Julkisivuelementtien suunnittelu

Yleiset periaatteet

Julkisivun osien toiminnan ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää onnistuneen ulkosei- nän suunnittelulle. Vaatimukset kantaville ja jäykistäville rakennusosille poikkeavat huomattavasti ei-kantavien vaatimuksista. 

Rakennetta valittaessa on otettava huomioon

  • ulkonäkö
  • toimivuus
  • pitkäaikaiskestävyys
  • huollettavuus
  • asennettavuus
  • rakentamiskustannukset
  • käyttö- ja huoltokustannukset

EN 1990 2.1 (1)P mukaan: Rakenne tulee suunnitella ja toteuttaa siten, että se suunnitellun käyttöikänsä ajan tarvittavat luotettavuustasonsa säilyttäen ja taloudellisesti

  • kestää kaikki kuormat ja vaikutukset, joita todennäköisesti esiintyy toteutuksen ja käyttöiän aikana
  • pysyy vaadittuun tarkoitukseen käyttökelpoisena

Lisäksi 2.1 (2)P mukaan: Rakenne tulee suunnitella siten, että sillä on riittävä

  • kestävyys
  • käyttökelpoisuus
  • säilyvyys

Kuormitukset, rasitukset ja muodonmuutokset

Kuormitukset, rasitukset ja muodonmuutokset

Julkisivuelementtiin kohdistuvat kuormat (EN 1990, EN 1991)

  • oma paino (pysyvä kiinteä kuorma)
  • kuoriin kiinnitettävien laitteiden paino (muuttuva kiinteä kuorma)
  • hyötykuormat (muuttuva liikkuva kuorma)
  • tuulen paine ja imu, kitkavoimat (sisä- ja ulkopuolinen paine) (muuttuva kiinteä kuorma)
  • lumikuorma (muuttuva kiinteä kuorma), kantavissa seinissä
  • kaidekuormat (muuttuva liikkuva kuorma)
  • onnettomuus kuormat (räjähdys, törmäys, tulipalo)
  • toteuttamisen aikaiset kuormat (muotista irrottaminen, kuljetus, nostot, tuuli)
  • jäykistyksestä aiheutuvat kuormat (tuuli, rakenteiden mittaepätarkkuuksien vaikutus)
Kuva 1. Julkisivuelementtiin kohdistuvia kuormituksia

Kuormien arvot, yhdistelykertoimet ja eri rajatilojen kuormitusyhdistelmät valitaan EN 1990 ja EN 1991-1..7 mukaan.

  • pakkovoimat
  • lämpötilakuormat (muuttuva liikkuva kuorma, kuorien sisäiset, kuorien väliset)
  • kuorien kosteuserot, kutistuma ja viruma
  • perustusten painumien aiheuttamat pakkovoimat

Muodonmuutokset

  • varastoinnin aiheuttamat muodonmuutokset (tuentapa)

Betoni

Betonin lujuus ja muut ominaisuudet sisä- ja ulkokuoressa määräytyvät rakenteelliseen kestävyyteen, tavoitekäyttöikään ja säilyvyyteen liittyvien vaatimusten perusteella.

Kantavaan runkoon kuuluvien sisäkuorien suositeltu tavoitekäyttöikä on 100 v ja ei-kantavan sekä betonisten julkisivujen 50 – 100 v.  

Ympäristöolosuhteisiin liittyvät rasitusluokat on esitetty standardissa EN 206-1, sen kansallisessa liitteessä ja ohjeissa By 50 sekä By 51. Säilyvyyttä on käsitelty tarkemmin kohdassa Rakenteellinen toiminta. 

Lämmöneristeet

RakMK C3, määräykset 2010, antaa rakennuksen vaipan osille lämpöhäviöiden vertailuarvot. Vaipan lämpöhäviö ei saa ylittää vertailuarvoilla (lämmönläpäisykerroin U) laskettua vaipan lämpöhäviötä. 

Lämpimän tilan vaipan osien vertailuarvot:

Seinä0.17 W/m²K
Yläpohja0.09 W/m²K
Tuuletettu alapohja>0.17 W/m²K
Maata vasten oleva rakennusosa0.16 W/m²K
Ikkuna, kattoikkuna, ovi1.0   W/m²K

Lisäksi on annettu vaipan osille lämmönläpäisykertoimen enimmäisarvo 0.6 W/m²K. Näin rakennuksen sallittuun lämpöhäviöiden tasoon voidaan päästä monelle eri tavalla. Yksinkertaisuuden vuoksi rakenneratkaisut pyritään vakioimaan. Ks. taulukko 1. 

Lämmöneristeitä valittaessa on tarkistettava eristeille asetetut palotekniset vaatimukset.

RakMK E1 määräys: P1-luokan rakennuksissa tulee ulkoseinässä pääosin käyttää B-s1, d0-luokan rakennustarvikkeita. 

RakMK E1 ohje: Lämmöneristys, joka on B-s1, d0-luokkaista huonompaa tulee suojata ja sijoittaa niin, että palon leviäminen eristykseen, palo-osastosta toiseen ja rakennuksesta toiseen on estetty. Tällöin rappaus ja tai metallilevy ei yleensä ole riittävä suojaus.

Suositeltavat eristepaksuudet.

Ulkoseinissä mahdollisia lämmöneristeitä ovat: 

  • mineraalivilla, käyttö mahdollista kaikissa ulkoseinissä
  • PUR (polyuretaani) ja PIR (polyisosyanuraatti), käyttö mahdollista sandwich-elementeissä, suojaus tyyppihyväksynnän mukaan
  • EPS sammuva laatu, käyttö mahdollista sandwich-elementeissä ja ohutrapatuissa ulkoseinissä, suojaukset tuotehyväksynnän mukaan

Julkisivurakenteen tuuletuksen kannalta eristeen tiiveydellä on ratkaiseva merkitys.

Mineraalivillaeristeiset sandwich-elementit on aina tehtävä tuulettuviksi. Eristeen tulee olla uritettua ja urasuojattua. Uria yhdistävien vaakakanavien ja saumoissa olevien tuuletusputkien tai koteloiden avulla pyritään saamaan koko rakenne tuulettuvaksi.

Ulkoseinien lämmöneristeiden kosteustekninen toiminta on esitetty osassa Lämpö- ja kosteustekniikka.

Aukotus

Julkisivujen ikkunat ja parvekeovet muodostavat aukotusjärjestelmän, jonka rakennesuunnitteluperiaatteita ovat:

  • kuormat tuodaan perustuksille suoria reittejä pitkin
  • suora reitti on voimien siirtämisen kannalta tehokkain ja taloudellisin
  • suunnittelu tehdään materiaalien ehdoilla
  • ripustetun ja lämpörapatun julkisivun aukotus vapaampaa kuin tiilimuuratun
  • huolehditaan tarpeellisista minimimitoista
  • kestävyys, palo, valmistus, kuljetus ja asennus
  • vältetään kosteusteknisesti vaurioalttiita saumoja ja liittymiä

Kuva 2. Suositus kantavien sisäkuorien aukotuksesta
Kuva 3. Suositus ei-kantavien ulkokuorien aukotuksesta

Ei-kantavilla seinillä aukotus on melko vapaasti valittavissa. Elementit kannatetaan kerroksittain huoneistojen välisistä seinistä (”puukkokannatus”) tai elementit tukeutuvat sisäkuoren välityksellä alempiin elementteihin.

Huoneistojen välisten seinälinjojen viereen jätetään ruutuelementtiin 300 + 300 mm leveä umpiosa.

Mikäli julkisivuverhous on paikalla muurattu on aukkojen sijoittelussa tapauskohtaisesti huomioitava tiilipalkkien ja –pilarien kestävyydet.

Kantavien sisäkuorien palonkesto

Taulukko 5.4

Kantavilla teräsbetoniseinillä katsotaan olevan riittävä palonkestävyys, jos noudatetaan

En 1992-1-2 taulukon 5.4 vähimmäismittoja.

Ikkunapilareiden suunnittelu

Aukkojen välisiin pilareihin saattaa syntyä suuria rasituksia. Laskennallisen kestävyyden ylittyessä voidaan tarvittava kestävyys saada aikaan:

  • muuttamalla aukotusta
  • kasvattamalla pielipilarin leveyttä
  • käyttämällä ohuempaa lämmöneristettä, jolloin sisäkuorta voi vahventaa

Ansaiden hyödyntäminen kantavan sisäkuoren pilarin mitoituksessa ei ole suositeltavaa, koska ulkokuoren suunnittelukäyttöikä on tavallisesti 50 vuotta, kun kantavalla rungolla se on tavallisesti 100 vuotta. Rakennuksen normaali käyttö tulee hankalaksi ja voi estyä kokonaan tilanteessa, jossa ulkokuori joudutaan uusimaan kokonaan. Mikäli ulkokuorta käytetään sisäkuoren kantavuuden lisäämiseen on ratkaisu merkittävä piirustuksiin.

Taulukko C.1

Pilariksi tulkitaan pieli, jos sen suuremman poikkileikkausmitan suhde pienempään h/b ≤ 4. (EN 1992-1-1 kohta 9.5.1)

Jos kantava pieli jatkuu vierekkäisessä elementissä, ei yksittäistä pieltä tulkita pilariksi, jos pielien yhteenlaskettu leveys ≥ 4 h. Samoin, jos kantava pieli liittyy jäykistävään seinään, ei pieltä tarvitse vahvistaa pilariksi. Elementtien välinen sauma täytyy tällöin olla vaarnalenkein vahvistettu.

Tärkeää on ymmärtää sisäkuoren pilarimaisten osien toiminta tulipalossa. Teräsbetonipilareiden vähimmäismitat ja terästen keskiöetäisyydet eri palonkestävyysluokissa on esitetty standardissa EN 1992-1-2 taulukot C1-C9.

Ikkunapalkkien suunnittelu

Ikkunapalkit voidaan mitoittaa tavallisina, usein päistään jäykästi kiinnitettyinä palkkeina. Jos kantokykyä tarvitaan lisää voidaan sisäkuoren paksuutta lisätä samoilla periaatteilla kuin ikkunapilareissa. 

Teräsbetonipalkkien vähimmäismitat ja terästen keskiöetäisyydet eri palonkestoluokissa on esitetty EN 1992-1-2 taulukoissa 5.5 ja 5.6.

Taulukko 5.6

Julkisivurakenteet

Valmisosaulkoseinä voi rakentua seuraavilla tavoilla:

  1. Sandwich-ulkoseinä on rakenne, jossa seinärakenteen osa asennetaan valmiina komponenttina paikoilleen. Sandwich-seinän ulko- ja sisäkuori valmistetaan yleensä samassa tuotantoprosessissa. Ulko- ja sisäkuoren välillä on yhteistoiminta, joka saadaan aikaan ansaiden avulla.
  2. Eriytetty rakenne, jossa seinä rakennetaan työmaalla kerroksittain. Ulko- ja sisä kuoren välillä ei ole yhteistoimintaa. Yleensä sisäkuori asennetaan ensin ja varsinainen julkisivu rakennetaan sen jälkeen. Julkisivun eri osissa voi esiintyä julkisivubetonituotteita, betonisia kuorielementtejä, keraamisia suurlaattoja, luonnonkiveä, muurausta jne. Kaikissa on samalla ratkaisulla toteutettu sisäkuori.
  3. Yhdistelmärakenteet, joissa ulko- ja sisäkuori ovat eri materiaaleja.

Julkisivujärjestelmää täydentäviä rakenteita ovat mm. parveke-elementit, terassit, erkkerit ja arkadit. 

Betonijulkisivuun liittyy usein muista materiaaleista toteutettuja rakenteita. Näiden liittyessä elementtirakenteisiin tulee ottaa huomioon seuraavat asiat:

  • materiaalien tulee olla yhteensopivia
  • tuotteiden tulee olla mittatarkkuudeltaan yhteensopivia
  • täydentävät rakennusosat eivät saa hidastaa kokonaistoteutetusta
  • pakkovoimat ja muodonmuutoksista aiheutuvat liikevarat
  • liitosten tulee olla nopeita ja helppoja asentaa
  • materiaalien erilainen patinoituminen