ZAUTOMATYZOWANA OBSŁUGA PROJEKTU KONSTRUKCJI STALOWEJ PRZY UŻYCIU PROJEKTOWANIA PARAMETRYCZNEGO

Etap koncepcyjny projektu konstrukcji jest jednym z najbardziej kreatywnych wyzwań inżynierskich. W takim przypadku dynamika zachodzących zmian w geometrii projektowanego obiektu potrafi być bardzo duża. Jednocześnie możliwości analizy i racjonalnej oceny inżynierskiej pozostają ograniczone zarówno czasowo jak i percepcyjnie, szczególnie w konstrukcjach o wysokim stopniu skomplikowania. Z powodu coraz śmielszych wizji architektonicznych i dowolności formy obiektów, projektant konstrukcji często zmaga się z dużym nakładem pracy  i ograniczoną możliwością automatyzacji procesu projektowania. Dlatego też wykorzystanie narzędzi do parametryzacji konstrukcji ma szczególne znaczenie na etapie projektu koncepcyjnego, mając jednocześnie ogromny wpływ na pracę, w kolejnych etapach procesu projektowego.

W zadaniu „Wyzwanie Młodego Inżyniera” przedstawiono wyzwanie projektowe i autorski sposób jego rozwiązania w postaci schematu zarządzania (ang. workflow) geometrią obiektu w sposób parametryczny tzw. ang. Data-Driven Design, łącząc przy tym działanie narzędzi takich jak: arkusz kalkulacyjny,  autorskie skrypty w języku programowania Python oraz Visual Basic oraz projektowe oprogramowania komercyjne dostępne na rynku, a opisanego szerzej w dalszej części (punkt kolejny).

Wyzwanie stanowiło zaprojektowanie konstrukcji zadaszenia oraz konstrukcji nośnej sferycznego pomieszczenia o promieniu 6m nad atrium w kształcie zbliżonym do elipsy o promieniach ok. ~25x32m. Budynek w konstrukcji żelbetowej o wysokości 14m, posiada 3-kondygnacje, a dostęp do sferycznego pomieszczenia miał zostać zapewniony z jednej z kondygnacji. Ze względu na walory estetyczne, istniała potrzeba uniknięcia podpory bezpośrednio pod konstrukcją sfery. Wstępną propozycją było podwieszenie konstrukcji sfery do nieokreślonego wówczas żadną formą przekrycia atrium na której przewidywano pokrycie przy użyciu materiału PTFE.

Wówczas zaproponowano koncepcję skomplikowanej geometrycznie konstrukcji zadaszenia, dla której przedstawiono autorski sposób jej tworzenia dla nieustalonych jeszcze jednoznacznie założeń. W tym celu wykorzystano techniki programowania i projektowania opartego na parametrach z możliwością modyfikacji konstrukcji na każdym etapie procesu projektowego. W opisie pominięto opis dobranych kształtowników ze względu na ich niewielkie znaczenie w opisywanym zadaniu, które równocześnie podlegały parametryzacji w procesie projektowym. Zrealizowano i w efekcie przyjęto (architektonicznie i konstrukcyjnie) zadaszenia o konstrukcji stalowej na bazie elipsoidy, w postaci promieniście zbiegających się wygiętych dźwigarów stalowych (łuków) opartych na wewnętrznym pierścieniu ściskanym oraz na zewnętrznym żelbetowym pierścieniu rozciąganym. Na pierścieniu wewnętrznym podwieszono konstrukcję sali audiowizualnej w kształcie sfery również o konstrukcji stalowej. Podłoga sfery zostanie wykonana w formie rusztu stalowego opartego na ścianach sfery. Na konstrukcji sfery ze względów architektonicznych zgłoszono kolejny wymóg dotyczący triangularyzacji elewacji. Własnym pomysłem było wykorzystanie do tego celu kopuły geodezyjnej na bazie dwudziestościanu zwiększając tym samym powtarzalność elementów elewacji. Podziału dwudziestościanu dokonano zgodnie z aprobatą architektoniczną.  Dwie dodatkowe sfery pełnią jedynie funkcję estetyczną i zostaną wykonane w lekkiej konstrukcji (pokrytej powłoką PTFE). Opisywana konstrukcja na dzień zgłoszenia znajduję się na etapie projektu warsztatowego.

O autorze
Rafał Białozor, doktorant Wydziału Budownictwa, Politechnika Śląska. Założyciel start-up’u rozwijającego zautomatyzowane procesy i narzędzia w projektowaniu konstrukcji. Uczestnik programu akademickiej wymiany międzynarodowej w Ulster University (UK). Zawodowo brał udział w projektach stacji kolejowej w Pekinie, budynku wysokiego w Phnom Penh, czy Centrum Komunikacyjnego w Lublinie. Pasjonat programowania, fizyki i dzikiej przyrody.