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Casa unifamiliar em Massachusetts

Ilha de Martha’s Vineyard

A CRAFT Engineering Studio trabalhou em estreita colaboração com a Selldorf Architects nesta residência unifamiliar. O projeto é composto por três edifícios distintos – a casa principal, a garagem e a casa da piscina. Com um desenho arquitetónico aberto e uma varanda em consola, o edifício de dois pisos da casa principal assenta num penhasco escarpado com vista para o oceano, ficando exposto a ventos fortes e introduzindo numerosos desafios em termos do projeto estrutural dos sistemas resistentes às ações verticais e laterais. Concebido inicialmente em aço, tanto o cliente como o arquiteto desejaram avançar para uma solução predominantemente em madeira.

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Sobre o projeto

Utilizando o REVIT para toda a elaboração de desenhos, a partilha exaustiva de ficheiros CAD e a gestão do fluxo de trabalho, a CRAFT conseguiu tirar partido da ferramenta (e da sua integração com o RFEM) para configurar o seu modelo estrutural com base na análise estrutural.

A equipa também queria realizar o projeto de ligações no RFEM, mas este não suportava um projeto de junta tão complexo. Por isso, recorreram ao IDEA StatiCa.

As pessoas geralmente recorrem ao SolidWorks ou Fusion 360 para configurar os seus próprios cálculos. Mas frequentemente ignoram quanto tempo e esforço isso exige. O IDEA StatiCa fornece funções de modelação de fabrico e ligações muito bem definidas, bem como a flexibilidade para criar secções personalizadas em termos de elementos de enrijecimento. Também oferece um sistema perfeito para realizar verificações normativas em elementos estruturais, permitindo que se concentre apenas na resolução de problemas de projeto.

Trevor Chou

Engenheiro de Projeto

Com uma altura média de piso de 10 pés (3 m), o pórtico de momento de dois pisos é composto por dois vãos de 21 pés (6,4 m) e 14 pés (4,3 m).

O arquiteto projetou uma estrutura de "soft-story" (piso flexível) para deixar um espaço completamente aberto na zona da varanda, sem contraventamentos ou apoios estruturais visíveis. Assim, a equipa teve de projetar uma estrutura de varanda sem escoramento e com corte térmico, para a qual optaram por combinar um pórtico de momento com vigas de madeira laminada multi-LVL de grande altura, intersectadas com vigas "flitch" ortogonais, formando as consolas e os vãos adjacentes.

A junta nodal de aço resultante foi projetada para resistir a forças e momentos nos dois eixos ortogonais. Inicialmente, pretendiam utilizar um núcleo central de secção tubular, mas verificou-se que este não conseguia resistir aos elevados momentos provenientes da viga do pórtico de momento devido à rigidez insuficiente fora do plano nas paredes da secção tubular.

Tivemos de rever o projeto. Felizmente, a capacidade de visualizar como as forças podem ser transferidas para diferentes elementos no IDEA StatiCa levou-nos a uma solução melhor. Decidimos optar por um nó em perfil de abas largas, pois cria uma grande continuidade em ambos os eixos ortogonais e permite uma transição suave de forças entre elementos.

Trevor Chou

Engenheiro de Projeto

A junta de aço foi reprojetada com uma secção de aba larga para preservar a continuidade em ambos os eixos, garantindo simultaneamente uma transmissão mais direta das forças e momentos para o centro do núcleo.

Além disso, os elementos da varanda exigiam que o aço passasse continuamente através da linha térmica do edifício, pelo que a equipa incluiu uma almofada de corte térmico (feita de um material personalizado) para reduzir os riscos de perda de calor e condensação.

Utilizaram o Dlubal RFEM para analisar e projetar os elementos estruturais e o IDEA StatiCa para projetar ligações complexas em múltiplos materiais.

IDEA StatiCa tem a flexibilidade de criar materiais e elementos personalizados com geometrias complexas e modelos para ligações madeira-aço, o que reduziu significativamente o tempo necessário para configurar o modelo.

Trevor Chou

Engenheiro de Projeto

Desafios de engenharia

Os desafios neste projeto foram muitos.

Como já vimos, além de o edifício estar situado no topo de uma falésia escarpada e precisar de resistir a ventos fortes sem paredes de contraventamento ou escoras, para complicar ainda mais as coisas, a varanda sem escoramento e com corte térmico introduziu uma segunda direção de projeto ortogonal ao pórtico de momento principal - o que significa que a capacidade de corte, axial e de momento tinha de ser resistida em 2 direções nos pontos nodais.

O projeto original foi concebido como um sistema em aço. Assim, a CRAFT estava a trabalhar com uma topologia de edifício do tipo aço, com o objetivo de realizar o máximo possível em madeira estrutural.

Embora o projeto de ligações em madeira não fosse suportado pelo IDEA StatiCa, a ferramenta conseguiu fornecer as forças de saída em posições específicas dos parafusos. A equipa pôde então transferir facilmente estes resultados para a sua folha de cálculo interna de projeto (para verificações de esmagamento de parafusos conforme a normalização da madeira), de modo a verificar a distribuição da força e, em seguida, concluir o projeto estrutural da ligação.

Isto permitiu-nos criar rapidamente prototípagens das ligações no IDEA StatiCa – alterando o tamanho dos parafusos, o espaçamento e as disposições em matriz, etc. – e, em seguida, obter facilmente as forças revistas nos parafusos para exportação para as nossas próprias folhas de cálculo.