ARoS- taidemuseon kupolin asennus Århusissa, Tanskassa, vaati monimutkaisia teknisiä ratkaisuja. COWIn rakennesuunnittelija Mads Suikkanen sai tehtäväkseen laskea kupolin betonirakenteen. Hän käytti FEM-Design-järjestelmää geometriseen mallinnukseen saadakseen tarkat kuormituslaskelmat ja määrittääkseen tarkasti alueet, joilla raudoitusta voitaisiin optimoida.
Projektin yleiskatsaus:
Rakenne on 16 metriä korkea, pohjan halkaisija 40 metriä ja ulottuu 8 metriä maanpinnan alapuolelle. Kupolin sisätilat koostuvat lasikuidusta osana taideinstallaatiota, kun taas ulkorakenne on valmistettu teräsbetonista, joka on suunniteltu tukemaan ympäröivää maaperää.
Kupoli on rakennettu pyöreän nauha-anturan varaan. Antura on 1,2 metriä korkea ja 4–4,6 metriä leveä ja se on valettu kiinteästi rakenteen betoniseinien kanssa.
Hankkeen arvioitu valmistumisajankohta on vuosi 2025.
Tekniset haasteet
Projektitiimi kohtasi useita haasteita kupolin suunnitteluvaiheessa, erityisesti kuormitusolosuhteisiin liittyen. Rakenteeseen kohdistui vaihtelevia kuormia erilaisten maatäytteiden ja maanalaiseen käytäväyhteyden takia. Käytävä yhdistää olemassa olevan museon kupoliin. Lisäksi kupolin päällä on kevyt teräsrakenne, joka tukee kupolin piettävää liikuteltavaa kantta. Kiskoilla käytettävä kansi voidaan piilottaa teräsrakenteen sisään, jossa sijaitsee myös konehuone huoltoa varten.
Näiden vuorovaikutusten monimutkaisuus edellytti tiivistä yhteistyötä myös geosuunnittelijan kanssa maaperän kuormituksen osalta sekä toimittajien kanssa teräsrakenteiden ja kansien kuormituslaskelmien osalta.
FEM-Design ohjelman rooli
Mads Suikkanen teki projektin alussa tutkimuksen määrittääkseen sopivimman ohjelmiston staattisiin laskelmiin. Hän piti FEM-Designistä sen käyttäjäystävällisen käyttöliittymän ja kyvyn ansiosta tarjota tuloksia, jotka vastasivat tarkasti yksinkertaisten kuormien käsin laskelmilla saatuja tuloksia.
Kuva 1 – FEM-Design tulosten vertailu käsin laskettuihin tuloksiin. Tekijänoikeus: COWI A/S
Ohjelmisto mahdollisti myös saumattoman integroinnin olemassa oleviin työnkulkuihin mahdollistamalla 2D-rakennussuunnitelmien tuonnin ja tulosten viennin myöhempää käyttöä varten.
”Vastasin kupolin teräsbetonin staattisista laskelmista. Laskelmiin kuuluivat perustukset, teräsbetonikuori sekä kupolin yhdistävät betoniseinät ja -laatat”, Mads Suikkanen sanoo.
FEM-Designin keskeisiä ominaisuuksia, jotka osoittautuivat projektille hyödylliseksi:
- Raudoituksen optimointi: FEM-Design mahdollisti tarkan määrityksen alueista, joilla raudoitusta voitiin optimoida, erityisesti kupolin yläosassa, jossa betonivälit ja valu asettivat haasteita.
- Geometrinen mallinnus: Toiminnot, kuten kopiointi pyöreän geometrian mukaan ja geometrian jako osiin viivojen avulla mahdollistivat suunnittelijoiden hienojakoisen segmenttiverkon kupolin kaarevuuden mallintamiseksi tarkasti.
Kuva 2 – Geometrinen mallinnus FEM-Designissä. Tekijänoikeus: COWI A/S
- Piirustusten tuonti: Mahdollisuus tuoda yksityiskohtaisia rakennuspiirustuksia oli olennaista monimutkaisten kuormien kohdistamiseksi kupolin ympärille.
- Kuormitustyökalut: Kuormien värikoodaus ja kuorirakenteen momenttikuvion väriskaalaus, auttoivat visualisoimaan ja analysoimaan kuormituksen jakautumista kupolilla.
Kuva 3 – Kupolin kuormitus. Tekijänoikeus: COWI A/S
Työnkulku alkoi luomalla kupolin FEM-Design malli 2D-rakennuspiirustusten perusteella. Kun rakenneanalyysi oli valmis, raudoitussuunnitelma laadittiin 2D-muodossa, ja urakoitsija mallinsi koko rakenteen 3D-muodossa toteutusta varten.
FEM-Designin nopeat analyysiominaisuudet mahdollistivat suunnittelijoiden tunnistaa alueet, joilla raudoitusta voitaisiin minimoida tai lisätä rakenteellisen suorituskyvyn optimoimiseksi. Myös perustuksen raudoitus optimoitiin FEM-Designiä käyttäen. He tekivät anturoiden raudoituksesta raudoituspiirustuksen FEM-Design ohjelman vaadittavan raudoitusmäärä tuloksen perusteella.
Kuva 4 – Kupolin ympärillä olevan rengasperustuksen raudoituksen optimointi. Tekijänoikeus: COWI A/S
”FEM-Design malli suoritti rakenneanalyysin nopeasti, ja oli mahdollista määrittää alueet, joilla raudoitusta voitiin optimoida. Raudoituksen optimointi oli tarpeen, koska raudoitusten asettelu tehtiin yksittäisillä tangoilla ja raudoitusten välinen etäisyys oli kriittinen kupolin yläosassa betonin valamisen mahdollistavuuden vuoksi”, Mads Suikkanen lisää.
Yhteenvetona voidaan todeta, että FEM-Design auttoi suunnittelijoita tuottamaan tarkkoja ja luotettavia laskelmia, optimoimaan raudoitusten asettelun ja integroitumaan saumattomasti muihin suunnittelutyökaluihin. Tulevaisuudessa FEM-Design on edelleen Mads Suikkasen ensisijainen valinta monimutkaisten betonirakenteiden laskennassa.
”Olen erittäin tyytyväinen voidessani käyttää sitä monimutkaisissa teräsrakenteissa. Se antaa tuloksia, jotka voidaan jälkikäteen arvioida käsin laskelmilla, mikä tekee siitä luotettavan ohjelmiston. Minulla oli todella hauskaa käyttää FEM-Designia teräsbetonikupoliin tässä projektissa, ja olen varma, että voin käyttää ohjelmaa myös muihin monimutkaisiin betonirakenteisiin”, Mads Suikkanen päättää.
Asiakkaan tiedot:
Mads Suikkanen on työskennellyt rakennesuunnittelijana COWIn Århusin toimistolla yli viisi vuotta. Hänen asiantuntemuksensa kattaa globaaleja projekteja, joihin liittyy erilaisia rakenteita, keskittyen erityisesti teräsbetoniin ja teräsrakenteisiin. Hän löysi FEM-Design ohjelman ensimmäisen kerran opiskellessaan Århusin yliopistossa.
COWI A/S on kansainvälinen konsulttikonserni, jonka pääkonttori sijaitsee Lyngbyssä, Tanskassa. Yritys tarjoaa asiantuntemusta monimutkaisissa infrastruktuuri-, rakennus- ja ympäristöratkaisuihin liittyvissä projekteissa ja tukee kestävää ja innovatiivista kehitystä maailmanlaajuisesti.
Betoniraudoituksen optimointi on nopeaa ja kattavaa FEM-Designin avulla
Työskenteletpä sitten 3D-mallinnusympäristössä tai tarkastelet elementtejä yksi kerrallaan 2D:ssä, FEM-Design voi auttaa sinua tehostamaan betoniraudoituksen optimointiprosessia alusta loppuun. Se pystyy luomaan robustin ja luotettavan laskentamallin lyhyessä ajassa.
