SteelConnection designAISC (USA)Steel-to-timberConnection

Locuință familială în Massachusetts

Insula Martha's Vineyard

CRAFT Engineering Studio a colaborat îndeaproape cu Selldorf Architects la această reședință unifamilială. Proiectul este format din trei clădiri diferite – casa principală, garajul și casa de la piscină. Cu un design arhitectural deschis și un balcon nesusținut, clădirea cu două niveluri a casei principale este amplasată pe o faleză abruptă cu vedere spre ocean, fiind expusă la vânturi puternice, ceea ce a generat numeroase provocări în ceea ce privește proiectarea structurală a sistemelor de preluare a încărcărilor verticale și orizontale. Concepută inițial din oțel, atât clientul, cât și arhitectul și-au dorit trecerea la o soluție predominant din lemn.

Acest articol este disponibil și în

Despre proiect

Folosind REVIT pentru toată documentația tehnică, partajarea exhaustivă a fișierelor CAD și managementul fluxului de lucru, CRAFT a putut valorifica instrumentul (și integrarea sa cu RFEM) pentru a configura modelul lor de structură pe baza analizei structurale.

De asemenea, doriseră să realizeze proiectarea îmbinărilor în RFEM, dar acesta nu era compatibil cu o proiectare de nod atât de complexă. Așa că s-au orientat către IDEA StatiCa.

Oamenii apelează de obicei la SolidWorks sau Fusion 360 pentru a configura propriile calcule. Dar de multe ori ignoră cât timp și efort necesită acest lucru. IDEA StatiCa oferă funcții de modelare pentru fabricație foarte bine definite, precum și îmbinări, alături de flexibilitatea de a crea secțiuni personalizate în ceea ce privește elementele de rigidizare. De asemenea, oferă un sistem perfect pentru efectuarea verificărilor conform codului pentru elementele structurale, permițându-vă să vă concentrați exclusiv pe rezolvarea problemelor de proiectare.

Trevor Chou

Inginer de proiect

Cu o înălțime medie de nivel de 10 ft (3 m), cadrul rigid pe două niveluri este alcătuit din două deschideri de 21 ft (6,4 m) și 14 ft (4,3 m).

Arhitectul a proiectat o structură cu nivel flexibil (soft-story) pentru a lăsa un spațiu complet deschis pentru zona balconului, fără elemente de contravântuire structurală vizibile sau reazeme. Astfel, echipa a trebuit să proiecteze o structură de balcon fără proptire, cu întrerupere termică, pentru care au ales să combine un cadru rigid cu grinzi masive din lemn multi-strat (LVL), intersectate cu grinzi ortogonale de tip flitch, pentru a forma consolele și deschiderile de retur.

Nodul metalic rezultat a fost proiectat pentru a rezista forțelor și momentelor pe cele două axe ortogonale. Inițial, au dorit să folosească un hub central din secțiune tubulară, dar au constatat că acesta nu putea prelua momentele mari din grinda cadrului rigid din cauza rigidității insuficiente în afara planului a pereților secțiunii cutie.

A trebuit să revizuim proiectul. Din fericire, posibilitatea de a vizualiza modul în care forțele pot fi transferate către diferite elemente în IDEA StatiCa ne-a condus către o soluție mai bună. Am decis să optăm pentru un nod cu secțiune cu talpă lată, deoarece acesta asigură o continuitate excelentă pe ambele axe ortogonale și permite o transmitere lină a forțelor între elemente.

Trevor Chou

Inginer de proiect

Nodul metalic a fost reproiectat cu o secțiune cu tălpi late pentru a păstra continuitatea pe ambele axe, asigurând în același timp o transmitere mai directă a forțelor și momentelor către centrul hub-ului.

În plus, elementele de balcon necesitau ca oțelul să treacă continuu prin linia termică a clădirii, așa că echipa a inclus un tampon de întrerupere termică (dintr-un material personalizat) pentru a reduce riscurile de pierdere de căldură și condens.

Au folosit Dlubal RFEM pentru a analiza și proiecta elementele de cadru și IDEA StatiCa pentru a proiecta îmbinări complexe din materiale multiple.

IDEA StatiCa oferă flexibilitatea de a crea materiale personalizate și elemente cu geometrii complexe, precum și șabloane pentru îmbinări lemn-oțel, ceea ce a redus considerabil timpul necesar pentru configurarea modelului.

Trevor Chou

Inginer de proiect

Provocări de inginerie

Provocările din acest proiect au fost numeroase.

După cum am aflat deja, clădirea nu doar că se afla în vârful unei stânci abrupte și trebuia să reziste la vânturi puternice fără pereți de contravântuire sau elemente de contravântuire, dar, pentru a complica și mai mult lucrurile, balconul fără proptire, cu întrerupere termică, a introdus o a doua direcție de proiectare ortogonală față de cadrul rigid principal - ceea ce înseamnă că forfecarea, forța axială și capacitatea la moment trebuiau preluate pe 2 direcții la punctele nodale.

Proiectul original a fost conceput ca un sistem metalic. Așadar, CRAFT lucra cu o topologie de clădire de tip metalic, cu obiectivul de a realiza cât mai mult posibil din aceasta în lemn structural și lemn masiv.

Deși proiectarea îmbinărilor din lemn nu era susținută de IDEA StatiCa, instrumentul a putut furniza forțele rezultate la pozițiile specifice ale șuruburilor. Echipa a putut apoi transfera cu ușurință aceste rezultate în foaia de calcul proprie de proiectare (pentru verificările de presiune de contact pe șurub conforme cu codurile pentru lemn) pentru a verifica distribuția forței și a finaliza apoi proiectarea structurală a îmbinării.

Acest lucru a însemnat că am putut prototipiza rapid îmbinările în IDEA StatiCa – modificând dimensiunea șuruburilor, distanța dintre acestea și configurația grupului etc. – și apoi să obținem cu ușurință forțele revizuite din șuruburi pentru exportul în propriile noastre foi de calcul.