SteelConnection designAISC (USA)Steel-to-timberConnection

Casa unifamiliare in Massachusetts

Isola di Martha's Vineyard

CRAFT Engineering Studio ha collaborato a stretto contatto con Selldorf Architects per questa residenza unifamiliare. Il progetto è composto da tre edifici diversi: la casa principale, il garage e la pool house. Con un design architettonico aperto e un balcone non puntellato, l'edificio a due piani della casa principale si trova su una scogliera scoscesa che domina l'oceano, esponendolo a venti forti e introducendo numerose sfide in termini di progettazione strutturale dei sistemi resistenti ai carichi verticali e laterali. Originariamente concepito in acciaio, sia il cliente che l'architetto desideravano passare a una soluzione prevalentemente in legno.

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Informazioni sul progetto

Utilizzando REVIT per tutta la progettazione grafica, la condivisione esaustiva dei file CAD e la gestione del flusso di lavoro, CRAFT ha potuto sfruttare lo strumento (e la sua integrazione con RFEM) per configurare il proprio modello strutturale sulla base dell'analisi strutturale.

Avrebbero anche voluto eseguire la progettazione dei collegamenti in RFEM, ma questo non era supportato per un giunto così altamente complesso. Così si sono rivolti a IDEA StatiCa.

Solitamente le persone si rivolgono a SolidWorks o Fusion 360 per configurare i propri calcoli. Ma spesso ignorano quanto tempo e impegno questo richieda. IDEA StatiCa fornisce funzioni di modellazione per la produzione e collegamenti ben definiti, così come la flessibilità di creare sezioni personalizzate in termini di elementi di irrigidimento. Offre inoltre un sistema perfetto per eseguire verifiche normative sugli elementi strutturali, permettendo di concentrarsi esclusivamente sulla risoluzione dei problemi di progettazione.

Trevor Chou

Ingegnere di Progetto

Con un'altezza media di piano di 10 piedi (3 m), il telaio a momento a due piani è costituito da due campate di 21 piedi (6,4 m) e 14 piedi (4,3 m).

L'architetto ha progettato una struttura "soft-story" per lasciare uno spazio completamente aperto per l'area del balcone senza controventi o supporti strutturali evidenti. Quindi, il team ha dovuto progettare un'intelaiatura del balcone a taglio termico non puntellata, per la quale hanno scelto di combinare un telaio a momento con travi in legno lamellare multi-LVL profonde intersecate con travi flitch ortogonali per formare gli sbalzi e le campate di ritorno.

Il giunto nodale in acciaio risultante è stato progettato per resistere a forze e momenti nei due assi ortogonali. Inizialmente volevano utilizzare un mozzo centrale a sezione cava, ma poi hanno scoperto che non era in grado di resistere agli elevati momenti provenienti dalla trave del telaio a momento a causa di una rigidezza fuori piano insufficiente nelle pareti della sezione a cassone.

Abbiamo dovuto rivedere il progetto. Fortunatamente, la possibilità di visualizzare come le forze possono essere trasferite ai diversi elementi in IDEA StatiCa ci ha portato a una soluzione migliore. Abbiamo deciso di optare per un hub a sezione ad ali larghe, poiché crea un'ottima continuità in entrambi gli assi ortogonali e consente una transizione fluida delle forze tra gli elementi.

Trevor Chou

Ingegnere di progetto

Il giunto in acciaio è stato riprogettato con una sezione ad ali larghe per preservare la continuità in entrambi gli assi, garantendo al contempo una trasmissione più diretta delle forze e dei momenti verso il centro del mozzo.

Inoltre, gli elementi del balcone richiedevano che l'acciaio corresse in modo continuo attraverso la linea termica dell'edificio, quindi il team ha incluso un cuscinetto per taglio termico (realizzato con un materiale personalizzato) per ridurre i rischi di perdita di calore e condensazione.

Hanno utilizzato Dlubal RFEM per analizzare e progettare gli elementi dell'intelaiatura e IDEA StatiCa per progettare collegamenti complessi in più materiali.

IDEA StatiCa offre la flessibilità di creare materiali ed elementi personalizzati con geometrie complesse e modelli per collegamenti legno-acciaio, riducendo notevolmente il tempo necessario per impostare il modello.

Trevor Chou

Ingegnere di progetto

Sfide ingegneristiche

Le sfide in questo progetto sono state molteplici.

Come abbiamo già appreso, non solo l'edificio si trovava sulla cima di un'alta scogliera scoscesa e doveva essere in grado di resistere a venti forti senza pareti di controvento o controventi, ma per complicare ulteriormente le cose, il balcone a taglio termico non puntellato introduceva una seconda direzione di progettazione ortogonale rispetto al telaio a momento principale - il che significava che la capacità a taglio, assiale e a momento doveva essere garantita in 2 direzioni nei punti nodali.

Il progetto originale era stato concepito come un sistema in acciaio. Quindi CRAFT stava lavorando con una topologia dell'edificio di tipo acciaio, con l'obiettivo di realizzarne quanta più parte possibile in legno strutturale e legno lamellare.

Sebbene i progetti di collegamento in legno non fossero supportati da IDEA StatiCa, lo strumento era in grado di fornire le forze in uscita in posizioni specifiche dei bulloni. Il team poteva quindi trasferire facilmente questi risultati al proprio foglio di calcolo interno per la progettazione (per le verifiche di portanza dei bulloni conformi alla normativa sul legno) per verificare la distribuzione della forza e poi completare la progettazione strutturale del collegamento.

Questo ha permesso di prototipare rapidamente i collegamenti in IDEA StatiCa – modificando la dimensione dei bulloni, la spaziatura e le disposizioni della matrice, ecc. – e di ottenere facilmente le forze dei bulloni aggiornate da esportare nei nostri fogli di calcolo.