SteelConnection designAISC (USA)Steel-to-timberConnection

Woonhuis in Massachusetts

Martha's Vineyard eiland

CRAFT Engineering Studio werkte nauw samen met Selldorf Architects aan deze eengezinswoning. Het project bestaat uit drie verschillende gebouwen: het hoofdhuis, de garage en het poolhouse. Met een open architectonisch ontwerp en een niet-ondersteund balkon staat het twee verdiepingen tellende hoofdhuis op een steile klif met uitzicht op de oceaan, waardoor het wordt blootgesteld aan hoge windbelastingen en talrijke uitdagingen ontstaan op het gebied van het constructieve ontwerp van de verticale en horizontale draagsystemen. Oorspronkelijk ontworpen in staal, wilden zowel de opdrachtgever als de architect overstappen op een overwegend houten oplossing.

Dit artikel is ook beschikbaar in

Over het project

Door REVIT te gebruiken voor alle tekenwerk, uitgebreide CAD-bestandsdeling en workflowbeheer, kon CRAFT gebruikmaken van de tool (en de integratie ervan met RFEM) om hun constructiemodel te configureren op basis van de constructieve analyse.

Ze wilden ook hun verbindingsontwerp in RFEM doen, maar dat werd niet ondersteund voor zo'n zeer complex verbindingsontwerp. Daarom wendden ze zich tot IDEA StatiCa.

Mensen kiezen meestal voor SolidWorks of Fusion 360 om hun eigen berekeningen te configureren. Maar ze houden vaak geen rekening met hoeveel tijd en moeite dit kost. IDEA StatiCa biedt zeer goed gedefinieerde functies voor productiemodellering en verbindingen, evenals de flexibiliteit om aangepaste secties samen te stellen op het gebied van verstijvende elementen. Daarnaast biedt het een uitstekend systeem voor het uitvoeren van normtoetsingen op staven, waardoor u zich volledig kunt richten op het oplossen van ontwerpvraagstukken.

Trevor Chou

Project Engineer

Met een gemiddelde verdiepingshoogte van 10 ft (3 m) bestaat het tweeverdiepingen tellende momentraamwerk uit twee overspanningen van 21 ft (6,4 m) en 14 ft (4,3 m).

De architect ontwierp een "soft-story"-constructie om een volledig open ruimte te creëren voor het balkongedeelte, zonder zichtbare constructieve schoren of steunen. Het team moest daarom een thermisch onderbroken, ongestutte balkonvloer ontwerpen, waarvoor ze ervoor kozen een momentraamwerk te combineren met diepe multi-LVL houten liggers die kruisten met orthogonale flitch beams om de uitkragingen en achterspanningen te vormen.

De resulterende stalen knoopverbinding werd ontworpen om krachten en momenten in de twee orthogonale assen op te nemen. Aanvankelijk wilden ze een centrale holle koker als knooppunt gebruiken, maar deze bleek niet in staat de hoge momenten van de momentraamwerkligger op te nemen vanwege onvoldoende stijfheid uit het vlak in de wanden van het kokerprofiel.

We moesten het ontwerp herzien. Gelukkig leidde de mogelijkheid om te visualiseren hoe krachten kunnen worden overgedragen naar verschillende staven in IDEA StatiCa ons naar een betere oplossing. We besloten om te kiezen voor een hub met een breedflens-profiel, omdat dit voor grote continuïteit in beide orthogonale assen zorgt en een vloeiende krachtsoverdracht tussen staven mogelijk maakt.

Trevor Chou

Projectingenieur

De stalen verbinding werd opnieuw ontworpen met een breedflensprofiel om continuïteit in beide assen te behouden, terwijl ook een directere overdracht van krachten en momenten naar het midden van het knooppunt werd gewaarborgd.

Bovendien moesten de balkonstaven continu door de thermische lijn van het gebouw lopen, dus het team voegde een thermische onderbrekingsplaat toe (van een aangepast materiaal) om de risico's van warmteverlies en condensatie te verminderen.

Ze gebruikten Dlubal RFEM om de raamwerkstaven te analyseren en ontwerpen, en IDEA StatiCa om ingewikkelde verbindingen in meerdere materialen te ontwerpen.

IDEA StatiCa biedt de flexibiliteit om aangepaste materialen en elementen met complexe geometrieën en templates voor hout-op-staal verbindingen te creëren, wat de tijd die nodig is om het model op te zetten aanzienlijk heeft verminderd.

Trevor Chou

Project Engineer

Technische uitdagingen

De uitdagingen in dit project waren talrijk.

Zoals we al hebben gezien, stond het gebouw niet alleen bovenop een steile klif en moest het hoge windbelasting kunnen weerstaan zonder schuifwanden of schoren, maar om het nog ingewikkelder te maken, introduceerde het thermisch onderbroken, ongestutte balkon een tweede orthogonale ontwerprichting ten opzichte van het hoofdmomentraamwerk - wat betekende dat afschuiving, normaalkracht en momentcapaciteit in 2 richtingen bij de knooppunten moesten worden opgenomen.

Het oorspronkelijke ontwerp was bedacht als een stalen systeem. CRAFT werkte dus met een op staal gebaseerde gebouwtopologie, met als doel zoveel mogelijk hiervan in constructief hout en houtwerk uit te voeren.

Hoewel houtverbindingsontwerpen niet werden ondersteund door IDEA StatiCa, kon de tool wel uitvoerkrachten leveren op specifieke boutposities. Het team kon deze resultaten vervolgens eenvoudig overzetten naar hun eigen ontwerpspreadsheet (voor houtnorm-conforme boutdraagcontroles) om de krachtsverdeling te verifiëren en zo hun constructief ontwerp voor de verbinding af te ronden.

Dit betekende dat we snel prototypes van de verbindingen konden maken in IDEA StatiCa – waarbij we de boutmaat, de tussenafstanden en de rangschikkingen enz. aanpasten – en vervolgens eenvoudig de herziene boutkrachten konden exporteren naar onze eigen spreadsheets.