HAMK Techissä on loppusuoralla tutkimus, joka päivittää tietoja teräsprofiilien kuormankantokyvystä erilaisissa kaarihallirakennuksissa.
Teksti: Jaana Siljamäki Kuva: HAMK Tech
Kuka olet, mitä tutkit?
Kai Mannila, testauspäällikkö HAMK Tech -tutkimusyksikössä. Vastaan rakenteellisen testauksen tiimin toiminnasta, joka tarjoaa rakenteiden lujuuteen ja toimintaan liittyviä t&k-palveluja laaja-alaisesti valmistavalle teollisuudelle, niin pk-sektorille kuin suuryrityksillekin. Keskeinen toiminnan alue on erilaisten rakenteiden ja rakenneosien kuormankantokykyyn ja lujuuteen liittyvä tutkimus ja kehitys. Materiaaleina voivat olla teräs, betoni, puu, komposiitit ja muovit.
Parhaillaan teemme tilaustutkimusta teräksisiä kaarihalleja valmistavalle Kaarirakenne Oy:lle. Yritys rakentaa räätälöidysti eri kohteisiin halleja, kuten teollisuuden varasto- ja tuotantohalleja, konehalleja, pienlentokonehalleja, eläinsuojia tai polttoainevarastoja. Toimeksiannossa määritämme niissä käytettävien teräsprofiilien kuormankantokykyä. Teemme teräskaarille erilaisia taivutus-, puristus- ja jäykkyystestejä sekä ns. FEM-laskentaa (Finite Element Method), jolla mallinnetaan rakenteeseen kohdistuvien kuormien vaikutusta ja rakenteen kestävyyttä.
Miksi tätä aihetta on tärkeää tutkia?
Asiakkaan mukaan aihetta ei ole tällä vuosituhannella tutkittu, joten on syytä määrittää kestävyysarvot tämän päivän vaatimuksia vastaaviksi. Suomessa on viimeksi vuonna 1994 tehty diplomityö, jossa on tehty vastaavanlaista tutkimusta.
Lisäksi on tärkeää saada tarkkaa tietoa rakenteen kuormankantokyvystä eri käyttökohteissa, sillä valittava teräsmateriaalin materiaalipaksuus määrittyy hallin koon ja jännevälin mukaan. Tutkimuksen tuottamaa tietoa voidaan soveltaa jatkossa muihinkin käyttökohteisiin.
Mikä on tutkimuksen tavoite ja milloin tuloksia saadaan?
Tavoite on saada tarkat kestävyysarvot teräsprofiilien kantokyvystä suunnittelun tueksi. Määritämme ainakin teräskaarirakenteen maksimijännevälin ja profiilien optimaalisen kaarevuussäteen. Lopullisia tuloksia saadaan touko-kesäkuussa.
Ketkä tutkimuksestanne hyötyvät ja miten?
Luonnollisesti yritys, joka saa tarkat ja päivitetyt kestävyysarvot käyttöönsä. Uudesta tiedosta on laajemminkin hyötyä. Käytettävää teräsmäärää voidaan vähentää, mikä puolestaan vähentää sekä valmistus- että kuljetuskustannuksia. Isossa kuvassa tällä kaikella on myös ympäristöä säästävä vaikutus.
Mitä isoja ilmiöitä tutkimusalallanne tällä hetkellä on, ja miten oma tutkimuksenne kytkeytyy niihin?
Eri materiaalien optimaalisesta käytöstä sekä kierrätettävyydestä tarvitaan yhä enemmän tietoa. Se johtaa tutkimus- ja kehitystyön lisääntymiseen. Taustalla on myös EU:n direktiivi vuodelta 2008, jonka mukaan vuoden 2020 loppuun mennessä 70 prosenttia rakennusmateriaaleista tulisi olla mahdollista uusiokäyttää tai kierrättää. Tämä aiheuttaa sen, että jo suunnitteluvaiheessa on otettava huomioon, millaisia ratkaisuja käytetään, ja eri materiaaleille tulee uusia käyttökohteita, joita on syytä tutkia. Lisäksi rakentamisessa pitää jo suunnitteluvaiheessa ottaa huomioon lopputuotteen mahdollisimman pitkä elinkaari. Rahallisestikin ajatellen puhutaan merkittävästä asiasta.
HAMK Tech tutkii kaarihalleissa käytettävien teräsrakenteiden lujuutta erilaisia halleja valmistavalle Kaarirakenne Oy:lle. Tutkimusta rahoittaa Keski-Suomen ELY-keskus ja EU:n Kestävää kasvua ja työtä 2014–2020 Suomen rakennerahasto-ohjelma. Tutkimus alkoi keväällä 2019 ja päättyy nykyvaiheessaan kesäkuussa
Discussion2 kommenttia
Kiitos tästä mielenkiintoisesta kirjoituksesta. Kaariteräksen lujuuslaskelmat ovat varmasti haastavia ja erittäin tärkeitä kun ottaa huomioon, että rakenne on kaarella. Mielenkiintoista olisi tietää eroaako kaariteräksen rakenteiden arviointi muiden teräsrakenteiden arvioinnista kuinka paljon? Teräsrakenteiden kuormankantokykyä ja lujuutta kuitenkin varmasti jo suunnitteluvaiheessa joudutaan miettimään paljon ennen valmistukseen viemistä.
Tuli ihmeteltyä tällä viikolla yhden massiivisen teräshallin rakentamista ja katselin, että pitkät jännevälit oli hallissa käytössä. Rakennusalalla työskelleenä aloin miettiä teräshallien suunnittelua yleisesti. Teräsrakentamisen suunnittelusta en paljon tiedä joten tuli lueskeltua aiheen ympäriltä eri kirjoituksia. Jos oikein ymmärrän, niin lujuuslaskelmiin kuuluu esimerkiksi jännevälien laskelmointi kuin myös itse rakentamiseen soveltuvan teräsrakenteen tutkiminen? Kaarihallin lujuuslaskelmat vaikuttavat kyllä erittäin mielenkiintoisilta verrattuna tavallisiin teräshalleihin, mitä esimerkiksi jakelukeskukset usein käyttävät.