Rodinný dům v Massachusetts

Martha's Vineyard Island | CRAFT Engineering Studio
Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:
Na projektu této vyjimečné rodinné rezidence úzce spolupracovalo studio CRAFT Engineering se společností Selldorf Architects. Samotný projekt se skládá ze tří různých budov - hlavního domu, garáže a domku u bazénu. Dvoupodlažní budova rodinného domu s otevřeným architektonickým řešením a nezastřešeným balkonem se nachází ve strmém srázu s výhledem na oceán. V takové poloze je často vystavena nárazům silného větru. Zatížení konstrukce větrem s sebou přineslo četné výzvy při návrhu svislých a vodorovných nosných prvků. Původně byla konstrukce budovy navržena z oceli, ale klient i architekt si přáli co nejvíce využít ke stavbě dřevo. Pro inženýry bylo skloubení všech faktorů a požadavků architekta opravdovou výzvou.


Několik slov o projektu

K vytvoření modelu konstrukce použili inženýři ze společnoti CRAFT aplikaci REVIT. Díky ní mohli importovat soubory typu CAD a následně je integrovat do aplikace RFEM pro vypracování statického návrhu.

Původním záměrem bylo použít aplikaci RFEM také pro návrh a posouzení přípojů. Některé komplexní styčníky však byly příliš složité, a proto se inženýři obrátili na aplikaci IDEA StatiCa, která není v tomto ohledu nijak omezena.

Inženýři často využívají SolidWorks nebo Fusion 360, aby si připravili své vlastní výpočty. Často si však neuvědomují, kolik času a úsilí je to stojí. IDEA StatiCa obsahuje všechny funkce pro kompletní návrh styčníku, stejně jako flexibilitu pro návrh obecných průřezů. Stejně tak nabízí propracovaný systém pro vyhotovení normových posudků konstrukčních prvků, umožňující statikovi soustředit se pouze na návrh konstrukčních řešení.
Trevor Chou
Trevor Chou
Projektový inženýr – CRAFT Engineering Studio
Spojené státy americké

Dvoupodlažní momentový rám s průměrnou konstrukční výškou podlaží 3 metry, se skládá ze dvou lodí o rozpětí 6,4 a 4,3 metry.

Architekt navrhl konstrukci tak, aby ponechal naprosto otevřený prostor pro balkonovou plochu bez viditelných konstrukčních ztužidel nebo podpěr. Konstrukční tým tedy musel navrhnout tepelně přerušené balkonové rámy, pro které se rozhodl zkombinovat momentový rám s vysokými dřevěnými LVL nosníky. Ty jsou protnuty ortogonálními sendvičovými nosníky s vloženými styčníkovými plechy, které poslouží pro tvorbu konzol a nosníků vnitřního rozpětí.

Výsledný ocelový přípoj styčníku byl navržen tak, aby odolával silám a momentům ve dvou kolmých osách. Původním záměrem inženýrů bylo využití středového uzlu z dutých profilů. Po nějaké době se však ukázalo, že by takovéto řešení nebylo schopno odolávat velkým momentům přenášeným z nosníku rámu kvůli nedostatečné tuhosti stěn průřezu ve směru kolmém k ose nosníku.

V průběhu projektu jsme byli jsme nuceni přehodnotit podobu prvku a navrhnout novou geometrii. Díky aplikaci IDEA StatiCa a možnosti detailní vizualizace přenosu sil na sousedící prvky, jsme navrhli ideální řešení. Naše rozhodnutí vedlo k použití zárodku z válcovaných I profilů, který vytváří skvělou spojitost v obou ortogonálních osách a umožňuje plynulý přechod sil mezi prvky.
Trevor Chou
Trevor Chou
Projektový inženýr – CRAFT Engineering Studio
Spojené státy americké

Podoba ocelového styčníku byla revidována a bylo navrženo použití H-profilu tak, aby byla zachována kontinuita v obou osách, a aby byl zároveň zajištěn rovnoměrnější přenos sil a momentů do středu uzlu.

Kromě toho balkónové prvky vyžadovaly, aby ocel plynule procházela tepelnou obálkou budovy. Projektanti proto implementovali tepelně izolační podložku (z namíru navrženého materiálu), aby snížili riziko tepelných ztrát a úroveň kondenzace vlhkosti.

K analýze a návrhu rámových prvků použili aplikaci Dlubal RFEM. Složité spoje, keré se skládaly se z více typů materiálů, byly doménou výhradně aplikace IDEA StatiCa Connection.

V IDEA StatiCa je možné velmi rychle a jednoduše navrhnout vlastní materiál i prvky se složitou geometrií, stejně jako šablony pro styčníky dřevo-ocel. Tato možnost výrazně zkrátí dobu potřebnou k vymodelování a posouzení styčníku.
Trevor Chou
Trevor Chou
Projektový inženýr – CRAFT Engineering Studio
Spojené státy americké

Technické výzvy

Technických výzev k vyřešení bylo na tomto projektu opravdu nespočet.

Jak jsme již prozradili výše, budova se nachází na vrcholu strmého srázu a musí být schopna odolat nárazům silného větru bez ztužujících stěn nebo ztužidel. Aby se situace ještě více zkomplikovala, požadavkem architekta bylo, aby byl součástí budovy i balkon, vykonzolovaný v kolmém směru na hlavní nosný rám. To znamená, že smyková, osová a momentová únosnost musela být v uzlových bodech zajištěná ve dvou směrech.

Další výzvou bylo použití dřeva, jakožto hlavního stavebního materiálu. Přestože návrh dřevěných přípojů není v aplikaci IDEA StatiCa možný, inženýři díky ní dokázali zjistit přesné síly pro každou pozici šroubu v navrženém styčníku. Ty pak bylo možné následně přenést do jejich vlastního nástroje pro normové posudky únosnosti šroubů v dřevěném spoji. Tímto způsobem ověřili redistribuci sil a poté úspěšně dokončili návrh a posudek každého takového spoje.

S aplikací IDEA StatiCa jsme mohli velmi rychle navrhnout podobu přípoje a následně jednoduše měnit jeho parametry: velikost šroubů, rozteče a uspořádání řad atd. Za několik minut jsme získali potřebné výsledky z upravených modelů a ty jsme následně exportovali do vlastních posudků.
Martyn Sheard
Martyn Sheard
Senior Project Engineer – CRAFT Engineering Studio
Spojené státy americké

Řešení a výsledky

Dvoupodlažní rodinný dům v Martha's Vineyard, který má být podle plánu dokončen v roce 2022, je úžasným příkladem špičkového architektonického a konstrukčního řešení.

Díky použití aplikace IDEA StatiCa a úzké spolupráci s architektem, specialistou na zateplení a zhotovitelem, společnost CRAFT úspěšně přeměnila čistě ocelový rám do hybridního dřevěného řešení. Tím snížila množství potřebné oceli a zachovala konstrukci budovy v souladu s tradiční místní výstavbou.

O společnosti Craft | Engineering Studio

Společnost CRAFT, sídlící v New Yorku, nabízí inženýrské služby pro výstavbu nových a přestavbě obytných, komerčních a speciálních projektů z tradičních i netradičních materiálů.

Tým CRAFT, vizionářský staticko-projekční ateliér, je zaměřen na nejnovější trendy v oblasti stavebnictví a nevyhýbá se diskuzi mezi statiky a architekty. Spojením letitých zkušeností a otevřeným přístupem podpořeným nejnovějšími výpočetními a analytickými nástroji, jsou inženýři z CRAFTu schopni klientům nabídnout efektivní, praktická a inovativní řešení konstrukčních návrhů - perfektní pro architekty a návrháře hledající nové přístupy ke statickým řešením.

Projektový inženýr Trevor Chou se aktivně podílí na statických návrzích výškových budov a objektech pro rezidenční bydlení podle amerických a čínských norem. Rád kombinuje své zkušenosti z architektury a stavebního inženýrství.

Martyn Sheard je vedoucím projektovým inženýrem ve společnosti a může se pyšnit dvanácti lety zkušeností s navrhováním a řízením nejrůznějších typů projektů. Jeho specializací jsou návrhy konstrukcí z masivního dřeva.

Martyn Sheard a Trevor Chou zvítězili v kategorie malých staveb v soutěži IDEA StatiCa Excellence Award 2021. V této kategorii porazili více než 100 dalších účastníků.

Podívejte se na rozhovor s inženýry z Craft Engineering Studio (EN)

CRAFT Engineering Studio

CRAFT Engineering Studio

Spojené státy americké
Detail