W starym kamieniołomie pod Göteborgiem powstaje zaawansowana i ciekawa pod względem architektonicznym konstrukcja. Przyciągający wzrok obiekt o złożonym kształcie oraz hybrydowdowej ramie stanowiła dla inżynierów ProDesign nie lada wyzwanie. Przy pomocy FEM-Design połączenie elementów z betonu, stali oraz drewna zostały zaprojektowane w taki sposób, aby otrzymać wysoce trwałą i solidną konstrukcje.
W starym kamieniołomie w Mölnlycke, na południe od Göteborga, budowany jest Lakehouse, bajkowy twór zaprojektowany przez znaną na całym świecie firmę architektoniczną Snøhetta oraz przy udziale miejskiego dewelopera Next Step Group. Dzięki zaokrąglonemu kształtowi i spadzistemu dachowi budynek w naturalny sposób wtapia się w otaczające środowisko naturalne.
Firma inżynierska ProDesign była odpowiedzialna za projekt konstrukcyjny Lakehouse, od etapu planowania po rysunki wykonawcze.
„Specjalizujemy się w konstrukcjach prefabrykowanych, które tradycyjnie były wykonane ze stali i betonu”.
– mówi Lars Rettne, kierownik techniczny projektu w firmie ProDesign.
„Aktualnie rośnie zainteresowanie drewnem klejonym krzyżowo CLT w większych konstrukcjach, a Lakehouse to hybryda składająca się z betonu, stali i drewna”.
Oszczędność czasu dzięki modelowaniu bezpośrednio w FEM-Design
Materiały w konstrukcji hybrydowej wzajemnie się uzupełniają, tworząc solidne rozwiązanie o wysokich walorach estetycznych. Niższe poziomy są wykonane z betonu i stali, klatka schodowa wykonana jest z betonu, natomiast górne części są drewniane z widocznymi belkami CLT.
Inżynierowie zamodelowali zaawansowaną konstrukcję bezpośrednio w FEM-Design.
„Jest to po prostu bardzo wydajne przez co oszczędzamy cenny czas”, mówi Lars. „Wykonawca prefabrykatów wraz z nami często wchodzi do projektu na późnym jego etapie, gdy część prac związanych z fundamentami jest już w toku. W takiej sytuacji należy jak najszybciej oszacować obciążenia fundamentu. Dlatego modelujemy strukturę hybrydową bezpośrednio w FEM-Design, aby móc szybko dostarczyć wynik obliczeń”.
Zaawansowana geometria doprowadziła nas do nowych rozwiązań
W większości przypadków budynki mają kształt prostokąta, a inżynierowie ProDesign dobrze wiedzą, jak taki budynek zachowuje się pod wpływem różnych obciążeń. W tym budynku, z jego nietypowym kształtem i skomplikowaną geometrią, doświadczenie inżynierskie nie jest łatwe do zastosowania. Inżynierowie musieli zacząć myśleć w nowy sposób.
„Byliśmy w stanie uważnie zbadać w modelu, jak obciążenia wpływają na różne materiały oraz ich połączenia…”, podkreśla Lars, „…byłoby to trudne, gdybyśmy nie mieli środowiska obliczeniowego FEM-Design, w którym zbudowaliśmy większy model aby zrozumieć, w jaki sposób budynek zachowuję się pod zadanym obciążeniem”.
Inżynierowie podzielili również duży model na mniejsze części, aby szczegółowo zbadać obciążenia i ich efekty. Kluczowe elementy zostały zaprojektowane w oprogramowaniu i rozmieszczone w całej konstrukcji, aby zapewnić ciągłość i stabilność konstrukcji. Takie rozwiązanie ułatwia również produkcję w fabryce, ponieważ części mają tę samą geometrię.
Lakehouse – hybrydowa konstrukcja – wizualizacja architektoniczna
Wyzwania związane z połączeniami między trzema różnymi materiałami
Dużym wyzwaniem w projekcie było to, że połączenia między trzema różnymi materiałami nie są w pełni znormalizowane i że można je łączyć na wiele różnych sposobów.
„Chodziło o zaprojektowanie odpowiedniego rodzaju połączenia, które jest również najlepszym praktycznym rozwiązaniem w konkretnym przypadku, zwłaszcza w miejscach,
w których beton, stal i drewno łączą się, aby móc wytrzymać przyłożone obciążenia”.
Kolejnym problemem, który należało rozwiązać, była liczba potrzebnych połączeń między trzema rodzajami materiałów.
„Mamy kontrolę nad wszystkimi obciążeniami i połączeniami w jednym modelu. Łatwo jest przejść do wyniku obliczeń, zobaczyć, jak duże są siły w określonym przekroju i odpowiednio zaprojektować połączenie”.
W pracach projektowych inżynierowie wykorzystali nowy moduł CLT do drewna klejonego w FEM-Design. Fakt, że jest to nowa funkcja w oprogramowaniu nie wpłynęła na przebieg pracy
w projekcie.
„Od razu poczuliśmy się jak w domu używając moduł będącym częścią środowiska użytkownika FEM-Design i szybko staliśmy się produktywni”, mówi Lars.
Dzięki FEM-Design praca inżynierów ProDesign ze skomplikowaną konstrukcją dała dużą dokładność.
„Korzyścią dla klienta jest oszczędność materiału, na przykład przy mniejszej liczbie połączeń w porównaniu z ręcznymi obliczeniami”.
Praca z zaawansowaną geometrią Lakehouse w środowisku obliczeniowym FEM-Design dała jasne wyniki. Szczególnie te związane z połączeniami między betonem, stalą i drewnem, gdzie wyniki analizy i projekt tworzą solidną konstrukcję. Ta hybrydowa konstrukcja będzie bezpieczna dla wszystkich użytkowników, którzy na co dzień przebywają w tym niezwykle pięknym otoczeniu.
Lakehouse – hybrydowa konstrukcja
Autor: Love Janson
Zdjęcia: Next Step Group