Korjausrakentaminen Koulutus ja tutkimus Projektit Suunnittelu Talotekniikka Talous Uutiset Johanna Aatsalo Ei kommentteja

Vaihtoehtoinen menetelmä palosuojauksessa toi miljoonasäästöt Olympiastadionilla – testeissä yli 100 palotapausta

Olympiastadionin peruskorjauksessa saavutettiin miljoonaluokan säästöt toiminnallisen paloturvallisuussuunnitelman avulla.

Alkuperäisessä suunnitelmassa katos olisi pitänyt sprinklata teräsristikoiden sisältä ja alapuolelta. Lisäksi teräsristikot olisi pitänyt palosuojamaalata. Kuva: Stadionsäätiö

Alunperin Helsingin Olympiastadionille oli tehty taulukkovaatimusten mukainen suunnitelma, mutta sen toteuttamisesta olisi aiheutunut merkittäviä lisäkustannuksia.

”Tietenkin taulukosta voidaan katsoa rakenteelle arvo tai luokka, taulukkovaatimus, minkä mukaan rakenteen pitää kestää niin sanottua standardipaloa. Mutta kun standardipalo ei yleensä ole lähellekään sitä paloa, mikä esimerkiksi tässä tapauksessa stadionilla voisi sattua, on järkevämpää tehdä toiminnallinen paloturvallisuussuunnitelma”, tekniikan tohtori Mikko Salminen Palotekninen Insinööritoimisto Markku Kauriala oy:stä kertoo.

Rakennusmääräyskokoelmassa paloturvallisuuden olennaiset tekniset vaatimukset pitävät sisällään kantavien rakenteiden palokestävyyden ja palon sekä savun kehittymisen ja leviämisen rajoittamisen. Lisäksi ihmisten poistumisen pitää olla turvallista ja pelastushenkilöstön turvallisuus on otettava huomioon.

Stadionin tapauksessa kantavan rakenteen on taulukkomitoitusvaatimusten mukaan kestettävä 60 minuuttia standardipaloa, jonka jälkeen voidaan todeta, että rakenne on turvallinen.

Toiminnallisessa paloturvallisuussuunnittelussa työn tarkoituksena on osoittaa kehittyneimmin menetelmin, miten vaatimukset voidaan täyttää muilla keinoilla.

”Suunnittelu perustuu oletettuun palon kehitykseen, eli palorasitusten pitää kattaa Olympiastadionilla todennäköisesti esiintyvät tilanteet. Tämä on mielestäni huomattavasti fiksumpi tapa lähteä tekemään palosuunnittelua kuin katsoa vain taulukosta yksi arvo. Nyt joudumme oikeasti miettimään palokuormia ja sitä, millaisia paloskenarioita voi tapahtua”, Salminen selvittää.

Salmisen mukaan on päivänselvää, että taulukkomitoitus soveltuu joillekin kohteille erittäin hyvin. Esimerkkinä hän mainitsee esimerkiksi betonisen asuinkerrostalot tai tietyn tyyppiset teollisuushallit.

Teräsristikoiden kestävyys avainroolissa

Olympiastadion on rakennuksena ainutlaatuinen, joten Salmisen mukaan ei ole järkevää tehdä palosuunnittelua vain taulukkomitoituksen avulla. Yhtenä suunnittelun lähtökohtana olivat katsomoiden katosten teräsristikot, katosten sisäkattojen puuverhoilu ja stadionin puupenkit.

”Taulukon mukaan teräsrakenteiden suojaukset olisi pitänyt tehdä luokkaan R60, joka tarkoittaa tunnin standardipalon kestämistä ja on suhteellisen rankka palorasitus. Minusta ratkaisu oli aivan liian karkea ja ennenkaikkea liian kallis”, Salminen selvittää.

Salmisen mukaan 60 minuutin standardipalonkesto olisi tarkoittanut sitä, että kaikki katoksen teräsrakenteet olisi pitänyt maalata palonsuojamaalilla. Lisäksi alustavissa suunnitelmissa teräsristikot oli tarkoitus suojata sprinklerillä ristikoiden sisältä ja alapuolelta. Rakenteen hinta olisi karkeasti arvioiden vähintään tuplaantunut näiden toimien vuoksi. Lisäksi kyseiset ratkaisut olisi ollut hyvin vaikea toteuttaa.

Toiminnallisella palosuojauksella voitiin osoittaa, että stadionin teräsristikoille riittää hyvin R15-luokka. Näin ollen teräsristikoille ei tarvitse tehdä palosuojamaalausta eikä sprinklausta tarvita, sillä fysiikkaan perustuvien laskelmien mukaan palo ei nostaisi lämpötiloja taulukkomitoituksen vaatimusten tasolle.

”Palosuojamaalaus- ja sprinklausvaatimus voidaan kompensoida passiivisilla suojausmenetelmillä. Esimerkiksi teräsristikoiden alapintojen puuverhoilut ja puupenkit palosuojataan vain pieneltä osin siellä, missä se on tarpeellista eli katsomon yläosassa. Näillä toimilla saadaan aikaan riittävä suojaus, jotta siellä ei pysty syntymään missään tapauksessa teräsrunkoa romahduttavaa paloa”, Salminen kertoo.

Tarkkaa tutkimusta ja laskentaa

Palosuunnittelijat tekivät yhteistyötä esimerkiksi arkkitehtien ja rakennesuunnittelijoiden kanssa. Rakenteista tutkittiin palon kannalta pahimpia tilanteita, missä lämpötilat voivat nousta kuumiksi ja missä ohuet teräsprofiilien seinämäpaksuudet voivat aiheuttaa teräksen nopeamman kuumenemisen. Rakenteiden mekaaniset kuormitukset, esimerkiksi lumi ja omapaino, otettiin myös huomioon analyyseissä.

”Linja- ja vekseliristikoita sekä liittopilareita tarkasteltiin kehittyneillä laskentamenetelmillä. Analyyseissä laskettiin yli 100 erilaista tapausta. Puurakenteiden eri paloluokat, palon sijainnit ja alkupalot tarkasteltiin FDS- (palosimulointi) ja SAFIR- (rakenteiden lämpötilat ja käyttäytyminen) ohjelmistojen avulla. Linjaristikoita tutkittiin jopa yksittäisen ristikon tasolla.”

Selvityksen alla olivat lisäksi eri suojausvaihtoehdot, mihin saakka puupintaa suojataan penkeissä ja ristikon alapinnoissa. Huomioon otettiin myös tuuli, tuulen suunta ja voima sekä eri suuruiset alkupalot eri sijainneissa.

”Palokuormaa stadionilla ei ole kovin paljon, koska yleisö ei voi tuoda sinne esimerkiksi hurjia kantamuksia. Mutta esimerkiksi jostain salakuljetetuista ilotulitteista voisi potentiaalisesti lähteä paloja. Paloanalyysiohjelmalla tutkittiin hyvin tarkasti, miten palo voisi lähteä leviämään puuta pitkin, oli pinta suojattu tai ei. Sitten katsottiin teräsrakenteiden lämpötilat ja viimeisenä koko rakennemallin käyttäytyminen eri lämpötiloissa. Se ei saa romahtaa palon aikana missään tapauksessa.”

Palosimulaatioiden avulla selvisi esimerkiksi se, että katsomon yläosaan asennetaan levy, joka estää palon leviämisen teräsristikkorakenteen sisälle.

”Suunnittelu on koko ajan iteratiivista. Se ei ole suoraviivaista, vaan alkuun lasketaan joitain tapauksia ja katsotaan, mitä pitää paloturvallisuudessa parantaa sen jälkeen.”

Mitoituspaloissa lämpötilat kävivät hetkellisesti jopa 900 asteessa, mutta huiput olivat lyhyitä, koska puu palaa korkeissa lämmöissä pois penkeistä tai katon alaverhoilusta. Tämä tarkoittaa sitä, että paksut teräsrakenteet eivät ehdi lämmetä eivätkä näin ollen menetä merkittävästi lujuusominaisuuksiaan.

Herkkyysanalyysissä selvisi myös, että vaikka katoksen päällä olisi mekaanista eli esimerkiksi lumikuormaa enemmän kuin normeissa vaaditaan, tulos on aina sama eli teräsristikko ei voi romahtaa.

”Pahimmassa mahdollisessa palossa ristikko taipui palon vaikutuksesta noin kymmenen senttiä lisää verrattuna 7–8 sentin normaalitaipumaan. Kun puhutaan lähes 40 metrisestä ristikosta, voidaan sanoa, että palon vaikutukset ristikkoon ovat hyvin vähäiset”, Mikko Salminen toteaa.

Helsingin Olympiastadionin peruskorjaus

Tilaaja: HKR Rakennuttaja

Hankkeen arvo: 209 miljoonaa euroa

Pääurakoitsija: Skanska

Sähkötekninen projektijohtourakoitsija: Assemblin

LVIA-urakoitsija: Are

Muuta: Skanskan sopimuksen arvo on noin 156 miljoonaa euroa. Hanke on yrityksen suurin Suomessa toteuttama talonrakennusurakka.

Edit: 20.11.2017 Korjattu insinööritoimiston nimi oikeaksi eli: Palotekninen Insinööritoimisto Markku Kauriala oy.

Vastaa

Rakennuslehden pääuutisia