Familiehuis in Massachusetts

Over het project

Door REVIT te gebruiken voor alle tekenwerk, het uitputtend delen van CAD-bestanden en het beheer van de workflow, kon CRAFT gebruik maken van de tool (en de integratie met RFEM) om hun constructiemodel te configureren op basis van de structurele analyse.

Ze hadden hun verbindingsontwerp ook in RFEM willen doen, maar dat werd niet ondersteund voor zo'n uiterst complex ontwerp. Dus wendden zij zich tot IDEA StatiCa.

Mensen gebruiken meestal SolidWorks of Fusion 360 om hun eigen berekeningen te maken. Maar ze realiseren zich vaak niet hoeveel tijd en moeite dat kost. IDEA StatiCa biedt echt goed gedefinieerde functies voor fabricage-modellering en verbindingen, evenals de flexibiliteit om aangepaste secties te maken in termen van verstijvingselementen. Het biedt ook een perfect systeem voor het uitvoeren van code-controles op constructiedelen, zodat u zich gewoon kunt concentreren op het oplossen van ontwerpproblemen.

Trevor Chou

Project Engineer – CRAFT Engineering Studio

Verenigde Staten

Met een gemiddelde verdiepingshoogte van 3 m (10 ft) bestaat het moment frame met twee verdiepingen uit twee overspanningen van 6,4 m (21 ft) en 4,3 m (14 ft).

De architect ontwierp een "zachte" constructie om een volledig open ruimte over te laten voor het balkongedeelte zonder duidelijke structurele verstevigingen of steunen. Het team moest daarom een thermisch onderbroken, niet geprofileerde balkonframe ontwerpen, waarvoor zij kozen voor een combinatie van een moment frame met diepe Multi-LVL houten liggers, doorsneden door orthogonale spanten om de uitkragingen en achteroverspanningen te vormen.

De resulterende stalen knooppuntverbinding werd ontworpen om krachten en momenten in de twee orthogonale assen te weerstaan. Aanvankelijk wilde men een centraal naafgedeelte met een holle doorsnede gebruiken, maar men kwam tot de conclusie dat dit niet in staat was om de hoge momenten van het moment frame te weerstaan, omdat de wanden van de kokerprofielen onvoldoende stijfheid buiten het vlak hadden.

We moesten het ontwerp opnieuw bekijken. Dankzij de mogelijkheid om in IDEA StatiCa te visualiseren hoe krachten kunnen worden overgebracht op verschillende staven, kwamen we gelukkig tot een betere oplossing. We hebben gekozen voor een naaf met een brede flens, omdat dit een grote continuïteit creëert in beide orthogonale assen en een soepele krachtoverbrenging tussen de leden mogelijk maakt.

Trevor Chou

Project Engineer – CRAFT Engineering Studio

Verenigde Staten

De stalen verbinding werd opnieuw ontworpen met een brede flenssectie om de continuïteit in beide assen te behouden en tevens te zorgen voor een directere overdracht van krachten en momenten naar het midden van de naaf.

Bovendien moest het staal van de balkonelementen voortdurend door de thermische lijn van het gebouw lopen, zodat het team een thermische onderbrekingslaag (van aangepast materiaal) aanbracht om het risico van warmteverlies en condensatie te beperken.

Ze gebruikten Dlubal RFEM voor de analyse en het ontwerp van de spanten en IDEA StatiCa voor het ontwerp van ingewikkelde verbindingen in meerdere materialen.

IDEA StatiCa heeft de flexibiliteit om aangepaste materialen en elementen te maken met complexe geometrieën en sjablonen voor hout-op-staalverbindingen, waardoor de tijd die nodig is om het model op te zetten aanzienlijk wordt verkort.

Trevor Chou

Project Engineer – CRAFT Engineering Studio

Verenigde Staten

Technische uitdagingen

Er waren veel uitdagingen in dit project.

Zoals we reeds hebben ondervonden, bevond het gebouw zich niet alleen op de top van een steile helling en moest het sterke wind kunnen weerstaan zonder dwarswanden of verstevigingen, maar om het nog ingewikkelder te maken, vormde het thermisch onderbroken balkon zonder versteviging een tweede orthogonale ontwerprichting ten opzichte van het hoofdmomentframe - wat betekent dat de afschuif-, axiale en momentcapaciteit in twee richtingen op de knooppunten moest worden weerstaan.

Het oorspronkelijke ontwerp was opgezet als een stalen systeem. CRAFT werkte dus met een staal-achtige gebouwtopologie met de bedoeling om zoveel mogelijk in hout uit te voeren.

Hoewel houtverbindingsontwerpen niet door IDEA StatiCa werden ondersteund, kon de tool wel de uitvoerkrachten op specifieke boutposities leveren. Het team kon deze resultaten vervolgens gemakkelijk overbrengen naar hun interne ontwerpspreadsheet (voor controles van de houtconforme boutlagering) om de verdeling van de kracht te verifiëren en vervolgens hun constructieontwerp voor de verbinding te voltooien.

Dit betekende dat we snel een prototype van de verbindingen in IDEA StatiCa konden maken - waarbij we de boutgrootte, afstand en array-opstelling konden wijzigen - en vervolgens gemakkelijk de herziene boutkrachten naar onze eigen spreadsheets te exporteren.

Martyn Sheard

Senior Project Engineer – CRAFT Engineering Studio

Verenigde Staten

Oplossingen en resultaten

De twee verdiepingen tellende eengezinswoning in Martha's Vineyard, die in 2022 klaar moet zijn, is een prachtig voorbeeld van superieur architectonisch en bouwkundig ontwerp.

Door het gebruik van de IDEA StatiCa software en de nauwe samenwerking met de architect, de thermische adviseur en de fabrikant, is CRAFT erin geslaagd om een volledig stalen frame om te zetten in een hybride houten oplossing, waardoor er minder staal nodig is en de structuur van het gebouw in overeenstemming blijft met de traditionele lokale bouw.

Over Craft | Engineering Studio

CRAFT, gevestigd in New York City, geeft bouwkundig advies voor nieuwbouw (of verbouwing) van residentiële, commerciële en speciale projecten waarbij gebruik wordt gemaakt van traditionele en niet-traditionele materialen.

Het CRAFT-team is een visionair ingenieursbureau dat gepassioneerd is door het voortdurende gesprek tussen bouwkunde en architectuur. Door hun ervaring en open geest te combineren met de modernste calculatie- en analyse-instrumenten, is CRAFT in staat om hun klanten efficiënte, praktische en innovatieve oplossingen te bieden voor constructief ontwerp - perfect voor architecten en ontwerpers die op zoek zijn naar nieuwe benaderingen voor de constructie van gebouwen.

Als Project Engineer brengt Trevor Chou zijn ervaring in het uitvoeren van structureel ontwerp en analyse voor hoogbouw en commerciële huisvesting ( volgens Amerikaanse en Chinese bouwnormen) en is gepassioneerd over het integreren van zijn kennis van architectuur en bouwkunde.

Martyn Sheard is Senior Project Engineer bij het bureau en heeft twaalf jaar ervaring in ontwerp en projectmanagement in een groot aantal verschillende projecttypes en -schalen, met een bijzondere interesse in de engineering van massahoutconstructies.

Martyn Sheard en Trevor Chou zijn de winnaars geworden van de categorie kleinschalige constructies in de IDEA StatiCa Excellence Award 2021. Zij wonnen van 100 andere inzenders in de categorie kleinschalige constructies.