Puukerrostalo Anna Heikinheimo, tekn. kand. (arkkitehtuuri) Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu anna.heikinheimo@aalto.fi Uudistuneiden paloturvallisuusmääräysten myötä puukerrostaloja voi rakentaa paloturvallisesti kahdeksaan kerrokseen asti. Puuta on mahdollista käyttää rakennuksen rungon lisäksi ulko- ja sisäverhouksissa. Rakentamiseen on kehitetty erilaisia teolliseen puuelementtirakentamiseen perustuvia rakennejärjestelmiä. Puukerrostalon ratkaisut poikkeavat tietyiltä osin muusta rakentamisesta. Tärkeitä asioita puukerrostalon suunnittelussa ja toteutuksessa ovat: runkojärjestelmä paloturvallisuus ääneneristys kosteuden hallinta työmaalla. 1 Runkojärjestelmä Puukerrostalojen rakentamiseen ei ole yhtä vakiintunutta runkojärjestelmää: vaihtoehtoja puurunkoisen kerrostalon toteuttamiseen on monia. Tähän asti Suomessa rakennetuista puukerrostaloista suurimmassa osassa on kevytrunkoiset kantavat seinät. Rakentamismenetelmät ovat puukerrostalojen alkuajoilta, 1990-luvulta, kehittyneet teollisemmiksi: tarjolla on nyt erilaisia esivalmistettuihin puuelementteihin perustuvia puukerrostalojärjestelmiä. Seuraavaksi Suomessa on valmistumassa pilaripalkkirunkoisia ja hybridirakenteisia kohteita. Arkkitehtisuunnittelussa runkojärjestelmä vaikuttaa rakennusten tilojen, muodon ja aukotuksen suunnitteluun. Keskeisiä lähtökohtia suunnittelulle ovat valitun järjestelmän vaakarakenteilla saavutettavat jännemitat ja kantavien linjojen sijoittelu. 1.1 Kantavat seinät -järjestelmä Kantaviin seiniin perustuva kerroksittainen järjestelmä oli suomalaisissa puukerrostaloissa 1990-luvulla yleisimmin käytetty runkojärjestelmä. Kerroksittaisessa rakentamisessa (platform-järjestelmä) jokaisen kerroksen kantava seinärakenne rakennetaan edellisen kerroksen välipohjatason päälle. Kantavat seinät voidaan toteuttaa kevyellä rankarakenteella tai massiivipuisella levyrakenteella. Järjestelmä soveltuu lyhyen jännevälin rakennuksiin (4 6 m), kuten asuinrakennuksiin, joissa asunnon sisäisiä ja huoneistojen välisiä seiniä on tiheästi. Kerrostaloissa kantavia linjoja ovat tavallisesti rakennuksen ulkoseinät ja osa väliseinistä. Huoneis- tojen sisäiset seinät vaikuttavat asuntojen pohjaratkaisujen muuntojoustavuuteen ja voivat vähentää myytävää huoneistoalaa. Rungon jäykistys on otettava suunnittelussa huomioon: jäykistävät rakenteet voivat vaikuttaa asuntojen muunneltavuuteen. Kevytrakenteiset suurelementit Kantavat seinät voidaan toteuttaa kevyellä rankarakenteella esivalmistetuista elementeistä. Kevytrakenteisen seinäelementin runko koostuu vakiomittaisesta sahatavarasta: runkotolpista, ala- ja yläsidepuista sekä ikkuna- tai oviaukkojen kehäpuista. Kantavat ja ei-kantavat seinät ovat rakenneperiaatteeltaan samanlaisia. Massiivirakenne (CLT) Kantavat seinät voidaan totetuttaa CLT-massiivipuulevystä, jossa puukerrokset on liimattu ristiin (CLT: cross laminated timber). Levy toimii sekä kan- Kuva 1. Kerroksittaisella platform-menetelmällä rakennettu CLT-runko. 108
tavana että jäykistävänä rakenteena seinissä ja välipohjissa. Aukotukset ja liitokset tehdään levyihin mittatarkasti tehtaalla tietokoneohjatulla jyrsintätekniikalla. CLT-levyn maksimikoko on 3 x 16 metriä, ja sitä on saatavilla useina eri vahvuuksina. CLTlevyn käyttö mahdollistaa joustavan aukotuksen seinissä ja välipohjissa sekä ulokerakenteet. CLTelementit toimitetaan halutussa valmiusasteessa: esimerkiksi eristeet, pintamateriaalit ja ikkunat voidaan asentaa valmiiksi. CLT-tekniikka on yleinen rakennustekniikka esimerkiksi Saksassa ja Itävallassa. Saksankielisissä maissa tekniikka tunnetaan nimellä KLH (kross laminate holz). 1.2 Pilari-palkkijärjestelmä Pilari-palkkijärjestelmässä rakennuksen runko muodostuu liima- tai viilupuisista pilareista ja palkeista, joiden varaan väli- ja yläpohjatasot sekä ulkoseinät asennetaan. Järjestelmän avulla voidaan saavuttaa jopa 7,5 metrin jänneväli. Kantava runko voi toimia myös jäykistävänä rakenteena. Pilari-palkkijärjestelmässä, jossa pystyrakenteet ovat yhdenmittaiset, vältytään rungon painumilta. Ulkoseinät voidaan asentaa keveinä suurelementteinä. Pilari-palkkijärjestelmä mahdollistaa vapaan, joustavan tilasuunnittelun ja suuret aukotukset seinissä. 1.3 Hybridirakenteet Kantavien seinien ja pilari-palkkijärjestelmän yhdistelmiä kutsutaan hybridirakenteiksi. Hybridirakenteisessa puukerrostalossa voi esimerkiksi olla rakennuksen keskilinjassa pilari-palkkirakenne ja kantavat ulkoseinät. Järjestelmän etuna on sen muunneltavuus ja kantavien rakenteiden pienet tilakustannukset. Rakennuksen sisäisiä kantavia rakenteita on harvassa ja siten suojaverhottavaa vähän. Järjestelmä mahdollistaa julkisivun toteuttamisen suurelementteinä. Kuva 2. Yläpohja ja vesikatto on asennettu heti pilaripalkkirungon pystytyksen jälkeen. 1.4 Tilaelementit Tilaelementtitekniikka on rakentamistapa, jossa rakennus kootaan erillisistä, tehtaalla täysin esivalmistetuista tilayksiköistä. Työmaavaihe on erittäin nopea. Tilaelementti muodostuu tavallisesti kantavasta rungosta ja rajaavista pinnoista: valmiista seinistä, lattiasta ja katosta. Elementtiin voidaan jo tehtaalla asentaa ikkunat ja kalusteet sekä tehdä LVIS-asennukset. Tilaelementin kantava rakenne voidaan toteuttaa usealla eri tavalla, esimerkiksi pilari-palkkitekniikalla, kehärakenteella tai laattamaisilla suurelementeillä. Tilaelementtien tyypilliset enimmäismitat ovat 12 x 4,2 x 3,2 metriä. Tilaelementtitekniikka soveltuu erityisesti pienasuntokohteisiin ja asuntoloihin. Elementtien ja moduulijärjestelmän mitoituksen suunnittelussa on otettava huomioon elementtien kuljetuksen asettamat rajoitukset. Tilaelementtirakenteiselle kerrostalolle on ominaista hyvä ääneneristävyys, sillä tilayksiköiden väliset väliseinät ja välipohjat muodostuvat kaksoisrunkoisiksi. Rakennustavan etuna on myös se, että valmistus tapahtuu kokonaan sääsuojassa tehdasolosuhteissa. Tilaelementtitekniikka on Ruotsissa vakiintunut tapa rakentaa puukerrostaloja. Kuva 3. Tilaelementit nostetaan paikoilleen yksi kerrallaan. 109
2 Paloturvallisuus Puukerrostalot varustetaan automaattisella sammutusjärjestelmällä. Kantavat puurakenteet myös suojataan suojaverhouksella. Ulkopuolisen palon leviämistä torjutaan julkisivuverhouksen tuuletusrakoon tehtävällä palokatkolla. Palo-osastoihin jakaminen tehdään puukerrostalossa samalla periaatteella kuin betonirakenteisessa kerrostalossa. 2.1 Sammutusjärjestelmä Automaattinen sammutusjärjestelmä on henkilö- ja omaisuusturvan kannalta toimintavarma ja hyväksi koettu keino. Puukerrostaloissa on suositeltavaa käyttää sammutusjärjestelmänä korkeapainesuuttimilla varustettua sammutusjärjestelmää, jonka teho perustuu vesisumuun. Vesisumu viilentää palokaasut estäen palon lieskahduksen ja täyden palon kehittymisen palokunnan tuloon asti. Järjestelmällä saadaan aikaan tehokas vesisumu verrattain pienellä vesimäärällä, joka ei aiheuta vesivahinkoja. Vesisumu toimii kolmiulotteisesti siten, että se kykenee tukahduttamaan esimerkiksi pöydän alla olevaa paloa. Järjestelmän etuna on vesisammutusjärjestelmään verrattuna myös tarvittavien varavesisäiliöiden kohtuullinen koko sekä pienempi putkien koko. Luokkavaatimukset puukerrostalojen sammutusjärjestelmille on määritelty RakMK:n osassa E1: 3 4 krs asuinrakennus 3 4 krs työpaikkarakennus 5 8 krs asuin- tai työpaikkarakennus vähintään SFS-5980 -standardin 2-luokan vaatimustason mukaan vähintään SFS-EN 12845 -standardin OH-luokan vaatimustason mukaan. Sammutuslaitteisto tulee varustaa vähintään varmennetulla vesilähteellä. vähintään SFS-EN 12845 -standardin OH-luokan vaatimustason mukaan. Sammutuslaitteisto tulee varustaa vähintään varmennetulla vesilähteellä. Automaattista sammutuslaitteistoa ei vaadita puurakenteisiin 3 4 kerroksisiin kaupunkipientaloihin, joissa kaikki kerrokset kuuluvat samaan asuinhuoneistoon. 2.2 Suojaverhous Puukerrostalojen kantavat rakenteet verhotaan A2- s1, d0 -luokan rakennustarvikkeella. Verhouksen tulee suojata rakennetta määrätyn ajan syttymiseltä, hiiltymiseltä tai muulta vaurioitumiselta. Suojaverhous voi olla esimerkiksi kipsilevyä. Periaatteena on, että suojaava A2-s1, d0 -luokan verhouskerros on kantavaa rakennetta vasten. Pin- noissa voi käyttää D2-s2, d2 -luokan verhousta: sisäverhous voi olla puuta. Kantavat puurakenteet eivät siis voi jäädä näkyviin, ellei paloturvallisuusvaatimusten täyttymistä todenneta tapauskohtaisella rakenteiden toiminnallisella palomitoituksella. 2.3 Puujulkisivun palotekninen suunnittelu Puukerrostalojen julkisivuissa voi alinta kerrosta lukuun ottamatta käyttää puuverhousta, joka täyttää pintaluokkavaatimuksen D-s2, d2. Esimerkiksi umpinainen laudoitus täyttää tämän vaatimuksen. Myös julkisivumateriaaliksi soveltuvien puulevyjen käyttö on mahdollista. Alimmassakin kerroksessa voidaan käyttää puuverhousta, kun se on palonsuojakäsitelty vastaamaan paloluokkaa B-s2, d0. Puujulkisivun suunnittelussa tulee huomioida mahdollisen palon leviäminen julkisivussa. Julkisivun palokatko Palo etenee puujulkisivussa nopeammin tuuletusraossa kuin ulkoverhouksen pinnalla, koska tuuletusraossa syntyy pystysuuntainen hormivaikutus. Tämän takia julkisivupalo voi levitä nopeasti räystäälle. Puujulkisivu on suunniteltava siten, että palon leviäminen julkisivun tuuletusraossa on rajoitettu vähintään kerroksittain (RakMK E1). Palon leviämistä ulkoverhouksen tuuletusraossa rajoitetaan palokatkottamalla tuuletusrako pystyja vaakasuunnassa. Tässä esitellyn palokatkotyypin (kuva 4) toiminta perustuu siihen, että se hidastaa Reikien osuus 5 % raon poikkipinta-alasta Palokatko (peltiprofiili) Tuuletusraosta suljetaan 95 %. Reiät eri kohtiin profiilin pituus- ja vaakasuunnassa Tuulensuojalevy 50 mm Kuva 4. Teräsprofiililla toteutettu ulkoverhouksen tuuletusraon palokatko. 110
Kuva 5. Palokatko asennettuna puuelementtiin. tuuletusrakoon muodostuvan savun poistumista, vähentää palon hapensaantia ja näin hidastaa palon etenemistä. Vaakasuuntainen palokatko asennetaan kerroksittain ja tehdään esimerkiksi rei itetystä teräsprofiilista, joka toimii kuristusrakenteena. Sivuttaissuuntaista palon leviämistä ehkäistään kaistoittamalla tuuletusrako myös pystysuuntaisin rakentein. Julkisivuverhouksen kiinnityskoolausta (noin k600) voidaan hyödyntää pystysuuntaiseen kaistoitukseen. Julkisivuverhouksen katkomista kerroksittain näkyvin palokatkoulokkein ei edellytetä, kun tuuletusrako on palokatkotettu. 2.4 Palo-osastoivien rakenteiden mitoitus Kantavat ja osastoivat rakenteet mitoitetaan palorasitukselle, joka vaikuttaa samanaikaisesti ainoastaan rakenteen toisella puolella. Kantavat rakenteet, joilla ei ole osastointivaatimusta, mitoitetaan molemmilta puolilta samanaikaisesti vaikuttavalle palorasitukselle (eurokoodi 5: Puurakenteiden suunnittelu). 3 Ääneneristys Puun ominaisuuksiin rakennusmateriaalina kuuluu, että se on kevyttä, tiivistä ja sileäpintaista. Puu ei siis yksin ole hyvä ääneneriste tai äänenvaimennin: puurakenne tarvitsee seurakseen muita rakennekerroksia toimiakseen asuinrakennuksessa ääniteknisesti riittävän hyvin. Myös tilasuunnittelulla voidaan vaikuttaa asuinrakennuksen äänioloihin. 3.1 Puukerrostalon äänimaailma Puukerrostalot ovat asukkaiden käyttökokemusten perusteella hiljaisia. Niiden äänimaailma on erilainen verrattuna betonirakenteiseen kerrostaloon. Betonirakenne esimerkiksi johtaa puurakennetta herkemmin korkean taajuuden ääniä, kuten puhetta, kun taas puukerrostalossa matalataajuinen askelten töminä voi kantautua vaimeana alempiin kerroksiin. 3.2 Puurakenteen äänitekniset ratkaisut Monikerroksisella, tiiviillä puurakenteella voidaan helposti saavuttaa jopa erinomainen ilmaääneneristävyys. Asuinrakennuksessa puurakenteiden suunnittelussa tuleekin kiinnittää huomiota erityisesti askelääneneristävyyteen ja äänen sivutiesiirtymiin rakenteissa. Ääneneristävyysvaatimukset voidaan täyttää puukerrostaloissa käyttämällä kaksinkertaista rakennetta huoneistojen välisissä seinissä ja välipohjissa sekä kasvattamalla välipohjan massaa. Äänen sivutiesiirtymiin rakenteissa voi vaikuttaa rakenteiden äänikatkoilla, mutta monikerroksisissa rakennuksissa rakenteiden katkottaminen voi olla ristiriidassa rakenteelliseen jäykkyyteen pyrkimisen kanssa. Välipohjarakenne Askeläänet ja kodin laitteet aiheuttavat matalataajuista värähtelyä (25 200 Hz), joka johtuu hyvin kevyiden puurakenteiden läpi. Rakenteiden värähtelymitoitus on Suomessa erityisen kireää. Puurakenteisen välipohjan askelääneneristävyyttä voidaan parantaa lisäämällä sen massaa, jolloin rakenteen värähtely vähenee. Massaa voidaan lisätä esimerkiksi pintabetonivalun avulla. Toinen keino parantaa askelääneneristävyyttä on asentaa välipohjan yläpintaan kelluva pintalaatta joustavan ääneneristekerroksen päälle. Mitä joustavampi ääneneriste on, sitä parempi askelääneneristävyys saavutetaan. Alakatot asennetaan välipohjarakenteeseen akustisen jousirangan varaan. Akustinen jousiranka on peltiprofiilia, jonka avulla alapohjalevytyksestä saadaan joustava. Kaksoisrunkoseinä Puukerrostalossa asuinrakennuksen ääneneristysvaatimukset saadaan täytettyä vain käyttämällä huoneistojen välisissä seinissä kaksoisrunkoseinää. Seinän kahden runkopuoliskon välillä tulee olla vähintään 10 mm:n rako kautta koko rakenteen. 3.3 Tilasuunnittelun keinot Rakenteiden ääneneristävyyden lisäksi asuinrakennuksen hyviin äänioloihin voidaan vaikuttaa arkkitehtisuunnittelulla. Periaatteena on, että makuu- ja oleskelutilat pyritään rauhoittamaan melulta. Melulta rauhoitettavia tiloja ei tule sijoittaa liikennemelun tai muun ulkoa kantautuvan melun puolelle. Porrashuoneesta ja viereisistä huoneistoista kantautuvaa rakennuksen sisäistä melua voidaan pus- 111
Kuva 6. Kaksinkertaisen puuvälipohjan periaate. kuroida järjestämällä asunnon muita tiloja makuuja oleskelutilojen ympärille. Ääntä aiheuttavat tilat, kuten peseytymistilat ja keittiö, kootaan usein yhteen ja sijoitetaan huoneistojen välillä vastakkain ja päällekkäin. 4 Kosteuden hallinta työmaalla Puukerrostalon työmaavaiheen toteutus suunnitellaan siten, että rakenteiden kastumisen mahdollisuus on minimoitu kaikissa rakentamisen vaiheissa. Hyvä kosteudenhallinta työmaalla varmistetaan muun muassa dokumentoinnilla ja mittauksilla. 4.1 Rakennusosien suojaus Rakennusosien kastumisen riski työmaalla minimoidaan, kun niiden toimitukset aikataulutetaan siten, että osat voidaan asentaa mahdollisimman nopeasti paikoilleen. Jos rakennusosia on tarve välivarastoida työmaalla, ne tulee sijoittaa kuivalle paikalle suurelle alustalle irti maasta ja peittää sadesuojalla. Suojaan paketoitujen rakennusosien tuuletuksesta on huolehdittava varastoinnin aikana. 4.2 Asennusvaihe Puukerrostalon asennustyössä on pyrittävä ripeyteen ja huolehdittava tarvittaessa sääsuojauksesta rakenteiden kastumisen ehkäisemiseksi. Nykyisillä teolliseen esivalmistukseen perustuvilla rakennusmenetelmillä työmaavaiheen kosteusoloja voidaan hallita hyvin: elementeistä koottavan puukerrostalon asennus on nopeaa ja voidaan tehdä säältä suojassa esimerkiksi teltassa. Vaihtoehtoisesti eri rakennusosat voidaan suojata paketoimalla siten, että suoja poistetaan vasta kun koko rakennus on mahdolliselta sateelta suojassa. Mikäli rakenteisiin pääsee kosteutta asennusvaiheessa, ne tulee kuivata ennen eristeiden ja pinta- Kuva 7. Kaksoisrunkoseinän periaate (vaakaleikkaus). Kuva 8. Kaksoisrunkoseinän tolppien asennusperiaate. 112
kerrosten asentamista. Rakenteiden hyväksyttävä kosteusprosentti on aina varmistettava mittaamalla. Telttasuojaus Telttamenetelmällä suojaamalla rakennustyö tapahtuu kokonaan säältä suojassa. Perustustöiden jälkeen työmaan ylle pystytetään pylonien varaan teltta, jota voidaan nostaa sitä mukaa kuin rakennustyö etenee. Rakennusosat voidaan nostaa suoraan kuljetusautosta paikoilleen siltanosturilla, joka toimii yhdessä telttarakenteen kanssa. Trä8 ripustettava sääsuoja Trä8-puukerrostalojärjestelmässä rakennukselle saadaan sääsuoja muutamassa päivässä. Puukerrostalon pilari-palkkirungon pystyttämisen jälkeen asennetaan välittömästi yläpohja ja vesikatto. Seinien sääsuojat ripustetaan räystäästä rakennuksen kaikille sivuille. 4.3 Laadunvarmistus Työmaavaiheen hyvä kosteudenhallinta varmistetaan seuraavin keinoin: Asennustyö suunnitellaan siten, että rakenteiden kastumisen mahdollisuus on minimoitu. Varmistetaan työntekijöiden riittävä osaaminen. Asennustyön kriittiset kohdat ja tarvittavat toimenpiteet merkitään suunnitelmiin ja käydään läpi asentajien kanssa ennen työvaiheiden aloitusta. Työmaapäiväkirjaan dokumentoidaan asennustyön vaiheet, ajankohdat ja sääolot asentajan laatujärjestelmän mukaisesti. Rakenteiden hyväksyttävä kosteusprosentti varmistetaan mittaamalla ja merkitään työmaapäiväkirjaan. Lähde: www.puuinfo.fi Lämmin puutalo Ohjeet ilmanpitävään ja energiaa säästävään rakentamiseen Ilkka Romppainen Rakennuksen vaipan hyvä ilmanpitävyys on laaturakentamisen keskeinen osa. Kirja tarjoaa yksityiskohtaiset ohjeet ilmanpitävien rakenteiden toteuttamiseksi. Teoksessa on runsaasti 3D-kuvitettuja ohjeita tuulensuojaukseen, eristämiseen sekä ilmansulkujen asennukseen rankarakenteisiin puutaloihin ja hirsitaloihin. Myös korjausrakentamiseen liittyvään lisälämmöneristämiseen annetaan ohjeita. Rakennustieto Oy, 2010 978-951-682-953-4 68 s., 33 Tilaukset verkkokaupasta www.rakennustietokauppa.fi Puh. 0207 476 401 113