Asiantuntija-artikkeli: Onko puussa järkeä?

Puu on materiaali, joka palaa, homehtuu ja lahoaa. Kaiken lisäksi puusta on kallista rakentaa. Onko puurakentamisessa sitten mitään järkeä? Usean puu- tai hybridirunkoisen liike-, toimitila- ja puukerrostalorakennuksen sekä puurakentamisen kehityshankkeen kokemuksella voimme todeta, että tietyin edellytyksin kyllä.

Seuraavassa artikkelissa matkaamme läpi puurakentamisen historian kohti teollista puurakentamista ja kerromme lisää puurakentamisen mahdollisuuksista, kestävän ja kustannustehokkaan suuren mittakaavan puurakennuksen toteuttamisen edellytyksistä sekä kokemuksistamme puurakentamisesta nyky-Suomessa.

Artikkelin kirjoittaja Jarkko Luntalla on poikkeuksellisen vaativien puurakenteiden suunnittelijan FISE-pätevyys.

Ainoa uusiutuva rakennusmateriaali

Ilmaston kannalta puun käyttö on perusteltua uusiutuvuuden ja puun hiiltä sitovien ominaisuuksien vuoksi. On laskettu, että 11–14 % hiilidioksidipäästöistä aiheutuu rakentamisvaiheen aikaisista päästöistä. Puun käytöllä on siis mahdollista muuttaa osa rakentamisen hiilijalanjäljestä hiilikädenjäljeksi. Myöskään materiaalin riittävyys ei ole Suomessa ongelma. Suomessa kasvaa vuositasolla noin 100 miljoonaa uutta puukuutiota, josta vain murto-osa käytetään tällä hetkellä rakentamiseen. Pelkästään kestävän kehityksen argumenteilla ei kuitenkaan suomalaista insinööriä vielä vakuuteta puurakentamisen järkevyydestä. Jatketaan siis tutkimusmatkaa puurakentamisen maailmaan rakennesuunnittelijan näkökulmasta.

Historialliset puurakennukset Suomessa ja maailmalla

Suomen vanhin käytössä oleva puurakennus Vöyrin puukirkko täyttää kohta 400 vuotta. Rakennuksessa on hyödynnetty tukipilarirakennetta, jossa ulkoseinähirsien päät on liitetty kotelomaisten hirsipilareiden sisään salvosliitoksella. Tukipilarit ja kirkkosalin puolella olevat poikkisuuntaiset sidehirret jäykistävät hirsirungon. Yläpohjan rakenteissa on hyödynnetty länsirannikon laivanrakentamisen oppeja; kattorakenteissa on yhtäläisyyksiä puulaivojen runkorakenteisiin.

Japanissa puolestaan on edelleen käytössä yli 1200 vuotta vanhoja puutemppeleitä, jotka ovat kestäneet useat maanjäristykset ja taifuunit. Temppelit on rakennettu tyypillisesti massiivisten sypressikeskipilareiden varaan hyödyntäen erilaisia kiila-, lovi- ja puutappiliitoksia. Liitokset lukitsevat ja jäykistävät mutta samalla mahdollistavat rakenteiden purkamisen ja uudelleen kokoamisen. Kanadassa rakennusten katot ja julkisivut on perinteisesti tehty punasetripuusta valmistetuista paanuista (red cedar shingle), jotka säilyvät seetripuun luontaisten lahonkesto-ominaisuuksien ansiosta vuosikymmeniä ilman kemiallista käsittelyä tai tervausta.

Puurakennusten pitkän käyttöiän salaisuus on yksinkertainen. On ymmärretty puun ominaisuudet ja valittu ympäröiviin olosuhteisiin parhaiten soveltuvat rakenneratkaisut ja liitostekniikat. Oikealla suunnittelulla ja laadukkaalla toteutuksella vuosisatoja kestävät puurakenteet ovat nykypäivänäkin täysin mahdollisia.

Teollinen puurakentaminen ja puun kilpailukyky

Puurakentamisessa on otettu viimevuosikymmeninä suuria harppauksia kohti teollisempaa rakentamista. Puutuotteiden lujuutta ja dimensioita on kasvatettu sekä mittapysyvyyttä parannettu tehdasvalmisteisilla insinööripuutuotteilla kuten LVL (Suomessa Kertopuu), CLT (ristiinliimattu massiivipuu) ja liimapuu. Kehittyneillä sahauslinjoilla ja CNC-työstökoneilla puutuotteet saadaan helposti leikattua ja jyrsittyä haluttuun mittaan ja muotoon mahdollistaen myös perinteistä puusepän osaamista vaativat puuliitokset. Liitostekniikkaan on kehitetty itseporatutuvia täys- ja osakierreruuveja sekä teräksisiä valmisosia. Kertopuusta rakennetaan nykytekniikalla jopa 150-metrisiä tuulivoimaloita. Insinööripuutuotteiden ansiosta puusta on tullut kilpailukykyinen runkovaihtoehto myös halli- ja liiketilarakentamiseen. Esimerkiksi liimapuupilareilla ja -palkeilla voidaan yhdessä puukattoelementtien kanssa saavuttaa lujuudeltaan ja jänneväleiltään vastaavia hallirakennuksia kuin betonilla tai teräksellä.

Olemme suunnitelleet useita puurunkoisia halli- ja toimitilarakennuksia, joissa liimapuurunko puukattoelementeillä on todettu kokonaisedullisimmaksi runkovaihtoehdoksi. Kokemuksemme mukaan myös asuin- ja toimistokohteiden kannattavuutta on saatu parannettua puurakentamisen ratkaisuilla. Esimerkiksi Vantaan Aviapoliksen toimistotalo Robertissa (RHT16) ja saavutettiin kustannussäästöjä korvaamalla betoniset ulkoseinät ei-kantavilla puuseinäelementeillä.

Kemin biotuotetehtaan käyttökonttorin neljän kerroksen kantavat pystyrakenteet ja vaakajäykistys toteutettiin puolestaan täysin massiivipuusta käyttäen kerrannaisliimattuja Kertopuu-pilareita, -levyjä ja -palkkeja. Voit lukea tästä suunnittelukohteestamme lisää hankkeen Tekla BIM Awards 2023 -kilpailun projektisivulta.

Toistaiseksi puukerrostaloja ei ole kuitenkaan pystytty toteuttamaan Suomessa riittävän kilpailukykyisesti. Puurunkoisten omakotitalojen osuus pientaloista on yli 80 % mutta kerrostaloissa puurungon osuus putoaa alle viiteen prosenttiin. Mistä tämä johtuu?

Puukerrostalorakentamisen haasteena on erityisesti vakiintuneiden toimintatapojen puute sekä kokemuksemme mukaan betonirakentamien verrattuna vaativammat suunnittelu- ja toteutuskriteerit. Esimerkiksi paloasetusten mukaan sprinklaus on pakollinen yli kaksikerroksisissa puukerrostaloissa. Tämän lisäksi puurunko tulee olla lähes kauttaaltaan verhottu kipsilevyillä palamattomaksi. Vastaavaa vaatimusta ei ole palamattomaksi luokitelluilla runkomateriaaleilla. Sprinklauksen ansiosta nykyiset puukerrostalot ovatkin itse asiassa huomattavasti betonikerrostaloja paloturvallisempia. Tämä on hyvä huomioida, kun vertaillaan pelkkiä rakentamisen kustannuksia eri runkovaihtoehdoilla.

Puukerrostalorakentamisen erityispiirteet

Asuinrakennusten puurunko toteutetaan tyypillisesti massiivipuulevyillä (CLT / LVL) tai rankarakenteisena. Teollisen esivalmistuksen astetta nostetaan usein seinä-, välipohja- ja yläpohjarakenteiden elementoinnilla. Työmaan läpimenoaikaa voidaan edelleen lyhentää kasaamalla yksittäisen huoneiston elementit valmiiksi tilamoduuleiksi tehtaalla. Työmaa-ajan lyhentäminen on kosteudenhallinnan ja rakentamiskustannusten kannalta ensiarvoisen tärkeää. Esivalmistuksen hyödyt jäävät kuitenkin saavuttamatta, mikäli suunnittelussa ei riittävästi huomioida teollisen tuotannon erityispiirteitä. Jokaisesta esivalmistettavasta osasta on laadittava erilliset ja keskenään yhteensopivat tuotantosuunnitelmat asennus- ja liitosdetaljeineen. Suunnitelmissa on huomioitava esimerkiksi tehtaan tuotantomenetelmät, logistiset vaatimukset sekä työmaan asennusmenetelmät ja sääsuojaus. Samalla suunnitelmien tulee täyttää kansallisesti hyväksytyt suunnitteluvaatimukset muun muassa palotekniikan, akustiikan, rakennusfysikaalisen toimivuuden sekä rungon kantavuuden ja stabiliteetin osalta. Edellä mainitut tekijät luonnollisesti lisäävät suunnittelutyön määrää ja asettavat perinteiseen rakentamiseen verrattuna suuremmat vaatimukset suunnittelijan ammattitaidolle.

Meidän osaamisemme

Olemme suunnitelleet useaan liike- ja toimitilaahankkeeseen sekä puukerrostaloon rakenteet, tehneet seinä-, välipohja- ja kattoelementtien elementtisuunnitelmat sekä toimittaneet tarvittavat työstötiedostot elementtien valmistusta varten. Olemme lisäksi puurakentamisen kehityshankkeiden kautta tutkineet ja vertailleet erilaisia puurunkovaihtoehtoja tuotantotehokkuuden, materiaalioptimoinnin ja rakennusfysikaalisen toimivuuden näkökulmasta. Lähtökohtana on ollut, että ulkovaipan rakenteiden tulee olla RIL 250-2020 ohjeistuksen mukaisesti toimivia sekä 50- ja 100-vuoden käyttöiälle.

Kokemuksemme mukaan tarkalla FEM-laskennalla ja detaljisuunnittelulla sekä tiiviillä yhteistyöllä tuotannosta vastaavien toimijoiden kanssa puurakennuksista on mahdollista saada huomattavasti nykyistä kestävämpiä ja kilpailukykyisempiä.

Kiinnostuitko, innostuitko? Ole rohkeasti yhteydessä jarkko.luntta@insmakelainen.fi tai olli.salo@insmakelainen.fi. Olemme mielellämme teidän apunanne kehittämässä, suunnittelemassa ja innovoimassa tulevia ja alkavia puurakentamisen hankkeitanne!

Kuvassa Jarkko Luntta