Teräs kantaa Kansallismuseon upean uudistuksen

JKMM Arkkitehtien suunnittelemasta Kansallismuseon lähes 6000 bruttoneliön laajennuksesta noin 90 prosenttia sijoittuu maan alle kahteen kerrokseen. Laajennuksen kruununa Kansallismuseon puistoalueella maan päälle kohoaa uutena sisäänkäynti- ja ravintolatilana 600 m2n lasipaviljonki, jonka halkaisijaltaan 43 metrin maljamainen katto näyttää leijuvan kaksi metriä leveiden ja viisi metriä korkeiden kaarevien lasielementtien varassa. Koko 1400 tonnia painava maljarakenne tukeutuu 12 teräksisen ulokeristikon varassa keskeltä halkaisijaltaan 3,8 metrin levyisen teräsbetonisen lieriön välityksellä kallion varaan perustettuun vain 2 x 2 metrin kokoiseen hissikuiluun.

”Maljamainen kattorakenne oli sekä suunnittelun että asennuksen kannalta haastavin teräsrunkorakenne tässä projektissa. Koko valtavan ulokerakenteen paino tukeutuu keskellä olevaan kapeaan teräsbetoniseen hissikuiluun, jolle kaikki kuormat on siirrettävä niin että rakenne on stabiili”, kohteen vastaava teräsrakennesuunnittelija Simon de Neumann Rambollista sanoo. Teräsristikoiden varaan on valettu betonilaatta, ja katolla on vedeneristeen päällä viherkatto.

”Katon huomattavan suuren omapainon lisäksi lumikuormat voivat olla Suomessa suuria, ja lumi saattaa kinostua eri kohtiin, joten ulokkeina toimiviin teräsristikoihin kohdistuu suuria kuormia ja kuormanvaihteluita. Teräsristikoiden esikorotus on peräti 250 mm, ja taipuma on toteutunut suunnitelmien mukaisesti. Lasiseinä lepää pohjalaatan päällä ja olemme suunnitelleet lasiseinän yläpuolelle liikuntasauman, joka mahdollistaa katon 5-10 cm:n liikkeen pystysuunnassa”, Simon de Neumann kertoo. Ramboll suunnitteli tarkasti myös asennusjärjestyksen. Teräsristikot tuotiin kahdessa osassa työmaalle. Vastakkaiset keskiosat nostettiin ensin vuorotellen paikoilleen tasapainon säilyttämiseksi ja sidottiin väliaikaiseen teräksiseen keskiöön.

”Kun kaikki teräsristikot oli asennettu, raudoitusurakoitsija asensi raudoituksen keskiosan sisälle ja keskiö valettiin kolmessa osassa. Kun betoni oli kovettunut, se kantoi kaikki ristikoilta tulevat kuormat ja väliaikaiset tukitornit purettiin.”

Teräksellä pilaritonta tilaa

Kansallismuseon laajennuksen teräsrakenteet painavat yhteensä noin 110 tonnia. Suuren näyttelysalin päällä on 12 25 metrin pituista hitsattua teräspalkkia, jotka ovat kaikki erikorkuisia. ”Erikorkuisilla palkeilla on saatu näyttelysalin päällä olevalle betonista valetulle pihakannelle veden ohjaukseen ja kuivatukseen tarvittava kaato. Näyttelysalin päälle ei ole haluttu yhtään kattokaivoa, ettei vesi tuhoaisi jotain arvokasta. Teräs on mahdollistanut näyttelysaliin suuren yhtenäisen tilan ilman pilareita”, vastaava rakennesuunnittelija Sami Kolari Rambollista sanoo.

Suuri osa maanalaisista tiloista sijaitsee pohjaveden pinnan alapuolella. ”Esimerkiksi suuren näyttelytilan lattiataso on selkeästi pohjaveden pinnan alapuolella, ja siksi näyttelysalia kiertää sulkutilatyyppinen käytävärakenne, jolla arvokas näyttelytila on suojattu kosteusriskeiltä”, Sami Kolari kertoo. Kantavat teräsrakenteet on toimittanut Starsmet Latviasta. Ennen teräsrakenteiden valmistusta työmaalla pidettiin neljä kokousta, joissa oli mukana myös Starsmetin edustajat ja A-Insinöörit rakenteiden ulkopuolisena tarkastajana.

”Maljamaisen katoksen osalta painotimme sitä, että kaikki 12 teräsristikkoa tehdään samanlaisiksi. A-Insinöörit kantoi huolta katosrakenteiden vaativan yhteensovituksen onnistumisesta. Starsmet valmisti konepajallaan ristikoille muotit, joissa he kokosivat kaikki ristikot. Yhteensovitus onnistui todella hyvin ja kaikki teräsosat menivät paikoilleen ilman ongelmia”, Simon de Neumann sanoo. ”Kattomaljan osalta haasteena on myös se, että teräsrakenteet lähtevät lämpimästä tilasta ja muuttuvat kylmäksi ulkorakenteeksi, joten rakennusfysikaalisen toiminnan tutkimisessa on ollut oma työnsä. Talotekniikan sovittaminen teräsrakenteiden lomaan on myös vaatinut paikoin tarkkaa yhteensovittamista”, Sami Kolari toteaa.

”Pyöreä lasiseinä on myös geometrisesti haasteellinen, koska sen keskipiste ei ole samassa kohdassa kuin pyöreän kattokalotin keskipiste. Jokainen lasielementti on mitoiltaan yksilöllinen. Ne on toimittanut Octatube Hollannista”, Kolari jatkaa. Maljamaisen katon teräsristikoiden alla on Teräselementin toimittama kevyt teräksinen tukirakenne, johon kiinnitetään yli 5000 uniikkia keraamista laattaa. Lähes 20 kilon painoiset laatat asennetaan tarkasti toistuvaan matemaattiseen muotokuvioon. Kolmesta erilaisesta muodosta – sydämestä, apilasta ja rististä – koostuva käsityönä toteutettu laatoitus viimeistelee maljan muodon ja luo arkkitehdin mukaan pintaan valoa heijastavaa ornamentaalisuutta.

”Meillä on muutama lahjakas suunnittelija, jotka ovat erikoistuneet matemaattisten muotojen erikoisohjelmien käyttöön. He löysivät ratkaisun, jossa vain kolmella muodolla saadaan hyvin vaativaan osapallon muotoiseen rakenteeseen yhtenäinen, mutta halutun arkkitehtonisen ilmeen kannalta hyvin tärkeä elävän näköinen keraaminen alakatto”, de Neumann sanoo.

Tehokas ja kestävä materiaaali

Latviassa valmistetut kantavat teräsrakenteet on palosuojamaalattu Virossa. Teräsrakenteet on tuotu täsmätoimituksina Helsingin keskustassa sijaitsevalle työmaalle, jossa ei ole varastotilaa rakennustarvikkeille, ja asennettu heti paikoilleen. ”Kun alkuvaiheessa vertailtiin erilaisia materiaaleja, kantavissa rakenteissa päädyttiin teräkseen ennen kaikkea rakennettavuuden näkökulmasta”, projektipäällikkö Jessica Gripenberg Rambollista sanoo.

”Teräsrakenteet sopivat hyvin tällaiseen kohteeseen, missä on tiukka aikataulu ja vähän tilaa. Ne vähentävät työmaalla tehtävien työvaiheiden määrää ja säästävät sekä aikaa että kustannuksia. Samalla teräs on tehokas ja kestävä materiaali, kun on pitkiä jännevälejä ja suuria ulokkeita. Tilat ovat myös korkeita, joten niiden muottirakenteet ja betonointi ovat haasteellisia toteuttaa. Teräsrakenteet voidaan valmistaa muualla ja asennuksen jälkeen niiden päälle on helppo muotittaa betoniset pihakansi- ja kattorakenteet”, Simon de Neumann sanoo. Hän korostaa, ettei tällainen hyvin vaativia rakenteita ja muotoja sisältävä hanke onnistuisi ilman tehokkaita digitaalisia työkaluja ja suunnittelu- ja tuotetiedon virtausta suunnittelusta konepajoille ja työmaalle.

”Olemme itse tuottaneet IFC-tiedostot ja suunnitelmakuvat, joita konepajat ovat hyödyntäneet omassa tuotannossaan. Halkopihan kattorakenteista Teräselementti otti suoraan meidän IFC-mallin ja tuotti rakenteet kokonaan 3D-mallin pohjalta”, de Neumann kertoo. Työmaa käyttää myös tietomallia jokapäiväisenä työkaluna esimerkiksi työvaiheiden havainnollistamisessa, ja kaikki osapuolet ovat hyödyntäneet mallia monipuolisesti työnsuunnittelussaan.

”Teräsrakenteisiin liittyvä yhteistyö on sujunut hankkeessa todella hienosti jokaisen osapuolen osalta laajennuksen pääurakoitsijasta SRV:stä JKMM Arkkitehteihin ja A-Insinööreihin sekä Starsmetiin ja Teräselementtiin. Kaikki ymmärsivät, että tällaisessa vaativassa hankkeessa on tärkeää saada asiat ja yhteensovitukset tehtyä kunnolla ilman ongelmia”, Sami Kolari sanoo. Kansallismuseon laajennuksen rinnalla uudistetaan myös päärakennusta, jonka osittaisen peruskorjauksen yhteydessä nykyinen Halkopiha katetaan lasikatolla.

”Halkopihan katon muoto on tullut arkkitehdilta ja rakenteellista ratkaisua on kehitetty yhdessä. Katto toimii avaruusristikkona, jonka alaosassa on ohuet vetotangot ja ylhäällä puristetut teräsputket. Välissä on diagonaaliristikoita, joissa on vetoa ja puristusta. Kantavan rungon päällä on työstetyt alumiiniprofiilit, joihin lasit liimataan kiinni. Salmiakkikuviot muodostuvat aina kahdesta lasista”, laskenta-asiantuntija Joonas Nykyri Rambollista sanoo.

Näyttävä lasikatto teollisesti

”Katto on arkkitehtonisesti hyvin näyttävä ja toteutukseltaan haastava. Käsin piirrettyjen suunnitelmien aikaan tällaista ei olisi saanut tehtyä muuten kuin paikalla rakentamalla, mittaamalla ja kokeilemalla. Nythän tämä on pystytty rakentamaan teollisesti”, Sami Kolari toteaa. ”Geometria muodostettiin Rhino-mallinnusohjelmistossa tarkasti, ja sen pohjalta suunniteltiin sapluunat joiden avulla kattorakenne pystyttiin kasaamaan suoraan oikeaan muotoon konepajalla muutaman metrin levyisiksi lohkoiksi.  Myös päälle tulevan alumiinisen kannakejärjestelmän sauvojen kärjet piti leikata kaareviksi, jotta ne istuivat täydellisesti toisiinsa ja lasiruutujen geometriaan. Sauvat ladottiin Teräselementin tehtaalla sapluunoiden avulla päälle ja hitsattiin kiinni”, Joonas Nykyri sanoo.

”Rakenne on käytännössä esikorotettu ristikko, joka taipuessaan levenee ja alapuoli kiristyy. Arkkitehdille oli tärkeää saada valoisa katto, ja tämä ratkaisumme päästää paljon valoa, koska rakenteet ovat hyvin kapeita”, Simon de Neumann kertoo. ”Lasikaton liittymä nykyiseen vesikattoon on selkeä, mutta työmaalla sen tekeminen on hyvin vaativaa käsityötä, missä tarvitaan kätilön kädet, lehmän hermot ja neuvostoliittolaisen byrokraatin pikkutarkkuus. Detaljeja on paljon, mutta he ovat saaneet hienosti toteutettua monimuotoiset liittymät ja ne on todettu vedenpitäviksi”, Joonas Nykyri kiittää liittymien toteutusta työmaalla.

Herman Geselliuksen, Armas Lindgrenin ja Eliel Saarisen suunnitteleman Kansallismuseon osittainen peruskorjaus ja tämän kansallisen kulttuurimonumentin laajennus nykypäivän kasvaneisiin tarpeisiin JKMM Arkkitehtien arkkitehtikilpailun voittoon pohjautuvan ratkaisun kehittämisellä toteuttamissuunnitelmiksi on rakennesuunnittelijoille ainutlaatuinen hanke. ”Tämä on poikkeuksellisen hieno ja opettavainen hanke, jossa on paljon erikoisia, kiinnostavia ja vaativia kohtia”, Jessica Gripenberg sanoo. ”On ollut todella hienoa päästä kehittämään ratkaisuja tällaiseen hankkeeseen, joka on Suomen ikonisimpia ja kansallisesti merkittävimpiä rakennuksia”, Sami Kolari tiivistää ainutkertaisen suunnittelukokemuksen.