Rakennusten teräsrunkojen uudelleenkäyttö

Uudet vaatimukset ja tavoitteet

Teräsrakenteiden uudelleenkäyttö on tehokas keino vähentää rakennusalan ympäristövaikutuksia ja parantaataloudellista kannattavuutta. Uudelleenkäyttö tarkoittaa, että purettuja teräsosia hyödynnetään uudessarakennuskohteessa ilman, että niitä sulatetaan ja jalostetaan uudelleen, kuten kierrätysprosessissa. Teräs on kallisrakennusmateriaali, ja sen hinnat voivat vaihdella voimakkaasti raaka-aineiden ja energian hintojen mukaan.Uudelleenkäyttö vähentää uusien teräsosien hankinnan tarvetta, mikä voi säästää jopa 30–70 %materiaalikustannuksista. Lisäksi rakennushankkeen hiilijalanjälkeä voidaan pienentää jopa 50–80 %, kun teräsosatkäytetään uudelleen eikä niitä kierrätetä sulattamalla. Samalla se vähentää kaivostoimintaa ja rakennustyömaanjätteenkäsittelyä. (Teräsrakenneyhdistys)
Vuoden 2025 alusta Suomessa voimaan tullut rakentamislaki edellyttää purkumateriaali- ja rakennusjäteselvityksiä,joiden kautta rakennusmateriaalit pyritään ohjaamaan kierrätykseen ja kokonaisia rakennusten osia pyritäänuudelleenkäyttämään. Tämä muuttaa vahvasti tähänastisia käytäntöjä alalla. Tavoitteena on, että näiden yhteinenmäärä olisi jatkossa vähintään 70 paino-%:a purettavasta rakennuksesta. EU:n rakennustuoteasetus (CPR 305/2011)puolestaan vaatii uusilta rakennuksilta, että niiden rakennusmateriaalit ovat uudelleenkäytettäviä tai kierrätettäviä.Tällä on jatkossa iso merkitys rakennusten suunnitteluun ja rakennustuotteiden tuotekehittelyyn. Tämän suhteen ala onsiis eräänlaisessa murroksessa. (Rakentamislaki)

Uudelleenkäyttö tapahtuu jatkossa toisilla säännöillä kuin aikaisemmin. Se edellyttää tehtäväksi monenlaisia testauksiamateriaaleille ja toisinaan uudelleen mitoittamistakin, jos kuormitukset tai normien vaatimukset ovat muuttuneet, taiuudemman rakennuksen kyseessä ollen ainakin olemassa olevien asiakirjojen kokoamista ja tarkastusta. Kaiken tämäntiedon dokumentointi tulee olla hallinnassa. Joitain vähäisiä poikkeuksia lukuun ottamatta rakennustarkastuksetedellyttävät saavansa rakennusten suunnitelmat digitaalisessa muodossa ja erilaiset testaustulokset on syytä liittääniiden mukaan. Tämä tapahtuu parhaiten BIM-mallinnuksella (=Building Investigation Model). (Teräsrakenneyhdistys)

Rakennuksen BIM-mallin hyödyntäminen uudelleenkäytössä

Olemassa olevan rakennuksen rungon mallinnus alkaa rakennuksen skannauksesta, jonka tuloksena saadaan 3D-pistepilvi. Tästä pistepilvestä muodostetaan sitten 3D-elementtimalli sopivalla ohjelmistolla kuten Autodesk Revit, TeklaStructures, Vertex tai Bentley Systems. Jokaiselle teräspalkille tai pilarille voidaan antaa QR-koodi tai RFID-tunniste,joiden avulla osien historia, ominaisuudet ja käyttömahdollisuudet voidaan tarkastaa helposti ja logistiikka pysyyhallinnassa. BIM-malliin voidaan integroida materiaalitestauksen tulokset, kuten lujuus, iskusitkeys ja hitsattavuus,jolloin rakennesuunnittelijat voivat määrittää osien sopivuuden uusiin käyttökohteisiin. Purkuvaiheessa BIM-malliinvoidaan lisätä värikoodaus, joka osoittaa osien uudelleenkäytön mahdollisuudet: vihreä = suoraan uudelleenkäytettävä,keltainen = vaatii kunnostusta tai tarkempaa arviointia ja punainen = ei sovellu uudelleenkäyttöön. Edelleen BIM-mallinmyötä rakennusvalvonnan hyväksyttävyysprosessi käy juohevasti. (Rakennustieto, ia-a/b)

Esipurkuauditointi, kuntotutkimus ja uudelleenkäyttökartoitus

Ennen purkuun ryhtymistä teräsrunko tulee tutkia perusteellisesti. Kaikkein ensimmäiseksi pitää varmistaa, ettäteräsosat eivät sisällä vaarallisia aineita, kuten palonsuojausta, joka sisältää asbestia, tai muita pinnoitteita, joissa onlyijyä tai kadmiumia. Kaikkien rakenneosien mitat ja toleranssit tulee määrittää ja dokumentoida. Työmaallatapahtuvana mittauksena voidaan tehdä teräksen kovuusmittaus UCI eli Ultrasonic Contact Impedance -menetelmällä,joka antaa karkean arvion teräksen lujuudesta (Suomen NDT Tukku Oy). Uudelleenkäytettävien materiaalien mekaanisetlujuusominaisuudet tulee kuitenkin määrittää rikkovilla testausmenetelmillä kuten vetokokeilla ja iskusitkeyskokeilla,mikäli alkuperäisiä dokumenttejä ei ole saatavilla. Teräksen myötö- ja murtolujuus sekä venymäarvot määritetäänvetokoelaitteistolla teräslajin oikein tunnistamiseksi. Tarpeen vaatiessa määritetään teräksen iskunkestävyys jaiskusitkeys Charpy-pendulum-testerillä.
Rakenneputkien osalta oletetaan konservatiivisesti, että kaikki putket ovat kylmämuovattuja standardin SFS-EN 10219:nmukaisesti. Teräksen säilyvyyden (durability) ja erityisesti hitsattavuuden kannalta on selvitettävä teräksen kemiallinenkoostumus. Näitä arvoja tarvitaan teräksen hiiliekvivalenttiarvon (CEV) laskemiseksi, joka on keskeinen parametriteräksen hitsattavuuden arvioinnissa. Sen laskemiseksi on olemassa erillisiä laskentaohjelmia. Teräksen kemiallinenkoostumus voidaan nykyisin määrittää jopa työmaalla kannettavan optisen emissiospektrometrin (OES) avulla.Vanhoissa teräsrakenteissa voi esiintyä nykyisin sallittuja pitoisuuksia suurempia määriä esimerkiksi rikkiä tai fosforia.
Kaikille uusiokäytettäville teräsosille tehdään myös visuaalinen tarkastus. Siinä voidaan käyttää apuna endoskooppia,mikäli teräsosassa on ontelomaisia piiloon jääviä kohtia. Mahdollisesti rakenteessa piilevien säröjen, halkeamien jaepäjatkuvuuskohtien tunnistamisessa käytetään joko magnetopulssitestauslaitetta (MPI) tai ultraäänilaitteistoa (UT).Jos rakenteiden maalauksessa tai palosuojauksessa esiintyy vaurioita, voidaan pintakäsittely joko poistaa kokonaan jatehdä uudestaan, tai joissakin tapauksissa vauriot voidaan paikata.
Uudelleenkäytettäviä teräsosia ei tule käyttää dynaamisesti tai seismisesti kuormitetuissa rakenteissa. Osissa ei saa ollamerkkejä korroosiosta eivätkä ne saa olla altistuneita tulipalolle. Osat voivat olla vanhimmillaan vuodelta 1970. Ne eivätsaa olla altistuneita väsyttävälle kuormitukselle, kuten esimerkiksi sillat. Niissä ei saa esiintyä plastisoitumista ja niidentulee täyttää standardin EN 1090-2 geometriset toleranssit. Uudelleenkäytettäviä osia voidaan käyttääseuraamusluokkien 1-3 rakenteissa. Kiinnittimiä kuten ruuveja ja muttereita ei voida käyttää uudelleen.

Purkutyösuunnittelu

Uudelleenkäytettävien rakennusosien ehjänä irrottaminen edellyttää usein toisenlaisia purkutekniikoita,erikoistyökaluja, tilapäisten tukien suunnittelua sekä asentamista ja soveltuvien nostotekniikoiden ja -välineidenkehittämistä. Purettujen rakennusosien soveltuvuus uudelleenkäyttöön riippuu niiden käyttöhistoriasta, saatavillaolevasta ominaisuuksien dokumentaatiosta, kunnosta, teknisistä ominaisuuksista ja suoritustasoista sekä suunnitellunkäyttökohteen vaatimuksista. (Teräsrakenneyhdistys)

Case: JL-Metals’in uudelleenkäytettävä tuotantohalli

Eteläpohjalaisena rakennuksen teräsrungon uudelleenkäytön esimerkkinä tutustuimme Kuortaneen Leppälänkylässäsijaitsevaan JL-Metals Oy:n toteuttamaan teräsrunkoiseen halliin ja haastattelimme toimitusjohtaja Jouko Lampeaprojektin tuomista kokemuksista. Yritys on noin 15 M€ liikevaihtoa tekevä, siiloja ja säiliöitä varastointi- jatuotantokäyttöön, putkistoja ja painelaitteita sekä kuljettimia ja siirtojärjestelmiä valmistava teräsrakenneyhtiö. Lisäksituotantoon kuuluvat sähkökattilat, lämpöakut ja sähkö- ja letkusuodattimet sekä kokonaiset lämpö- ja voimalaitoksettarvittaessa avaimet käteen -periaatteella. Tuotannon laadusta johtuen isot erikoiskuljetukset kuuluvat myös yrityksenerikoisosaamiseen.

Varsinaisen päätoimialueensa ohella Jouko Lampi kertoo ”harrastaneensa” kokonaisten rakennusrunkojen ja seiniensiirtämistä paikasta toiseen. Tuotantonsa puolesta yritys tarvitsee suurikokoisia halleja, jotta tuotteiden valmistusmahtuu katon alle. Ajan mittaan on siirretty useita tuhansia neliömetrejä halleja omaan käyttöön ja muutamia hallejamuidenkin yritysten käyttöön. Seinäjoelta löytyy muun muassa Lujatalo Oy:n toimiston viereen v. 2019 siirretty 600 m2kokoinen teräsrunkoinen halli. Halli toimii nykyään Lujatalo Oy:n kalustokeskuksena palvellen Etelä-Pohjanmaan jaPohjanmaan alueen työmaita. Lähitulevaisuudessa Jl-Metals pystyttää kalustokeskuksen jatkeeksi samankokoisenhallin, joka tulee toimimaan huolto/varastohallina. Lisäksi JL-Metals’in pihasta löytyi muutamia suurehkoja Eurajoenydinvoimala-alueelta siirrettyjä asuntoparakkeja, joissa asui yrityksen ulkomaalaistaustaisia työntekijöitä. Vierailummeaikaan oli rakenteilla 8000 m kokoinen ja 12 m korkea teräsrunkoinen halli, jonka seiniksi oli tulossa pelti-villa-pelti -rakenteiset kasettielementit. Halli siirrettiin Haminan satamasta Kuortaneelle. Vieressä oli aiemmin Tampereen Sähköltäsiirretty 700 m kokoinen halli, jonka kylkeen uusi halli oli syntymässä. Kokemusta rakennusten runkojenuudelleenkäytöstä onkin siis kertynyt jo melko tavalla.

Kuva 1: JL-Metals’in uudelleenkäyttöön koottavan teräshallin runko työn alla (kuva: Jorma Tuomisto).

Alkuperäiseen teräshalliin verrattuna uudessa käyttötarkoituksessa halliin haluttiin jonkin verran enemmän korkeutta ja siksi pilarien alle valettiin vielä pätkä betonipilaria.

Kuva 2: Paikallavalettu pilaririantura ja korotuspilari. Alempi pulttikori odottaa lisäteräspilaria, jolla toteutettiin hallin lisäjäykistys, koska pilareita jatkettiin (kuva: JormaTuomisto).

Vanhempi Tampereelta tuotu halli oli edellisessä paikassaan rakennettu paaluperustusten varaan. Tässä yhteydessäkuulimme meille uutena asiana myös mielenkiintoisesta työtavasta. Paaluanturoiden sivut ja alusta kaivettiin auki japaalut katkaistiin paaluanturan alta. Sitten koko paaluantura nostettiin kyytiin ja kuljetettiin hallin uuteen paikkaan.Siellä vanha paaluantura valettiin uuden isomman sisään, ja näin säästettiin merkittävä määrä uusista betonivaluista.Uusiokäyttöä parhaimmillaan siis, ja hiilidioksidipäästöt säästyivät!
Koko teräsrunko mallinnettiin uudelleen Vertex’in mallinnusohjelmalla ulkopuolisen suunnittelijan toimesta ja samallasuunniteltiin tarpeellinen korotus ja lisäjäykistys. Kaikkien teräsosien dimensiot tarkastettiin ja teräslaadut varmistettiin.Tarpeelliset mittaus- ja testaustulokset liitettiin Vertex’in tietokantaan. Teräsosiin jouduttiin tekemään jonkin verranpaikkamaalauksia esimerkiksi kohtiin, joita on jouduttu hitsaamaan. Tällaisia kohtia olivat esimerkiksi pilarin jalisäjäykistepilarin liitoskohdat.

Kuva 3: Koko teräshallin uudelleenmallinnus (kuva Marko Hakomäki, JL-Metals).

Kuva 4: Hallin poikkileikkaus ja teräksinen lisäjäykistepilari vasemmalla puolen (kuva: Marko Hakomäki, JL-Metals).

Teräshallien uudelleenpystyttäminen on useimmiten järkevä toimenpide, sillä teräsrakenteet ovat yleensä helpostipurettavissa ja uudelleenkäytettävissä, jolloin hallit on usein voitu suunnitella esim. ruuviliitoksin. Tämä mahdollistaarakennusosien siirtämisen toiseen paikkaan, ja asentamisen uudelleen ilman merkittäviä kustannuksia, tokirakennusosien kuljettaminen ja mahdolliset muutostyöt vaikuttavat kustannustehokkuuteen.
Yleisesti ottaen, teräshallien uudelleenkäyttö on kannattava vaihtoehto, kun otetaan huomioon niiden nopea asennus japitkäaikainen kestävyys. Uuden rakentamislain neljäs luku käsittelee olennaisia teknisiä vaatimuksia teräshallienuudelleenkäyttöön liittyen ja siinä korostetaan elinkaariominaisuuksia, kuten uudelleenkäytettävyyttä. Tämä tarkoittaa,että rakennusosien purettavuus ja uudelleenkäytettävyys tulee ottaa huomioon jo suunnitteluvaiheessa.
Kierrätettävien teräsrunkojen osalta tulee selvittää erityisesti niiden lujuusominaisuuksien soveltuvuus suunniteltuunkäyttöön. Rakennesuunnittelijan tulee siis selvittää rakennelaskelmin ja asiantuntijalausunnoin soveltuvuus, josrakennesuunnitelmia ei ole saatavilla.
Tämä artikkeli on kirjoitettu osana KIMORA-hanketta:
KIMORA-hanke (Kiertotalouden monet mahdollisuudet rakentamisessa) on Euroopan unionin osarahoittama, Euroopanaluekehitysrahastosta, hankkeen kesto on 1.1.2023 – 30.4.2025. (SeAMK, i.a.-a)

Jorma Tuomisto
TKI-asiantuntija, Digitaaliset ja älykkäät teknologiat
SEAMK

Kirjoittaja on tehnyt pitkän työuran SEAMKin rakennustekniikan laboratoriossa muun muassa akkreditoidunbetoninkoetuksen parissa ja betonitekniikan opetuksessa. Aiemmin hän on toiminut betonielementtiteollisuudessatuotekehitysinsinöörinä sekä insinööritoimistossa rakennesuunnittelijana. Tällä hetkellä hän työskentelee SEAMKissarakentamisen kiertotaloutta tutkivassa KIMORA-hankkeessa yhteistyössä Tampereen Yliopiston kanssa. Hanke onEuroopan unionin osarahoittama.

Matti Ylihärsilä
TKI-asiantuntija, Digitaaliset ja älykkäät teknologiat
SEAMK

Kirjoittaja on tehnyt pitkän uran rakennustuotantoteollisuudessa. Hän on toiminut tuotannon eri tehtävissä viimeksiLujatalo Oy Pohjanmaan aluepäällikkönä ja aiemmin Seicon Oy:ssä työpäällikkönä sekä vastaavana työnjohtajana. Tällähetkellä hän työskentelee SEAMKissa rakentamisen kiertotaloutta tutkivassa KIMORA-hankkeessa yhteistyössäTampereen Yliopiston kanssa. Hanke on Euroopan unionin osarahoittama.

Lähteet:
EUROOPAN PARLAMENTIN JA NEUVOSTON ASETUS (EU) N:o 305/2011.
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FI/TXT/PDF/?uri=CELEX:32011R0305 (https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FI/TXT/PDF/?
uri=CELEX:32011R0305)

Rakennustieto. (2019). Rakennuksen laserkeilaus (RT 103133).

Rakennustieto. (2021). Pistepilviaineisto suunnittelun lähtötietona ja inventointimallintaminen (RT 103375).
Rakentamislaki. (2025).

https://ym.fi/rakentamislaki (https://ym.fi/rakentamislaki)

Seinäjoen ammattikorkeakoulu (SeAMK). (i.a.-a). Kiertotalouden monet mahdollisuudet rakentamisessa. Seinäjoenammattikorkeakoulu.
https://projektit.seamk.fi/alykkaat-teknologiat/kiertotalouden-monet-mahdollisuudet-rakentamisessa/ (https://projektit.seamk.fi/alykkaat-teknologiat/kiertotalouden-monet-mahdollisuudetrakentamisessa/)

SFS-EN 10219, Kylmämuovatut hitsatut seostamattomista teräksistä ja hienoraeteräksistä valmistetut rakenneputket.
Suomen NDT Tukku Oy, https://ndttukku.fi/tuote/valmistajat-tuotemerkit/novotest-valmistajat-tuotemerkit/leeb-ja-uci-yhdistelma-kovuusmittari-novotest-t-ud3-kameralla/ (https://ndttukku.fi/tuote/valmistajat-tuotemerkit/novotestvalmistajat-tuotemerkit/leeb-ja-uci-yhdistelma-kovuusmittari-novotest-t-ud3-kameralla/)
Teräsrakenneyhdistys, Tekniset julkaisut 3-2023, (2023). Teräsrakenteiden uudelleenkäyttö.

Suomen NDT Tukku Oy,
https://ndttukku.fi/tuote/valmistajat-tuotemerkit/novotest-valmistajat-tuotemerkit/leeb-ja-uci-yhdistelma-kovuusmittari-novotest-t-ud3-kameralla/ (https://ndttukku.fi/tuote/valmistajat-tuotemerkit/novotestvalmistajat-
tuotemerkit/leeb-ja-uci-yhdistelma-kovuusmittari-novotest-t-ud3-kameralla/)