Kestävä rakentaminen

Up in the air – korkean rakentamisen ilmiöt ja haasteet ratkaistaan suunnittelijan työpöydällä

February 15, 2022

Kun rakentamisessa kurotetaan korkeammalle ja korkeammalle, moni asia muuttuu. Vastassa on kerros kerrokselta uusia haasteita ja ilmiöitä, joita suunnittelijamme päivittäin ratkaisevat. 

Kuormat. Tornitalon paino kasvaa rakentamisen edistyessä jokaisen kerroksen myötä, ja siksi korkeaa rakennusta ei voida aina mallintaa ja mitoittaa perinteiseen tapaan kokonaisuutena. On edettävä kerros kerrokselta. Se vaatii erikoislaskentaa ja ennen kaikkea ymmärrystä siitä, mitä kannattaa laskea ja millä työkaluilla. Se varmistaa rakennuksen kestävyyden. 

Turvallisuus. Palonkestovaatimukset ovat tornitaloissa tiukat. Kun tietty korkeus ylitetään, kohteeseen on laadittava paloturvallisuuden riskianalyysi. Kun korkeus nousee 56 metriin tai 16 kerrokseen, rakennuksessa saa käyttää palomääräysten mukaan vain palamattomia materiaaleja. Korkeiden rakennusten rakenteita koskevat muutenkin vaativimman seuraamusluokan kriteerit. Ne varmistavat muun muassa sen, ettei rakennus sorru, vaikka yksittäinen kantava rakenne pettäisi. 

Materiaalit. Tornitaloissa voidaan käyttää betonia, terästä, lasia ja jopa puuta, kunhan materiaali täyttää annetut lujuus-, palonkestävyys- ja kestävyyskriteerit. Turvallinen ja toimiva korkea rakentaminen vaatiikin jatkuvaa tuotekehitystä. Esimerkiksi betonitoimittajat ovat tehneet Suomessa tärkeää työtä, jotta korkeisiin rakennuksiin on saatu lujuusluokaltaan huippulaatuista betonia, jota voidaan pumpata jopa ylimpiin kerroksiin. 

Rakennejärjestelmät ja kantavuus. Hybridirakentaminen yleistyy korkeassa rakentamisessa, ja monen asuintornin alla on maanalainen pysäköintihalli ja liiketiloja tai kauppakeskus. Niistä jokainen edellyttää erilaisia rakennejärjestelmiä, ja asuintornin kuormat on ohjattava hallitusti perustuksiin asti. Kuormia voidaan siirtää eri rakennejärjestelmien välillä useilla tavoilla, kuten paksuilla laatoilla tai kuormia siirtävillä seinillä. Se vaatii erittäin osaavaa suunnittelua. 

Kokoon puristuminen. Yli 30-kerroksisissa rakennuksissa on otettava huomioon rakenteiden erilainen kokoonpuristuminen. Rakenteet on mitoitettava oikein ja sovitettava yhteen niin, että kaikki kantavat rakenteet puristuvat kokoon likimäärin saman verran. Lisähaastetta tuo, että moni korkea rakennus sijoittuu Suomessa merenrantaan tai pehmeälle maaperälle, jolloin perustukset tehdään usein paaluilla. Pitkä paalu painuu saman kuorman alla kasaan enemmän kuin lyhyt, mutta rakennus ei saa kallistua. 

Ilmanpaine ja hormivaikutus. Niin sanottu hormi- eli savupiippuvaikutus on merkittävä jo noin 30-kerroksisissa rakennuksissa. Lämmin ilma nousee ylöspäin, ja siksi tornitalon alimpiin kerroksiin syntyy paine ulkoa sisälle ja yläosiin sisältä ulos. Kylmyys ja tuulisuus vain vahvistavat tätä ilmiötä. Korkeissa rakennuksissa onkin kiinnitettävä erityistä huomiota läpivientien tiivistämiseen ilmiön hallitsemiseksi. Monissa suomalaisissa tornitaloissa on avattavia tuuletusikkunoita ja ranskalaisia parvekkeita, joten eri kerrosten välisiä paine-eroja on tasattava myös tuulikaapeilla ja osastoinneilla. Samasta syystä pilvenpiirtäjissä on miltei aina pyöröovi tai tuulikaappi, ei tavanomaista yksinkertaista liukuovea. 

Tuulen aiheuttama huojunta. Kun tornitalo ulottuu yli 100 metrin korkeuteen, tuuli alkaa huojuttaa rakennusta. Kyseessä on väistämätön ominaisuus, jota voidaan kuitenkin hallita laskemalla kiihtyvyyksiä ja kuormia eri korkeuksilla sekä tekemällä tarvittavat muutokset rakennuksen jäykistykseen. Lähes kaikissa yli 30 kerrosta sisältävissä kohteissa toteutetaan myös tuulitunnelikokeet. Ne antavat rakennesuunnittelijalle tarkat kuormitukset ja huojunta-arvot. 

Vesi- ja ilmatiiviys. Sadan metrin korkeudella on lähes aina tuulista ja usein myös märkää. Olosuhteiden yhdistelmänä syntyy viistosadetta, joka pääsee sisään pienimmästäkin rakennerakosesta, heikentyneistä tiivistyksistä tai löystyneistä lukitus- ja kiinnitysmekanismeista. Kaikille tornitalon rakenteille ja materiaaleille määritellään tarkat vesi- ja ilmatiiviysvaatimukset sekä tuulenpaineen kestävyystaso. Niiden toteutuminen varmistetaan yleensä testeillä etukäteen. 

Mututuntuman sijaan elementit testataan laboratoriossa sadetuslaitteilla ja painekammiokokeissa. Rakennetta muutetaan ja syyt selvitetään, jos pisarakin pääsee läpi. Olemme olleet kehittämässä myös uudenlaista elementtien tiivistystekniikkaa Tampereen Torni-hotelliin. Samantyyppistä ratkaisua tullaan soveltamaan muun muassa Vuosaaren Delfiinikorttelin torneissa. 

Kevyet lasijulkisivuratkaisut ratkaisuna tornitaloissa 

Monissa tornitaloissa on näyttävät lasijulkisivut, joiden suunnitteluun on Swecolla erikoistunut kokonainen tiimi. ”Korkeissa rakennuksissa käytetään kevyitä alumiinirunkoisia lasielementtejä, joiden asentamiseen ei tarvita torninosturia”, kertoo Swecon lasiteknologiapäällikkö Jukka Sammi, jolla on alalta yli 30 vuoden kokemus. Kerroksen korkuiset ja jopa 3 metriä leveät pienelementit liittyvät toisiinsa ilma- ja vesitiiviisti. ”Eivätkä elementit vaadi enää asennuksen jälkeen viimeistelytöitä ulkona.” 

Sammin mukaan korkean rakentamisen olosuhteet ovat pohjolassa rakennusfysikaaliset erityisen haastavat. ”Meidän on hallittava samaan aikaan hyvin laajaa lämpötilaskaalaa: kesäisin auringon lämpökuormaa ja talvella lämmöneristävyyttä. Ja molemmat vaatimukset on täytettävä energiatehokkaasti.” 

Vedontunnetta syntyy tornitaloissa helposti, koska lasijulkisivujen alumiiniset umpio-osat johtavat lämpöä hyvin ja lasipinnat huonosti. ”Sisäolosuhteet varmistetaan erilaisilla lämmitysjärjestelmillä, ja lisäksi on tärkeää estää kylmäsiltojen ja kondenssiveden muodostuminen”, Sammi toteaa. Lisähaastetta tuovat arkkitehtoniset koristeet ja ulokkeet, joihin muodostuu helposti jäätä tai kertyy lunta. ”Maailmalla käytetyt systeemit eivät sovellukaan Suomeen suoraan. Meidän on kehitettävä jokaiseen kohteeseen toimiva ja turvallinen kokonaisuus.” 

Kaikki korkean rakentamisen ilmiöt ovat hallittavissa, kun suunnittelijoilla on osaamista monelta eri alueelta. Tietoa ja kokemusta tarvitaan muun muassa erilaisista rakenne- ja julkisivujärjestelmistä, olosuhdesimuloinneista, tuulitunnelikokeista, lujuus- ja virtauslaskennasta sekä eksotermisestä laskennasta, jonka avulla optimoidaan lämmön siirtymistä materiaalien välillä. ”Swecon tornitalokohteissa työskenteleekin joukko oman alansa parhaita osaajia, joista moni on ollut mukana maailman korkeimmissa ja vaativimmissa kohteissa”, Sammi kiteyttää. 

Juha Valjus, korkean rakentamisen ja rakennetekniikan kehitysjohtaja 
Jukka Sammi, lasiteknologiapäällikkö

Tutustu myös Juha Valjuksen aiempaan korkean rakentamisen blogiin Korkea rakentaminen on harvoissa, mutta sitäkin varmemmissa käsissä.

Yhdessä asiakkaidemme ja osaavan paikallisen ja kansainvälisen rakennesuunnittelutiimimme kanssa luomme perustan kestävälle, hiilineutraalimmalle ja monimuotoiselle rakentamiselle. Suunnittelumme keskiössä ovat turvalliset, terveelliset, muuntojoustavat ja elinkaaritehokkaat rakennukset.  

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Name *