Využití skriptování při projektování ocelové konstrukce zastřešení obchodního centra BORY MALL

• Foto

Zastřešení pasáží je tvořeno rámy s příhradovou příčlí. Viz typický příčný řez. Výška příčle byla omezena na 1,2 m. To spolu s velkými světlíky v křížení pasáží vedlo k tomu, že musely být lokálně navrženy plnostěnné nosníky komorového průřezu.

Půdorysný rozsah pasáží je značně nepravidelný. Při celkové ploše zastřešení pasáží, která činí téměř 10 000 m² toto zadání generuje téměř 200 unikátních příhradových rámů. Ručně nakreslit všechny příhradové příčle by bylo značně zdlouhavé. Byl tedy využit software Rhino 3D v5.0, který nabízí jednoduše použitelné programovací rozhraní Grasshopper.

Zadaná úloha se totiž dokonale hodí k využití parametrizace. Celková výška příhradové příčle byla daná, stejně tak i výška rámu. Polohy sloupů byly určeny železobetonovou konstrukcí parapetu. Vzdálenost příčných vazeb byla daná maximálním rozpětím použitého trapézového plechu. Po rozdělení půdorysu na příčné vazby a odsouhlasení jejich poloh architektem, byly známy polohy sloupů a tím i všechny okrajové podmínky pro návrh rámů. Jednotlivé rámy pak byly rozděleny do skupin podle rozpětí a byly vypočteny dimenze profilů. Konstrukce pak byla vymodelována pomocí skriptu v rozhraní Grasshopper. To umožňuje programovat bez znalosti programování. Stačí zde pospojovat standardní funkce programu a po vložení souboru se souřadnicemi sloupů skript vygeneruje rámy i s příhradovými příčlemi. Je možné takto přiřadit i profily a vytvořenou geometrii pak rovnou exportovat přes ifc soubor například do programu Tekla Structures a do výpočetního SW.

Danou metodou bylo zcela vytvořeno sedm z dvanácti dilatačních celků zastřešení pasáží, u zbylých pěti dilatací byly generovány rámy jen pro část dilatace. Časová úspora práce oproti ručnímu vynášení konstrukce byla nejméně 2,5 týdne.

Další konstrukcí, kde již bylo nutné použít skriptování byla skořepinová konstrukce Tornáda. Tato konstrukce tvoří stěnu, která plynule přechází ve střechu v místě styků pasáží. Venkovní prostor uvnitř Tornáda je osázen zelení a částečně slouží jako terasa pro kavárnu. Část konstrukce je prosklená a část je pokryta neprůhlednými panely. Konstrukce je z komorových svařovaných profilů. Spodní část je založena na dvou betonových dilatačních celcích. Tudíž je část konstrukce založena na obousměrně posuvných ložiscích. Horní část konstrukce je uložena kluzně v obou směrech po celém svém obvodu.

Od hlavního architekta obchodního centra BORY MALL – Massimiliano Fuksas architetto byl zadán pouze vnější tvar skořepiny Tornáda a okrajové podmínky, tj. otvory pro dveře a maximální rozměr skleněné tabule. Úkolem bylo rozdělení povrchu Tornáda na trojúhelníkové segmenty při dodržení tvaru Tornáda.

Pro rastrování Tornáda byl sestaven skript v SW Rhino3D. Jeho součástí je také programovací jazyk VisualBasic. Povrch Tornáda je definován pomocí NURBS povrchu. SW Rhino umožňuje na tomto povrchu vytvářet body pomocí lokálních 2D souřadnic povrchu. Díky tomu lze na povrchu snadno vytvořit základní síť bodů pro rozdělení Tornáda. Tento postup ale sám o sobě ještě nedává správný výsledek, jednotlivé hrany trojúhelníků na sebe nenavazují úplně plynule a ruční editace vrcholů není dost přesná. Je to dáno tím, že povrch je definován sítí křivek a v místě zvýšené křivosti se lokální souřadnicová síť povrchu zhušťuje. Pro vytvoření plynulých hran je nutné provést vyhlazení pomocí modifikovaného „relaxačního“ skriptu. Původním autorem tohoto postupu je Dr. Chris J K Williams, ten navrhl tuto metodu při navrhování zastřešení atria Britského muzea v Londýně.

Princip relaxace je takový, že ve vytvořené mřížce bodů je nalezeno osm bodů sousedících s bodem, který bude v rámci relaxace posunován. Poté je tento bod posunut tak, aby byl co nejvíce uprostřed mezi sousedními body. Tento postup je proveden postupně pro všechny uzlové body Tornáda. Jelikož se body posunují postupně, je potřeba tento postup iteračně opakovat. Po několika tisících iterací je dosažen kýžený výsledek. Do skriptu bylo nutné také zohlednit okrajové podmínky, tudíž byl posun některých uzlů omezen. Výsledkem je pravidelná síť plynule přecházející hrany trojúhelníkové sítě.

Po několika kolech schvalování Tornáda hlavním architektem byla schválena výsledná síť. V průběhu tendrování byly na konstrukci Tornáda ze strany hlavního architekta provedeny zásadní změny, horní úroveň Tornáda byla snížena a byl částečně změněn i tvar. Zapracování této změny však již měl ve svém plnění dodavatel konstrukce Tornáda a tuto změnu zapracoval ve své režii. Výsledný tvar Tornáda je tedy jiný, než jaký je zobrazen na vizualizacích.

Na závěr lze konstatovat, že integrace jednoduchého programovacího rozhraní do programů pro tvorbu dokumentace může uspořit mnoho času při řešení parametrizovatelných úloh. To je jedna z velkých výhod softwaru Rhino 3D v porovnání s klasickým AutoCADem.

Při řešení složitějších úloh typu rastrování skořepin je již určitá znalost skriptování nutností. V současné době lze použít i některé zdarma poskytované doplňky pro síťování ploch do programu Rhino3D. Ale tyto doplňky zpravidla neumí zahrnout všechny definované okrajové podmínky. Toto umí některé komerční doplňky, ale kvůli ceně je sporné jejich využití při projektování jediné zakázky.

Using Scripting when Designing the Roofing Steel Structure of BORY MALL Shopping Centre
The main load-bearing structure is made of reinforced concrete framework. External dimensions of the building are 280 × 190 m. In places where passages are crossing, the ceiling structure is prestressed. The material used for roofing the passages and making a shell structure is steel, at the same time being the major architectural element – a Tornado.

Autor

• Ing. Dvořák Pavel