Uma escada helicoidal
O KF Aerospace Center for Excellence é um verdadeiro museu aeroespacial, apresentando aviões históricos e outras memórias da indústria, mantendo aspectos reais do design aeroespacial em toda a estrutura. Barry Lapointe, fundador da KF Aerospace, deseja que o espaço “use madeira sempre que possível” e “sinta como um avião”. Com esta escada em espiral, nos esforçamos para alcançar essa visão.
Utilizando uma aplicação especial de compósito de madeira e concreto (TCC), a estrutura é composta por CLT duplamente curvo com uma cobertura de concreto em toda a espiral. A adição do concreto fornece a massa necessária para controlar as vibrações no vão livre de 70 pés. A criação de uma ação mista entre o concreto e o CLT aumenta significativamente a rigidez geral da escada, eliminando a necessidade de quaisquer colunas de suporte e mantendo uma estrutura altamente estética que servirá como uma vitrine acolhedora para o Centro.
Design de engenharia
O concreto composto de madeira (TCC) é um sistema estrutural híbrido único que está ganhando adoção mais ampla em estruturas de madeira de maior vão. A madeira laminada cruzada (CLT) é comumente usada como um elemento plano para pisos ou paredes para realizar forças de flexão fora do plano e de diafragma de cisalhamento no plano do elemento.
Para a KF Aerospace, nossos engenheiros estruturais propuseram um conceito de design único: poderíamos conectar os dois níveis de um espaço de museu com uma escada CLT espiral autônoma. Isso impôs desafios estruturais significativos; a forma espiral exige que o CLT dobre e deforme e cria forças em uma combinação de flexão de eixo forte e fraco, bem como torção.
Dobrar madeira e colá-la juntos (GLT) é um método estabelecido em torno de um único eixo, mas dobrar além de torcer o CLT sem cortes requer fabricação altamente complexa, e nossa equipe de engenharia e fabricação iterou usando protótipos em pequena escala em uma infinidade de parâmetros como espessura da laminação, raio de curvatura, taxa de torção e espécie da madeira.
Além da complexidade adicional de fabricação, a escada se estende por 70 pés sem suporte em forma de espiral e é suscetível à excitação dinâmica, uma resposta devido ao passo que tende a governar o projeto das escadas. A cobertura de concreto foi usada para limitar esses efeitos dinâmicos e endurecer a seção transversal geral por meio da ação do TCC, mas também acrescentou uma complexidade significativa ao projeto.
Teste e fabricação
Como esta escada é altamente exclusiva, testes de flexão de laminações foram realizados em nossa oficina para justificar um produto viável desde a fabricação até o serviço. Um gabarito de maquete foi criado para determinar a perspectiva de dobrar e torcer madeira Hem-Fir de várias espessuras.
Uma vez determinada a espessura da laminação, nossa equipe de fabricação criou uma pequena parte de teste da escada para explorar ainda mais nossas opções com o conceito de design inovador. Tivemos que abordar a criação desta escada não apenas do ponto de vista da engenharia, mas também do ponto de vista da construtibilidade (incluindo fabricação e montagem).
À medida que mais testes aconteciam na oficina, nossa equipe interna de engenharia estava ocupada usando nossas descobertas para criar a solução mais viável para o projeto.
Nossos engenheiros trabalharam para superar desafios significativos, como prever o retorno de mola radial e torcional na seção completa com base em valores medidos de espécimes de maquete em pequena escala e entender o fluxo de cisalhamento em uma seção composta de madeira-concreto que foi composta para resistências – e flexão de eixo fraco, o que é muito atípico para aplicações de TCC.
Um plano final para a montagem foi alcançado e, em seguida, a fabricação foi rapidamente. A laje de CLT é composta por três camadas de madeira: duas percorrendo o comprimento da escada em dupla curvatura, com uma camada intermediária intercalada e perpendicular às camadas externas. Uma vez que a laje final foi lixada e acabada, entalhes foram feitos na face superior para permitir a colagem adequada quando a laje de concreto foi derramada no local.
Uma homenagem especial deve ser dada à nossa engenhosa equipe de fabricação de carpinteiros qualificados para realizar um conceito tão inovador.
Instalação
Transporte
Para transportar os segmentos CLT da loja em Abbotsford para o local em Kelowna, um gabarito personalizado foi projetado e construído internamente. Ele apresentava paredes de vigas com placas superiores curvas para imitar a curvatura da escada e garantir que o CLT estivesse nivelado sem esmagar as fibras da madeira.
Preparação no local
A preparação do local incluiu uma série de 8 paredes de até 7m de altura que servem como estrutura de escoramento enquanto a escada estava em construção, além de servir como andaime para fornecer acesso confortável ao longo da altura da escada em todas as etapas de instalação. As paredes das vigas foram projetadas e pré-fabricadas em nossas instalações de Abbotsford e, em seguida, estabelecidas e reforçadas no local para estarem nos locais precisos necessários para instalar os painéis CLT com precisão.
Ereção
Desafiada pelo pequeno espaço disponível no local, a escada foi instalada com diferentes abordagens para cada uma das metades do CLT.
A instalação da metade inferior do CLT foi condicionada pelo 2º andar acima do local final, que não permitia que um guindaste ou manipulador telescópico levantasse o painel de 1 tonelada. Em vez disso, um sistema de cordame foi projetado para ser anexado à estrutura de vigas existente e, em seguida, conectado ao CLT por meio de talhas de corrente ajustáveis que seriam enroladas manualmente. Isso levantou o CLT do gabarito de transporte e colocou-o em sua posição final.
Antes de a segunda metade ser colocada no lugar, a localização dos pontos críticos de conexão com a primeira metade foi pesquisada para garantir um ajuste exato no local da emenda. Quando a segunda metade foi finalmente colocada no lugar com um manipulador telescópico, o trabalho preciso de nossos carpinteiros na oficina e no local valeu a pena, pois todas as três conexões na parte inferior, central e superior se alinharam perfeitamente. Os painéis foram fixados de forma segura com parafusos totalmente rosqueados e placas de aço perfuradas para conectar as duas metades. Em seguida, iniciou-se o trabalho de preparação do sistema Madeira-Concreto-Composto, que incluiu a colocação de fôrmas, vergalhões e fixadores adicionais que amarraram concreto e madeira após a concretagem.
Componentes adicionais da estrutura incluem degraus de escada de madeira laminada e grades perfuradas de metal personalizadas para criar uma bela estrutura para os visitantes interagirem.
Fonte: Structurekraft