirakenteisena. Kohdissa 5.1 5.3 esitetyt asiat ovat hirsirakennuksen normaaleja ominaisuuksia, jotka ovat hallittavissa perinteisin keinoin, kun rakennus on enintään 3 kerroksinen. Yli 3 kerroksisessa rakennuksessa teoreettinen painuma tulisi pystyä rajoittamaan arvoon 3 5 mm / kerros. Tällöin muodonmuutos on niin vähäinen, että sitä voidaan verrata joidenkin materiaalien lämpölaajenemisen tai kuivumiskutistuman aiheuttamaan muodonmuutokseen. Monikerroksisessa rakennuksessa ei voida sallia suurta painumaa, koska painuman vaikutukset kertautuvat ylimpään kerrokseen. Suuri painuma tekee ääntä ja paloa eristävien rakenteiden liittymien tiivistämisestä käytännössä mahdotonta ja taloteknisten pystynousujen toteuttamisesta todella haastavaa. Puukerrostalossa suurin painuma tapahtuu rakennusvaiheessa. Nykyaikaisilla teollisesti valmistetuilla painumattomilla hirsillä ei ole ongelmaa tehdä monikerroksista puukerrostaloa. Taulukossa 3 on esitetty tekijöitä, jotka aiheuttavat painumaa erilaisissa runkotyypeissä ja millaiseen suuruusluokkaan painuman osalta päästään nykytekniikalla. Painumaa on käytännössä mahdotonta poistaa kokonaan, koska puu on elävä materiaali. Taulukko 3. Runkotyyppi Tyypillinen painuman aiheuttaja Painuman estäminen Rankaseinät + Palkkivälipohjat seinien päällä CLT seinät + CLT välipohjat seinien päällä Hirsiseinät + Palkkivälipohjat seinien kyljessä Välipohjapalkkien kutistuma ja kokoonpuristuma välipohjaliittymässä Seinän ala ja yläohjauspuiden kutistuma ja kokoonpuristuma välipohjaliittymässä Liittymien tärinäeristimien kokoonpuristuma Tiivisteiden kokoonpuristuma CLT välipohjan kutistuma ja kokoonpuristuma välipohjaliittymässä Liittymien tärinäeristimien kokoonpuristuma Tiivisteiden kokoonpuristuma Hirsiseinän painuma Välipohjaliittymän muotoilu siten, että vaaka suuntaisen puun käyttö liittymässä on minimoitu Ristiinliimattujen LVL tuotteiden käyttö Ylä ja alaohjauspuiden puurankojen korvaaminen peltirangoilla Kuiva puutavara Välipohjaliittymän muotoilu siten, että vaakasuuntainen CLT laatta ei aiheuta seiniin painumaa Kuiva puutavara Ristiinliimattu hirsi Kuiva puutavara Tyypillinen painuma kerroskorkeus 3,0 3,2 m max 5 mm / krs. max 3 mm / krs. max 5 mm / krs. 6.0 KANTAVA HIRSISEINÄ Kantavassa hirsiseinässä tuulikuorma välittyy vaakasuuntaisten hirsien kautta suoraan jäykistäville poikittaisseinille. Hirret ovat siis tuulikuormalle altistuvia rinnakkaisia palkkeja, joiden mitoitus voidaan tehdä eurokoodissa esitetyillä palkin mitoituskaavoilla. Kantavassa hirsiseinässä pystykuorma välittyy perustuksille päällekkäisten hirsien välityksellä. Hirret ovat siis irrallisia päällekkäin pinottuja kappaleita, jolloin seinä ei voi ottaa vastaan taivutusta sen pystysuunnassa. Hirsiseinän toimintaperiaate on siis tässä suhteessa hyvin paljon vaakaraudoitetun harkkoseinän kaltainen. Pystysuuntaisen taivutuskestävyyden puutteen vuoksi hirsiseinän nurjahdusmitoitus on haasteellista. Eurokoodissa ei ole ohjeita hirsiseinän nurjahdusmitoitukseen, joten hirsiseinän pystykuormien kantokyky perustuukin hyvin pitkälti koekuormituksesta saatuun tietoon. Hirsiseinällä on hyvä pystykuormien kantokyky, joten tämä ei ole este monikerroksisten rakennusten tekemiseen. 15
Pystykuorma Taivutus Tuulikuorma Nurjahdus Kuva 19. Hirsiseinän toiminta kuormia kantavana rakenteena. 16
ESIMERKKI Seuraavassa tarkastellaan hirsiseinän nurjahduskestävyyttä lähteessä 1 esitetyn mitoitusmenetelmän perusteella. Mitoitusmenetelmässä on rajoitteita seinän dimensioille seuraavasti: seinän korkeus max 3 m risteävän jäykistävän hirsiseinän pituus min 600 mm seinän pituus jäykistävien seinien välillä L net = max 8 m kulmikkaan hirren paksuus min 70 mm (b ef = 0,75 b) pyöröhirren paksuus min 130 mm (b ef = 0,5 b) Tarkastellaan yllä olevassa kuvassa olevaa 8 m pitkää hirsiseinää, joka toimii välipohjan tukena. Tässä esimerkissä tutkitaan vain seinän nurjahduskestävyyttä. Seinän tiedot - lamellihirsi b = 205 mm - seinän korkeus h = 3000 mm - seinän pituus L = 8600 mm - seinän tehollinen pituus L net = 8000 mm - kuormitusleveys k = 2500 mm Seinän kuormitus yhdeltä kerrokselta g g q d, seinä d, välipohja d, välipohja b h hirsi k gk k q 1,15 1,15 0,205 3,0 5,0 3,5 kn/m 1,15 1,15 2, 5 2, 0 5, 8 kn/m 1,5 1,5 2,5 2,0 7,5 kn/m k 17
Seinän nurjahduskestävyys (keskipitkä aikaluokka, käyttöluokka 1) f c,90, k f 1, 0 N/mm mod c,90, d c,90, k M b ef 2 k 0,8 f 1, 0 0, 57 N/mm 1, 4 0,75 b 0,75 205 153,8 mm (kulmikas hirsi) 2 F 600 mm f b R, d, nurkka c,90, d Rdhirsi,, c,90, k ef ef R, d, seinä d, nurkka d, hirsi d, nurkka Rdseinä,, Rdsein,, ä L ef ef 600 mm 0,57 153,8 52599,6 N F f 4000 b 0,57 4000 153,8 350664 N (4000 mm < L < 8000 mm) F F F F 52599,6 350664 52599,6 455863 N q F 456 kn 57 kn/m 8,0 m Kyseisen hirsiseinän pystykuorman kantokyky (keskipitkä aikaluokka, käyttöluokka 1) q R,d,seinä = 57 kn/m. Kuvitellaan, että rakennus on 3 kerroksinen ja jokaiselta kerrokselta tulee samanlainen kuormitus kyseiselle seinälle. Tällöin alimman kerroksen seinän pystykuormitus olisi q d,seinä = 3 (3,5+5,8+7,5) = 50,4 kn/m. Tästä suuntaaantavasta laskelmasta nähdään, että 205 mm leveä lamellihirsi pystyy kantamaan tämän esimerkin kuormat. Kyseinen mitoitusmenetelmä on rajoitettu 8 m pitkiin seiniin. Tämä riittää kuitenkin hyvin kerrostalorakentamiseen, koska välipohjat pystyvät kantamaan järkevästi max 6 7 m pitkän jännevälin. 7.0 ÄÄNENERISTYS Rakennusten ääneneristysvaatimusten toteuttaminen puurakenteilla vaatii yleensä monikerrosrakenteiden käyttöä. Massiivisellakaan puurakenteella ei pystytä toteuttamaan esimerkiksi asuinhuoneistojen välille asetettuja ääneneristysvaatimuksia yksikerrosrakenteena (pelkkä massiivipuu). Tämä johtuu siitä, että puurakenteessa ei ole riittävästi massaa massalain perusteella toimivaan ääneneristävyyteen. Taulukoissa 4 6 on esitetty laskennallisia ilmaääneneristyslukuja. Niistä voidaan arvioida suuntaa antavasti millaisen rakenteen tietty ääneneristävyys vaatii. Tulee muistaa, että rakennuksessa mitattu rakenteen ääneneristävyys on aina jonkin verran laskennallista arvoa heikompi. Tähän vaikuttavat mm. huoneiden koko ja ääntä eristävien rakenteiden liittymien mahdollinen sivutiesiirtymäreitti. Huoneistojen välinen seinä 1 Huoneistojen välinen seinä 2 Huoneistojen välinen seinä 3 Kuva 20. Asuinrakennuksen ääneneristävyysvaatimusten täyttäminen vaatii kaksinkertaisten rakenteiden käyttöä. 18
Taulukko 4. /4/ Seinätyyppi Hirsi [mm] R w [db] R w + C [db] R w + C tr [db] 95 33 31 28 112 34 32 29 120 35 34 31 135 36 34 32 180 39 37 36 205 40 38 37 270 40 39 39 150 30 29 26 170 31 29 26 190 32 31 27 210 33 32 29 230 37 35 33 Taulukko 5. /4/ Seinätyyppi kipsilevy 13 mm EK koolaus k600 + villa hirsi Hirsi [mm] R w [db] Villalla täytetty ontelo [mm] R w + C [db] Villalla täytetty ontelo [mm] R w + C tr [db] Villalla täytetty ontelo [mm] 45 95 120 145 195 45 95 120 145 195 45 95 120 145 195 95 45 47 48 49 49 41 45 46 47 48 36 41 42 43 45 112 46 48 49 49 50 42 46 47 48 49 36 41 43 43 46 120 47 49 50 50 50 43 47 48 49 50 38 43 44 45 47 135 47 49 50 51 51 44 48 49 50 50 40 44 46 47 48 180 50 53 48 52 43 48 205 51 53 50 53 45 50 270 53 52 49 150 44 40 36 170 44 40 35 190 45 41 36 210 45 41 36 230 48 45 40 Koolausrakenne Koolauspuut kiinnitetään hirsiseinän painuman mahdollistavilla kulmalevyillä hirsiin rakennesuunnitelman mukaan. Koolauspuut tulee olla irti hirsiseinästä. Mitä vähemmän koolauspuut kytkeytyvät hirsiseinään sitä parempi on seinän ääneneristävyys. Tarvittaessa koolauspuut voidaan kiinnittää hirsiseinään tärinäeristimen sisältävällä kiinnitysmenetelmällä, jolloin ääneneristävyys paranee huomattavasti verrattuna joustamattomaan kiinnitysmenetelmään. Myös akustisia jousirankoja voidaan käyttää kipsilevytyksen kiinnittämiseen hirsiseinään, kun rankojen kiinnityksessä mahdollistetaan hirsiseinän painuminen. 19
Taulukko 6. /4/ Seinätyyppi kipsilevy 13 mm EK kipsilevy 13 mm EK koolaus k600 + villa hirsi Hirsi [mm] R w [db] Villalla täytetty ontelo [mm] R w + C [db] Villalla täytetty ontelo [mm] R w + C tr [db] Villalla täytetty ontelo [mm] 45 95 120 145 195 45 95 120 145 195 45 95 120 145 195 95 49 51 52 52 53 45 50 51 51 51 40 46 47 48 49 112 50 52 53 53 53 46 51 51 52 52 41 46 48 49 50 120 50 53 53 53 54 48 52 52 52 53 43 48 49 50 50 135 50 53 54 54 54 49 52 53 53 53 44 49 50 51 51 180 54 56 52 55 48 52 205 55 56 54 55 50 54 270 56 56 54 150 48 45 41 170 48 45 41 190 49 46 41 210 49 45 40 230 52 50 45 Koolausrakenne Koolauspuut kiinnitetään hirsiseinän painuman mahdollistavilla kulmalevyillä hirsiin rakennesuunnitelman mukaan. Koolauspuut tulee olla irti hirsiseinästä. Mitä vähemmän koolauspuut kytkeytyvät hirsiseinään sitä parempi on seinän ääneneristävyys. Tarvittaessa koolauspuut voidaan kiinnittää hirsiseinään tärinäeristimen sisältävällä kiinnitysmenetelmällä, jolloin ääneneristävyys paranee huomattavasti verrattuna joustamattomaan kiinnitysmenetelmään. Myös akustisia jousirankoja voidaan käyttää kipsilevytyksen kiinnittämiseen hirsiseinään, kun rankojen kiinnityksessä mahdollistetaan hirsiseinän painuminen. Puurakenteissa äänitekniset vaatimukset muodostavat haasteellisimman osion rakenteiden suunnitteluun. Äänitekniikka määrittelee käytettävät rakennetyypit ja rakenteiden liittymädetaljit. Tämän takia hirsirakenteet kannattaa suunnitella ensin ääniteknisestä näkökulmasta ja sitten vasta jäykistyksen ja palotekniikan näkökulmasta. Pelkästään talon pohjaratkaisulla voidaan vaikuttaa ääniteknisiin seikkoihin. Säilyttämällä pohjaratkaisussa yksinkertaiset suorat kantavat linjat, voidaan ääniteknisten rakenteiden määrä kustannusten näkökulmasta minimoida. Samalla talon jäykistäminen on helpompaa. Rakennuksen ulkovaipalle saattaa tulla ääneneristävyysvaatimuksia, kun rakennus sijaitsee esimerkiksi liikenneväylien tai lentokentän läheisyydessä. Mikäli ulkovaipalle on ääneneristysvaatimuksia, esitetään nämä vaatimukset asemakaavassa. Asemakaavassa esitetyistä ääneneristysvaatimuksista määritetään laskelmilla ääneneristysvaatimukset ulkoseinärakenteelle, ikkunalle ja yläpohjarakenteelle. Tämä vaatii aina kohdekohtaisen erityistarkastelun. 20
Kuvassa ääneneristävyyden vähimmäisvaatimuksia asuinrakennuksen rakenteille Kuva 21. Luhtitalotyyppisessä pohjaratkaisussa kaksoisrunkoseinät voidaan minimoida ja jäykistys on helppoa. 21
Hirsirakenteisten kaksoisrunkoseinien suuri määrä saattaa joissain tapauksissa muodostua kustannustekniseksi haasteeksi. Huoneistojen välinen seinä voidaan toteuttaa myös siten, että hirsiseinä verhoillaan molemmin puolin tai vain toiselta puolelta rankarakenteisella levyseinällä. Tällöin hirsirakenteiset kaksoisrunkoseinät voidaan poistaa ja saada kustannushyötyä, mutta samalla menetetään hirsiseinän yksinkertaisuus ja ulkonäkö. Rankaseinä voidaan tosin piilottaa hyödyntämällä se märkätilan seinärakenteena ja kalusteiden taustarakenteena (kalustekoolaus). Rankaseinä Rankaseinä Kuvassa ääneneristävyyden vähimmäisvaatimuksia asuinrakennuksen rakenteille Kuva 22. Äänitekniset rankaseinät voidaan piilottaa märkätilan ja kalusteiden taakse. 22
Kuvassa ääneneristävyyden vähimmäisvaatimuksia asuinrakennuksen rakenteille Kuva 23. Kaksoisrunkoseinien suuren määrän ja jäykistystekniikan takia pistetalo ei ole välttämättä paras ratkaisu hirsirungolle. 23
Kuvassa ääneneristävyyden vähimmäisvaatimuksia asuinrakennuksen rakenteille Kuva 24. Pystysuunnassa sivutiesiirtymä tapahtuu välipohjaa sivuavaa seinää pitkin. 24
Kuva 25. Pystysuuntainen sivutiesiirtymä ei yleensä ole ongelma massiivisessa hirsiseinässä (hirret ovat irrallisia kappaleita). 25
Kuva 26. Vaakasuuntainen sivutiesiirtymä voidaan poistaa katkaisemalla sivuava seinä. 26
Kuva 27. Vaakasuuntaista sivutiesiirtymää voidaan vähentää verhoilemalla sivuava seinä joustavalla levytyksellä. 27
8.0 JÄYKISTÄMINEN Puukerrostalon jäykistäminen eroaa betonikerrostalon jäykistämisestä pääasiassa siten, että välipohjat eivät voi olla puutalossa jatkuvia huoneistosta toiseen ääni ja värähtelyteknisistä syistä. Puukerrostalossa ei siis ole äärettömän jäykkää rakennuksen kokoista välipohjarakennetta, joka jakaa vaakakuormia kaikille jäykistäville seinille jäykän välipohjan laskentamallin mukaisesti. Puukerrostalossa huoneistot ovat itsenäisiä yksiköitä, jotka jäykistetään huoneistoa rajaavilla seinillä. Huoneistokohtaisessa jäykistämisessä lopputuloksena on päällekkäisistä huoneistoista koostuvia torneja, joita voidaan kytkeä toisiinsa pistemäisesti vaakarakenteiden kohdalta yhtenäisen rakennekokonaisuuden aikaansaamiseksi. Monikerroksisessa hirsirungossa huoneistokohtaiset tornit syntyvät jo pelkästään hirsirakentamisen ominaisuuksista. Hirsiseinän tulee olla jatkuva perustuksista yläpohjaan eikä välipohjaa voi laittaa hirsikertojen väliin. Hirsirungossa eri huoneistot voidaan kytkeä toisiinsa teräsosilla, jotta runko toimii jäykistysteknisesti yhtenä kokonaisuutena. Kytkentä voidaan tehdä myös huoneistoa sivuavilla jatkuvilla hirsikerroilla. Huoneistosta toiseen jatkuva hirsirakenne aiheuttaa ääniteknisen sivutiesiirtymäreitin, jonka vaikutus tulee tutkia tapauskohtaisesti ääniteknisen suunnittelijan kanssa. Kaikissa tapauksista tästä sivutiesiirtymäreitistä ei ole haittaa, sillä sen vaikutus riippuu ääntä eristävien rakenteiden kokonaisuudesta. Jäykistyksen toteutuksen suunnitteluratkaisuilla voidaan vaikuttaa merkittävästi rakennuskustannuksiin kaikissa rakennuksissa. Jäykistyksen kannalta suoraan rakennuskustannuksiin vaikuttavia tekijöitä on esitetty taulukossa 7. Hirsirungon suunnittelussa korostuu tietty suunnitteluratkaisujen kurinalaisuus seinien sijoittelussa yms., joten hirsirungossa esimerkiksi jäykistävien seinien jakautuminen tasaisesti rakennuksen alueelle toteutuu monesti paremmin kuin esimerkiksi suurelementtirakentamisessa. Hirsirungon suunnitteluratkaisut tulee tehdä hirren ehdoilla ja yksinkertaisilla muodoilla, jolloin rakennuksen jäykistäminenkin on yksinkertaisempaa. Taulukko 7. Tekijä Vaikutus Seuraus Jäykistävien seinien sijoittelu tasaisesti koko pohjan alueelle Jäykistävien seinien rasitukset pienenevät Edullisempi seinä liitosteknisesti Jäykistävien seinien pituus Välipohjat ohjaavat omapainon jäykistäville seinille Jäykistävien seinien rasitukset pienenevät Ankkurointivoima pienenee Ankkurointivoima pienenee tai ankkurointitarve poistuu kokonaan Edullisempi seinä liitosteknisesti Edullisempi seinä liitosteknisesti 28
Jäykistävä hirsiseinä Q pinta M pinta Tukireaktio Kuva 28. Vaakasuuntaiset hirret siirtävät tuulikuorman jäykistäville seinille. Tuulikuormaa välittävä seinän osa Jäykistävä hirsiseinä Q pinta M pinta Aukon pielien karapuut siirtävät kuorman seinän keskialueelta tuulikuormaa välittäville seinän ylä ja alaosalle Tukireaktio Kuva 29. Laskentamallia voi tarvittaessa yksinkertaistaa aukkoja sisältävässä seinässä. 29
Tapauksessa, jossa käytetään följäreitä tukemaan seinää vaakasuunnassa, tarvitaan jäykistävä vaakarakenne siirtämään följärin yläpään tukireaktio jäykistäville seinille. Jäykistävä vaakarakenne on tavallisesti väli tai yläpohja. Följärin ja vaakarakenteen liitos tulee suunnitella pystysuuntaisen siirtymän sallivaksi, koska seinä ja vaakarakenne laskeutuvat, mutta följäri pysyy paikoillaan. Jäykistävä vaakarakenne Q pinta M pinta Tukireaktio Följäri Jäykistävä hirsiseinä Kuva 30. Följärin yläpään tukireaktio siirretään jäykistäville seinille jäykistävällä vaakarakenteella. 30
Yläpohjan tuulikuorma (katon projektion tuulikuorma) siirretään jäykistäville seinille jäykistävien vaakarakenteiden avulla. Jäykistävä vaakarakenne on tavallisesti yläpohjan alapinnassa oleva levyjäykiste, vinolaudoitus tms. Päätykolmio Jäykistävä vaakarakenne Q pinta M pinta Tukireaktio Yläpohjan projektion tuulikuorma Jäykistävä hirsiseinä Kuva 31. Yläpohjan projektion tuulikuorma siirretään jäykistäville seinille jäykistävällä vaakarakenteella. 31
Kuva 32. Puukerrostalon tapaan hirsirungossa muodostuu huoneistokohtaisia jäykisteitä, joita kytketään toisiinsa pistemäisesti. 32
8.1 Hirsiseinän tapitus ja pulttaus Hirsiseinässä käytetään aina tapitusta, jolla päällekkäiset hirret sidotaan toisiinsa. Tappien sijaan voidaan käyttää myös ruuveja. Tapituksen tarkoitus hirsiseinän pystytysvaiheessa on ohjata seinä paikoilleen ja pitää päällekkäiset hirret sivu ja pystysuunnassa paikoillaan ennen pulttien asennusta. Tapit voivat olla puuta tai terästä. Perinteisesti tapit ovat olleet poikkileikkaukseltaan neliönmuotoisia, jotta ne aiheuttaisivat mahdollisimman vähän kitkaa hirsiseinän painuman näkökulmasta. Tappi Pultti Kuva 33. Hirsiseinän tapituksen ja pulttauksen periaatteita. 8.2 Jäykistävä hirsiseinän leikkausvoimakestävyys Jäykistävässä hirsiseinässä päällekkäiset hirret ovat irrallisia kappaleita, jotka tulee kiinnittää toisiinsa siten, että seinästä syntyy yhtenäinen leikkausvoimaa siirtävä kappale. Jäykistävässä seinässä päällekkäiset hirret pyrkivät liukumaan toisiinsa nähden leikkausvoiman vaikutuksesta. Leikkausvoiman näkökulmasta hirrellä on erittäin hyvä leikkausvoimakestävyys, mutta hirsien välillä leikkausvoimakestävyys perustuu vaarnojen leikkausvoimakestävyyteen. Hirsiseinän tapitusta voidaan hyödyntää vaarnauksena hirsien välillä, mutta näiden leikkausvoimakestävyys on usein hyvin rajallinen. Pyöreässä reiässä oleva neliönmuotoinen tappi ei omaa suurtakaan leikkausvoimakestävyyttä, koska tapin reunapuristuslujuus (vain tapin särmät toimivat leikkausrasituksessa) ja itse tapin leikkausvoimakestävyys on hyvin pieni. Lisäksi tapituksen tulisi olla mahdollisimman jäykkä, jotta päällekkäisten hirsien liukuma voitaisiin pitää mahdollisimman pienenä. Päällekkäisten hirsien liukuma aiheuttaa seinän yläpäähän vaakasiirtymän. Joissakin tapauksissa voidaan hyödyntää nurkkasalvosta leikkausvoiman siirtoon hirsien välillä. Suositeltava tapa on käyttää jäykistävässä seinässä vaarnoina leikkausvoimalle mitoitettuja ruuveja tai vinoruuvausta, kun kyseessä on painumaton hirsi. Jäykistävän seinän vaarnauksen suunnittelu onkin yksi haasteellinen rakennesuunnittelutehtävä, koska leikkausvoima hirsien välillä korkeassa rakennuksessa on suuri. 4 kerroksisessa hirsirakennuksessa jäykistävän seinän vaarnaukseen saattaa kohdistua leikkausvoima F v,d = 10 15 kn/m. Tämä on tietenkin riippuvainen rakennuksen dimensioista ja tuulikuormasta. Suuruusluokaltaan 10 15 kn/m olevaa leikkausvoimaa voidaan pitää haasteellisena perinteisellä tapituksella toteutetulle vaarnaukselle. 33
Kuva 34. Vinoruuvit ovat tehokas jäykistävän seinän vaarnausmenetelmä (voidaan käyttää vain painumattoman hirren kanssa). Jäykistävän seinän yläpään siirtymä muodostuu kokonaisuudessaan leikkausvoiman, momentin ja liitosliukumien yhteisvaikutuksesta. Käytettäessä painumatonta hirttä, jossa esimerkiksi keskimmäinen lamellikerros on pystysuuntainen, tulisi tapitus asentaa reunimmaisiin lamellikerroksiin. Tämä johtuu siitä, että pystysuuntaisessa lamellikerroksessa tapin reunapuristuslujuus on huomattavasti heikompi verrattuna tapaukseen, jossa hirren syysuunta on kohtisuoraan tappia vasten. Vinoruuvien käyttö vaarnauksena tällaisessakin tapauksessa on tehokas menetelmä, koska ruuvit asennetaan 45 asteen kulmaan syysuuntaan nähden. Kuva 35. Leikkausvoima aiheuttaa jäykistävään seinään vaaka ja pystysuuntaisia voimia (kuvassa painumaton hirsi). 34
8.3 Jäykistävä hirsiseinän ankkurointi Jäykistävään seinään syntyy myös pystysuuntaisia voimia, jotka aiheuttavat seinän päähän ankkurointivoiman, mikäli seinän päällä ei ole riittävästi omapainoa kumoamaan tämä voima. Seinän ankkurointi on haasteellista, jos seinässä tapahtuu painumaa. Tämä johtuu siitä, että ankkurointiin käytettävä rakenneosa (esim. kierretanko) löystyy painuman vaikutuksesta. Seinän korkeuden kasvaessa ankkurointiosan kireällä pysymisen varmistaminen aiheuttaa lisähaasteita. Edellisistä johtuen kierretankoihin perustuva ankkurointisysteemi tulee olla mahdollista kiristää jälkikäteen. Kustannustehokkainta on suunnitella hirsirunko siten, että jäykistävät seinät ovat riittävän pitkiä ankkurointivoiman pienentämiseksi ja niille kertyy paljon omapainoa hirsien välisten pystysuuntaisten vetovoimien kumoamiseen. Hirsiseinässä on omapainoa luonnostaan ja ohjaamalla lisäksi vaakarakenteiden omapaino jäykistäville seinille, voidaan jäykistävä hirsiseinä toteuttaa ilman ankkurointia. Kierretanko Jäykistävä seinä 3 Jäykistävä seinä 4 Kiristyskolo Jäykistävä seinä 1 Jäykistävä seinä 2 Kiristyskolo Kuva 36. Kierretankoihin perustuva ankkurointisysteemi tulee olla jälkikiristettävä. 35
Kuva 37. Jäykistävä seinä on mahdollista toteuttaa ilman erillistä ankkurointia hyödyntämällä rakenteiden omapainoa. 36
9.0 PALOTEKNIIKKA Suomessa rakennuksen paloturvallisuussuunnittelu voidaan tehdä kahdella erilaisella tavalla. Nämä ovat rakentamismääräyskokoelman osan E1 taulukoihin perustuva paloturvallisuussuunnittelu ja oletettuun palonkehitykseen perustuva toiminnallinen paloturvallisuussuunnittelu. Jälkimmäinen tarkoittaa sitä, että kohteeseen tehdään paloinsinööritoimiston toimesta tapauskohtainen paloturvallisuustarkastelu, jossa huomioidaan rakennuksen yksilölliset ominaispiirteet sekä passiiviset ja aktiiviset palontorjuntatoimet. Tarkastelussa käytetään apuna tietokoneohjelmistoja, joiden avulla voidaan simuloida rakennuksessa mahdollisesti tapahtuvia palotapahtumia. Toiminnallisen palomitoituksen avulla voidaan tehdä rakentamismääräyskokoelman osan E1 taulukkomitoituksesta poikkeavia ratkaisuja. 9.1 Palomääräykset (taulukkomitoitus) P2 paloluokan puurunkoinen rakennus poikkeaa paloteknisesti merkittävästi P3 paloluokan puurunkoisesta rakennuksesta. Paloluokkien kautta syntyvien paloteknisten erojen lisäksi näitä syntyy myös rakennuksen käyttötarkoituksen kautta. Esimerkiksi P2 paloluokan asuinrakennuksessa on erilaiset palotekniset vaatimukset kuin P2 paloluokan koulurakennuksessa. Taulukossa 8 on vertailtu rakentamismääräyskokoelman osan E1 paloteknisiä vaatimuksia P2 ja P3 paloluokan asuinrakennukselle. Taulukkoon on koottu vain pääasialliset vaatimukset rungon osalta vertailutarkoituksessa. Taulukko 8. Tekijä P2 paloluokan asuinrakennus P3 paloluokan asuinrakennus Kerrosluku Enintään 8 kerrosta Enintään 2 kerrosta Korkeus Enintään 9 m (1 2 kerroksinen) Enintään 9 m Enintään 14 m (3 4 kerroksinen) Enintään 26 m (5 8 kerroksinen) Kerrosala Enintään 12000 m 2 Enintään 2400 m 2 (1 kerroksinen) Enintään 1600 m 2 (2 kerroksinen) Henkilömäärä Ei rajoitusta Ei rajoitusta Osastoinnin toteutus Huoneistoittain Huoneistoittain Osastoivan rakenteen paloluokka kerroksissa Osastoivan rakenteen paloluokka ullakolla ja yläpohjan ontelossa Kantavien rakenteiden paloluokka EI 30 (1 2 kerroksinen) EI 60 (3 8 kerroksinen) EI 30 EI 30 R 30 (1 2 kerroksinen) R 60 (3 8 kerroksinen) EI 30 (1 2 kerroksinen) Yleisesti ei vaatimusta R 30 osastoivissa rakenteissa Eristeiden paloluokka (1 2 kerroksinen) Ei vaatimusta Ei vaatimusta Eristeiden paloluokka (3 8 kerroksinen) A2 s1, d0 (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Pintojen paloluokat (1 2 kerroksinen) Seinät ja katto asuintilassa: B s1, d0 Lattia asuintilassa: Seinät ja katto uloskäytävässä: A2 s1, d0 Lattia uloskäytävässä: D FL s1 Seinät ja katot saunassa: D s2, d2 Lattia saunassa: Tuulensuoja seinässä: D d2, d2 Tuulensuoja yläpohjassa: B s1, d0 Julkisivu: D s2, d2 Seinät ja katto asuintilassa: D s2, d2 Lattia asuintilassa: Seinät ja katto uloskäytävässä: B s1, d0 Lattia uloskäytävässä: D FL s1 Seinät ja katot saunassa: D s2, d2 Lattia saunassa: Tuulensuoja seinässä: Tuulensuoja yläpohjassa: Julkisivu: D s2, d2 37
Pintojen paloluokat (3 8 kerroksinen) Suojaverhous sisäpuolella (1 2 kerroksinen) Seinä ja kattopinnat paitsi R 30 luokan pilarit ja palkit, jotka ovat D s2, d2 luokkaa Suojaverhous sisäpuolella (3 4 kerroksinen) Seinä ja kattopinnat Suojaverhous ulkoseinässä (3 4 kerroksinen) Tuulensuojakerroksen tasossa Suojaverhous sisäpuolella (5 8 kerroksinen) Seinä ja kattopinnat Lattia Suojaverhous ulkoseinässä (5 8 kerroksinen) Tuulensuojakerroksen tasossa Seinät ja katto asuintilassa: B s1, d0 (D s2, d2 tietyin edellytyksin) Lattia asuintilassa: Seinät ja katto uloskäytävässä: A2 s1, d0 Lattia uloskäytävässä: D FL s1 Seinät ja katot saunassa: D s2, d2 Lattia saunassa: Tuulensuoja seinässä: A2 s1, d0 Tuulensuoja yläpohjassa: B s1, d0 Julkisivu: B s2, d0 (D s2, d2 tietyin edellytyksin) K 2 10, pintaluokan mukaan K 2 10, A2 s1, d0 K 2 10, A2 s1, d0 K 2 30, A2 s1, d0 K 2 10, A2 s1, d0 K 2 30, A2 s1, d0, jos julkisivu ei ole vähintään B s2, d0 (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Ei vaatimusta (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Paloräystäs (3 8 kerroksinen) EI 30, jos julkisivu D s2, d2 (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Sprinklaus (3 4 kerroksinen) SFS 5980 standardin 2 luokan mukainen (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Sprinklaus (5 8 kerroksinen) SFS EN 12845 standardin OH luokan mukainen (3 8 kerroksinen ei mahdollinen P3 paloluokassa) Pääasialliset palomääräykselliset erot P2 ja P3 paloluokan välillä muodostuvat seuraavista tekijöistä: pintojen paloluokat suojaverhoukset kantavuus palotilanteessa sprinklaus (kun rakennus on yli 2 kerroksinen) P2 paloluokan hirsirakennuksessa suurimman haasteen muodostavat pintojen paloluokkavaatimukset sekä suojaverhousvaatimukset. Tämä johtuu siitä, että hirsi on lähtökohtaisesti D s2, d0 luokan rakennustarvike. Mikäli palotekninen suunnittelu tehdään rakentamismääräyskokoelman osan E1 taulukkomitoituksella, joudutaan hirsipinnat verhoamaan erillisellä rakennekerroksella, joka täyttää pinnoille asetetut paloluokka ja suojaverhousvaatimukset. Näin ollen huoneistossa ei käytännössä ole näkyviä hirsipintoja. Tavallaan tämä hävittää hirsirakentamisen idean, että seinä olisi kerralla valmis. Edellisestä johtuen suositeltava tapa on lähestyä P2 paloluokan hirsirakennuksen paloteknistä suunnittelua toiminnallisen palomitoituksen kautta. 38
9.2 Hirsiseinän palomitoitus Suojaamaton massiivihirsiseinä on massiivipuurakenne, jonka hiiltymissyvyys voidaan määrittää eurokoodi 5:n laskentamenetelmällä. Haasteeksi tulee kuitenkin hiiltyneen seinän nurjahduskestävyyden mitoitus, koska hirsiseinälle ei ole yleisiä nurjahdusmitoituskaavoja palomitoitukseen. Massiivipuurakenteena hirsiseinän osastoivuus ei yleensä ole ongelmallista, kun huolehditaan hirsien välisten saumojen paloteknisestä tiiviydestä ja käytettävä hirsi on riittävän paksu. Hirsiseinän palotilanteen kantavuuden ja osastoivuuden mitoitus perustuu yleensä palonkestävyyskokeisiin ja niistä saadun tiedon soveltamiseen tietyissä tapauksissa. Taulukoissa 9 ja 10 on esitetty palonkestävyyskokeiden tuloksia, joista nähdään suuntaa antavasti hirsiseinän vähimmäisvaatimuksia palotilanteen kantavuuden ja osastoivuuden näkökulmasta. Kyseisten taulukoiden tuloksia ei voida suoraan käyttää yleisenä suunnitteluohjeena. Sahatavara 0,65 mm/min (yksidimensionaalinen hiiltyminen) 0 t 60 min (palonkestoaika) d k d char,0 0 0 0 1, 0 t 0,65 60 39 mm 7 mm d d k d 39 1,0 7 46 mm ef char,0 0 0 Kuva 38. Suojaamaton hirsiseinä hiiltyy vakionopeudella massiivipuurakenteen tavoin. 39
Taulukko 9. /5/ 9,4 kn/m (keskeisesti) max 3000 Kierretanko palon vastaisella puolella max 3000 Paloluokka REI 30 REI 60 REI 90 Hirsityyppi Lamellihirsi Leveys (b) x Korkeus (h) 84 mm x 170 mm 122 mm x 170 195 mm 164 mm x 170 195 mm Seinän paksuus sauman kohdalla b (2x 11 mm) b (2x 11,5 mm) b (2x 12 mm) Sauman tyyppi Pontti, korkeus 10 mm Pontti, korkeus 11 mm Pontti, korkeus 12 mm Sauman tiivistys Hirsien välissä polypropeeninauha tai lasivillakaista 1) Salvoksessa lasivillakaista Hirsien välissä lasivillakaista 1) Salvoksessa lasivillakaista Hirsien välissä lasivillakaista 1) Salvoksessa lasivillakaista Vaarnaus 1) Villakaista vähintään 2 mm korkeampi kuin pontti. Kierretangot seinän nurkissa tulen vastaisella puolella 40
Taulukko 10. /5/ 9,4 kn/m (keskeisesti) max 3000 Kierretanko palon vastaisella puolella max 3000 Paloluokka REI 30 REI 60 REI 90 Hirsityyppi Pyöröhirsi Halkaisija (d) 112 mm 155 mm 190 mm Seinän paksuus sauman kohdalla 60 mm 83 mm 102 mm Sauman tiivistys Vaarnaus Hirsien välissä ja salvoksessa polyuretaaninauha 1) 1) Polyuretaaninauha vähintään 2 mm korkeampi kuin sille varattu tila. Hirsien välissä ja salvoksessa polyuretaaninauha 1) Kierretangot seinän nurkissa tulen vastaisella puolella Hirsien välissä ja salvoksessa polyuretaaninauha 1) 41
10.0 HIRSISEINÄN VAIKUTUS SISÄILMAAN Hirsiseinä on hygroskooppinen rakenne, joka vaimentaa tehokkaasti huoneilman suhteellisen kosteuden vaihtelua. Tämä perustuu siihen, että hirsirakenne vastaanottaa ja luovuttaa huoneilmassa olevaa kosteutta. Kun huoneilmassa on paljon kosteutta, varastoituu tästä osa hirsirakenteeseen, jonka se luovuttaa takaisin huoneilmaan, kun kosteus huoneessa alenee. Hirsirakenne toimii siis aktiivisena kosteuspuskurina. Kyseinen ilmiö pääsee tapahtumaan, kun hirsirakenteessa ei ole suurta vesihöyrynvastusta omaavaa pinnoitetta. Puupintojen vaikutusta sisäilmaan on tutkittu kansainvälisesti. Kuvassa 39 näkyy kuinka puupaneelilla pinnoitetussa huoneessa on vuorokauden aikana tasaisempi ilman suhteellinen kosteus verrattuna alumiinilla pinnoitettuun huoneeseen, jossa kyseistä kosteuspuskuri ilmiötä ei tapahdu lainkaan. RH % tuntia Kuva 39. Puupinta tasaa huoneilman suhteellisen kosteuden vaihtelua, jolloin ilmankosteus saadaan helpommin optimaaliselle alueelle /6/. Ilman suhteellinen kosteus vaikuttaa myös lämpöviihtyvyyteen ja siihen kuinka tunkkaisena tai raikkaana ihminen pitää ilmanlaatua. Lämpöviihtyvyydellä tarkoitetaan sitä, kuinka miellyttävänä tai epämiellyttävänä ihminen aistii välittömän ympäristön olot. Kun ilmankosteus saadaan pidettyä optimaalisella alueella ympäri vuorokauden, aistitaan ilmanlaatu raikkaaksi ja viileäksi. Tämän takia hirsitalossa on kesähelteelläkin raikas ja viileä ilma. 42
11.0 ENERGIATEHOKKUUS Ulkovaipan rakennetyyppien näkökulmasta massiivihirrestä tehty rakennus poikkeaa muista materiaaleista tehdyistä rakennuksista yleensä vain ulkoseinän osalta. Alapohja sekä yläpohja ovat usein samanlaisia kuin muissakin rakennuksissa. Massiivisen hirsiseinän U arvo ei tietenkään ole yhtä hyvä kuin lämmöneristeillä toteutettu ulkoseinä, mutta usein hirsirakennuksessa ulkoseinän suurempi lämpöhäviö voidaan kompensoida ala ja yläpohjan lämmöneristystä parantamalla. Energiatehokkuuden näkökulmasta hirsirakennusta tulee tarkastella kokonaisuutena huomioiden myös hirsirakentamisen vähäinen elinkaaren aikainen ympäristökuormitus. Rakentamismääräyksissämme on annettu hirsirakennukselle oma E luvun vertailuarvo ja hirsiseinän U arvon vertailuarvo. Edellä mainitut vertailuarvot koskevat hirsirakennusta, jonka ulkoseinät on tehty vähintään 180 mm paksusta hirrestä (keskimääräinen paksuus). 11.1 Hirsiseinän U arvo Höylähirsiseinän U arvo määritetään hirren todellisen paksuuden mukaan eikä hirsien särmissä olevia normaaleja pieniä viisteitä tarvitse huomioida. Myöskään hirsien välissä olevaa tilkettä eikä hirsien halkeamia tarvitse ottaa huomioon U arvon määrittämisessä, koska näiden vaikutus tutkimusten mukaan on olematon. Käytettäessä pyöröhirttä, tulee hirsiseinälle määrittää tehollinen paksuus. Tämä voidaan tehdä kuvan 40 menetelmällä. Kyseisessä menetelmässä hirren keskikappaleen molemmille puolille jäävän ympyräsegmentin poikkileikkauksen pinta ala muutetaan vastaamaan suorakulmioita. Taulukossa 11 on esitetty hirsiseinien U arvoja. Taulukko 11. /1/ Seinätyyppi Hirsi [mm] U c [W/m 2 K] 70 1,33 95 1,04 110 0,92 120 0,85 135 0,77 180 0,6 205 0,53 270 0,41 120 0,89 150 0,79 170 0,72 190 0,64 210 0,58 230 0,53 43
Kuva 40. Pyöröhirsiseinän tehollisen paksuuden määrittäminen. ESIMERKKI Määritetään 200 mm paksun pyöröhirsiseinän tehollinen paksuus. Seinän tiedot - hirren säde R = 100 mm - hirren nousukorkeus h = 160 mm - varauksen leveys t = 120 mm - t = 40 mm 1 Tehollinen paksuus 2t 240 4 arctan 4 arctan 106,26 h 160 2 2 R 100 106,26 2 A sin 2 sin106,26 4473 mm 180 2 180 A 4473 t2 28 mm h 160 t t 2 t 120 2 28 176 mm ef 1 2 44
11.2 Rakennusvaipan ilmanpitävyys Hirsirakennusta koskee samat rakennusvaipan ilmanpitävyysvaatimukset kuin muistakin materiaaleista tehtyjä rakennuksia. Rakennusvaipan ilmanvuotoluku q 50 saa olla enintään 4 (m 3 /(hm 2 )). Kyseistä ilmanvuotolukua käytetään energiatehokkuuslaskelmissa, mikäli mittaamalla ei ole todennettu sen olevan todellisuudessa pienempi. Nykyaikaisilla tiivistystuotteilla sekä hyvällä detaljisuunnittelulla ja toteutuksella voidaan saavuttaa erittäin ilmanpitävä hirsirakennus. Hirsitalotehtaat ovat mitanneet vuosina 2012 2016 satojen toteutettujen hirsirakennusten ilmanpitävyyttä. Mittausten perusteella ilmavuotoluvun q 50 keskiarvoksi muodostui 1,6 m 3 /hm 2. Kuva 41. Todellisuudessa ilmanvuotoluku q50 on huomattavasti määräystasoa pienempi kaikenlaisissa rakennuksissa /7/. Tyypillisiä vuotokohtia rakennuksen ulkovaipassa ovat seuraavat: ikkunoiden ja ovien tiivistykset alapohjan ja seinän liittymä välipohjan ja ulkoseinän liittymä, jos seinä ei mene välipohjan ohi ehjänä yläpohjan ja seinän liittymä LVIS teknisten lävistysten tiivistykset ulkovaipassa Hirsirakennuksessa erityistä detaljisuunnittelua ilmanpitävyyden näkökulmasta tarvitaan kohdissa, joissa on painuma / liikevaraa. Tällöin tiivistysmenetelmien tulee olla sellaisia, että ne eivät rikkoudu rakenneosien keskinäisen liikkumisen vuoksi. Tähän voidaan vaikuttaa myös liittymän muotoilulla. 45
Kuva 42. Esimerkki ikkunan tiivistysperiaatteesta. 46
Kuva 43. Esimerkki ikkunan tiivistysperiaatteesta. 47
Kuva 44. Esimerkki seinän ja yläpohjan liittymän tiivistysperiaatteesta (huom. paloräystäs, jos kerrosmäärä 3 8 ja julkisivu D s2, s2). Lähteet ja lisätiedot /1/ Hirsitaloteollisuus, RT 82 11168 Hirsitalon suunnitteluperusteet, 2014. /2/ www.hirsikoti.fi /3/ Suomen Rakentamismääräyskokoelma osa E1, 2011. /4/ Hirsitaloteollisuus, Lausunto 4005 3a, Hirsiseinien ilmaääneneristysluvut, 2008. /5/ Hirsitaloteollisuus, Tutkimusselostus VTT S 1274 06, Lausunto hirsiseinien palonkestävyydestä, 2006. /6/ Woodfocus Oy, Sisäilman kosteusolojen parantaminen puurakenteilla. /7/ Vertia Oy, Ilmatiiveys ja vuotokohdat uusissa rakennuksissa, 2016 www.puuinfo.fi / Hirsirakenteiden detaljit 48