Artikkeli on julkaistu kesäkuussa 2021 Puu-lehden numerossa 1/2021.

Read the article in English: Sound Insulation in Wood Buildings

Teksti ja kuvat: Tero Lahtela

Puurakennuksessa akustinen suunnittelu on merkittävässä asemassa, koska se vaikuttaa olennaisesti rakennusosien rakennekerroksiin sekä rakennusosien välisiin liittymiin ja liitososiin. Täten kohteen arkkitehti-,
rakenne- ja talotekniikkasuunnittelijoiden tulee osata puurakennukseen liittyvät akustiset perusasiat. Kohteessa käytettävät rakennetyypit ja liittymät tulee saada akustisesti oikeanlaisiksi jo kohteen esisuunnitteluvaiheessa, jotta vältytään uudelleensuunnittelulta ja ylimääräisiltä kustannuksilta projektin myöhemmissä vaiheissa. Puurakennuskohteella tulisi aina olla myös akustiikkasuunnittelija.

Akustiikka- ja palotekninen suunnittelu samanaikaisesti

Puurakennuksen rakennusosissa ääneneristävyys perustuu pääasiassa toisistaan erillään oleviin levymäisiin pintoihin, joiden välissä on ilmaväli. Ääntä eristävissä rakennusosissa käytetään tyypillisesti kipsilevyjä, joiden päätehtävät ovat muodostaa rakennusosaan levymäinen pinta ja sille riittävä akustisessa mielessä tarvittava massa. Kipsilevyjä käytetään myös puurakennuksen rakennusosien paloteknisessä suunnittelussa.
Akustinen- ja palotekninen suunnittelu kulkevat siis käsi kädessä. Täten akustista ja paloteknistä suunnittelua tulee tehdä samaan aikaan, jotta samoilla levytyksillä saadaan toteutettua niin akustiset kuin palotekniset vaatimukset rakennusosissa. Rakennusosat tulisi suunnitella ensin akustisesta näkökulmasta, koska se on levytysten määrän ja sijainnin kannalta palotekniikkaa merkityksellisempi.

Akustisesti yksinkertainen rakenne

Akustisesti rakenne on yksinkertainen, kun se on kauttaaltaan samaa materiaalia tai kun eri materiaalikerrokset ovat niin kiinteässä yhteydessä toisiinsa, että ne värähtelevät yhtenä kokonaisuutena. Yksinkertaisen rakenteen ilmaääneneristävyyden suunnittelussa merkityksellisiä tekijöitä ovat rakenteen massa, jäykkyys, ilmatiiviys ja rakenteellisten sivutiesiirtymien vaikutus. Yksinkertaisen rakenteen askelääneneristävyyden suunnittelussa edellisten lisäksi merkityksellinen tekijä on myös pintarakenteen joustavuus (esim. lattiapinnoite).
Yksinkertaisen puurakenteen massa ja jäykkyys ei yleensä ole riittävä, jotta voitaisiin saavuttaa rakennuksissa vaadittavat ääneneristävyysvaatimukset. Esimerkiksi yksinkertaisen massiivipuuseinän paksuuden tulisi olla vähintään 600 mm, jotta voitaisiin saavuttaa sama ilmaääneneristävyys kuin 180 mm paksulla betoniseinällä.

Akustisesti kaksinkertainen rakenne

Akustisesti rakenne on kaksinkertainen, kun se koostuu kahdesta levymäisestä massasta (m1 ja m2) sekä näiden välissä olevasta ilmavälistä (k). Kaksinkertaisen rakenteen ilmaväliä kutsutaan jouseksi, jonka toiminta on riippuvainen ilmavälin paksuudesta. Ilmaväli toimii jousena, kun sen paksuus on suurempi kuin rakenteeseen kohdistuvan äänen aallonpituus. Mitä löysempi jousi on, sitä vähemmän se siirtää värähtelyä levymäisten massojen m1 ja m2 välillä ja sitä parempi on rakenteen ilmaääneneristävyys. Toisin sanoen ohut ilmaväli ei toimi jousena, vaan se kytkee levymäiset massat toisiinsa, jolloin rakenteen ilmaääneneristävyys heikkenee. Levymäiset massat voivat olla kiinni samassa rungossa (rankarunko), jolloin massat ovat mekaanisesti kytkeytyneet toisiinsa rungon välityksellä.

Tällaisella rakenteella ei saavuteta merkittävää ilmaääneneristävyyttä, johtuen edellä mainitusta mekaanisesta kytkennästä. Ideaalinen kaksinkertainen rakenne on sellainen, jossa levymäiset massat ovat täysin erillään toisistaan (kaksoisrunko) ja massat kytkeytyvät toisiinsa vain niiden välillä olevan suuren ilmavälin (löysän jousen) välityksellä. Tällainen rakenne on ideaalinen massa-ilma-massa-systeemi, jolla voidaan saavuttaa erittäin tehokas ilmaääneneristävyyden kasvu systeemin resonanssitaajuuden yläpuolella, vaikka rakenne on kevyt. Rakennuksessa ei ole kuitenkaan helppoa toteuttaa ideaalista kaksinkertaista rakennetta, koska levymäisten massojen mekaanista kytkentää saattaa esiintyä esimerkiksi rakennusosien liitosalueilla. Samoin joissakin välipohjatyypeissä kantava runko kytkee väistämättä levymäisiä massoja lievästi toisiinsa.

Kuten aikaisemmin todettiin, yksinkertaisilla massiivisilla puurakenteilla ei useinkaan pystytä saavuttamaan riittävää ääneneristävyyttä rakennuksessa. Tästä johtuen ääntä eristävästä puurakenteisesta rakennusosasta tulee lähes aina muodostaa akustisesti kaksinkertainen rakenne. Tämä pätee sekä seinä- että välipohjarakenteille.

Rakenteelliset sivutiesiirtymät

Rakenteellinen sivutiesiirtymä on yksi äänen etenemisreitti tilojen välillä. Rakenteellinen sivutiesiirtymä syntyy, kun tilasta toiseen jatkuva rakennusosa kuljettaa ääntä (runkoääni) tilasta toiseen. Puurakenteisessa rakennuksessa rakenteelliset sivutiesiirtymät ovat suurempi haaste kuin betonirakennuksessa, koska:

• Puurakenteissa ei voida hyödyntää rakennusosien massaa ja jäykkyyttä sivutiesiirtymien vähentämiseen.
• Tarjolla olevien puurakenneratkaisujen määrä on suuri, joten sivutiesiirtymien näkökulmasta suunnitteluratkaisut ovat tapauskohtaisia.
• Puurakenteiden liittymissä on enemmän rakenneosia, joten pienilläkin rakenneosien muutoksilla saattaa olla hyvin suuri merkitys sivutiesiirtymien vaikutukseen.

Puurunkoisessa rakennuksessa rakenteellisia sivutiesiirtymiä voivat aiheuttaa rakennusosien lisäksi niitä liittävät liitoselimet, mikäli liitoselimet jatkuvat tilasta toiseen. Esimerkki tällaisesta liitoselimestä on rakennuksen rungon ankkurointiin käytettävä teräslevy. Mitä korkeampi rakennus on, sitä järeämpiä ja useampia liitoselimiä rakennuksen rungossa tarvitaan. Täten liitoselimien akustisen suunnittelun haasteet kasvavat rakennuksen korkeuden myötä. Haastetta lisää myös se, että puurakennuksiin tarjolla olevia liitoselimiä on paljon ja lisäksi ne vaihtelevat käytettävän puurakennusjärjestelmän mukaan. Tästä seuraa, että liitossuunnittelu on aina tapauskohtaista. Akustisesta näkökulmasta katsottuna liitoselimet ovat pistemäisiä sivutiesiirtymien muodostajia, mutta esimerkiksi väärään
kohtaan sijoitettu liitoselin saattaa välittää runkoääntä hyvinkin laajalle alueelle rakennuksen rungossa.

Tyypillisesti puurunkoisessa rakennuksessa rakenteellisia sivutiesiirtymiä estetään tai niiden vaikutusta vähennetään katkaisemalla tilasta toiseen jatkuva rakennusosa, tärinäeristämällä rakennusosien liittymä tai hyödyntämällä erillisiä levyverhouksia rakennusosissa. Esimerkiksi asuinrakennuksessa välipohjat tulee katkaista huoneistojen välillä välipohjan värähtelyn siirtymisen estämiseksi, jolloin myös äänen sivutiesiirtymäreitti poistuu vaakasuunnassa. Tapauksessa, jossa jäykistäviä vaakasuuntaisia rakennusosia katkaistaan, tulee katkon kohdalle kuitenkin suunnitella jonkinlaiset liitoselimet, joiden avulla rakennuksen rungosta saadaan jäykistysteknisesti yhtenäinen kokonaisuus. Tärinäeristimiä käytetään tyypillisesti seinien ja välipohjien liittymissä sekä liitoselimissä. Tällöin tulee huomioida tärinäeristimien vaikutus liitoksen lujuuteen ja jäykkyyteen sekä liittymän toimintaan yleisesti. Tärinäeristimet ovat esimerkiksi polyuretaanipohjaista materiaalia, jotka mitoitetaan siihen kohdistuvalle kuormitukselle. Tärinäeristin tarvitsee toimiakseen pienen kokoonpuristuman (noin 1 mm), mutta liian suuri kokoonpuristuma estää tärinäeristimen toiminnan. Tärinäeristimien väri kertoo niiden ominaisuuksista, jolloin erilaisten tärinäeristimien määrittely ja esittäminen suunnitelmissa helpottuu.

Uusi käsikirja puutalon ääneneristävyyden suunnitteluun

Puuinfo on julkaissut toukokuussa 2021 Ääneneristävyys puutalossa -ohjekirjan. Kirja korvaa vuonna 2004 julkaistun vastaavanlaisen teoksen. Ääneneristävyys puutalossa -ohjeeseen on koottu puurakennuksen ääneneristävyyden suunnittelussa tarvittava keskeinen tieto. Tarkoituksena on antaa käytännönläheisiä ohjeita ääneneristävyyden suunnitteluun ja havainnollistaa puurakenteisten rakennusosien akustista toimintaa. Ohjeessa käsitellään nykyisin käytössä olevia puurakennusten rakennusjärjestelmiä niin rankarakenteiden kuin massiivipuurakenteiden näkökulmasta.

Ohje on tarkoitettu arkkitehti-, rakenne- ja talotekniikkasuunnittelijoille suunnittelun apuvälineeksi, jolla ohjataan oikeanlaisten suunnitteluratkaisujen käyttöön jo esisuunnitteluvaiheessa. Ääneneristys puutalossa -ohje soveltuu hyvin myös opetusmateriaalina käytettäväksi alan oppilaitoksissa.

Ääneneristävyys puutalossa -ohje sisältää 1.1.2018 voimaan astuneen ympäristöministeriön asetuksen 796/2017 määräykset rakennuksen ääniympäristöstä sekä 1.4.2019 voimaan astuneessa ympäristöministeriön asetuksessa 360/2019 esitetyt muutokset. Ääneneristävyys puutalossa -kirja löytyy myös sähköisenä versiona osoitteessa: https://puuinfo.fi/suunnittelu/ohjeet.

• Lue Puulehti 1/2021 kokonaisuudessaan.
• Seuraava Puulehti ilmestyy lokakuussa 2021. Tilaa se itsellesi (maksuton SAFA:n, RIL:n, RIA:n, SI:n, SIO:n, TKO:n, RKL:n, RTY:n ja Ornamon henkilö- ja opiskelijajäsenille kotiosoitteeseen postitettuna)
• Puulehden mainostajien valitsemat artikkelit julkaistaan printtilehden lisäksi e-artikkeleina.

• ePuu – rakennuttajan työkalu neuvoo hankkeeseen ryhtyvää huomioimaan puurakentamisen reunaehtojen huomioimisessa.
• Tilaa Ääneneristys puutalossa -ohjekirja itsellesi tai lataa se käyttöösi Puuinfon verkkosivulta.
• Katso kevään 2021 Ääneneristys puutalossa -webinaari Puuinfon Youtube-kanavalta.