Какви са етапите на проектиране при персонализираната изработка на стоманени конструкции за уникален архитектурен навес?

Превръщане на архитектурен набросък в геометрия, готова за изработка

Уникален покрив рядко постъпва в цеха като напълно измерен и изпълним модел. Първата стъпка при индивидуалното стоманено производство е преобразуването на изразителната повърхностна геометрия в части, които могат да се изрежат, огънат и заварят, без да се наруши първоначалният визуален ефект. За извита покривна конструкция в транзитен хъб дизайнерският екип работи върху каркасна повърхност, която изглеждаше впечатляваща на рендера, но нямаше шевове между панелите, не предвиждаше компенсация за еластичното връщане след огъване и не отчиташе стандартните ширини на листовете. Инженерът по производството разделил повърхността на развиваеми ивици, които можеха да се огънат на листогъбачна машина и извият, без да се налага сложна формовка с матрици. Всяка ивица била разгъната в равна форма, а линиите за огъване били поставени там, където щяха да са най-малко забележими от ъгъла на наблюдение на пешеходците. Тази ранна геометрична рационализация предотврати ситуация, при която цехът щеше да бъде помолен да оформи форма, която е математически гладка, но физически недостижима в стомана. AISC 303, който регулира допуските за архитектурно изложена структурна стомана, препоръчва кривината и стрелата на прогиб да се уговорят преди започване на цеховите чертежи, и този проект стриктно следваше тази насока.

Избор на стоманената сплав и покритието за дългосрочна експлоатация

Изборът на материала за архитектурен навес се определя от повече фактори от просто якостта при опън. Устойчивостта към корозия, възможностите за повърхностна обработка и термичното разширение всички влияят върху това, кой клас се избира за рязане. Неръждаемата стомана често се избира за крайбрежни инсталации, не защото въглеродната стомана не може да бъде достатъчно добре покрита, а защото поддръжката на сложен навес прави повторното боядисване прекалено скъпо. В един случай навесът, планиран за музеен двор, беше променен от боядисана въглеродна стомана на леко пясъчно обработена неръждаема стомана 316L след анализ на цикъла на жизнения цикъл. Премията в цената на материала беше компенсирана в рамките на десет години благодарение на елиминирането на необходимостта от периодично построяване на скелета и повторно покриване. Таблицата по-долу представя типичните компромиси, които възникват, когато архитектът иска както тънък ръбов профил, така и голям размах.

Числата напомнят на спецификациите, че дизайна на навеса не може да се отдели от избора на сплавта и завършващите материали, направен още в началото.

Детайлиране на връзките, които балансират външния вид и здравината

Архитектурен навес привлича вниманието, а публиката вижда всеки възел. Изработката на стоманени елементи по поръчка премества проекта на връзките далеч от типични клипсове към детайли, които или честно изразяват възела, или го скриват зад безшевна повърхност. За навес с формата на сгънато платно и изисквания за архитектурна експозиционна стомана (AESS) връзките са проектирани като вътрешни болтови спойки с машинно обработени разстоятелни пръстени, които поддържат външните панели в идеално подравняване. Болтовете са предварително натегнати според спецификацията на RCSC, въпреки че геометрията на връзката значително се различава от типичната мостова спойка. Това предварително натягане има значение, тъй като всяко микроплъзгане под въздействието на вятър с вдигащо действие в крайна сметка ще стане видимо като стъпало по завършената повърхност. Където достъпът на строителната площадка е ограничен, проектантът преобразува това, което би било пълно проникващо заваряване, в болтова фланцева връзка, която може да се сглоби с ръчни инструменти. Целта при изработката по поръчка е максимално възможно количество заваряване да се извърши в цеха, където условията са контролирани, а на площадката да останат само връзки, които могат да се затегнат и инспектират без използване на стационарни скелета или палатки.

Управление на размерната точност в архитектурно изложена конструкция

Стоманата винаги се движи. Тя се движи при заваряване, при промяна на температурата и когато екипът за монтаж освобождава крана. При навес, който се изпълва над входен площад, несъответствие от една осма инч може да изглежда като груба грешка. Проектните стъпки трябва да вземат предвид натрупването на допуски от стоманолеярницата, цеха за производство и анкерните болтове, вградени в бетона. Един ефективен метод е да се определят няколко „твърди“ контролни точки, където навесът е фиксиран по всички три оси, а останалата част от рамката да има малка свобода на движение чрез продълговати отвори в съединенията. Подложките не са второстепенна подробност. Те са включени в чертежите за монтаж с предвиден диапазон от дебелини. На един проект производителят предварително сглобил целия навес на пода на цеха и използвал лазерен трекер, за да сравни реалната геометрия с BIM модела. Всяко отклонение, по-голямо от половината от зазора на болтовия отвор, задействало корекция, преди стоманата да напусне цеха за строителната площадка. Тази стъпка на предварителна сглобка, въпреки че добавила два дни към графика на цеха, елиминирала поправките на площадката, които били проблем при подобен проект с навес през предишната година.

Инженерно проектиране на крепежа и стратегията за термично разширение

Стоманен навес, прикрепен към бетонна сграда, съществува в два различни термални свята. Ако връзката не позволява диференциално движение, стоманата ще се деформира или анкерните болтове ще бъдат изтеглени. Етапът на проектиране тук включва изчисляване на очакваното термално разширение/свиване въз основа на местните климатични данни и подбор на плъзгащи или продълговати връзки с подходящи размери. За навес, който се простира между историческа зидана стена и нова стоманена колонада, инженерите предоставиха плъзгащо лагерно устройство от ПТФЕ (тефлон) в края при зиданата стена и фиксирана болтова връзка в края при колонадата. Тази конфигурация позволи на навеса да се разширява и свива, без да оказва натиск върху немодернизираната зидана стена. AISC Design Guide 22 предлага прост и ясен метод за оценка на термалното движение и подбор на материали за лагери и беше цитиран директно в структурната документация за одобрение. Детайлът на анкеруването също трябваше да отчете действителното положение на вградените плочи, което полево проучване показа, че е отклонено до половин инч. Вместо да принуждават стоманата да съответства на проекта, производителят достави базови плочи с по-големи размери и с отвори, пробити на място, които съвпадаха с действителното разположение на анкерите. Това малко отстъпление пред реалността запази проекта в графика.

Ролята на предварителната сглобка в магазина при персонализираното производство

Дори когато всеки елемент е изрязан и заварен според чертежа, първият път, когато цялата покривна конструкция се монтира с болтове, не трябва да става на строителната площадка под крана. Предварителната сборка в цеха е стъпката, която потвърждава, че стоманените елементи са подходящи. За покривна конструкция с радиални рамки, които се събират в централна хаб, в цеха бяха изпробвани две пълни секции. Този тест показа, че централният шип на хаба не може да бъде вкаран, без да се завъртят леко рамките извън равнината, тъй като натрупаното свиване от заварките беше изместило болтовите отвори навътре с около 1/16 инч. Решението беше проста ръчна разширена обработка на отворите в хабовата плоча преди нанасяне на защитно покритие. Откриването на този проблем в цеха отне един час. Ако беше открит на височина 40 фута, щеше да отнеме цял ден. Предварителната сборка позволява също така на цеха да провери достъпа до болтовете. Възел, който изглежда добре на компютърен екран, може да се окаже невъзможно да се затегне с динамометричен ключ, ако извита плоча блокира ключа. Часът, прекаран в коригиране на ориентацията на болтовете в модела, се върна многократно.

Дисциплината по проектиране на навеси за индивидуално производство се прилага директно и към други конструктивни системи, които изискват прецизност при променливи условия на строителната площадка. Независимо дали става въпрос за слънчева паркинг-конструкция, която трябва да съвпада с вече монтирани крепежни болтове, или за модулна скелетна кула, която трябва да се сглобява без допълнително пробиване на площадката, прилагат се едни и същи принципи за геометрична рационализация, управление на допуските и предварителна сглобка в цеха. STEEL Shanghai Import & Export Co., Ltd. включва тези практики в своите линии за слънчеви монтажни конструкции и скелета от тип ringlock, което осигурява на продуктите ѝ предсказуемост по отношение на точността на монтажа и крайния вид – качество, от което строителните фирми разчитат, когато сроковете са тесни и времето за строителство е ограничено.