Teräsrakennesuunnittelu

Mitä Teräsrakennesuunnittelu on?

Teräsrakennesuunnittelua (= structural steel design) on Enmacissa tehty yhtiön alkuajoilta asti. Teräsrakenneprojektien kokoluokat ovat vaihdelleet, pienistä teräsrakenteiden muokkaamisista, suurien siilojen teräsrakenteisiin, joissa on hyödynnetty suurlujuusteräksiä. Pystymme näin ollen täyttämään asiakkaiden kaikki tarpeet projektin kokoluokasta ja haastavuudesta riippumatta.

Turvallisen teräsrakennesuunnittelun tärkeimpinä elementteinä ovat rakenteen vakauden, lujuuden ja jäykkyyden takaaminen. Laadukkaalla suunnittelulla ja tarkalla lujuuslaskennalla pyrimme pääsemään lopputulokseen, joka kestää sille suunnitellun käyttöajan ja toiminnan. Lujuuslaskennalla ja suunnittelulla pyrimme asiakkaan kriteerit täyttäen kustannustehokkaaseen lopputulokseen, jossa on käytetty mahdollisimman vähän materiaalia, valmistus- ja asentamisaikaa.

Enmacilla on pätevyys toteuttaa Maankäyttö- ja rakennuslain mukaisia vaativia kantavien rakenteiden suunnittelutehtäviä ja teräsrakenteita, joka pitää sisällään esimerkiksi 3-12 kerroksiset rakennukset. Teräsrakenteiden suunnittelu suoritetaan pääosin Solidworks ja Autodesk Inventor 3D-mekaniikkasuunnitteluohjelmistoilla. Tämän lisäksi käytämme tarvittaessa Vertex ohjelmistoa teräsrakenteiden suunnitteluun, vaikka sen pääpaino on laitossuunnittelussa.

Suunnittelussa ja laskennassa käytämme aina tapauskohtaisesti sopivia EN standardeja ja teräsrakenteiden kohdalla suunnittelun lähtökohtana toimii EN 1990,1991 ja 1993. Standardinmukainen suunnittelu on ehtona CE- merkinnälle, jota teräsrakenteet Euroopassa vaativat ja johon me aina tähtäämme.

Haasteet ja riskit teräsrakennesuunnittelussa

Enmacin suunnittelijoiden laajaa osaamista on päässyt kehittämään useiden asiakkaiden tuomat haasteet. Näiden haasteiden avulla teräsrakennesuunnittelun osaaminen on kehittynyt monien vuosien aikana erittäin laajaksi. Teräsrakenteissa haasteita uudiskohteissa on ollut täysin uusien ratkaisujen kehittäminen. Uudiskohteissa olemme kehittyneet arvioimaan kokemuksen kautta paremmin mahdollisia riskejä, joita suuret lämpötilavaihtelut ja haasteelliset kuormat sekä syövyttävät kemikaalit tuovat. Esimerkkinä haasteellisesta uudiskohteesta on malmisiilon teräsrakenteiden suunnitteleminen, jossa takasimme rakenteiden kestävyyden käyttämällä suurlujuusteräksiä. Muita haastavia uudiskohteita on ollut esimerkiksi 14 metrisen savupiipun tukiristikko, FRP-tukirakenne (= lujitemuovi) suojelemaan maanjäristyksen painekuormalta, sekä kattilan elementeille tehtävä lentokuljetuskehikko.

Vanhan teräsrakenteen muokkaaminen on haastavaa mahdollisten arvaamattomien riskien vuoksi. Kokemusperäisen tarkan analysoinnin avulla saamme huomioitua laskelmissa ja suunnittelussa mahdolliset riskitekijät. Haasteellisuus syntyy vanhan teräsrakenteen kunnon analysoimisesta ja tarkkojen kohdekohtaisten mitoituskriteerien selvittämisestä. Vanha rakennus tulee aina mitata, mallintaa ja määritellä täydellisesti, jotta rakenteen muutostyöt voidaan suorittaa oikein. Tämänkaltaisia projekteja on ollut esimerkiksi siilon tukijalkojen korotus, ja hallirakennuksen jäykistäminen nykyiset rakennusmääräykset täyttäväksi.

Riskien minimoimiseksi ja haasteiden voittamiseksi meillä on käytössä kaikkiin projekteihin laadittava riskianalysointi, jossa arvioimme eri riskitekijät SFS-ISO/TR 14121-2 mukaisella riskien suuruusarvioinnilla. Tämän avulla haasteet saadaan käsiteltyä tapauskohtaisesti ja päädytään lopputulokseen, jossa riskin suuruus on saatu pienennettyä hyväksyttävälle tasolle. Teräsrakennesuunnittelun riskien arviointia varten hyödynnämme koneturvallisuus standardeja SFS-EN ISO 12100:2010, sekä SFS-ISO/TR 14121–2:2013. Näiden toimintamenetelmien avulla päädymme turvallisiin lopputuloksiin, joissa kaikki mahdolliset skenaariot on arvioitu ja huomioitu.

Teräsrakenteiden lujuuslaskenta

Minkä tahansa rakenteen suunnitteluun sisältyy kuormituksen ja olosuhteiden selvittäminen. Teräsrakenne on tuettava kuormituksen aiheuttamien vaatimusten mukaisesti ja ne tulee ottaa suunnitteluvaiheessa huomioon. Enmacissa on useita lujuuslaskijoita, jotka päätoimisesti hoitavat FEM (= Finite Element Method) lujuuslaskentaa. Keskittämällä saadaan yhtiön sisällä standardisoitua laskemistapa ja taataan laadukas, sekä luotettava lopputulos. FEA (= Finite Element Analysis) laskentatyökaluna käytetään R-FEM ohjelmistoa teräsrakenteissa sekä tarvittaessa FEMAP ja Abaqus ohjelmistoja. Tämän lisäksi laskelmat validoidaan käsinlaskennalla.

Suoritamme kaikki tarpeenmukaiset lujuuslaskennat kaikille suunnitelluille teräsrakenteille. Teemme asiakkaan toiveiden mukaisesti myös pelkkää lujuuslaskentaa, jos halutaan optimoida valmistettavaa tuotetta ja käyttää vähemmän materiaaleja valmistukseen. Teräsrakenteen käyttötarkoituksen muuttuminen vaatii myös lujuuslaskentaa ilman suunnittelua, jotta voidaan olla varmoja siitä, että teräsrakennetta on turvallista käyttää uudessa käyttötarkoituksessa. Analysoinnin avulla varmistutaan myös tarvittavista rakennetta jäykistävistä toimenpiteistä.

Teräsrakennesuunnittelun sovellukset

Hyvin yleinen uusien teräsrakenteiden tarve syntyy, kun tehdasympäristöön tulee uusi laite, joka tarvitsee tukijalat ja kulkureitin laitteen luokse. Suunnittelu aloitetaan tehdasympäristön 3D-mallintamisesta ja lähtötietojen, kuten asennettavan koneen dimensiot, varmentamisesta. 3D-malliin voidaan tämän jälkeen sijoittaa tukijalat sekä hoitotasojen kulkureitit suhteessa asennettavaan laitteeseen. Tämän kaltaisia teräsrakenneprojekteja on Enmacissa ollut useita, ja asennettavien laitteiden tyypit sekä kokoluokat ovat vaihdelleet huomattavasti. Huoltotasoja, hoitotasoja ja kulkuväyliä näihin laitteisiin liittyen on toimitettu suuria määriä. Tehtaasta erillään olevia ratkaisuja, kuten rekan lastaus-/purkusiltoja, olemme toimittaneet yhdessä putoamissuojiemme kanssa. Tällaisen tilauskokonaisuuden avulla saamme taattua turvallisen ja standardien mukaisen työskentelyalueen.

Nosto- ja kääntölaitteet ovat olleet joka kerta uniikkeja tilauksia, jotka ovat vaatineet innovatiivisia ratkaisuja mahdollisimman turvallisen ja käyttäjäystävällisen lopputuloksen saavuttamiseksi. Nosto ja kääntölaitteet ovat lähtökohtaisesti olleet suurille ja painaville kappaleille, jotka ovat vaatineet tarkkaa ja tuotetta suojelevaa käsittelyä. Vastaavanlaisia projekteja on ollut tuuliturbiinin nosto- ja kääntölaite, betonielementtien kääntölaite, ja risteilyaluksen potkurin kääntöjärjestelmän laakerin nosto- ja kääntölaite.

Mihin Teräsrakennesuunnittelua tarvitaan ja miksi?

Nykyaikaisessa rakentamisessa teräsrakenteita tarvitaan lähes kaikissa rakenteissa. Tähän rakenteiden kirjoon kuuluu raskaan teollisuuden rakennukset ja laitokset, laitteistojen tukijärjestelmät, putkitelineet, tornit, infrastruktuuri, yms.

Teräsrakennesuunnitteluun panostamiseen on monia syitä:

• Kustannussäästöt teräsrakenteiden suunnittelussa ovat huomattavia ja muihin materiaaleihin ja niillä syntyviin muotoihin verrattuna teräsrakennus on paras vaihtoehto. Muihin rakentamistapoihin verrattuna terästä on paljon edullisempaa valmistaa. Teräksen paikalleen asentaminen on kohtalaisen halpaa ja teräsrakenteiden huoltoa tarvitaan harvoin. Enmacin suorittamissa suunnitteluprojekteissa yritetään minimoida käytettävän materiaalin ja tarvittavien työvaiheiden määrä. Tämän lisäksi tarjoamme asennusvalvontaa, jonka avulla saadaan lopullinen tuote vastaamaan suunniteltua.
• Hallinta ja ohjaus syntyvät teräsrakenteiden valmistuskohteissa, joissa ammattitaitoinen henkilökunta luo turvallisin metodein asiakkaan ja suunnittelijan näkemyksistä konkreettista lopputulosta. Teräsrakenteiden valmistus on yksi optimaalisimmasta ratkaisuista hyvän tuotteen hallinnan ja ohjauksen saavuttamiseksi. Enmacissa ollaan aktiivisesti yhteydessä teräsrakenteita valmistaviin yhtiöihin projektin toteutuksen aikana.
• Kestävyys teräsrakenteissa on äärimmäisen hyvä voiman ja sääolosuhteiden puolesta. Ankarat sääolosuhteet ja syövyttävät tehdasolosuhteet eivät koidu haasteeksi teräsrakenteille, kun niitä varten osataan varautua suunnittelussa. Enmacin suunnittelukohteissa joudutaan arvioimaan usein asennuskohteen haasteet käytettävien kemikaalien, sijainnin ja lämpötilan puolesta. Ammattitaitoisen suunnittelun ja laskemisen avulla päädytään materiaalivalinnan ja teräksen suojauksen puolesta tulokseen, joka on tilannekohtaisesti aina paras.