Alfa Lavalin toimistorakennus- ja laboratorioprojekti Tukholmassa on osoitus FEM-Designin tehokkuudesta monimutkaisten rakennekokonaisuuksien kuormitusanalyysien ratkaisemisessa. FEM-Design on SWETCHin, luotettu rakennesuunnitteluohjelmisto ja sillä oli ratkaiseva rooli tässä projektissa erilaisten haasteiden selvittämisessä ja ratkaisemisessa. SWETCH on johtava rakennesuunnitteluyritys, joka tunnettu innovatiivisista ratkaisuistaan.
Hankkeen yleiskatsaus ja laajuus:
Alfa Lavalin 35 000 neliömetrin toimisto on monimutkainen laitos, joka sisältää toimistotiloja ja huipputeknologisen laboratorion tuotekehitystä, testausta ja innovaatioita varten. Alfa Laval on maailmanlaajuinen johtaja lämmönsiirto-, erotusteknologia- ja nesteenkäsittelyalalla ja he tarvitsivat ainutlaatuisen ominaisuuden uuteen laboratorioonsa – 20 tonnia painavan kiskoilla kulkevan nosturin.
SWETCHille annettiin tehtäväksi suunnitella tämän projektin teräs-, liitto- ja betonielementtirakenteet. Loppukesästä 2022 alkanut ja keväällä 2023 päättynyt rakennesuunnitteluprosessi oli monimutkainen. Tuotanto ja asennusvaihe seurasivat nopeasti perässä, mikä toi mukanaan lisää monimutkaisuutta.
SWETCHin valinta oli alusta alkaen FEM-Designin, koska he käyttävät sitä jatkuvasti projekteissaan.
“Saimme ensimmäisen kerran tietää vuoden 2015 tienoilla Ruotsissa ja Norjassa käytettävästä mystisestä ohjelmistosta, jonka kanssa on helppo työskennellä ja joka tekee suunnittelun eurokoodin mukaisesti. Sen nimi oli FEM-Design. Testasimme sitä ja aloimme sitten käyttää sitä seuraavissa projekteissamme”, sanoo Viktors Magone, SWETCHin rakennesuunnittelija.
Kohdatut haasteet: kuormitusanalyysi, ulokeosuus ja laboratoriokokoonpano
FEM-Designilla oli keskeinen rooli projektin rakenteellisten haasteiden ratkaisemisessa. Pääpainopistealueita olivat toimistorakennuksen perustusten ja ulokeosan monimutkainen kuormitusanalyysi sekä laboratorion tuulikuorman analyysointi ainutlaatuisen geometrian takia.
FEM-Designin edistyneet kuormitusanalyysiominaisuudet mahdollistivat SWETCH-insinöörien laskea tarkasti perustuksiin kohdistuvat kuormat, kuorman jakautumisesta johtuvat rakenneosiin kohdistuvat voimat, liitosten ja reunaliitosten voimat sekä rakenteen globaalit siirtymät.
Tässä projektissa oli joitakin lisähaasteita – osa toimistosta on ulokekannatettu ristikkorakenteilla ylimmässä kerroksessa. Siksi rakenne piti tukea väliaikaisilla pilareilla rakentamisen aikana, koska ristikkoa ei ollut vielä koottu. Ulokerakenteen ei myöskään pitäisi taipua liikaa väliaikaisten pilareiden poistamisen ja julkisivun rakentamisen jälkeen aiheutuvien kuormien vuoksi.
Alfa Laval toimistorakennuksen FEM-Design laskentamalli. Kuvan tekijänoikeudet © SWETCH.
Toimiston ulokeosa FEM-Design laskentamallissa. Kuvan lähde © SWETCH.
Toinen monimutkainen tekninen haaste tässä projektissa oli laboratorion kokoaminen viidessä vaiheessa ja julkisivun viimeistely alhaalta ylös jokaisessa vaiheessa. Tämä aiheutti erilaisia tuulikuormajakaumia ja suurempia tuulikuormia kuin lopputilanteessa. Lisäksi kahdessa ensimmäisessä vaiheessa ei ollut riittävästi tukirakenteita stabiliteetin varmistamiseksi, joten laboratorio jouduttiin tukemaan väliaikaisesti toimistorakennusta vasten.
Laboratorion kokoonpanon viisi rakennusvaihetta. Kuvan lähde: © SWETCH.
Laboratorio-osuuden toisen vaiheen vaakakuormat toimistorakennukselle. Kuvan lähde: © SWETCH.
Väliaikaiset liitokset laboratorion toisen kokoonpanovaiheen tukemiseksi toimistorakennusta vasten. Kuvan lähde: © SWETCH.
“Laboratorion monimutkainen geometria johtuu kahdessa kerroksessa sijaitsevista nosturipalkeista. 22 000 kN:n tukireaktioita vain kolmikerroksisessa rakenteessa ei usein näe”, Viktors Magone lisää.
Laboratorion geometria verrattuna 1,8 metriä pitkään ihmiseen. Kuvan lähde: © SWETCH.
22 000 kN:n tukireaktiovoimat kolmikerroksisessa rakenteessa. Kuvan tekijänoikeudet © SWETCH.
FEM-Designin käytön tärkeimmät ominaisuudet ja edut
FEM-Design esitteli kykyjään ratkaista Alfa Lavalin projektin monimutkaisia teknisiä haasteita.
SWETCHin insinöörit käyttivät IFC-tuontia ottaakseen raakadataa muilla mallinnusohjelmistoilla tehdyistä rakennuselementeistä ja käyttääkseen sitä FEM-Designin analyysin perusteena.
“Tällaisia malleja on mahdollista luoda nopeasti IFC-tuonnilla ja sitten valmistella ne kuormittamista ja analysointia varten FEM-Designissa käyttämällä Tekla Structuresin tai muiden mallinnusohjelmistojen nerokkaita työkaluja raakageometrian käsittelyyn. IFC-tuontitoiminto julkaistiin FEM-Designin versiossa 21. Siitä lähtien olen luopunut klassisesta FE-mallien rakentamistavasta, enkä ole katunut hetkeäkään”, Viktors Magone korostaa.
Mallin rakenteellisen eheyden varmistamiseksi he käyttivät FEM-Designia tarkistaakseen tukien epälineaarisen käyttäytymisen.
Viktors Magone tarkentaa: ”Toinen meille erittäin tärkeä ominaisuus on kyky tehdä epälineaarisia tukia, jolla esimerkiksi vapautetaan vetovoimien syntyminen perustuksille. Vetovoimien välttäminen useimmissa seinän reunaliitoksissa on mahdollista epälineaaristen ominaisuuksien avulla.”
FFEM-Designin kehitys on ottanut merkittäviä harppauksia eteenpäin, kun epälineaaristen kuormayhdistelmien laskentanopeus kaksinkertaistui kahden peräkkäisen vuoden aikana.
Viktors Magone korostaa tätä edistysaskelta: ”Voin sanoa, että epälineaaristen kuormitusyhdistelmien laskentanopeuden kaksinkertaistaminen kahtena peräkkäisenä vuonna on varsin vaikuttavaa. Pienemmät projektit voidaan laskea 10–20 minuutissa, vaikka analyyseissä olisi paljon epälineaarisuuksia.”
Kaiken kaikkiaan FEM-Design on osoittautunut luotettavaksi ohjelmistoksi Viktorsin työkalupakissa.
”Keskeinen vahvuus on helppo ja intuitiivinen käyttöliittymä. Mallinnustoimintojen monipuolisuus tekee FEM-Designista paremman mallinnusohjelmiston kuin pelkästään mallintamiseen suunnitellut ohjelmistot. Toinen keskeinen vahvuus on kehittäjien ja käyttäjien välinen kommunikaatio. Käyttäjien palaute ja parannusideat otetaan välittömästi huomioon. FEM-Designin pitkäaikaisena käyttäjänä olen iloinen nähdessäni palautteeni vaikutuksen ohjelmistoon ja sen kehitykseen”, Viktors päättää.
Työnkulun integrointi ja tulevaisuuden näkymät
SWETCH integroi FEM-Designin helposti olemassa olevaan työnkulkuunsa:
- Luo raaka geometrinen malli Tekla Structuresissa;
- Tuo rakennegeometrian IFC malli FEM- Designiin;
- Laadi analyyttinen malli, laske ja hienosäädä se läpäisemään globaalit tarkistukset;
- Jatka sauvojen ja liitosten laskemista globaalin mallin voimien mukaisesti.
Tulevaisuus tarjoaa lupaavia näkymiä SWETCHin FEM-Design jatkuvalle käytölle. He pyrkivät hyödyntämään tulevia ominaisuuksia tulevissa projekteissaan.
“Olemme iloisia, että osallistuimme tänä vuonna KCT-tapahtumaan. Jaoimme idealistamme tapahtumassa”, Viktors Magone lisää.
Asiakkaan tiedot:
SWETCH ion Riikassa, Latviassa, toimiva rakennesuunnitteluun erikoistunut yritys. Se perustettiin vuonna 2015 ja keskittyy teräsbetoni- ja teräsrakenteiden suunnitteluun. He ovat toteuttaneet useita projekteja, kuten kouluja, hotelleja, asuinrakennuksia, yliopistoja ja toimistoja.
Kokeneena rakennesuunnittelijana, Viktors Magone btuo mukanaan runsaasti asiantuntemusta. Hän on hionut taitojaan elementtimenetelmämallien (FE) luomisessa sekä teräs- ja betonielementtirakenteiden ja -liitosten suunnittelussa.
Tutustu siihen, miten FEM-suunnittelu voi auttaa sinua monimutkaisissa suunnitteluhaasteissa
Lisätietoja FEM-Designista löydät täältä. Jos et ole perehtynyt ohjelmistoon, voit aina kokeilla sitä ilmaiseksi nähdäksesi, sopiiko se tarpeisiisi. Odotamme innolla, että pääsemme näkemään ainutlaatuisia projekteja, joita pääset tekemään FEM-Designin avulla.
