Arkitektur är en konstform som görs möjlig genom teknik
Uppseendeväckande, intressanta, spännande och till och med kontroversiella freeform-designade byggnader som är tilltalande för ögat, måste också vila på en solid konstruktion. Det krävs att ingenjörerna bakom konstruktionen ser till att dessa iögonfallande byggnader med dess funktioner också tål förväntade belastningar, och möter förutsättningarna som råder i det lokala klimatet.

Octatube är ett holländskt design-, teknik- och tillverkningsföretag, som har ett nära samarbete med ledande arkitekter i sin strävan att göra sina idéer till verklighet. Att utveckla nya byggnader och göra ombyggnader av äldre konstruktioner som möter rådande byggnadsbestämmelser och -normer och samtidigt är slående i sin visuella utformning är en komplicerad process.

För tjugofem år sedan sökte Octatubes grundare Mick Eekhout efter ett sätt att förverkliga sina idéer om nya byggnadsmaterial, -element och -komponenter. Prefabrikation och industrialisering spelade en viktig roll i hans vision. Men eftersom Eekhout inte kunde hitta ett företag som kunde realisera idéerna, startade han sitt eget. Eekhouts designfilosofi gick ut på att företagets byggnadskonstruktioner skulle skeppas som prefabricerade komponenter, som sedan kunde monteras på plats utan att behöva svetsas.

– Det är en fantastisk idé, som samtidigt är väldigt utmanande att förverkliga, säger Luis Weber som är chef över Octatubes konstruktionsavdelning, och tillägger:

– Att skapa prefabricerade enheter för direktmontering på plats betyder att vi måste skapa en robust, förstklassig design. Små marginaler måste tas i beaktning, både vad gäller materialet som ska monteras såväl som byggnaden i sig. Överlag så måste kvaliteten vara mycket hög, så att man slipper obehagliga överraskningar under själva bygget.

Speciella material gör slående designer möjliga
Octatube ansvarar för hela processen, från att designa och skapa arkitektoniska konstruktioner till byggande och uppföljning. Företaget tar på detta sätt över en del av byggprocessen från byggföretagen. Material som används innefattar stål, glas, glasfiberarmerad polyester, kartong och kompositer.

– Den här typen av material tillåter oss skapa konstruktioner i vilka olika arkitektoniska funktioner kan integreras, säger Weber och fortsätter: Ett bra exempel är ett projekt vi hade nyligen. Vi behövde täcka en byggnadsfasad med glasfiberarmerad polyester. Fasaden behövde vara vattentät och samtidigt kunna möta brandsäkerhetskraven. Vi konstruerade en lösning med självbärande element och ett yttre lager i glas. Att använda kartong i en byggnad låter kanske konstigt om man ser till hur kartong används vardagligt, men det är ett utmärkt och kostnadseffektivt konstruktionselement när man använder det i form av rör. Genom att behandla kartongrören med plast görs de vattentäta.

Under byggnadsfasen av ett projekt måste detaljerade beräkningar utföras. För detta syfte används mjukvarulösningarna Femap och NX Nastran. Femap är en avancerad konstruktionssimulator som skapar slutliga elementanalyser, så kallade FEA-modeller av komplexa tekniksystem, där NX Nastran är själva solvern. De båda programmen är från Siemens PLM, som specialiserat sig på Product Lifecycle Management (PLM).

– I den initiala fasen vi talar om, tas olika designer fram med hänsyn till olika materialtjocklekar och profiltyper. Beräkningar görs för att hitta den optimala kombinationen av material och konstruktion. På detta sätt hålls kostnaderna nere utan att vi behöver kompromissa på kreativiteten eller olika kundbehov, förklarar Weber.

Teknikutmaningar hjälpta av Femap och NX Nastran
När ett projekt väl har blivit godkänt, påbörjas själva ingenjörsarbetet på allvar. Först görs statistiska frekvenskalkyleringar. En del av kopplingarna som görs är esoplastiska, och beräkningarna som görs utgår från linjeelement.

– Vi importerar dem i DXF-format eller tar fram dem själva. Fördelen med att använda Femap är anvndarvänligheten och den enkla datainmatningen. Vi har använt Femap sedan år 2000 och har nyligen utökat med att också använda NX Nastran, som är bättre integrerat med Femap än mjukvaran som vi använde tidigare. Andra företag använder mjukvarulösningar som är specialdesignade för stålkonstruktion, men våra ingenjörer på Octatube tycker att de är för begränsande. Fördelen med Femap är att programmet är generiskt, och tillsammans med Nx Nastran kan man räkna på i princip vad som helst, säger Weber.

Minimerar riskerna
Femap används till exempel för att hjälpa Octatubes ingenjörer att skapa en realistisk tolkning av hur glas kommer att uppträda i en konstruktion. Beräkningarna görs efter de relevanta holländska standarder som finns. De resultat man får fram i form av spänningar och skiftvärden tjänar som underlag för de algoritmer som förutsäger glasets beteende under givna förutsättningar. Dessa algoritmer tas fram i kalkylprogrammet Excel och överförs sedan till Femap för en efterföljande matematisk bearbetning.

Att eliminera de risker som finns är en viktig förutsättning för framgång.

– Riskanalyser utförs främst av byggföretagen. Identifierade risker kan utarbetas matematiskt för att avgöra om de har betydelse i en verklig situation. Femap och NX Nastra är viktiga verktyg för att hjälpa oss kvantifiera dessa risker i förväg, och att verka förebyggande för att sedan kunna fokusera på de rent faktiska risker som finns på plats. Det värsta som skulle kunna hända vore om vi hittade felen först när vi var på plats. Med de tighta scheman vi jobbar med så kan vi inte tillåta sådana del. Designkvaliteten måste vara helt felfri från början, menar Weber.

Även om arkitektritade konstruktioner på pappret utgör basen för designen, måste verklighetens toleransförutsättningar beaktas. I konstruktionsfasen kan man behöva göra ändringar på flera centimeter från den ursprungliga planen. Därför mäter man fästpunkter på plats för att kontrollera om de ligger innanför de toleransvärden som är specificerade från början. I det här steget har hela konstruktionen redan utvecklats och är nästan redo för produktion. Om mätningarna överskrider givna gränser, måste man leta efter andra lösningar för att möjliggöra byggandet. När konstruktionen sedan levereras till byggplatsen, är den helt redo att skruvas ihop; ingen svetsning eller slipning krävs.

– Att göra hela monteringen på plats är mycket snabbare och enklare när man slipper svetsning. Men man kan bara arbeta såhär om man vet att inget kan gå fel. Processen går ut på att ta bort så mycket risk som möjligt. Och för det är Femap och NX Nastran helt avgörande. Applikationerna vi använder spelar en viktig roll i att optimera konstruktionen. Detta ger oss möjlighet att göra kostnadseffektiva projektförslag. Enkelt uttryckt så är Femap och NX Nastran en värdefull medlem av vårt team, säger Weber.