Parkkihallin rakenne- ja elementtisuunnittelua kehitettiin Insinööritoimisto SRT Oy:n sekä sen yhteistyökumppaneiden yhteisessä kehitysprojektissa. Projektissa oli mukana Insinööritoimisto SRT Oy:n lisäksi rakennusyhtiö, elementtitoimittaja sekä eri alojen suunnittelutoimistoja arkkitehtisuunnittelutoimistosta lvi-alan suunnittelijoihin. Yhteinen tavoite oli kehittää parkkihallikonseptista mahdollisimman toimiva ja kustannustehokas. Insinööritoimisto SRT Oy oli projektissa mukana rakenne- ja elementtisuunnittelun osalta.

Rakennesuunnittelun osalta tämä tarkoitti rakennuksen rungon laskennan nopeuttamista eri keinoin sekä kohteesta toiseen toistuvien rakenneosien esimitoittamista. Elementtisuunnittelun puolella tämä puolestaan tarkoitti hyväksi havaittujen ratkaisujen ja detaljien vakiointia. Insinööritoimisto SRT Oy:n monipuolisuudesta kertoo se, että se toimii myös esijännitettyjen rakenteiden suunnittelijana, joka mahdollistaa suunnitteluratkaisujen kehittämisen myös parkkihallin esijännitetyille rakenteille.

Kehitettävän parkkihallin tyyppi

Kehitettävän parkkihallin lähtökohtana oli avoin, kylmä, 2-laivainen, suorakaiteen muotoinen ja ympäriajettava parkkihalli. Runko koostui teräsbetonipilareista, jännebetonipalkeista sekä kuorilaatastosta. Katetuissa halleissa yläpohja toteutettaisiin joko kuori- tai TT-laatastolla. Poikkisuuntaan halli oli mastojäykisteinen ja pituussuunnassa se oli jäykistetty jäykistesauvoin. Kerrosmäärä voi vaihdella tarvittavan autopaikkamäärän mukaan 2-10 kerrokseen.

Kehitystyö

Osana kehitystyötä laadittiin parkkihallin rungon mitoitusohjelma, jonka ideana oli saada nopeasti määritetyksi rungon keskeisten rakenneosien dimensiot sekä raudoitusmäärät. Nopea rungon määritys palvelee varsinkin tarjousmitoitusvaihetta, jossa tutkittavien runkojen määrä vuositasolla voi olla isokin.

Mitoitusohjelma toimii siten, että lähtötiedoiksi etusivulle syötetään pyydetyt tiedot, joiden pohjalta ohjelma käy hakemassa esilasketusta datasta sopivat profiilit niin pilareille, palkeille kuin kuorilaatastollekin. Lisävalintoja voi tehdä rakennusosittain esimerkiksi palkin rakennekorkeuteen tai kuorilaataston tuentaolosuhteisiin liittyen. Syötettyjen lähtötietojen sekä valituksi tulleiden rakenteiden tietojen perusteella mitoitusohjelma laskee myös kuorilaataston pintalaatan raudoituksen, jossa ohjelma huomioi muun muassa momenttikapasiteettia, halkeilua, kutistuman ja viruman vaikutusta sekä uuman ja laipan leikkaantumista.

Rakenteita myös taulukoitiin niin, että esimerkiksi yläpohjan TT-laatastolle ja sitä tukeville palkeille määriteltiin sopivat profiilit ja raudoitukset pilariväleittäin. Näin säästetään aikaa rakennesuunnittelussa, kun kaikki tarvittava tieto löytyy valmiiksi taulukoituna datana ilman laskentaa tai esivalintakäyrästöjen soveltamista. Raudoitustieto löytyy myös yksikössä kg/m3, joten tarjousmitoitusvaiheessa yläpohjarakenteista saadaan tilaajalle annettua kustannusten laskentaan tarvittava tieto suoraan taulukosta. Rakenteiden vakioinnista on esimerkkinä pilarikonsolit. Pilarikonsolista tehtiin vakiokokoinen ja kapasiteetit laskettiin valmiiksi eri kuormituksille. Tällä saadaan säästettyä rakennesuunnittelun aikaa, kun käytössä on taulukoidut kapasiteetit ja valmiiksi suunnitellut raudoitukset.

Viimeisenä asiana vertailtiin kehärakenteiden mitoitusohjelmia. Vertailussa oli käytöstä poistumassa oleva 2D-FEM laskentaohjelma KEXE2 sekä kaksi 3D-FEM laskentaohjelmaa, FEM-Design 3D sekä Scia Engineering. Kahdella jälkimmäisellä ohjelmalla laskenta suoritettiin eurokoodin yleisen menetelmän mukaan eli epälineaarisen analyysin mukaisesti. Menetelmässä siirtymien aiheuttaman toisen kertaluvun vaikutukset sekä materiaalin epälineaariset ominaisuudet tulevat huomioiduksi myötörajan ylittyessä. Vertailussa haluttiin selvittää, kuinka paljon pienemmät voimasuureet tarkemman analyysin ohjelmilla saadaan lasketuksi KEXE2:een verrattuna ja mitkä puolestaan ovat erot Scia Engineeringin sekä FEM-Designin välillä niin tuloksissa kuin käytettävyydessä.

Vertailussa laskettiin 4-kerroksisen parkkihallin yksitäistä kehää ja vertailtiin esimerkiksi mitoitusmomenttien suuruutta perustuksen liittymässä. Kuvassa 3 on nähtävillä erot mitoitusohjelmien välillä. KEXE2:lla saatiin odotetusti hieman suuremmat voimasuureet ja esimerkiksi keskipilarilla mitoitusmomenttien erot verrokkiohjelmiin oli noin 20 % luokkaa. Scia Engineeringin ja FEM-Designin väliset erot olivat alle 5 %. Rakenteiden hoikkuuden kannalta onkin edullisinta hyödyntää tarkempien mitoitusohjelmien tuoma hyöty, sillä edullisemman mitoitustuloksen lisäksi uudemmilla 3D-FEM ohjelmilla saadaan tarkasteltua myös lämpöliikkeiden vaikutus pilareiden mitoitukseen.

Mitoitustulosten kannalta merkittäviä eroja FEM-Designin ja Scia Engineeringin välillä ei syntynyt, molemmilla ohjelmilla päästiin käytännössä samaan lopputulokseen. Käytettävyyseroja sen sijaan ohjelmien väliltä löytyi. FEM-Design todettiin mitoitusohjelman datan laskennassa lukuisia toistoja tehdessä huomattavasti nopeammaksi käyttää ja myös laskenta-aika oli Scia Engineeringiä selvästi nopeampi. Olipa käytössä kumpi ohjelmisto tahansa, vaatii epälineaarinen analyysi riittävää tietämystä teoriasta, jotta lukuisat laskenta-asetukset tulevat oikein asetetuksi. Kollegoiden apu sekä useamman ohjelman päällekkäiskäyttö auttoivat tässä suuresti.

Kirjoittaja:

Tommi Auvinen, opiskelija, insinööri YAMK, rakentaminen, Savonia-ammattikorkeakoulu

Tommi.Auvinen2@edu.savonia.fi

Työn ohjaaja: Arto Puurula, TkT, Rakennetekniikan yliopettaja