Hybridirakentamisesta

Hybridirakentaminen tarkoittaa eri rakennusmateriaalien, kuten puun, betonin ja teräksen, yhdistämistä samassa rakennuskohteessa niin, että hyödynnetään kunkin rakennusmateriaalin ja rakennevaihtoehdon parhaat ominaisuudet sekä minimoidaan heikkoudet ja riskitekijät. Hybridirakentamisen tavoitteena on luoda kustannustehokkaita, kestäviä ja ympäristöystävällisiä rakenteita, jotka vastaavat nykyaikaisen rakentamisen monimuotoisiin tarpeisiin.
Rakennesuunnittelijan näkökulmasta hybridirakentaminen tarjoaa monimutkaisia, mutta palkitsevia haasteita, joissa onnistuminen edellyttää syvällistä materiaalien ja tuotantotapojen tuntemusta, tarkkaa rakennelaskentaa ja innovatiivisia liitostekniikoita. Tässä asiantuntija-artikkelissa perehdytään tarkemmin hybridirakentamisen erikoispiirteisiin ja parhaisiin ratkaisuihin nykyrakentamisessa.

Artikkelin kirjoittaja Jarkko Luntta on työskennellyt Insinööritoimisto Mäkeläisellä yksikön johtajana vuodesta 2020 lähtien. Tätä aiemmin hän on työskennellyt muun muassa Raksystemsilla, Pöyryllä, Finnmapilla ja Itävallassa Merz Kley Partnersilla. Jarkko on valmistunut rakennetekniikan DI:ksi Aalto Yliopistosta vuonna 2013 suorittaen osan opinnoistaan University of British Columbiassa Vancouverissa.

Parhaat puolet esiin

Hybridirakentamisessa hyödynnetään eri rakennusmateriaalien parhaat ominaisuudet, ja käytetään kussakin rakenteessa siihen parhaiten soveltuvaa materiaalia. Materiaaliominaisuuksissa voi olla suuriakin eroja, ja rakennesuunnittelijan ammattitaitoa on osata tunnistaa kunkin materiaalin voittavat ominaisuudet.

Puun etuna on keveys ja ekologisuus, teräksellä lujuus ja hoikkuus, betonilla edullisuus ja monikäyttöisyys. Puun heikkoutena on säänkestävyys ja palo-ominaisuudet, teräksellä hinta ja lämmönjohtavuus, betonilla rakenneosien suuri paino ja pitkät kuivumisajat. Toisaalta käyttökohteesta riippuen heikkous voi olla vahvuus ja päin vastoin. Esimerkiksi suurempaa massaa voidaan hyödyntää rakennuksen jäykistyksessä ja ääneneristävyydessä.

Rakennevaihtoehtojen hintavaikutuksia voidaan arvioida monelta kantilta. Yksinkertainen mittari on materiaalikustannukset valmiissa rakenteessa: liimapuulla tai CLT:llä n. 800 €/m3 (1,7 €/kg), konepajateräksellä n. 30 000 €/m3 (4 €/kg) ja raudoitetulla betoniseinäelementillä n. 600 €/m3 (0,25 €/kg). Kokemuksemme mukaan materiaalien tai yksittäisten rakenneosien hintaa tuijottamalla päädytään kuitenkin herkästi osaoptimointiin. Tällöin ympäristövaikutukset ja kokonaisuuden kannalta oleelliset rakentamistyön kustannukset saattavat jäädä huomioimatta.

Hybridirakentamisen ratkaisuja pohdittaessa tulisikin tarkastella myös suunnitteluratkaisuiden toteutettavuutta ja kestävyyttä parhaan mahdollisen lopputuloksen saavuttamiseksi. Onnistunut ja pitkäikäinen kokonaisuus edellyttää rakenne-, palo-, kosteus- ja ääniteknisesti toimivia liitosratkaisuja riittävät asennustoleranssit ja sääsuojauksen vaatimukset huomioiden.

Ratkaisut nykyrakentamisessa

Seuraavassa on kuvattu kokemuksiamme onnistuneista hybridirakentamisen kohteista, joissa olemme toimineet rakenne- ja/tai elementtisuunnittelijana ja joissa on hyödynnetty hyvin eri materiaalien parhaita puolia. Viimeisissä kappaleissa on avattu tarkemmin mielestämme oleellisia erikoispiirteitä hybridirakentamisessa.

 
Esimerkkejä hybridirakentamisen referenssikohteistamme

Asuinkerrostalo Helsingissä: betonielementtipilarit ja jäykistävät betoniseinät, paikalla valetut betoniholvit, ei-kantavat puuelementtiulkoseinät, märkätilat tehdasvalmisteisina elementteinä

Palvelutalo Naantalissa: betonielementtiseinät, ontelolaattavälipohjat, ei-kantavat puuelementtiulkoseinät

Toimistorakennus Kemissä: massiivipuiset pilarit ja palkit, massiivipuiset tasoelementit, jäykistävät betonielementtikuilut ja paikallavaletut betoniset pintalaatat, ei-kantavat puuelementtiulkoseinät

Varasto- ja logistiikkahalli Nurmijärvellä: Teräspilarit ja teräsristikot, ulkoseinissä pelti-villa-pelti elementit, yläpohjassa puukattoelementit

Yhteistä näiden hankkeiden onnistumiselle oli se, että hybridirakentamisen periaatteista sovittiin yhdessä suunnittelijoiden, rakentajien ja tuotetoimittajien kesken hyvissä ajoin ennen suunnittelun ja tuotannon aloittamista.

Hallimaisissa hybridirakentamisen kohteissa rakennuksen yläpohja on tavanomaisesti toteutettu puukattoelementeillä teräspoimulevykaton tai TT-laattakaton sijaan. Näissä kohteissa puukattoelementti on asennettu teräsristikon tai betonisen pääkannattajan varaan. Kattoelementti on tyypillisesti kolmi- tai neliaukkoinen ulkomittojen ollessa enimmillään n. 2,4 m x 24 m. Puukattoelementtien suuri elementtikoko ja korkea esivalmistusaste (veden- ja lämmöneristys, sisäpuolen levytys ja räystäsrakenteet valmiina) mahdollistaa nopean asennuksen ja vedenpitävän lopputuloksen. Puukattoelementtejä on tietääksemme asennettu yhden työviikon aikana parhaimmillaan n. 3 000–4 000 m2.

Elementoinnin hyödyt kuitenkin katoavat, mikäli rakennuksen rungon suunnittelussa ei huomioida elementtirakentamisen erikoispiirteitä riittävän aikaisessa vaiheessa. Esimerkiksi pääkannattajien väli kannattaa olla n. 6–7,5 m, jotta kattoelementit saadaan toteutettua mahdollisimman optimoidusti. Teräsristikoiden yläpaarteen kylkeen tulee tarvittaessa suunnitella teräskonsolit puukattoelementin tukipintavaatimusten ja kiinnikkeiden reunaetäisyysvaatimusten täyttämiseksi. Betonisten pääkannattajien kiepahdustuenta tulisi toteuttaa erillisellä jäykisterakenteella; toisin kuin TT-laatoilla puuelementtien jäykistyskapasiteetti ei tyypillisesti riitä betonipalkin kiepahdusvoimien siirtoon. Lisäksi yläpohjan vaakajäykistys saattaa olla taloudellisempaa toteuttaa erillisillä vaakaristikoilla kattoelementtijäykistyksen sijaan.

Betonirunkoisissa asuin-, majoitus- ja hoivakohteissa voidaan niin ikään hyödyntää hybridiratkaisuja esimerkiksi toteuttamalla ulkoseinät tai osa väliseinistä ei-kantavilla puu- tai teräsrankaelementeillä. P2- tai P3-paloluokan kohteissa alin kerros voidaan toteuttaa betonirunkoisena ja ylemmät kerrokset kokonaisuudessaan kantavilla puuelementtirakenteilla. Vaihtoehtoisesti vanhan betonirungon päälle on mahdollista suunnitella lisäkerroksia puu- tai teräsrankaisena.

Ääneneristävyyden, materiaalien erilaisten mittatoleranssien sekä erilaisen kosteus- ja lämpökäyttäytymisen kannalta eri materiaalien väliseen rajapintaan tulisi suunnitella riittävän suuret välykset ja asennusvarat. Toisaalta liitosten pitää olla riittävän jäykkiä pysty- ja vaakavoimien siirtämiseksi. Elementtiasennuksen jälkeisistä betonivaluista aiheutuu taipumia, mikä tuo omat haasteensa ulkoseinä-välipohjaliitosten suunnitteluun hybridirakenteessa. Heikosti suunniteltuun liitokseen syntyy hallitsemattomia pakkovoimia ja -jännityksiä, joka saattaa näkyä muun muassa rajapintojen halkeiluna tai ulkovaipan ilmavuotoina lyhentäen rakenteen käyttöikää. Kokemuksemme mukaan yli kaksikerroksissa rakennuksissa rankarakenteiset ja ei-kantavat puu-ulkoseinäelementit tulisi kiinnittää kerroksittain kantavaan runkoon painumaongelmien välttämiseksi. Vaihtoehtoisesti painuvan puun määrä voidaan pienentää toteuttamalla ulkoseinät CLT- tai LVL-rungolla tai painumattomalla hirsirungolla.

Lopuksi

Hybridirakentaminen tarjoaa mahdollisuuksia, joiden avulla voidaan yhdistää eri materiaalien parhaat ominaisuudet ja saavuttaa kustannustehokkaita, ekologisia ja käyttäjäystävällisiä ratkaisuja. Onnistuminen edellyttää tarkkaa suunnittelua ja eri osapuolten saumatonta yhteistyötä jo projektin alkuvaiheessa.

Jos etsit innovatiivisia ja kustannustehokkaita ratkaisuja hybridirakentamiseen, autamme mielellämme. Kokeneena rakenne- ja elementtisuunnittelijana voimme ideoida ja toteuttaa tarpeisiinne sopivat ratkaisut. Ole yhteydessä!

Jarkon tavoitat puhelimitse numerosta 044 013 0985 ja sähköpostitse osoitteesta jarkko.luntta@insmakelainen.fi

Artikkeli julkaistu 01/2025