Sääsuojat kilpailukykyisiksi maalaisjärjen avulla?

Telinerakenteiden suunnittelijana olen päässyt osallistumaan moniin mielenkiintoisiin hankkeisiin ympäri Suomea ja vähän rajojen ulkopuolellakin. Työssäni on hyvä pitää mielessä, että telinerakenteiden takana on suuri määrä fyysistä työtä ja työntekijöitä. Tonneittain telinekalustoa kerätään, kuljetaan, asennetaan sekä puretaan joka päivä. Toisin kuin arkielämässä, fysiikan lait eivät aina päde näyttöruudulla. Suurimmatkin telineosat painavat vain hiiren liikuttamisen verran ja materiaalia pystytään siirtämään tai kopiomaan loputtomiin vain muutamalla klikkauksella. Silti kaikki se fyysisen työn ja raudan määrä määräytyy pitkälti sen mukaan, mitä täällä suunnittelupöydän takana kahvikupposen äärellä naputtelee.

Joskus sitä jopa hyvällä säällä uskaltaa jalkautua työmaalle seuraamaan sitä oikeaa työntekoa. Viimeistään silloin havaitsee rakenteiden todelliset mittasuhteet. Ei se teline noin suurelta näyttänyt tietokoneen ruudulla! Maalaisjärjellä ajateltuna mieleen saattaa hiipiä kysymys siitä, onko kaikki nuo osat tarpeellisia? Onko kalustoa liikuteltu turhaan ja voiko olosuhteet todellakin olla niin ankaria, ettei vähemmällä olisi pärjätty?

Kerron tässä blogissa telineiden ja sääsuojien kuormituksista suunnittelun näkökulmasta. Kuormien määrittely suunnitteluohjeiden perusteella saattaa monen mielestä tuntua maalaisjärjellä ajateltuna liioittelulta. Maalaisjärkeilyyn vaikuttaa myös se, mistä näkökulmasta kutakin asiaa tarkastelee, joten haluan tarjota jokaiselle mahdollisuuden muodostaa oman käsityksensä asiasta.

Onko suunnittelukuormissa turhaa ilmaa?

Teline- ja sääsuojarakenteiden keskeisimpiä kuormia ovat työtelineiden käyttökuormat sekä tuuli-, sade- ja lumikuormat. Työtelineiden käyttökuormilla tarkoitetaan työntekijöistä sekä materiaalin varastoinnista aiheutuvia kuormituksia. Käyttökuormat jaetaan telinestandardin SFS-EN 12811-1 mukaan telineiltä suoritettavien töiden perusteella eri suuruisiin kuormaluokkiin. Luokittelu perustuu työskentelytasoilla vaikuttavan pintakuorman ominaisarvoon, jonka suuruus vaihtelee 75 kg/m² – 600 kg/m² välillä. Erityistapauksissa on jopa mahdollista valita käyttökuorman arvo kuormaluokkien ulkopuolelta. Toisin sanoen valinnan vapaudesta johtuen käyttökuorman määrittely suunnitteluohjeiden mukaan perustuu jo nykyiselläänkin maalaisjärjen käyttämiseen.

Sääsuojauksen toiminnalliset vaatimukset määritellään standardissa SFS-EN 16508. Lumikuorman suuruus perustuu standardissa esitettyihin lumikuormaluokkiin. Talvikohteissa lumikuorman arvona käytetään useimmin 25 kg/m². Se perustuu oletukseen, että lunta voidaan tarpeen tullen poistaa sääsuojan katolta fyysisesti tai sulattamalla. Ilmatieteenlaitoksen tilastollisten vuorokausisateiden Suomen ennätysvauhdissa määrä voisi ylittyä noin 12 tunnissa. Maalaisjärjellä voisi ajatella, että puolittamalla lumikuorman määrän, aikaa jäisi vielä 6 tuntia lumenpudottamiseen. Sen voisi luulla onnistuvan henkilöresursseja kasvattamalla, etenkin kun kyseessä on tilastoennätykseen perustuva lumisadeilmiö. Toisaalta kohteen sijainnilla ja ajankohdalla voi olla suuri vaikutus lumenpudottamisen valmiusasteeseen. Esimerkiksi riittävän suuren lumenpudotuspartion saaminen Sodankylään joulupäivänä saattaa vaatia hieman suurempia ponnisteluja kuin arkipäivänä pääkaupunkiseudun kohteeseen.

Sade- ja raekuurojen vaikutukset tulee samaisen standardin mukaan huomioida silloin, kun rakenne toteutetaan ajanjaksolla, jolloin lumisateen riskiä ei ole. Sadekuorman suuruutena käytetään 10 kg/m², joka tällaisenaan vastaisi 10 mm vesipatjaa koko sääsuojan alueella. Ilmasto-oppaan rankkasateiden toistuvuustyökalun mukaan vesimassalta tulisi siis kestää keskimäärin yli 4 minuuttia valua sääsuojan lappeelta alas, jotta kuormitus ylittyisi kerran 100 vuodessa. Esimerkiksi 20 vuoden toistuvuusajalla yhden minuutin pituinen rankkasade tuottaisi vain viidesosan sadekuorman ominaisarvosta. Sadekuorman määrä saattaisi tämän perusteella maalaisjärjellä ajateltuna kuulostaa varsin kohtuuttomalta. Toisaalta muun muassa sääsuojan lapekulmalla ja kattopeitteiden kunnolla voi olla suuriakin vaikutuksia sadekuorman määrään.

Tuulikuorman suuruuteen vaikuttavat mm. sijainti, korkeusasema sekä lukematon määrä muita kohdekohtaisesti määriteltäviä seikkoja. Näiden perusteella määritellään tuulen puuskanopeuspaine, jonka vaikutuksia eri suuntaisille ja muotoisille rakenteille tarkastellaan paine- ja ties minkä muiden kertoimien avulla. Lisämausteen asiaan tuo se, että vaikka tuulikuorman määrittämisessä sovelletaankin eurokoodia, voidaan erilaisissa tilapäisrakenteiden suunnittelua koskevissa standardeissa antaa vaihtoehtoisia menetelmiä tiettyjen kertoimien määrittämistä varten. Esimerkiksi telttojen suunnitteluun tarkoitetussa standardissa SFS-EN 13782 sekä sääsuojastandardissa esitetyt painekertoimet poikkeavat toisistaan yllättävän paljon, vaikka ulkopuolisesti tarkasteltuna rakenteet ovat hyvin samankaltaisia. Vaikka tuulikuorman määrittämiseen liittyy paljon tapauskohtaisia tekijöitä, johtavat ne kuitenkin aina yhteen ja samaan lopputulokseen – kaikkialla tuulee ja pirun kovaa! Maalaisjärjellä joku voisi päätellä, ettei myrskyn jäljiltä ole pystyssä enää muuta kuin telineet ja sääsuojat.

Onko ääriolosuhteiden yhdistelemisessä mitään järkeä?

Maalaisjärjen vastaiselta vaikuttaa varmaankin myös kaikkien kuormitustapausten yhdistäminen vaikuttamaan rakenteeseen samanaikaisesti. Sääsuojauksen suunnitteluperusteiden mukaan luonnonkuormien yhteisvaikutukset tulee tarkastella rakenteeseen täysimääräisinä. Tämä tarkoittaa sitä, että sääsuojaa voisi näin ollen kuormittaa vaikka yli 30 cm lumikerroksen lisäksi myös 40 m/s puuskissa puhaltava tuuli. Sääsuojastandardin luonnosversiossa sallittiin lumen ja tuulen yhteisvaikutuksen keventäminen puolittamalla vuoroin toisen tapauksen ominaisarvo. Lopullisessa versiossa tästä kuitenkin luovuttiin. Maalaisjärjellä voisi ajatella, että lumi tuskin pysyy sääsuojan päällä noin kovassa myrskyssä.

Varmuuskertoimia varmuuskertoimien päälle

Jatkuvasti sitä kuulee puhuttavan, että ”niissähän on niitä varmuuskertoimia”. Ja tottahan se onkin. Kuormien osavarmuuskertoimiin vaikuttaa sovellettavan standardin lisäksi kuormitustapaus sekä rajatilatarkastelun tyyppi. Pysyvien kuormien osavarmuuskertoimena epäedullisten vaikutusten tapauksissa käytetään lukuarvoja välillä 1,0 – 1,35. Muuttuvien kuormien osavarmuuskertoimena käytetään yleensä lukuarvoa 1,5 tiettyjen rakennetyyppien stabiliteettitarkastelua lukuun ottamatta. Tämä tarkoittaa sitä, että esimerkiksi lumikuorman ominaisarvoa 25 kg/m² korjataan kertoimella 1,5, jolloin suunnittelukuorman arvoksi saadaan 37,5 kg/m².

Eikä siinä vielä kaikki. Kuormien osavarmuuskertoimien lisäksi tulee huomioida myös materiaalin osavarmuuskertoimet. Teräs- ja alumiinirakenteissa voidaan telinestandardin mukaan käyttää lukuarvoa 1,1, eli kuormien ja materiaalin osavarmuuskertoimien yhteisvaikutus voi olla jopa 1,65.

Olihan sitä rautaa riittävästi?

Me siis määrittelemme jokaisen kuormitustapauksen äärimmäisten olosuhteiden perusteella, oletamme niiden kaikkien vaikuttavan täydellä voimakkuudella samanaikaisesti ja lisäämme vielä kohtuuttoman määrän erilaisia varmuuskertoimia soppaan. Eihän tässä ole mitään järkeä, joku voisi ajatella.

Kuten alussa jo mainitsin, asioita voidaan kuitenkin tarkastella monesta näkökulmasta. Rakenteiden suunnittelussa varaudutaan luonnon ääri-ilmiöihin yksinkertaisesti siksi, että vaikka ne ovat harvinaisia, niitä voi siitä huolimatta esiintyä. Lyhyen käyttöikänsä vuoksi voi olla vaikea ymmärtää, miksi nämä ääri-ilmiöt koskettaisivat tilapäisrakenteita, koska todennäköisyys niiden vaikutuksille on lähes olematon. Täytyy kuitenkin muistaa, että telineitä ja sääsuojia on jatkuvasti pystyssä ympäri Suomea, jolloin tiettyyn aikaan ja tietyssä paikassa olevat rakenteet pääsevät kokemaan luonnon äärimmäiset vaikutukset niiden kaikessa kauneudessaan. Se ei edelleenkään ole todennäköisesti juuri sinun työmaasi, mutta jonkun kohdalle tämä luontoäidin kohtalon arpa kuitenkin osuu.

Olen siis varsin tyytyväinen siihen, että myös teline- ja sääsuojarakenteiden osalta, toimintaamme ohjaavat selkeät ja helposti ymmärrettävät suunnitteluohjeet. Määräyksiä ei voida, eikä pidäkään lähteä oikomaan. On myös olemassa muutamia tilapäisrakenteiden suunnittelussa käytettäviä pienennyskertoimia, joiden avulla suunnittelukuormia voidaan hieman kohtuullistaa rakenteen luotettavuustasosta tinkimättä. Näistä esimerkkinä muun muassa suunnitellun käyttöiän huomioiminen tuulen puuskanopeuspaineen määrityksessä sekä seuraamusluokan valinnan vaikutukset kuormakertoimen arvoon. Kertomia käytetään siis molempiin suuntiin.

Olen myös tyytyväinen siihen, että meillä Telinekatajalla ollaan vahvasti sitoutuneita noudattamaan yleisesti hyväksyttyjä pelisääntöjä, eikä vastakkainasettelua suunnittelun ja tuotannon välille juurikaan synny. Päinvastoin olen enimmäkseen havainnut työtovereitteni varmistelevan minulta, että onhan sitä rautaa nyt varmasti riittävästi? Suunnitteluohjeita noudattamalla on helppo vastata, että kyllä sitä on riittävästi. Loppu on sitten toteutuksesta kiinni!

Topias Harjunpää, suunnittelija