Vatek ry, koulutustilaisuus Tampereella 10.4.2014 Rakentamismääräysten ajankohtaiset muutokset, tulevaisuuden näkymät ja niihin liittyvät ongelmat Professori Ralf Lindberg, Tampereen teknillinen yliopisto 1. Taustaa 2. Rakennesuunnitteluun liittyviä kysymyksiä 3. Rakennusfysiikkaan ja energiatehokkuuteen liittyviä kysymyksiä 4. Sortumien syiden selvittäminen Suuri tietomäärän kasvu ja erilaisten määräysten ja sääntöjen muutosvauhti ovat keskeisiä tekijöitä rakentamisen laatuun liittyvissä kysymyksissä. Tuotettaessa uusia määräyksiä ne pitäisi pystyä kiteyttämään siten, että koulutuksen saanut ammattilainen ymmärtää viestin oikein. Nyt tilanne on täysin päinvastainen. Epäselvissä tapauksissa tarvitaan tulkinta siitä, miten toimitaan, kunnes saadaan lisää tietoa. Vatek ry 10.4.2014 1
Miten vältetään virheet? Keskittymällä oleelliseen (20/80 säännöt) Tunnistamalla kriittiset tekijät ja asiat ja keskittymällä erityisesti niihin Lisäämällä perusosaamista ja ymmärrystä kaikilla tasoilla Mihin asioihin koulutuksessa tulee kiinnittää huomiota? Kaikkien sukupolvien on opiskeltava rakentamisen perusasiat Opettajien on syytä osata, ymmärtää ja hallita opettamansa asiat Opetuksessa on keskityttävä oleelliseen, ei kaikkeen Ihminen oppii kehittelemällä ajatuksia omassa päässään Oppimiskapasiteetti ei ole lisääntynyt samassa tahdissa tietomäärän kanssa Asioitten ymmärtäminen on pääasia Mikä tulee nostaa valvonnan kriteeriksi? Tuotteen laatu on vähintään yhtä tärkeä kuin hallinnollinen laatu (laatujärjestelmä) Tekijälle on kerrottava, mitä asiat tekemisessä ovat kriittiset ja tekijän omaa laadun valvontaa tulee kehittää, tästä on paljon myönteisiä kokemuksia Vatek ry 10.4.2014 2
Historiaa Rakennustekniikka kehittyi 1800 luvulla. Kaikki päämateriaalit, tuotantotavat ja suunnittelumenetelmät keksittiin tuolloin. Tekniikan huiman edistymisen myötä kaikki on kehittynyt, mutta ratkaisevaa uutta ei ole löydetty. Tämä on hyvä muistaa. Viimeisen 10 vuoden aikana tapahtunutta: Tietotekniikka on mahdollistanut suunnittelun tehostumisen ja monien uusien sovellusten kehittämisen rakentamiseen, esimerkiksi automaation kautta. Tietokone ei ole aina oikeassa. BIM auttaa kustannusten arviointia ja markkinointia, ei juurikaan itse rakentamista. Laatu on kaikesta huolimatta parantunut, vaikka haasteet ovat olleet suuret. Rakentamisen ohjausjärjestelmä on kehittynyt suunnattomalla vauhdilla, mikä merkitsee kokonaisuuden hallinnan vaikeutta. Vatek ry 10.4.2014 3
Rakentamista normitetaan sekä Euroopasta että Suomesta Rakentamiseen liittyviä määräyksiä ja ohjeita tuotetaan edelleen usean ministeriön ja Euroopan unionin toimesta. Toivottavasti koordinaatiota eri toimijoiden välillä pystytään lisäämään. Rakentajat tarvitsevat yksinkertaisia, selkeitä ja ymmärrettäviä sääntöjä, jotta laatu voisi toteutua. Jos eurooppalaiselle normitukselle ei kyetä tekemään merkittäviä yksinkertaistuksia, koko projektista tulee olemaan enemmän haittaa kuin hyötyä. Sama riski liittyy parhaillaan jatkuvasti uudistuviin energiatehokkuusohjeisiin. Rakentaminen on monien eri osa-alueiden yhdistämistä toimivaksi kokonaisuudeksi. Vaikeus liittyy siihen, että osa-alueita tulee koko ajan lisää ja vanhat tulevat monimutkaisemmiksi. Vatek ry 10.4.2014 4
Koulutus Suuri osa opettajista vaihtuu nuorempiin ja nimikkeet vaihtuvat. Seurauksena on, että perusosaaminen jää taka-alalle. Rakentamista vaivaa jo nyt perusosaamisen puute. Uusien rakentajasukupolvien on opittava vanhatkin perusteet, koska ne eivät siirry geeneihin automaattisesti. Nyt oppilaitoksissa opiskelevat vastaavat rakentamisesta 10 vuoden päästä. He elävät täysin toisenlaisessa maailmassa kuin opettajansa. He ovat monessa paljon edellä entisten aikojen oppilaita. Toisaalta heille yritetään opettaa enemmän kuin kohtuudella voi omaksua. Nyt oppilaitokset saavat rekrytoitua huipputason oppilaita. Kaikki tutkinnon suorittaneet saavat hyvin töitä (riippuu kuitenkin omasta motivaatiosta), koska monet rakentajat siirtyvät eläkkeelle ja toisaalta rakennusalan koulutetuille löytyy uusia tehtäviä, vaikkapa energiaan liittyvästä rakentamisesta. Ulkomaalaisia käytetään nykyistä enemmän, mutta myös suomalaisille riittää työtä, koska rakentaminen on kulttuuritaustainen kysymys. Vatek ry 10.4.2014 5
Tulevaisuudenkuva Rakentaminen tehostuu, tuottavuus paranee, kiire lisääntyy ja kilpailu kiristyy myös seuraavan 10 vuoden ajan, niin kuin on tehnyt jo yli 2000 vuotta. Toivottavasti työelämästä eläkkeelle siirtyvien kokemusta osataan käyttää hyväksi, koska se on erittäin arvokas luonnonvara. Olisi hyvä, jos lopultakin osaisimme keskittyä oleelliseen. Siitä voisi olla hyötyä kiihtyvällä tahdilla monimutkaistuvassa maailmassa. Laatukin saataisiin paremmaksi, kun työn tekijälle kerrotaan, mitkä työvaiheet ovat erityisen tärkeitä ja hän työn tehtyään valvoo itse laatua esimerkiksi ottamalla kameralla kuvan työnsä jäljestä. Rakentamista kehitetään yhä enemmän poliittisin päätöksin. Tästä on jo esimerkkejä. Rakentajat joutuvat toimimaan entistä lyhytjänteisemmin. Vatek ry 10.4.2014 6
Normit, käyttöselosteet ja tyyppihyväksynnät lakkaavat, mitä tilalle? Tähän asti rakentajat ovat pärjänneet Melko selkeillä normeilla Käyttöselosteilla, kun normit eivät ole riittäneet Tyyppihyväksynnällä, kun rakenne on ollut määräysten vastainen, mutta kuitenkin toimiva. Tyyppihyväksyntöjä ei enää myönnetä eikä uusita (ainakaan kaikissa tapauksissa). Euroopan järjestelmä on seuraava Eurokoodit, joita on satakertainen sivumäärä siihen verrattuna, millä aiemmin tultiin toimeen CE merkit, jotka perustuvat tuotestandardeihin (niitä on laadittu vain osalle rakennustuotteita) Kun systeemi ei toimi, rakentajat käyttävät erilaisia sertifikaatteja. Miten sertifikaatti ohittaa määräysten vastaisuuden? Vatek ry 10.4.2014 7
1. Taustaa Menestyvällä rakennesuunnittelijalla tulee olla seuraavat asiat filosofisella tasolla selkäytimessä Karkea Tarkka Tiede 1 Kuormat riittävät EC ***** 2 Rasitukset ql 2 /8 3D epälin ***** 3 Materiaalit karkea tarkka ***** 4 Mitoitus selkeä EC ***** 5 Stabiilisuusmurron poistaminen hoikkuus 2. kerta- luku ***** 6 Liitokset ***** Eri osa-alueiden tarkka käsittely (voi) hävittää ymmärryksen kokonaisuudesta. Rakentamiseen liittyy lukuisa joukko myös muita näkökulmia. Matriisin laatikoita on lopulta tuhansia. Vatek ry 10.4.2014 8
Normien kaavat ovat pääosin empiirisiä Normistoa pidetään jo nykyisin niin monimutkaisena, että eteenpäin päästään vain tietotekniikan avulla. Tietokone ei useinkaan osaa ottaa huomioon normien kaavojen kokemusperäistä tietoa. Siksi analyysin tulos on vain hyvä lähtökohta suunnittelulle. Tietokonetulostus voi johtaa joissakin tapauksissa suureen ylimitoitukseen ja joissakin tapauksissa merkittävään alimitoitukseen. Esimerkiksi jatkuvat teräsbetonirakenteet on aiemmin suunniteltu paljon nykyistä pienemmällä teräsmäärällä. Puristettujen rakenteiden ja rakenteiden puristettujen osien hoikkuuden arviointi on vaativa ja haasteellinen tehtävä. Jos suunnittelija ei hallitse asiaa, voidaan olla paljon epävarmalla puolella. 3D mallintamisessa ovat samat ongelmat. Usein tulos auttaa ymmärtämään rakenteen todellisen toiminnan, joskus toiminta voi olla todella vaikeasti hallittavissa, jopa mallin avulla. Vatek ry 10.4.2014 9
Varmuuskertoimista Kuinka paljon pienempi on Suomen pysyvän kuorman kerroin 1.15 verrattuna eurooppalaiseen suositukseen 1.35? 1.15/1.35 = 0.85 (15 %), vai 0.15/0,35 = 0,43 (57 %), varmuuskertoimen alaraja on yksi, ei nolla, siksi jälkimmäinen tulos on oikea. Varmuuskertoimet ovat nykyisin pienet, kun otetaan huomioon, että niillä pyritään ottamaan huomioon vain kuormien ja materiaaliominaisuuksien vaihtelu. Suunnittelussa (mallintamisessa), osien valmistuksessa ja asentamisessa (rakentamisessa) on myös vaihtelua. Esimerkki: Teräspalkeille tuettu paikalla valettu holvi, pysyvä kuorma 7,5 kn/m2 ja hyötykuorma 2 kn/m2. 30 vuotta sitten kokonaisvarmuus oli 1.5 x 355/350 = 1.52, nykyisin (1.15 x 7.5 + 1.5 x 2)/(7.5 + 2) = 11.6/9.5 =1.22 (58 % pienempi). Tämä täyttää myös ehdon 1.35 x 7.5 = 10.1 Rakenne ei kestä juuri mitään virheitä. Vatek ry 10.4.2014 10
Viime vuosina energiakysymyksissä tapahtunutta kehitystä. Säästämmekö todella energiaa, kun määräyksiä kiristetään? 1975 U λ d Ensimmäisen energiakriisin aikana määräysten kiristäminen oli järkevää, koska pienillä lisäkustannuksilla (lisäeristämisellä) saavutettiin merkittäviä säästöjä. 2010 ΔU Δd d Vuonna 2010 tilanne on toinen, koska määräyksiä on kiristetty useita kertoja 25 vuoden aikana. Vatek ry 10.4.2014 11
Matalaenergiarakentamisen hyötyjen saavuttaminen edellyttää todellista rakennuksen kokonaistoiminnan hallintaa ja käyttäjän ymmärrystä 1980 Energiantarve Lämmitysjärjestelmän energia 2013 Sähkölaitteiden kompensoima lämmitystarve Jäähdytystarve Pientalon lämmitysjärjestelmän valinta on yksi ydinkysymys. Nykypientalossa pärjätään erittäin pienellä energiamäärällä, jos osataan sopeutua tilanteisiin eri vuodenaikoina. Vatek ry 10.4.2014 12
Kerrostalossa energiansäästö on huomattavasti vaikeampaa kuin pientalossa 5 9 5 7 I. 75 m 2 I 11 m 2 S 59 m 2 II. 60 m 2 I 9 m 2 S 16 m 2 III. 75 m 2 I 11 m 2 S 25 m 2 5 IV. 15 m 2 I 1 m 2 S 7 m 2 8 3 8 Seuraavassa diassa on arvioitu päätyhuoneiston (I) kuukausittaista energiatarvetta, kun rakenteet täyttävät uudet määräykset. Kyseessä on kerros, josta ylä- ja alapohjan vaikutus on jätetty pois. Huomioon on otettu johtuminen, ilmanvaihto ja lämmön talteenotto. Toisaalta kotitaloussähkö ja käyttäjän tuovat energiaa, joka voidaan käyttää hyväksi. Auringon vaikutus on jätetty pois. Vatek ry 10.4.2014 13
Energiat Kerrostalohuoneiston energia (MWh) uudet määräykset 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kuukausi Qj+Qiv+Qlto Qkoti+Qihm Lämmitystarvetta on vain kolmen kuukauden ajan. Se on tätä huoneistoa varten yhteensä alle 300 kwh vuodessa, jos tolppien punainen osuus (kotitaloussähkö) voitaisiin käyttää hyödyksi. Menettääkö LTO tehonsa, jos rakennus lämpiää liikaa? Vatek ry 10.4.2014 14
Energiatehokkaan rakentamisen seurauksia Kerrostalossa kotitaloussähköstä saadaan enemmän lämpöä kuin rakennuksen lämmittäminen edellyttää energiaa. Näin on vuoden jokaisena kuukautena. Lämpökuorma syntyy valtaosin klo 16 ja 22 välillä. Asumisviihtyvyys on kunnossa vain ikkunoita auki pitämällä. Seurauksena taloa lämmitetään, lämmitysenergiaa ja kotitaloussähköstä syntyvää lämpöä menetetään Miten mahtaa ilmastonmuutostavoitteelle käydä? Vatek ry 10.4.2014 15
Kerrostalojen energiankulutus ei noudata teoriaa Energia kwh/m 2 F E D C A 400 300 200 100 Arvioitu energiatehokkuusluokka (ET luku) Mitattu kulutus (450 kerrostaloa) 1930 2010 Vaihtelua on luonnollisesti paljon Kotitaloussähkön vaikutus? Aika Vatek ry 10.4.2014 16
Energiatehokkuuteen liittyvät muutokset on rakentajien osattava ja ymmärrettävä Nykyiseen muutosvauhtiin liittyy ilmiselviä riskejä, jotka on otettava paremmin huomioon. Rakennetyyppi on hyvä lähtökohta, mutta sillä ei voida rakentaa kaikkia yksityiskohtia. Detaljeja voidaan suunnitella vain rajattu määrä. Tästä seuraa, että rakennuksen monien yksityiskohtien lopullinen toteutus ratkaistaan työmaalla. Siksi on tärkeää pyrkiä lisäämään kaikkien rakentajien ymmärrystä rakennusfysiikkaan liittyvistä kysymyksistä. Opin tulee olla selkeää ja yksinkertaista. Vatek ry 10.4.2014 17
Ratkaisut eivät ole vääriä tai oikeita Rakentamisessa ei ole olemassa täysin oikeita tai täysin vääriä ratkaisuja. Jokaiseen liittyy hyviä ja huonoja puolia. Lopulta kyse on mahdollisimman hyvän kompromissin etsimisestä ja samalla riskien hallinnasta. Monia vanhoja detaljeja pidetään hyvinä ja toimivina, vaikka nykytiedon valossa ne voisivat toimia vähän kehitettyinä paremmin. Detaljien kehittäminen edellyttää, että toiminta ymmärretään. Ymmärrettävien selitysten tulee olla yksinkertaisia. Määräyksiä kehitetään eri tahojen toimesta. Vähäinen koordinaatio voi lisätä riskejä. Vatek ry 10.4.2014 18
Rakennuksen tiiviys ja ilmanvaihto liittyvät toisiinsa Nykyisin korostetaan rakennusten tiiviyden merkitystä pienen energiankulutuksen tavoittelussa. Siihenkin liittyy sekä hyvää että kysymyksiä. Ilmavaihtojärjestelmä tehdään alipaineiseksi poistamalla hieman enemmän ilmaa kuin rakennukseen puhalletaan sisään. Tiiviissä rakennuksessa painesuhteiden hallinta on oleellisesti vaikeampaa ja toisaalta mitättömätkin vuotoreitit voivat generoida sisäilmaongelmia, kun korvausilmaa vuotaa rakennukseen hallitsemattomasti. Kokonaisuuden tulee olla nykyistä paremmin hallinnassa. Vatek ry 10.4.2014 19
Rakentamisen sääntöjen muuttuessa tulkinnat tulevat tärkeiksi Uudet määräykset merkitsevät erittäin suurta muutosta perinteiselle rakentamiselle. Määräysten tulkintaa tekevät monet eri osapuolet, usein vielä melko vähäisin tiedoin. Tulkinnat vaihtelevat paljon. Tulkintoihin liittyvät kysymykset ovat nousseet esiin myös muissa kuin energiaan liittyvissä rakentamisen kysymyksissä. Yksi ratkaisu voisi olla kokeneiden osaajien muodostamat tulkintapaneelit, jotka pohtisivat kysymyksiä eri näkökulmista ja lopulta esittäisivät näkemyksensä, jota pyrittäisiin noudattamaan rakentamisessa. Vatek ry 10.4.2014 20
Miten rakennetta tulisi tarkastella? Seuraava lähestymistapa voisi auttaa etsittäessä suurimpiä virheitä ja ongelmien taustatekijöitä. A. Miten rakenne tuli oikeaoppisesti suunnitella? Tämäkin on joskus varsin moniulotteinen kysymys B. Miten oikeaoppinen rakenne toimii kuormien kasvaessa? Miten eri kuormat, vaikkapa lumi ja tuuli, kasvavat suhteessa toisiinsa? C. Miten erilaiset puutteet vaikuttavat tulokseen? Usein sortumaan tarvitaan vähintään kaksi suurta puutetta. Tärkeysjärjestys löytyy seuraavalla kysymyksellä: Olisiko rakenne sortunut, jos tätä yksittäistä virhettä ei olisi ollut? Vastausvaihtoehdot ovat: Ei, mahdollisesti ja kyllä. Vatek ry 10.4.2014 21
Allasesimerkki Kaksi isoa puutetta Kumpi on pääsyy sortumaan ja kumpi seuraus? Vatek ry 10.4.2014 22
Isot ja pienet asiat on hyvä pitää erillään Vaurion tai isojen ongelmien taustalla on aina yksi tai useampi merkittävä puute tai virhe. Aina löytyy myös suuri joukko pienempiä puutteita, joilla ei ole välttämättä kovin merkittävää osuutta tapahtumiin. Näitä ei pidä korostaa. Kaikki tekevät aina virheitä, tutkijatkin. Rakenteen poikkileikkauksen koko suhteessa jänneväliin ja kuormituksiin on nykyisin usein urheiluhenkinen. Tätä on pohdittava tarkastelujen yhteydessä. Merkittävien taustatekijöiden syy-seuraussuhde on tärkeä löytää. Karkea virhe normin soveltamisessa ei aina ole välttämättä lähtökohta sortumalle. Tästäkin on esimerkkejä. Vatek ry 10.4.2014 23