Casestudy: Hoe Struct-Sure Limited een huis ontwierp met 18ft hoge glazen ramen

Bij het leren van nieuwe software, ingenieurs verwachten meestal weken te besteden aan het leren en beheersen van de software voordat ze echt efficiënt kunnen worden in het gebruik ervan. Soms, dat is een belemmering om nieuwe software te proberen, vooral als het testproject vrij uniek is met een strakke planning en budget. In het geval van Stuart Agar, hij was in staat om SkyCiv mee te nemen naar een leuk en interessant project met bijna geen downtime. Dit artikel uit het uitgelichte project belicht zijn unieke project en hoe hij DXF-import gebruikte, P-delta en dynamische frequentieanalyse om het project te ontwerpen.

Herontwikkeling van North Yorkshire Farm House, Door Yorkshire, Engeland, UK

Type: Residentieel

Ingenieur: Stuart Agars van Struct-Sure Limited

Struct-Sure Limited is een klein bouwkundig ontwerpbedrijf gevestigd in het noorden van Engeland, die een breed scala aan bouwtechnische diensten leveren in de commerciële sector. Ze zijn ook trots op hun expertise in bouwtechniek en ontwerp van hoge kwaliteit, luxe residentiële en huishoudelijke ontwikkelingen met een verscheidenheid aan materialen, inclusief geconstrueerd hout, structureel geïsoleerd paneel, en Glulam, onder andere. De monteur, Stuart Agars, Directeur van Struct-Sure Limited, heeft meer dan 30 jarenlange ervaring in de bouwtechnische industrie en in het gebruik van diverse structurele engineering software.

Zelfs nadat 30 jaar handberekeningen, verschillende soorten software, Stuart kon SkyCiv oppikken en ontdekte al snel dat het zijn tool voor dit project was: “Struct-Sure ging de markt op om te zoeken naar een nieuwe suite van 3D-analysesoftware in 2017 toen hun huidige softwarelicentie moest worden verlengd. Na grondig producttesten en marktonderzoek hebben we besloten om mee te gaan SkyCiv."

Over het project

Gelegen in het landelijke North Yorkshire in Engeland, het project werd beschouwd als een grote luxe residentiële ontwikkeling. Het begon met de sloop van een traditioneel huis uit de jaren 70, gevolgd door een aangepast ontwerp van nieuw, energiezuinig, eigentijdse woning voorzien van meerdere garages, werkplaatsen en stallen. Al deze elementen zijn ontworpen om dezelfde consistente esthetiek te hebben. Het budget zat rond £ 2 miljoen, inclusief grondkosten. Het ontwerp- en bouwteam bestond uit vijf afzonderlijke partijen, inclusief Struct-sure, dus er moesten veel stemmen worden gehoord tijdens het ontwerp- en bouwproces. In het hoofdgebouw bevindt zich een zwevende tussenverdieping en een stalen wenteltrap met glazen balustrades.

Wat dit project bijzonder uniek maakt, is de "driezijdige beglazing". De glaspanelen die op de projectfoto's worden getoond, zijn de grootste beschikbare beglazingspanelen voor fabricage in Europa, en staan ​​op 5.5 meter (18 voeten) hoog! Deze panelen waren het middelpunt van het ontwerp, maar veroorzaakte ook enkele interessante ontwerpuitdagingen.

Figuur 1: Gevel van de structuur met de beglazing van 5,5 meter.

De uitdaging

Het hoogtepunt van moderne architectonische ontwerpkenmerken, client verzoeken, en de 3-zijdige glaspanelen zorgen voor een aantal interessante structurele uitdagingen, op zijn zachtst gezegd. Alles bij elkaar, deze uitdagingen namen een rudimentair woonproject en zetten het op zijn kop. Het grootste probleem waarmee Stuart te maken kreeg, was toen hij ontdekte dat de hele architecturale set voor de projectset in 2D was gemaakt, zonder 3D-model beschikbaar. Met de complexiteit van het project, het volledig op 2D-tekeningen ontwerpen van de structuur zou een waanzinnige hoeveelheid samenwerking en ontmoetingen hebben betekend.

Qua design, de belangrijkste uitdagingen waren inbegrepen:

• Driezijdige beglazing - vereiste glas-glasverbindingen aan de voorzijde, geveltop & achtergevel. De beglazing moest raamloos worden ontworpen - de opdrachtgever zou geen beglazingskozijnen zien.
• Zichtbare versteviging niet toegestaan - de klant wilde geen belemmeringen bij het uitkijken 5.5m lang ramen. Dit betekende dat stalen frames de enige beschikbare laterale fixatiemethode waren.
• Geen zwaai toegestaan - het stalen moment, of 'zwaaien' frames, mochten niet zwaaien vanwege de beglazingsconstructie. De hoge frameloze glazen panelen beperkten de doorbuiging bijna volledig.
• Kolombeperkingen - Stalen kolommen moesten van zijn "slank" (minimaal) profiel, en bevonden zich terug van de beglazing in de gebouwschil. Dit beperkte de omvang van de beschikbare leden.
• Excentrische buitenlading - Buitenblad metselwerkpanelen werden opgehangen (met excentriciteit) over glazen panelen, waardoor sommige extreme belastingssituaties niet alleen de beglazing veroorzaken, maar de bijgevoegde bovenbouw.
• Geen zichtbare dakgoten of regenwatergoederen - Dit vormde een uitdaging voor samenwerking tussen Stuart en het architectuurteam. Er waren speciale aanpassingen aan de structuur nodig om ruimte te bieden voor het verbergen / opslaan van deze kenmerken binnenin.
• Beperkingen op de bovenste verdieping - De bovenverdieping moest er van zijn "slank" profiel gezien vanuit de dubbelhoge leefruimte eronder, en geen down-stand balken waren toegestaan. De resulterende oplossing was om het volledige verhoogde vloermembraan van de dakconstructie te overhandigen.

Figuur 2: Zwevende verhoogde vloer opgehangen aan stalen dak met stalen buizen.

Hoe het is ontworpen

Stuart gebruikte SkyCiv Structural 3D het stalen frame van het gebouw modelleren en analyseren. Hij modelleerde één richting van het gebouw als een verstevigde structuur, inclusief beugels alleen op locaties waar de beglazing niet aanwezig was. De andere richting - voornamelijk bestaande uit beglazing - is ontworpen met behulp van een reeks momentframes met volledig vaste basisverbindingen. Beide frames zijn gemodelleerd met behulp van de verschillende tools die beschikbaar zijn in Structural 3D, terwijl u profiteert van de beschikbare end fixity presets. Lineaire statische analyse werd aanvankelijk voor dit project gebruikt, Terwijl de P-Delta-analyse werd uitgevoerd als een methode voor het controleren van de achterkant. Nadat het project was ontworpen, SkyCiv vrijgegeven Dynamische frequentieanalyse naar het platform; Stuart is van plan deze functie in zijn volgende ontwerp te gebruiken.

De slanke en zwevende esthetiek van de bovenverdieping betekende dat niet meer dan 200 mm (8 inches) van totale dikte, inclusief afwerkingen, was toegestaan. De daaropvolgende hangende stalen buizen zijn ontworpen als leden die alleen op spanning staan ​​met die instelling in Structural 3D. Een van de interessantere ontwerpstukken van dit project was de verbinding tussen de ronde kolommen aan de binnenkant en de stalen kanalen die de beglazing ondersteunden. Wat Stuart bedacht, was een modulaire verbinding die geprefabriceerd was voordat deze naar de site werd gestuurd. Zie figuur 3 voor het hoekverbindingsdetail.

Figuur 3: Unieke verbinding tussen CHS-kolommen en uitwendige kanaalbalken.

Hoe SkyCiv hielp

Draagbaarheid, 3D Samenwerking, en DXF-bestand importeren

Om het meest flagrante probleem van het ontbreken van een 3D-model te verhelpen, Stuart modelleerde de structuur in combinatie met de bouwkundige tekeningen in Structural 3D. Hierdoor konden hij en de rest van het ontwerpteam de structuur niet alleen vanuit het perspectief van een constructeur visualiseren, maar vanuit het perspectief van een aannemer en architect. Dit heeft de ontwerpvergaderingen en vervolgens het ontwerpproces drastisch versneld, bespaart de klant tijd en geld op het project. Dankzij het feit dat SkyCiv cloudgebaseerd is, hij kon het model rechtstreeks naar de architect en opdrachtgever brengen. Hij was ook in staat om een ​​vliegende start te maken met een deel van de complexe geometrie door profiteren van de DXF-importtool die beschikbaar is in Structural 3D, bespaart hem nog meer tijd in het modelleringsproces.

Dit is wat Stuart te zeggen had over de rol van het 3D-model in het project:

" Het was moeilijk voor het team om het frame te detailleren zonder een 3D-model. Met behulp van SkyCiv Structural 3D was ik in staat om zeer snel een voorlopig 3D-model in SkyCiv te produceren en het gerenderde model in de zeer vroege stadia van het project aan het team te presenteren. Zonder de mogelijkheid om snel het 3D-model te bouwen voor de eerste ontwerpteamvergadering, het project zou aanzienlijk langer in de ontwerpfase zijn gebleven dan het deed, aangezien elk lid van het team 2D-tekeningen aan elkaar had moeten produceren ter goedkeuring. Als ontwerpteam konden we het model tijdens de bijeenkomst openen, draai het rond, en bespreek alle complexe gebieden."

Het model had ook enkele voordelen voor de staalleverancier en -bouwer:

"De leverancier en monteur van staalwerk zou het SkyCiv-model kunnen gebruiken om: "Knooppunt uit" zijn verbindingen en bespreken hoe hij de zeer complexe staalverbindingen het liefst zou willen lassen en bouten - dit proces was de echte sleutel tot het project."

Het modelleren van de structuur bespaarde hem niet alleen tijd tijdens zijn analyse en ontwerp, het hielp het hele projectteam.

Figuur 4: De SkyCiv structurele 3D-weergave van het project. Dit versnelde het ontwerpproces en maakte samenwerken een fluitje van een cent.

Gemakkelijk te leren en kosteneffectief

Stuart had niet verwacht dat hij zo snel mogelijk efficiënt zou worden met het SkyCiv-softwareplatform. Ingenieurs zijn gewend geraakt aan moeilijk te leren software die uren en uren aan leren en opstarttijd vereist. Meestal is er geen proefperiode en zijn de kosten van de software te hoog, daarom creëerde een barrière voor sommige ingenieurs die het zelfs probeerden. Deze combinatie van tijd en geld leidt ertoe dat ingenieurs vastlopen met software die ze altijd hebben gebruikt, simpelweg omdat het niet de moeite waard is om een ​​nieuwe te leren. Hierop volgend, dit ontmoedigt innovatie.

"Commercieel, SkyCiv is zakelijk gezien zinvol voor ons bedrijf. De maandelijks abonnement voor SkyCiv trok me in eerste instantie aan, in plaats van vooraf een grote som te betalen. Toen ik SkyCiv Structural 3D testte, Ik vond het heel gemakkelijk te gebruiken (en door een afstandsschot). Het was gemakkelijk het meest intuïtieve pakket om te leren; het is bijzonder eenvoudig om het 3D-model te bouwen en knooppunten te definiëren, leden, ondersteunt, materialen, secties, pas dan ladingen toe & combinaties. Ook, Ik volgde het SkyCiv YouTube-kanaal als ik niet zeker wist hoe ik moest bouwen, manipuleer of wijzig mijn model."

Wil je SkyCiv proberen? Ga vandaag nog gratis aan de slag!