Kirjoittaja: Lauri Lepikonmäki, Suunnittelupäällikkö, Sweco

Hybridirakentamisella saavutamme pidempiä jännevälejä ja korkeampia rakennuksia. Hybridirakennuksessa käytetään eri materiaaleja kantavaan runkoon tai muihin olennaisiin osiin esimerkiksi ulkoiseinään, kattoon tai parvekkeeseen. Se voi koostua liitto-, komposiittirakenteista tai materiaalien yhdistelmistä. Hybridirakenne poikkeaa normaalista puukerrostalosta, vaikka niissä käytetäänkin paljon teräksisiä liitoksia ja kipsilevyjä.

Read the article in English here.

Hybridirakentaminen vaatii laaja-alaista osaamista

Hybridirakentamisessa eri materiaalien käyttäytyminen tulee tuntea hyvin ja laskennassa ja tarkastuksessa vaaditaan erityistä tarkkuutta. Korkeassa rakentamisessa korostuvat lisäksi painuma- ja muodonmuutoserot sekä painot ja jäykkyydet. Uusien ratkaisujen kehittämisessä vaaditaan eri suunnittelualojen yhteistyötä niin ääni-, kosteus-, palo- kuin arkkitehtisuunnittelussakin.

Nykyiset puutuotteet ovat seurausta innovatiivisesta materiaalikehityksestä. Uusien rakennejärjestelmien ja -ratkaisujen tehokas ja teollinen käyttö vaatii, että koko rakentamisen ketju ymmärtää rakennuksen perusperiaatteet. Vasta silloin ratkaisujen koko potentiaali saadaan hyödynnettyä.

Hybridirakentamisessa hyödynnetään monipuolisesti erilaisia rakenneratkaisuja

Puurakenteiden liitokset alentavat usein merkittävästi rakennuksen kokonaisjäykkyyttä, joten korkeissa puukerrostaloissa jäykistävät rakenteet tehdään usein betonista tai teräksestä. Maailman korkeimmassa puukerrostalossa Ascent MKE:ssa jäykistys on toteutettu betonikuiluilla. Maailman korkeimmassa puulla jäykistetyssä kerrostalossa Mjostårnetissa Norjassa, ylimmät välipohjat on tehty betonista, jotta värähtelyominaisuudet tuulessa paranevat. Liitokset on saatu jäykiksi monileikkeisillä tappivaarnaliitoksilla.

Halleissa hybridirakentaminen on jo arkea. Rakennuksen jänneväleistä ja monista tavoitteista riippuen valitaan sopivimmat rakenneratkaisut. Puiset kattoelementit ovat pärjänneet kilpailussa hyvin nopean asennettavuutensa ja kohtuullisen hintansa ansioista.

Moduulirakentamisessa materiaaleja yhdistellään jo sujuvasti. Kun rakenteen keveys, ekologisuus ja eristävyys ratkaisevat, puurakenteet yhdistettynä muihin materiaaleihin on yksi parhaista lähtökohdista rakennukselle. Puurakenteita hyödynnetään myös saavuttamaan nopeaa asennettavuutta, erilaista ilmettä tai haluttaessa nostaa esivalmistusastetta.

Betonikerrostaloissa on käytetty jo useissa kohteissa puisia parvekeratkaisuja. P1-paloluokasta poikkeavat parvekkeet tulee hyväksyttää viranomaisella. Hyväksyntään on riittänyt kohdekohtainen palotekninen lausunto parvekkeista.

Märkätiloissa ja talotekniikassa käytetään paljon erilaisia teknisiä ratkaisuja. Markkinoilla on puu-, betoni ja teräsrakenteisia märkätilaelementtejä. Sydänpuu-konsepti on esimerkiksi yksi hybridirakennejärjestelmä, jossa itsekantavat betoniset märkätilamoduulit ja erilliset tilaelementit kootaan yhdeksi rakennukseksi suoraan työmaalla. Ensimmäinen Lakean Sydänpuu‑konseptilla tehty kerrostalo valmistui 2018.

Liittorakenteet ovat hybridirakentamisen ydintä

Liittorakenteissa hyödynnetään materiaalien parhaita ominaisuuksia samassa rakennusosassa. Liittorakenteissa suurin jäykkyys saavutetaan, kun materiaalit ovat täysin jäykästi kiinni toisissaan. Tavallisesti liitoksessa tapahtuu jonkinlaista siirtymää ja rakenteiden liittovaikutus on osittaista. Rakenteen täysin erilliset rakenneosat johtavat pieneen jäykkyyteen.

Puuvälipohjissa hyödynnetään erilaisia liittorakenteita pidempien jännevälien ja ohuempien rakennepaksuuksien saavuttamiseksi. Puuvälipohjissa pelkällä CLT:llä tehdään Suomessa yleensä 4‑5 m jännevälejä ja liittorakenteilla noin 7 m jännevälejä. Tietyt rakennustyypit kuten toimistot, joissa myös rakennepaksuudella on merkittävä vaikutus, tehdään usein liittorakenteisena.

CLT-betoniliittolaatta on vakiinnuttanut asemaansa välipohjarakenteena Suomessa. Sitä on hyödynnetty esimerkiksi kohteissa Helsingin luonnontiedelukio ja WithSecuren uusi pääkonttori. Rakenteen laskennassa olennaista on betonin kuivumiskutistuma, joka aiheuttaa suuren osan lopputaipumasta. Lopputaipuma tyypillisesti mitoittaa laatan. Tehokkain laatta saadaan yleensä paksulla alimmalla lamellilla. Laatta on usein matalataajuuslattia, jolloin värähtelyn erityistarkastelu on tarpeen.

Matalataajuuslattioiden värähtelytarkasteluun yleisesti hyväksytty ohje Suomessa on teräsrakenteiden kansallisen liitteen ohje NCCI 1. Värähtely ei ilmiönä ole materiaalista riippuva, kuten mielestäni tulisi olla siihen liittyvät vaatimuksetkin. Tulevassa eurokoodissa on annettu ohjeistus matalataajuuslattioiden tarkasteluun, mutta se löytyy puuosuuden puolelta.

Puubetoniliittorakenteita on saatavilla myös elementtituotteina. Tarjolla on niin palkkilaatta kuin liittolaatta yhdistelmiä. Tehtaassa lopputaipumaa on helpompi pienentää valunaikaisella esikorotuksella ja tuennalla.

Ratkaisut kehittyvät vauhdilla Suomessa

Teräs-puuliittorakenteiden tutkimusta tehdään Suomessa esimerkiksi Tampereen yliopiston kevyt- ja erikoisrakenteiden tutkimusryhmässä. Kokeita on tehty CLT-teräsliittolaatalla sekä normaali- että palotilanteissa.

Tutkimuksessa havaittiin muun muassa, että CLT-levyn tehollinen leveys teräspalkin suuntaan voi olla suurempi kuin teräs-betoniliittorakenteissa, CLT:n kontaktivoima eroaa merkittävästi verrattuna teräs-betoniliittorakenteisiin ja simuloimalla saatu puun hiiltymä teräspalkin lähellä vastasi hyvin polttokoetuloksia.

Hybridirakentamista vie Suomessa eteenpäin myös HAMK Tech:n Hybritut-hanke, josta Puu-lehti uutisoi vuosi sitten.

Puurakentamisen ja erilaisten luonnonmateriaalien käyttö yleistyy. Jotta rakennukset ovat terveellisiä ja turvallisia myös tulevaisuudessa, on panostettava perusteelliseen tutkimustyöhön.

Vastuulliset biopohjaiset materiaalit EU komission aloitteessa

Rakennetun ympäristön vihreää siirtymää edistetään myös nykyisen Euroopan parlamentin aikana ja puurakentamisella on siinä tärkeä rooli.

Hybridirakenne mahdollistaa kehittyneet ja kestävät rakennusratkaisut

New European Bauhaus (NEB) on EU komission aloite EU Green Dealin edistämiseksi. Se edistää rakennettua ympäristöä ja vihreää siirtymää kestävillä ratkaisuilla. Aloitteen tavoitteena ovat vastuullisuus, kauneus ja yhteistyö (osallisuus). NEB puolustaa biopohjaisten materiaalien käyttöä rakennetussa ympäristössä.

W4B (Wood4Bauhaus) on NEBin virallinen kumppani ja edistää eurooppalaisen puutuoteteollisuuden allianssina innovatiivisten puutuotteiden ja rakennejärjestelmien hyviä käytäntöjä.