SteelConnection designAISC (USA)Steel-to-timberConnection

Casă de familie în Massachusetts

Insula Martha's Vineyard

CRAFT Engineering Studio a colaborat îndeaproape cu Selldorf Architects la această reședință unifamilială. Proiectul constă în trei clădiri distincte – casa principală, garajul și casa de piscină. Cu un design arhitectural deschis și un balcon nesuportat, clădirea cu două etaje a casei principale este amplasată pe un mal abrupt cu vedere la ocean, expusă la vânturi puternice și introducând numeroase provocări în ceea ce privește proiectarea structurală a sistemelor de rezistență la încărcări verticale și laterale. Conceput inițial în oțel, atât clientul cât și arhitectul au dorit să treacă la o soluție predominant din lemn.

Acest articol este disponibil și în

Despre proiect

Utilizând REVIT pentru toate desenele, partajarea exhaustivă a fișierelor CAD și gestionarea fluxului de lucru, CRAFT a putut valorifica instrumentul (și integrarea sa cu RFEM) pentru a configura modelul structural pe baza analizei structurale.

Doreau, de asemenea, să realizeze proiectarea îmbinărilor în RFEM, însă acesta nu era compatibil cu un proiect de nod atât de complex. Astfel, au apelat la IDEA StatiCa.

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

Trevor Chou

Inginer de proiect

Cu o înălțime medie de etaj de 10 ft (3 m), cadrul cu moment 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 etaj flexibil pentru a lăsa un spațiu complet liber pentru zona balconului, fără contravântuiri sau reazeme vizibile. Astfel, echipa a trebuit să proiecteze o structură de balcon termic izolată și neproptită, pentru care au ales să combine un cadru cu moment cu grinzi principale din lemn stratificat LVL de mare înălțime, intersectate cu grinzi flitch ortogonale, pentru a forma consolele și deschiderile de echilibru.

Nodul metalic rezultat a fost proiectat pentru a prelua forțe și momente pe cele două axe ortogonale. Inițial, s-a dorit utilizarea unui nod central cu secțiune tubulară, însă acesta s-a dovedit incapabil să preia momentele mari din grinda cadrului cu moment, din cauza rigidității insuficiente în planul 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 la o soluție mai bună. Am decis să folosim un profil cu tălpi late ca nod central, deoarece asigură o continuitate excelentă pe ambele axe ortogonale și permite o tranziție lină a forțelor între elemente.

Trevor Chou

Inginer de proiect

Nodul metalic a fost reproiectat cu o secțiune cu talpă lată pentru a asigura continuitatea pe ambele axe, garantând totodată o transmitere mai directă a forțelor și momentelor către centrul nodului.

În plus, elementele balconului necesitau ca oțelul să treacă continuu prin linia termică a clădirii, astfel că echipa a inclus un pad de ruptură termică (dintr-un material personalizat) pentru a reduce riscurile de pierdere de căldură și condensare.

Au utilizat Dlubal RFEM pentru analiza și proiectarea elementelor structurale și IDEA StatiCa pentru proiectarea îmbinărilor complexe în materiale multiple.

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

Trevor Chou

Inginer de proiect

Provocări de inginerie

Provocările acestui proiect au fost numeroase.

Așa cum am aflat deja, clădirea era amplasată pe un promontoriu abrupt și trebuia să reziste la vânturi puternice fără pereți de forfecare sau contravântuiri; în plus, balconul termic izolat și neproptit a introdus o a doua direcție de proiectare ortogonală față de cadrul principal cu moment – ceea ce înseamnă că capacitatea la forfecare, axială și la moment trebuia asigurată în 2 direcții în punctele de nod.

Proiectul inițial a fost conceput ca un sistem metalic. Astfel, CRAFT lucra cu o topologie de clădire de tip metalic, cu obiectivul de a realiza cât mai mult posibil din lemn structural și produse pe bază de lemn.

Deși proiectarea îmbinărilor din lemn nu era suportată de IDEA StatiCa, instrumentul a putut furniza forțele de ieșire în pozițiile specifice ale șuruburilor. Echipa putea apoi transfera cu ușurință aceste rezultate în foaia de calcul internă (pentru verificări de presiune pe gaură conform codului pentru lemn) pentru a verifica distribuția forței și a finaliza proiectarea structurală a îmbinării.

Aceasta a însemnat că am putut prototipa rapid îmbinările în IDEA StatiCa – modificând dimensiunea șuruburilor, distanțele și dispunerile acestora etc. – și să obținem cu ușurință forțele revizuite din șuruburi pentru export în propriile noastre foi de calcul.

Martyn Sheard

Inginer de Proiect Senior

Soluții și rezultate

Finalizată în 2022, locuința unifamilială pe două niveluri din Martha's Vineyard reprezintă un exemplu remarcabil de proiectare arhitecturală și structurală de excepție.

Prin utilizarea software-ului IDEA StatiCa și colaborarea strânsă cu arhitectul, consultantul termic și fabricantul, CRAFT a transformat cu succes un cadru integral metalic într-o soluție hibridă din lemn, reducând cantitatea de oțel necesară și menținând structura clădirii în concordanță cu construcția locală tradițională.

Despre Craft | Engineering Studio

Cu sediul în New York, CRAFT oferă servicii de consultanță în inginerie structurală pentru construcția de proiecte noi (și modificarea celor existente) rezidențiale, comerciale și speciale, în materiale tradiționale și neconvenționale.

Un studio de inginerie structurală vizionar, echipa CRAFT este pasionată de dialogul continuu dintre ingineria structurală și arhitectură. Îmbinând experiența și deschiderea lor cu instrumente computaționale și analitice de top, CRAFT poate oferi clienților săi soluții eficiente, practice și inovatoare pentru proiectarea structurală – ideale pentru arhitecți și proiectanți care caută abordări noi în livrarea serviciilor de inginerie structurală.

În calitate de inginer de proiect, Trevor Chou aduce experiența sa în proiectarea și analiza structurală a clădirilor înalte și a locuințelor comerciale (conform codurilor de construcții din SUA și China) și este pasionat de integrarea cunoștințelor sale de arhitectură și inginerie.

Martyn Sheard este inginer senior de proiect în cadrul firmei și are doisprezece ani de experiență în proiectare și management de proiect pentru o gamă largă de tipuri și scale de proiecte, cu un interes deosebit pentru proiectarea structurilor din lemn masiv.

Martyn Sheard și Trevor Chou au câștigat categoria structuri la scară mică în cadrul IDEA StatiCa Excellence Award 2021, depășind alți 100 de participanți din categoria structurilor la scară mică.