Asuinrakennusten rakennejärjestelmä

1. Mittajärjestelmä

Asuinkerrostalon mittajärjestelmä koostuu

• liittymismitoista
• mittapoikkeamista
• moduuliverkoista
• mittasuosituksista

Liittymismitat

Jokaiselle tarvikkeelle ja esivalmisteiselle rakennusosalle määritetään liittymismitta, johon sisältyy osan tarvitsema tila, asennuksen ja mittapoikkeamien vaatima tila sekä eri osien välinen sauma. Rakennusosan tulee asennettuna mahtua liittymismittojensa mukaiseen tilaan.

Mittapoikkeamat

Liittymismittojen käyttö edellyttää riittävää mittatarkkuutta valmistuksessa, asennuksessa ja paikalleen mittauksessa. Lisäksi otetaan huomioon rakennusosien muodonmuutokset (kutistuma, viruma, lämpöliikkeet, kuormitusten aiheuttamat muodonmuutokset).

Tarvittava mittatarkkuus (=sallitut poikkeamat) esitetään toleransseissa, ks. julkaisu Betonielementtien toleranssit 2003.

Moduuliverkot

Moduulimitoitusta käytettäessä kantamoduuli on 100 mm ja sitä merkitään kirjaimella M. Kertomoduulit ovat kantamoduulin kerrannaisia 3M, 6M, 12M jne. ks. myös RT 03-10525.

Rakennusosat sidotaan suunnitelmissa moduuliverkkoon, joka esitetään piirustuksissa ehjillä moduuliviivoilla.

Moduuliverkkojen käytössä huomioitavaa:

• verkon tehtävä on helpottaa suunnittelua ja asennusta
• moduuliverkko sovitetaan rakennukseen
• verkon sijoittaminen piirustukseen on tehtävä siten, että moduuliviivoja ei voi sekoittaa muihin viivoihin
• verkko sidotaan rakennuksen päämittoihin
• on suositeltavaa esittää moduulit myös leikkauksissa ja julkisivuissa

Rakennuksen geometria tulisi sovittaa ensisijaisesti moduulijärjestelmään 12 M.

Esivalmisteinen laattajärjestelmä (ontelo- ja kuorilaatat) perustuu moduulimittaan 12M. 6M-mittaista kavennettua laattaa voidaan käyttää tarvittaessa halutun pohjageometrian saavuttamiseksi tai sovitettaessa suuria hormireikiä laatastoon. 

Mittasuositukset

Mittasuosituksia on käsitelty RT-kortissa RT 03-10525 ja BES 2010 rakennusosia koskevissa ohjeissa.

2. Runkojärjestelmät

Asuinkerrostalojen minimi kerroskorkeus on RakMk:n asuntosuunnittelua koskevan osan G1 mukaan 3000 mm ja minimi huonekorkeus on 2500 mm. Asuinkerrostalot suunnitellaan pääsääntöisesti minimikerroskorkeusvaatimuksen mukaisesti, jolloin välipohjan rakennekorkeuteen ja tekniikan tilantarpeisiin voidaan käyttää enintään 500 mm.

Tämä korkeusmitoitus mahdollistaa kylpyhuoneiden rakenteiden sijoittamisen välipohjalaattaan ja RakMk F1 mukaisen max. 20 mm kynnyksen.

Asuntojen väliset seinät tehdään betonista, jolloin ne täyttävät ääni- ja palotekniset vaatimukset. Kantavat väliseinät ovat yleensä raudoittamattomia betonielementtejä, b=180 tai 200mm. Ulkoseinien sisäkuorta käytetään päädyissä kuormia kantavana, jolloin sisäkuoren paksuus b=150 mm. Porrashuoneiden asuntojen vastaiset seinät ovat 200 mm paksuja betonielementtejä.

Asuntoja varten olevat hissikuilujen seinät ovat betonia ja paksuus on 200mm. Kiertävän portaan sisällä olevan kuilun seinät ovat 150 mm paksuja. Kuilut voidaan tehdä joko erillisistä elementeistä tai kerroksen korkuisina kuiluelementteinä.

Taloteknisiä varusteita, kuten pistorasioita, ei saa asentaa kantavassa seinässä samaan kohtaan seinän molemmin puolin. Asennusten välimatkan tulee olla ääniteknisistä syistä > 200 mm.

Asuntojen sisäiset seinät ovat ei-kantavia kevyitä seiniä, jolloin huonetilojen muutokset on helppo toteuttaa.   

Märkätilat pyritään sijoittamaan päällekkäin, jolloin etuna on LVI-laitteiden melun vähäinen määrä asunnoissa. Mikäli asuintilat ja märkätilat eivät ole päällekkäin, joudutaan käyttämään alakattoratkaisuja ja kaksikerroslattioita. 

Märkätilat rakennetaan paikalla kiviaineisina tai levyrakenteisina tai tilat tehdään esivalmisteisista ns. kylpyhuone-elementeistä.

Asuinrakennusten LVI-tekniikka on keskitetty pystynousuihin, jotka kulkevat yleensä samassa kohdassa päällekkäisten asuntojen läpi. Vaakavedot tehdään kellaritiloissa tai alapohjan alla. 

Pystynousut tehdään usein esivalmisteisilla hormielementeillä, jotka sijoitetaan tavallisesti osittain seinälinjan sisään. Ontelolaattojen kantokyvyn kannalta suorakaiteen muotoiset hormit pyritään sijoittamaan ensisijaisesti ontelolaattojen suuntaisesti. Poikittain sijoitetut hormit katkaisevat ontelolaatan, jolloin joudutaan käyttämään joko paikallavalettuja tai teräksisiä palkkeja kuormien siirtämiseen viereisille onteloille.

Hormielementit ripustetaan välipohjasta betonivaarnan avulla. Kuorma merkitään rakennepiirustuksiin ja otetaan huomioon ontelolaattojen punossuunnittelussa. Ks. kuva 12.

Vesijohtokalusteiden asennustapoja melun vähentämiseksi:

• Vesijohdot ja viemärit tulee kiinnittää jäykästi massiivisiin betonirakenteisiin (esim. välipohjat).
• Kiinnitykset kevyisiin seinärakenteisiin välittävät putkissa siirtyvää värähtelyä seiniin, jotka säteilevät sen ääneksi huonetiloihin. Jos mahdollista, tulisi tuentoja seinärakenteisiin välttää.
• Pystyroiloihin tulee sijoittaa vaimentavaa materiaalia (esim. mineraalivilla), mikäli hormi on kevytrakenteinen.
• Viemäriäänen pienentämiseksi alamutka betonoidaan.
• Asuntojen alakatoissa ei saa ääniteknisistä syistä koskaan viedä viemärilinjoja.

Kantavien ja jäykistävien rakenteiden palonkestovaatimus on 3-8 kerroksisessa rakennuksessa yleensä R60 ja yli 8 kerroksisessa R120. Talousirtaimiston säilytystilat mitoitetaan P1-luokan rakennuksissa 600-1200 MJ/m2 palokuormalle, jolloin kantavien rakenteiden luokkavaatimus on 3-8 kerroksisessa rakennuksessa R120 ja yli 8-keroksisessa R180. Irtaimistovarastot sijoitetaan yleensä väestönsuojiin tai kellaritiloihin, jolloin luokkavaatimukset ja osastoinnit ovat helpommin toteutettavissa.

Alapohjat tehdään joko maanvaraisina paikalla valaen tai tuuletettuina lämmöneristetyistä ontelolaatoista. Ryömintätilaisten alapohjien tuuletus järjestetään normaalisti siten, että poisto on koneellinen ja sokkelissa on korvausilmaputket tai säleiköt.

Asuinkerrostalojen suunnittelusääntöjä voidaan soveltaa myös rivitaloihin.

Jäykistys

Rakennuksen vakavuutta arvioitaessa on tunnettava kaikki siihen kohdistuvat kuormat.

Pystysuuntaisia kuormia ovat

• rakennusosien massa
• maan massa
• lumikuormat
• henkilö- ja tavarakuormat
• liikennekuormat.

Merkittävimmät runkoon vaikuttavat vaakakuormat ovat

• tuulikuorma
• rakenteiden vinoudesta, kaltevuuksista ja epäkeskisyyksistä aiheutuvat lisävaakavoimat
• maanpainekuormat
• liikennekuormiin kuuluvat jarrukuormat
• työkonekuormat

Lisäksi rakenteita voivat rasittaa pakkovoimat, jotka syntyvät rakenteiden tukien painumista, jännevoimista, virumisesta ja kutistumisesta.

Asuinkerrostalon rakennusrunko jäykistetään pystysuunnassa perustuksiin ulokkeena tukeutuvilla betonisilla väli- ja ulkoseinillä. Suuret rakennukset jaetaan liikuntasaumoilla osiin, joita tarkastellaan omina erillisinä kokonaisuuksinaan. 

Jäykistävät betoniseinät koostuvat yleensä erillisistä betonielementeistä, jotka yhdistetään liitoksilla yhtenäisiksi levyiksi. 

Liitoksissa vaikuttavia voimat ratkaistaan jäykistyslaskelmin, joita on käsitelty osassa Jäykistysjärjestelmät.

Rakennuksen runkoon kohdistuvat vaakavoimat siirretään jäykistysosille jäykkien välipohjalevyjen välityksellä. Elementeistä tehdyt laatastot yhdistetään rengas- ja saumaraudoituksella sekä saumavaluilla jäykiksi levyiksi. Levyä tarkastellaan vaakasuorassa tasossa olevana seinämäisenä kannattajana, jonka sisään muodostuu puristuskaari ja vetotanko. Kannattajan tukina toimivat leikkausseinät ja jäykistystornit (esim. porrashuoneet ja hissikuilut).

Välipohjan mitoitus vaakavoimille:

• kuormien on voitava siirtyä välipohjalle (pystyrakenteiden vaakasidonta)
• levyvaikutuksesta syntyvät rasitukset otettava huomioon (saumavalut, rengas- ja saumateräkset)
• kuormien siirto välipohjilta jäykistäville seinille (kitka, saumateräkset, betonivaarnat)
• teräkset siirtävät vaadittavat minimivoimat (onnettomuuskuormat)

Momenttivarren z arvoja eri kuormitustapauksissa on esitetty taulukossa 1.

Laatastojen levytoimintaa ja voimien siirtoa liitosten kautta on käsitelty tarkemmin osassa Rakennuksen jäykistys ja liitosten toiminta.

Jäykistäviä seiniä on asuinkerrostaloissa tavallisesti riittävästi, jolloin voimien vieminen perustuksiin ei tuota ongelmia. Asuinrakennuksissa, joissa on alimmassa kerroksessa autohalli ja 1. kerroksessa liiketiloja, on jäykistys järjestettävä porrashuoneiden ja hissikuilujen seinillä.

Laatastot tehdään tavallisesti ontelolaatoista tai valetaan paikalla. Laatat tukeutuvat suoraan kantavien seinien päälle. Ontelolaattoja hl=370 käytettäessä päästään kylpyhuoneidenkin kohdalla n. 8500-12000 mm jänneväliin riippuen kylpyhuonesyvennyksen sijainnista laatan jänteellä. Hormeja varten tehtävät aukot saattavat rajoittaa jänneväliä.

Paikalla valettujen laattojen paksuus on viemäriasennusten tilantarpeen vuoksi n. 270..300 mm. Jänneväli määräytyy tukiehtojen mukaan (2-suuntaan kantava/4-suuntaan kantava), mutta on lyhyempi kuin ontelolaatoilla.

Ei-kantavat ulkoseinät ovat joko sandwich-elementtejä tai yhdistelmäjulkisivuja käytettäessä sisäkuorielementtejä, jolloin niiden paksuus tulee ääniteknisistä syistä olla 150. Ääneneristystä on käsitelty tarkemmin osassa Ääneneristys.

Onnettomuuskuormat

EN 1991-1-7 ja EN 1992-1-1 mukaan rakennuksissa, joita ei ole monoliittisesti suunniteltu kestämään onnettomuuskuormia, tulee

a) olla jatkuvan sortumisen estämiseen soveltuva sidejärjestelmä, joka mahdollistaa kuormien siirtymisen toista kautta paikallisen vaurion jälkeen

Tällöin rakennus varustetaan seuraavilla siteillä:

1. laataston ympäri kiertävät siteet (rengasraudoitus)
2. laataston sisäiset, toisiaan vastaan kohtisuorat siteet (saumaraudoitus)
3. laataston sisäiset, toisiaan vastaan kohtisuorat siteet (saumaraudoitus). Sama kuin edeltävä.
4. vaakasuuntaiset pilari- tai seinäsiteet
5. pystysiteet yli 4-kerroksisissa rakennuksissa

Siteitä suunniteltaessa raudoituksen lujuutena voidaan käyttää ominaisarvoa.

b) vaihtoehtoisesti tarkistaa, että kun rakennuksesta poistetaan mikä tahansa tukipilari, pilaria tukeva palkki tai seinän lohko, rakennus ei menetä stabiliteettiaan eikä paikallinen vaurioituminen ylitä hyväksyttävää rajaa. Kantavan seinälohkon nimellispituus on sivusuuntaisena tukena toimivien rakenneosien välinen etäisyys, kuitenkin enintään 2.25xH.

Paikallisen vaurioitumisen hyväksyttävä raja riippuu SFS-EN 1991-1-7 kansallisen liitteen mukaan rakennustyypistä:

Monikerroksiset rakennukset

Paikallisen vaurion laajuus yhdessä kerroksessa on enintään 15 % kyseisen kerroksen lattiapinta-alasta ja enintään 100 m2/krs. Vaurio saa tapahtua kahdessa päällekkäisessä kerroksessa.

Liikuntasaumat

Asuinkerrostalon runko jaetaan liikuntasaumoilla osiin, jolloin lämpötilan ja kutistumisen vaikutukset voidaan jättää huomiotta. Liikuntasaumajaon suositusarvo on EN 1992-1-1 mukaan 30 m. Kansallisessa liitteessä ei ole annettu yksityiskohtaisia ohjeita liikuntasaumajaosta. 

Sopivina liikuntasaumaväleinä pidetään rakennuksissa yleisesti/by 129:

• kalliolle 30..50 m
• kantavalle maapohjalle 40..60 m
• paaluille 40..60 m

Vastaavissa kylmissä rakennuksissa (esim. kylmä autopaikoitus) on em. arvoja pienennettävä puoleen.

Lamellitalot, joissa on pääasiassa poikittaisia kantavia betoniseiniä sekä porrashuoneen seinäelementit, on sopivaa jakaa liikuntasaumoin kahden portaan osiin. Tämä merkitsee useimmiten n. 30 m:n liikuntasaumoja. Maksimina voidaan pitää  n. 40-45 m.

Rakennuksen jakaminen liikuntasaumoilla osiin voi olla perusteltua myös eri osien rakentamisjärjestyksen kannalta. Suuremmat rakennukset rakennetaan lohkoittain, jolloin jokaisessa lohkossa tulee olla porrashuone, jotta ei erikseen tarvitse rakentaa kulkureittejä tasoille.

Jos rakennuksen perustamistapa vaihtuu, käytetään rajakohdassa liikuntasaumaa, mikäli mahdollista.

Mikäli eri asuntojen lattiatasot on suunniteltu esim. ½ kerrosta eri korkeusasemaan, on tasoeron kohtaan suunniteltava liikuntasauma. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää seinäkonsolia.

Liikuntasauma asuinrakennuksen rungossa on ehdottomasti paras tehdä kaksinkertaisena seinänä.

Julkisivut

Asuinkerrostalojen julkisivut tehdään elementtitaloissa seuraavilla vaihtoehtoisilla tavoilla:

• kantavat ja ei-kantavat ruutu- sw-elementit
• nauhamaiset sw-elementit
• eriytetyt ja yhdistelmäjulkisivut, esim. sisäkuorielementit + rappaus

Ei-kantavat ruutuelementit toimivat yleensä itsensä kantavina, jolloin ne tuetaan rakennusrunkoon vain vaakasuuntaisia voimia varten. Oman painon lisäksi ei-kantavat välipohjalaataston suuntaiset elementit mitoitetaan pystykuormalle, joka muodostuu 26.5 asteen kulmassa olevasta välipohjalaataston hyötykuormaosuudesta. Pitkillä jänneväleillä tämä hyötykuormaosuus on merkittävä.

Nauhaelementtejä käytetään, kun julkisivussa on suuria aukkoja.  

Julkisivurakenteita on käsitelty laajemmin Julkisivut -osiossa ja BES 2010 ohjeissa.

Parvekkeet

Parvekkeet tuetaan yleensä omalla, rakennuksen ulkopuolisella pystyrungolla. Sidonta rakennusrunkoon tehdään nivelelliseksi lämpöliike-erojen vuoksi. Rakennuksissa, joissa oma pystyrunko ei ole mahdollinen käytetään vetotankoja tai ulokelaattaratkaisua.

Parvekkeiden pystyrakenteet ja vaakarakenteet mitoitetaan liikennealueiden lähellä ja pihoilla törmäyskuormille SFS-EN 1991-1-7 ja kansallisen liitteen mukaisesti.

Parvekkeita on käsitelty tarkemmin Parvekkeet -osiossa ja BES 2010 ohjeissa.

Porrashuoneet

Yleisin porrastyyppi asuinkerrostalossa on 2-syösyinen porrashuone hissillä tai matalissa rakennuksissa 2-syöksyinen porras ilman hissiä. Portaan minimileveys on 1200 mm.

Suurin sallittu askeläänitasoluku L’n,w porrashuoneesta asuntoon on RakMk C1 mukaan 63 dB. RTT:n julkaisussa Betonirakenteiden äänitekniikka 2000 esitetään kolme ratkaisuvaihtoehtoa.

Vaihtoehto 1: Rakentamismääräykset täyttävä ratkaisu L’n,w ≤ 63 dB

• porrassyöksyt on liitetty jäykästi tasoihin
• lepotasot on liitetty joustavasti neopreenin varassa runkoon, pinnoite vapaa
• kerrostasot on liitetty jäykästi runkoon, pintana pehmeä ns. dB-matto tai uiva lattia
• porrashuoneiden seinät vähintään 200 mm

Vaihtoehto 2: 3-6 dB parempi eristys

• porrassyöksyt on liitetty jäykästi tasoihin
• lepo- ja kerrostasot ovat neopreenin varassa, liitos runkoon on joustava, pinnoitteet vapaat

Vaihtoehto 3: 3-6 dB parempi eristys

• porrassyöksyt on liitetty joustavasti tasoihin
• lepotasot on liitetty jäykästi runkoon, tason pintana on dB-matto, tai käytetään uivaa lattiaa, jolloin pinnoite on vapaa
• kerrostasot on liitetty jäykästi runkoon, pintana on dB-matto tai käytetään uivaa lattiaa.

Porrashuoneiden rakenteita on käsitelty tarkemmin BES 2010 ohjeessa Valmisosien ominaisuudet ja valinta. Linkki

Kantavat väliseinät-laatat

Runkoratkaisu, jossa välipohjalaatasto tukeutuu kantavien väliseinien ja ulkoseinien varaan on Suomessa yleisin. Tällöin välipohjaelementtien suuntaiset julkisivut ovat tavallisesti ei-kantavia. Parvekkeet sijoitetaan yleensä ei-kantaville sivuille. Ratkaisu on yleisesti käytössä lamellitaloissa. Huoneiston väliset seinät ovat betonia (paksuus 180 tai 200 mm), jolloin määräysten mukainen ääneneristys ja palo-osastointi on helppo saada aikaan.

Suunnittelusuosituksia:

• laattajärjestelmä perustuu moduulimittaan 12 M
• välipohjalaattojen jännevälit valitaan laattatoimittajien käyrästöjen mukaan
• laattaelementit on tuettava molemmista päistään betoniseinään
• hormit ja reiät laattojen suuntaisesti
• kantavat seinälinjat päällekkäin
• kosteat tilat päällekkäin
• julkisivuissa riittävät ikkuna- ja ovipalkit sekä aukkojen pielipilarit

Runko jäykistetään poikittaisilla kantavilla betoniväliseinillä ja kantavilla betoniulkoseinillä sekä porrashuoneiden ja hissikuilujen seinillä. Jos käytetään yhdistelmäjulkisivua ja sisäkuori on myös ei-kantavalla sivulla 150 mm, voidaan myös pituussuuntaisia ulkoseiniä hyödyntää kantavina ja jäykistävinä rakenteina. Ongelmaksi voi tulla se, että parvekejulkisivussa on usein paljon suuria reikiä, jolloin jäykistysvaikutus jää pieneksi samalla kun jäykistyslaskelmat tulevat monimutkaisiksi. 

Aukollisten seinien käyttöä jäykistykseen on käsitelty BES 2010 ohjeessa Jäykistysjärjestelmät.

Kantavat ulkoseinät-laatat

Ulkoseinät voivat olla kantavia parvekesivuilla lähinnä monimuotoisissa asuinrakennuksissa ja pistetaloissa. Lamellitaloissa kantavien ulkoseinien taloudellisuus tulee tutkia erikseen, koska asuinhuoneistojen väliset seinät tehdään kuitenkin ääni- ja paloteknisistä syistä usein betonista. Näin betoniseinien määrä on suurempi kuin kantavat väliseinät-laatat vaihtoehdossa. Lisäksi kantavan julkisivun aukotuksen suunnittelu edellyttää erityistä huolellisuutta.

Ruotsissa on rakennettu paljon asuinkerrostaloja, joissa välipohjalaattojen suunta on kohtisuoraan pitkää julkisivua vastaan. Ratkaisu perustuu ontelolaattoihin 265mm ja itsetasoittuvaan 80 mm:n pintabetoniin, johon kylpyhuoneet lattiakallistuksineen saadaan mahtumaan niin, että kynnyskorkeudeksi jää 20 mm. Runkosyvyydeksi saadaan n. 12 m. 

Ruotsissa käytössä oleva tapa suunnitella ja rakentaa kosteita tiloja on Suomeen verrattuna täysin erilainen. Tilat mitoitetaan sillä periaatteella, että LVIS-asennusten vaatimat reiät voidaan tehdä ontelolaattojen onteloiden kohdille. Viemäreiden ja lattiakaivojen sijoitus ja siten kylpyhuoneiden suunnittelu on voimakkaasti sidoksissa onteloiden paikkoihin. 

Suomalainen ratkaisu mahdollistaa kylpyhuoneen sijoittamisen vapaasti, koska lattiakaivojen viemäriputket sijoitetaan laattasyvennykseen. Seurauksena on kololaatan 370 mm käyttö, jolloin ontelolaatan maksimijänneväliksi tulee kylpyhuoneen kohdalla n. 8.5 m. Suomalainen tapa rakentaa kylpyhuoneita ja käyttää lamellitaloissa pitkiä julkisivuja kantavina eivät sovi yhteen.

Erilaisten runkojen yhteensovittaminen

Kaupunkien keskusta-alueille rakennettaessa asuinrakennuksen alle joudutaan normaalisti tekemään autopaikoitustilat kellarikerrokseen. Lisäksi 1. kerrokseen sijoitetaan usein pienehköjä liiketiloja tai irtaimistovarastoja. Tällöin suunnittelutehtävänä on kolmen erilaisen rungon yhteensovittaminen.

Suunnitteluperiaatteita:

• asuntojen tilaohjelma ja autopaikoituksen runko on ratkaistava yhdessä, koska asun-tojen kantavien rakenteiden sijainti vaikuttaa autopaikoitukseen
• erilaisten runkojen yhteensovittaminen johtaa asuinkerroksissa yleensä seinämäisiin palkkeihin
• seinämäisten palkkien tukipintojen riittävyys on tarkistettava jo esisuunnitteluvaiheessa
• seinämäisten palkkien aukotusmahdollisuus on selvitettävä
• rakennuksen jäykistyssuunnittelu vaatii erityistä huolellisuutta
• rakennuksen ulkopuolinen autopaikoituksen kansi erotetaan liikuntasaumalla rakennuksesta.