Este museu de 29.200 pés quadrados fica no antigo leito ósseo de dinossauro Pipestone Creek, perto de Grande Prairie, Alberta. O projeto apresenta uma cobertura geometricamente complexa, sustentada por vigas e escoras de madeira expostas que foram desenhadas como uma referência metafórica aos ossos de dinossauros que povoam o museu.
Desde o início, o arquiteto manifestou o desejo do uso da madeira até nas conexões para representar esses ossos de forma mais realista e proporcionar um esqueleto visualmente inspirador.
Desafio
A análise inicial dos custos do esquema da madeira parecia demasiado dispendiosa. Foi considerada uma alternativa totalmente em aço, porém a opção em madeira ainda pareceu mais atraente para se adequar à natureza orgânica da estrutura. Usar madeira pesada para os membros de suporte seria bastante simples, mas devido à geometria complexa e aos ângulos variados, o problema passou a ser os “nós” estruturais, os pontos de intersecção de conexão desses membros. amarrar perfeitamente a estrutura para apoiar a intenção arquitetônica? Uma grande conexão de aço não funcionaria visualmente, mas como seria possível conectar até 8 grandes membros retangulares de madeira lamelada (até 1,6 m de profundidade) em vários ângulos 3D, com estruturas pesadas? forças e ter sucesso visualmente?
Uma das ideias que surgiu na conversa com o arquitecto foi permitir que a forma reflectisse a extensão natural de cada um dos membros na junta.
A ideia inicial era esculpir o nó a partir de uma enorme peça de madeira, mas os tamanhos e custos necessários associados a esta opção deixaram claro que isso não seria viável. A StructureCraft optou por dividir esses nós enormes e complexos em peças 2D viáveis e, posteriormente, laminá-los para formar a geometria final. Seria como a impressão 3D, exceto pelo uso de camadas de madeira compensada. As formas foram “estampadas” usando uma máquina CNC em folhas comuns de compensado de 4’x8′, dispostas para minimizar o desperdício.
Através do trabalho iterativo com o arquiteto, o nó foi moldado de forma a respeitar a forma desejada e manter o tamanho dentro das restrições do elemento.
Embora isso resolvesse o problema da arquitetura geométrica, os engenheiros da StructureCraft e da Fast+Epp precisaram então explorar a outra grande questão – como poderia ser analisada a capacidade estrutural desta conexão complexa?
O projeto apresenta uma cobertura geometricamente complexa, sustentada por vigas e escoras de madeira expostas que foram desenhadas como uma referência metafórica aos ossos de dinossauros que povoam o museu.
Engenharia e Modelagem
Tente analisar uma forma 3D gigante feita de camadas de materiais ortotrópicos e não homogêneos colados e 80 parafusos, todos em ângulos e comprimentos diferentes… não confiável, mesmo que possível, usando o software de elementos finitos mais recente!Estes nós foram um empreendimento inovador na engenharia de ligações de madeira, tendo um comportamento estrutural único. Com tamanha complexidade, isso claramente exigia análises e testes mais cuidadosos.
Para examinar a capacidade de resistência e os mecanismos de falha dos nós, foram realizados testes na oficina utilizando vigas feitas de camadas construídas de compensado, coladas e grampeadas de maneira semelhante à composição dos nós. Ao testar com e sem reforço de parafuso, puderam ser deduzidos parâmetros de tensão que poderiam informar a análise estrutural dos próprios nós. Parafusos de até 19 mm de diâmetro e 1.200 mm de comprimento foram usados de forma “suporte e amarração”, muito parecido com vergalhões em concreto.
Fabricação
Enquanto isso, a equipe de projeto/construção ainda tinha que enfrentar a questão de como fazer esses enormes nós de maneira eficiente e econômica. Eles precisariam depender fortemente de software de modelagem 3D para otimização, colocação de parafusos e controle de qualidade.
Para começar, a geometria dos membros foi inserida no Rhino 3D. Para agilizar a análise e modelagem dos nós, foram criados scripts que automatizaram o desenvolvimento virtual de cada nó com seus correspondentes perfis de camadas de compensado. Cada camada perfilada 2D de cada nó era única e multifacetada, portanto o CNC era o método óbvio de fabricação. Grasshopper, um plugin de modelagem algorítmica para Rhino, impulsionou esse processo criando um verdadeiro paradigma de design de fabricação digital.Os nós maiores precisavam ter mais de 1.500 mm de altura por 2.400 mm de largura, sendo feitos com cerca de 180 peças CNC. Cada peça de 16 mm de espessura foi limitada em parte pelo tamanho padrão da folha de compensado de 4’x8′. A otimização foi feita para que o layout do total de 1.250 peças para CNC pudesse ser feito com 250 folhas de compensado. Cada peça precisava de seu próprio número de nó global, bem como do número da peça relativo à sua posição no nó.
Mas uma vez fabricadas essas camadas, como elas seriam indexadas e posicionadas com precisão umas em relação às outras? A automação 3D também incluiu furos pequenos e bem posicionados em cada camada que permitiriam a instalação de cavilhas de madeira com 150 mm de comprimento para que as camadas pudessem ser empilhadas umas sobre as outras com precisão.
Depois de concluída a montagem da camada, o passo mais complicado ainda está por vir – como instalar até 80 parafusos de reforço com precisão e sem colidir com outros parafusos e recortes? Conforme observado acima, cada extensão de nó possuía parafusos de reforço diagonais com diferentes orientações e tamanhos.
A instalação dos parafusos acabou sendo uma estreita colaboração entre o chão de fábrica e o nosso modelo 3D, sendo o modelo utilizado para localizar cuidadosamente cada parafuso.
Ao longo de todo esse processo de fabricação, foram realizadas revisões de engenharia e extenso monitoramento de controle de qualidade para garantir que as tolerâncias fossem atendidas para o nó geral, bem como para cada extensão do nó ao qual as vigas e escoras seriam posteriormente fixadas.
Instalação
Postes de aço temporários seguravam os nós na direção z enquanto x e y eram ajustados com os tirantes. Os nós precisavam ser colocados com precisão no espaço 3D para que a montagem ocorresse sem problemas. Depois que o nó foi colocado com segurança, as vigas e escoras associadas foram fixadas a cada extensão do nó. Foi um prazer ver o kit de peças se encaixando perfeitamente!