Ominaispiirteitä

Hirsi oli 1920-luvulle asti pääasiallinen rakennus­materiaali lähes kaikessa rakentamisessa. Rankara­kentaminen korvasi hirren myös pientaloissa toisen maailman sodan jäl­keen. Sen jälkeen hirttä käytettiin pitkään pääasiassa vapaa-ajan rakennuksissa. Ny­kyisin hirsi soveltuu taas käytettäväksi mo­nen erikokoisissa ja käyttötarkoituksisissa rakennuksissa. Käyttö on kasvamassa erityi­sesti julkisissa rakennuksissa muun muassa päiväkoti- ja koulurakentamisessa.

Hirttä käytetään pääasiassa kantavissa sei­närakenteissa. Myös ei-kantavat seinät voi­daan tehdä hirrestä.

Perinteisesti hirsiseinän enimmäispituus on ollut saatavilla olevasta puustosta johtu­en noin 7 metriä. Nykyinen teollinen valmis­tus, lamellihirsi ja sormijatkaminen mahdol­listavat periaatteessa hyvinkin pitkät hirret. Tällöin tulee kuitenkin ottaa huomioon sei­nän riittävä poikittaisjäykistys. Hirsiseinä jäykistetään vaarnoilla ja poikittaisseinillä.

Vaarnat estävät hirsiä vääntymästä paikoil­taan etenkin pitkillä seinillä ja aukkojen pie­lissä. Tappien välinen etäisyys saa olla enin­tään 2000 mm.

Hirsitalon suunnittelun erityispiirre on painumien ja puun elämisen kuten halkei­lun hallinta. Muilta osin hirsitalon suunnitte­luperiaatteet ovat pitkälti samat kuin muus­sakin puurakentamisessa. Hirrestä voidaan tehdä energiatehokkuudeltaan, tiiviydeltään, paloturvallisuudeltaan ja ääneneritykseltään erinomaisia rakennuksia.

Hirsitalon etuna pidetään erityisesti kos­teusteknistä turvallisuutta, joka heijastuu si­säilman laatuun. Sisäilman kosteuden nous­tessa puupinnat imevät sisäilmasta kosteutta ja luovuttavat sitä, kun huoneilma on kui­va. Tutkimustulokset osoittavat huoneilman kosteuden pysyvän hyvin suositusalueella 30%…60% RH välillä käsittelemättömien puupintojen ansiosta. Ilmiö heikkenee, mi­käli puupinnat käsitellään kosteuden siirty­mistä estävällä pinnoitteella.

Hirren painuma

Hirsitalon seinille tyypillisen painumisen ai­heuttavat rakennuksen massan aiheuttama puun ja saumojen painuminen ja puun kuivu­misen aiheuttama kutistuminen. Hirsiseinä painuu hirren laadusta riippuen 10–50 mm jokaista seinän korkeusmetriä kohden. Pyöröhirsi painuu eniten ja lamellihirsi vähiten. Sisäseinät painuvat pienemmän kosteuspi­toisuuden vuoksi hieman enemmän kuin ul­koseinät. Niin sanottujen painumattomien hirsien painuma on verrattavissa muuhun puurakentamiseen.

Esimerkiksi käsin veistetty pyöröhirsisei­nä tarvitsee kahden metrin oviaukon päälle 100 mm painumavaraa. Seinä painuu todel­lisuudessa noin 60…70 mm, jolloin varan päällä olevalle eristeellä jää vielä tilaa.

Painumat otetaan huomioon kaikissa niis­sä paikoissa, jossa painuvat hirsirakenteet liittyvät painumattomiin rakenteisiin. Näitä ovat mm. ikkunat ja ovet, kalusteet, ei-kan­tavat rankarakenteiset väliseinät, portaat, muuratut rakenteet jne. Ei-kantavien raken­teiden liitoksiin varataan painumavara. Kan­tavissa rakenteissa käytetään kierrejalkaa.

Hormit tulee liittää rakenteisiin siten, että liitos mahdollistaa rakenteen painumisen ja että rakenteiden suojaetäisyydet toteutuvat vielä painumisen jälkeen. Keittiön yläkaapit voi kiinnittää vain yhteen hirsikertaan ja vä­litilalaatoituksessa tulee huomioida yläkaap­pien laskeutuminen

Erityistä huomiota painumiin tulee kiin­nittää silloin kun rakennuksessa on tasoero­ja, jotka johtavat erilaiseen hirsikertojen määrään rakennuksen eri osissa. Painumi­nen on suurempaa niissä osissa taloa joissa on useampia hirsikertoja.

Hirsirakenteiden päälle tuetuissa kattora­kenteissa tulee ottaa huomioon, että katon painuma harjalla on suurempi kuin räys­täällä. Tämä aiheuttaa palkkien työntymi­sen räystäällä ulospäin. Kattokannattajat tulee kiinnittää seinän päälle liikkeen mah­dollistavalla kiinnikkeellä siten, etteivät kat­tokannattajat painuessaan työnnä seinälin­jaa ulospäin.

Halkeilu

Etenkin massiivipuisille hirsille on ominaista niiden halkeilu. Halkeilu on seurausta puun luonnollisista ominaisuuksista ja jännit­teistä, joita kuivuminen saa puussa aikaan. Puu kutistuu kuivuessaan kehän suunnassa noin kaksi kertaa niin paljon kuin säteen­suunnassa. Lisäksi puun sisäisiä jännitteitä lisää se, että kuivuminen alkaa pintapuusta. Halkeilua voidaan ohjata hirteen työstettä­villä urilla.

Halkeamien suuruuteen vaikuttavat hir­ren kosteus ja koko. Hirren kosteus asettuu lämmitetyissä sisätiloissa noin 8 prosenttiin ja ulkoseinissä noin 14 prosenttiin kuivapai­nosta. Auringon säteilystä ja rakenteellisesta suojauksesta johtuen ulkoseinien kosteus­pitoisuudessa voi olla suuriakin vaihtelui­ta. Talvella halkeamat kasvavat ja kesällä pienenevät.

Halkeamien merkitys on yleensä esteetti­nen. Sisätiloissa halkeamilla on myönteinen vaikutus hirren kykyyn tasata huoneilman kosteuden vaihteluita, koska halkeama kas­vattaa hygroskooppisen puuaineen ja sisäil­man kosketuspinta-alaa, jossa diffuusio ta­pahtuu. Pinta-alan määrä korreloi suoraan rakenteen kykyyn sitoa ja luovuttaa huone-ilman kosteutta.

Ilmanpitävyys

Hirsirakenteen ilmanpitävyys varmistetaan hirsien varausten muodolla ja tiivistyksellä. Kriittisimmät paikat ilmatiiviyden kannalta ovat ulkovaipan eri rakenneosien liitokset ja läpiviennit. Rakenteiden läpivienneissä suo­sitellaan käytettäväksi tiivistyslaippoja. Mit­tausten mukaan huolellisesti toteutettu hir­sitalo voi olla erittäin ilmatiivis.

Hirsiseinän energiatehokkuus

Hirsirakenteiselta pientalolta vaadittu ener­gialuku riippuu rakennuksen laajuudesta. Lämmitettävältä pinta-alaltaan enintään 120 m2 pientalon E-luku saa olla 229 kwh/m2 vuodessa ja yli 600 m2 talon E-luku saa olla enintään 155 kwh/m2 vuodessa. Lämmitet­tävältä pinta-alaltaan 120–600 m2 pienta­lon sallittu E-luku kasketaan omalla kaaval­la pinta-alan mukaan.

Energiatehokkuusmääräykset eivät koske rakennuksia, jonka lämmitetty netto-ala on enintään 50 m2, ja loma-asuntoja, joihin ei ole suunniteltu kokovuotiseen käyttöön tar­koitettua lämmitysjärjestelmää.

Rakennuksen vertailulämpöhäviön las­kennassa hirsiseinän lämmönläpäisykertoi­mena käytetään lukua 0,40 W/(m2 K) ja hirren paksuudeksi oletetaan vähintään 180 mm.Loma-asunnossa, johon on suunniteltu ko­kovuotiseen käyttöön tarkoitettu lämmi­tysjärjestelmä, lämmönläpäisykertoimena käytetään lukua 0,80 W/(m2K) hirren vä­himmäispaksuuden ollessa 130 mm. Sel­laista loma-asuntoa, johon on suunniteltu kokovuotiseen käyttöön tarkoitettu lämmi­tysjärjestelmä ja joka on tarkoitettu majoitu­selinkeinon harjoittamiseen, edellä mainittu poikkeus ei koske.

Täyshirsisen seinän keskipaksuuden on ol­tava vähintään 180 mm, jotta U-arvovaati­mus 0,60 W/(m2 K) täyttyy. Eristetyllä hirsi­rakenteella saavutetaan melko helposti U-arvo 0,17 W/(m2 K). Hirsiseinän U-arvon laskenta voidaan suorittaa Puuinfon U-arvolaskurilla ”Puurakenteen U-arvon määrittämien”.

Pyöröhirsiseinälle on laskettava sen tehol­linen paksuus ts. seinän paksuus tasapaksuk­si muutettuna. Tähän löytyy mm. Puuinfon tekninen tiedote ”Hirsiseinän tehollinen paksuus”.

Pitkäaikaiskestävyys ja hirsipintojen suojaaminen

Hirren säilyvyyteen vaikuttaa eniten puun kosteus. Lahottaja ja homesienet alkavat kas­vaa vasta kun puun kosteus ylittää 20 pro­senttia ja lämpötila on yli +5 °C. Puun kos­teuden nousu yli 20 prosenttiin edellyttää ilman suhteellisen kosteuden olevan pitkä­aikaisesti yli 85 prosenttia. Hirren säilyvyy­teen vaikuttaa myös valo. Auringon ultra-violettivalo tunkeutuu puuainekseen noin 0,1 mm syvyyteen ja hajottaa puun solujen liima-aineitta, ligniiniä. Mikäli olosuhteet pidetään puulle otollisena, puurakenne on todella pitkäikäinen.

Hirsirakenteiden suojaamiseen pätevät sa­mat periaatteet kuin muussakin puuraken­tamisessa. Hirret tule pitää riittävän etäällä maasta. Kapillaarinen kosteuden nousu pe­rustuksista tulee katkaista. Seinärakenteet tulee suojata sateelta, roiske- ja valumave­siltä. Katon sadevedet kannattaa johdattaa pois kouruja ja torvia pitkin hallitusti. Ra­kenteiden ja erityisesti säälle alttiiden hirsi­saumojen tuulettuvuudesta ja kuivumisesta tulee huolehtia.

Hirsipinnat voidaan suojata joko mekaanisesti, kemiallisesti tai pinnoittamalla. Me­kaaninen suojaus tehdään tavallisimmin lautaverhouksella. Se antaa hirsiseinälle ku­lutuspinnan, joka on tarvittaessa helposti korjattavissa tai uusittavissa.

Kemiallisen suojauksen ja pinnoituksen tehtävänä on estää sienikasvustojen tarttu­minen puupinnoille, estää kosteuden imey­tymistä puuhun ja eliminoida UV-säteilyn vaikutusta sekä muodostaa puun pintaan kosteutta hylkivä kalvo. Pinnoitteet voivat olla joko läpikuultavia tai peittäviä.

Hirsirakenteiden mitoitus

Hirsirakenteiden mitoitus tehdään Eurokoo­dien mukaisesti. Höylähirsien lujuusluok­kana käytetään luokkaa C22, lamellihirsillä luokkaa C24 ja pyöröhirsillä luokkaa C30. RT-kortissa 82-11168 esitetty hirsirakentei­den kantavuuden mitoitussuositus perustuu VTT:n tutkimusselosteeseen (RTE3818/00).

Hirsirakenteen palonkesto

Hirsirakenne on erittäin paloturvallinen. Hirsi palaa hiiltymällä 1,0 mm/minuutissa, joten palotilanteessa hirsirakenteen käyttäy­tyminen on ennakoitavissa. Palotilantees­sa puun pintaan syntyvä hiili alkaa suojata puuta palamiselta.

Hirsi määritellään kuuluvan luokkaan D-s2,d0. REI 30 palonkestävyys saavutetaan 92 mm paksulla höylä- ja 150 mm paksulla pyöröhirrellä. REI 60 saavutetaan 148 mm paksulla höylä- ja 236 mm paksulla pyörö­hirrellä ja REI 90 saavutetaan 199 mm pak­sulla höylähirrellä. Rakenteen eristäminen parantaa sen palonkestoa. Tappijako voi olla enintään 1600 mm.

Verhoamattomien hirsipintojen käyttö hankaloituu tapauksissa, joissa palomää­räykset vaativat pinnoilta D-s2,d0 korkeam­paa luokkaa. Tällöin esimerkiksi automaat­tisella sammutuslaitteistolla voidaan saada lievennyksiä luokkavaatimuksiin.

Hirrestä voidaan tehdä myös kerrostaloja. Enintään kaksikerroksisessa pienkerrosta­lossa hirsipinnat voidaan jättää näkyviin. Yli kaksikerroksisessa hirsitalossa hirsipintojen jättäminen näkyviin edellyttää tapauskoh­taista toiminnallista palomitoitusta.

Ääneneristävyys hirsirakenteissa

Hirsiseinän ääneneristävyys riippuu seinän massasta, varauksen tiiviydestä ja hirsisei­nän jäykkyydestä. Nämä paranevat hirren paksuuden kasvaessa. Eristämättömän hir­siseinärakenteen laskettu ilmaääneneristys­luku Rw vaihtelee 30–40 dB välillä hirren paksuuden vaihdellessa 95–270 mm välillä.

Ulkoseinien ääneneristystä esim. liiken­teen melua vastaan voidaan parantaa seinän ulko- tai sisäpuoliselle lisäeristyksellä ja le­vytyksellä. Niiden avulla hirsiseinän lasken­nalliseksi ilmaääneneristävyydeksi Rw saa­daan 43–54 dB riippuen hirren ja eristeen paksuudesta sekä levytyksestä riippuen.

Hirrestä voidaan tehdä myös huoneisto­jen välisiä seinärakenteita. Rakenne tehdään kaksinkertaisena hirsirakenteena. Hirsikerros­ten väli eristetään. Joillain valmistajilla on tätä varten tarjolla oma hirsityyppi jossa varauksen muotoilussa on kiinnitetty erityistä huomiota tiiviyteen.