Como reproduzimos a engenhosa Torre Shukhov no Oka no nanoCAD Design BIM

O projeto hiperbolóide das torres do notável engenheiro e projetista russo do século passado, Vladimir Grigorievich Shukhov, foi uma inovação tanto para sua época quanto para o presente. Os hiperbolóides de Shukhov inspiraram os melhores arquitetos do mundo - Gaudi, Le Corbusier, Niemeyer, Norman Foster. 



No entanto, o trabalho do notável engenheiro foi por muito tempo negligenciado em sua terra natal, na Rússia.



Decidimos chamar a atenção para o patrimônio arquitetônico e de engenharia único do país e recriamos no programa nanoCAD Design BIM a maquete da Torre Shukhov na Oka, com apenas fotografias e dois desenhos.



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Torre Shukhov no Rio Oka, desenhada em nanoCAD Design BIM



O projeto foi implementado por Sergey Stromkov, engenheiro da primeira categoria do departamento de suporte técnico da Arksoft, parceiro oficial da Nanosoft.



Esforçando-se para subir, leve e arejada, a Torre Shukhov no rio Oka é considerada ainda mais perfeita do que uma estrutura semelhante em Moscou. A torre, que está localizada perto de Dzerzhinsk, nas margens do rio, é reconhecida como patrimônio cultural de importância federal e recomendada para inclusão na Lista de Patrimônio Mundial da UNESCO.



Pareceu-nos, os indígenas Dzerzhinsky, reproduzir a famosa estrutura hiperbolóide, localizada próximo à nossa cidade, projetada e construída por um notável engenheiro russo. E faça isso em um produto de software doméstico.





( . DedushkaMPS)





A torre de 128 metros de cinco seções perto de Dzerzhinsk é a única torre hiperbolóide de linhas de energia de várias seções do mundo. Esta é apenas uma, a última das seis estruturas de malha aberta que se ergueram em ambas as margens do Oka durante o século XX. 



Quatro torres gêmeas com 128 e 68 metros de altura na margem baixa e duas menores - de 20 metros cada - na alta serviram de suporte para linhas de força e ajudaram a iluminar a região de Nizhny Novgorod. As torres foram construídas de 1927 a 1929 de acordo com o projeto e sob a liderança de Vladimir Shukhov, o criador da torre de televisão e rádio Shukhov em Moscou. 



Aliás, foi sob a impressão de sua construção que Aleksey Tolstoy escreveu o fantástico romance "O hiperbolóide do engenheiro Garin".



Em geral, o número de invenções de Shukhov surpreende a imaginação: desde a criação das primeiras estruturas hiperbolóides e cascas de malha de metal de estruturas de edifícios até a instalação de craqueamento térmico de petróleo, a criação de minas marítimas, bem como caldeiras tubulares a vapor, e esta não é uma lista completa. 



Mas voltando às torres. Apenas uma delas sobreviveu até hoje, a heroína do nosso projeto: quatro torres foram desmontadas após a alteração do traçado da linha de transmissão, a penúltima foi entregue à sucata, apesar da condição de patrimônio cultural. Era ainda mais importante prestar atenção à construção milagrosamente sobrevivente - um monumento ao construtivismo soviético.



Agora também as autoridades regionais estão envolvidas: estão em curso obras de reforço da linha costeira (a torre assenta numa fundação circular de betão com 30 metros de diâmetro directamente nas margens do Oka, de forma que a corrente mina a costa arenosa, criando uma ameaça de danos à fundação e colapso da estrutura) e a transformação da torre em atracção turística de Nizhny Novgorod área.

 

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O processo de recriação da torre Shukhov no nanoCAD Design BIM



Por que as estruturas hiperbolóides são únicas



As estruturas hiperbolóides - apesar de sua aparente curvatura - são construídas a partir de vigas retas. São estruturas em forma de hiperbolóide monofásico ou parabolóide hiperbólico, isto é, superfícies de réguas duplas: através de qualquer um de seus pontos podem ser traçadas duas retas que se cruzam, que pertencerão inteiramente à superfície.



Nesse sentido, vigas são instaladas, formando uma grade característica. Essa estrutura é rígida: se as vigas estiverem conectadas de forma articulada, ela ainda manterá sua forma sob a influência de forças externas.



A Torre Shukhov no rio Oka consiste em cinco seções de 25 metros, que são hiperbolóides de folha única com formato de revolução. As seções de apoio são feitas de perfis retos com suas extremidades encostadas nas bases dos anéis. A parte superior está equipada com uma estrutura de suporte com uma travessa horizontal de aço de 18 metros de comprimento para a fixação de três fios de alta tensão.



Inventada e desenvolvida pela primeira vez por Shukhov, essa estrutura assume uma pequena quantidade de material para construção, mas ao mesmo tempo oferece uma carga de vento baixa com alta resistência e altura elevada.



A Torre Shukhov no Rio Oka não é apenas um monumento arquitetônico, mas também um monumento à coragem do pensamento, da história e da memória da engenharia capturados no aço.



Como foi o trabalho de reconstrução da torre no nanoCAD Design BIM



Trabalhar em nanoCAD Design BIM possibilitou compreender o legado do passado, entender como uma estrutura única foi desenhada e implementada. 



Fotos e dois desenhos 



Conseguimos encontrar apenas dois desenhos. Um é um projeto para nossa torre. Continha todas as informações suficientes para a construção de um pórtico preliminar e os principais elementos estruturais: dimensões das seções, dimensões e número de perfis. 



Mas não havia nada sobre a estrutura superior e a travessia. Encontramos essa informação no segundo desenho, que dizia respeito à torre de 68 metros não preservada. O desenho dos anéis da base das secções teve de ser construído de acordo com as fotografias, tendo em consideração alguns dados do desenho. Além disso, a partir das fotografias, foram criados pontos de fixação estruturais e outros elementos que não estão no desenho geral.





Os desenhos sobreviventes da torre Shukhov no Oka.



Como construir uma seção da torre ...



Eu realmente queria tocar neste milagre da engenharia. No início, fiquei simplesmente assustado com a complexidade da construção da torre Shukhov. Mas, começando a trabalhar, quebrei o projeto em pequenas tarefas compreensíveis e, resolvendo consistentemente uma após a outra, gradualmente cheguei à meta estabelecida. O nanoCAD Design BIM provou ser um assistente confiável e inteligente.



A principal tarefa do projeto era construir uma maquete que correspondesse o mais possível à estrutura real em pontos de fundamental importância - na construção do trecho, ou melhor, na elaboração de perfis geradores inclinados.



O mais difícil e interessante foi construir uma seção, o que significa entender todas as características dos perfis de seção que formam uma estrutura hiperbolóide. Ao construir o esqueleto da estrutura, primitivos simples foram usados ​​como linhas e círculos com espessura zero. Esta é uma tarefa simples que tornou imediatamente possível visualizar uma estrutura hiperbolóide e já nesta fase deu um resultado bastante impressionante.



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Processo de criação do quadro de seção



Porém, além disso, foi necessário dar uma forma aos segmentos, visto que essa forma é um canto com uma determinada posição no espaço e orientação das faces. Descobriu-se que uma viga simples não pode ser colocada em um segmento para que o nó necessário seja obtido em ambas as bases. Além disso, as linhas que se cruzam visualmente no modelo de wireframe têm tangência perfeita em um ponto, mas no modelo sólido os cantos formam colisões fortes entre si.



Após um estudo detalhado do problema, foram confirmados os palpites de que cada perfil, sendo reto, está, no entanto, aparafusado torcionalmente ao longo do eixo. Isso permite que o flange do perfil se aproxime de ambas as bases tangencialmente e os flanges toquem os perfis de interseção - uma placa adicional é inserida entre os perfis de interseção para compensar o leve não paralelismo mútuo das prateleiras de contato.



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Construção de perfis de conexão



Como resultado, decidiu-se usar dois métodos: extrusão ao longo de um caminho em espiral e extrusão com transição. O primeiro método exigiu uma preparação bastante trabalhosa: foi necessário posicionar corretamente a seção de extrusão em relação ao início do perfil, que é bastante não trivial, e definir a espiral de extrusão, que tem um comprimento grande, mas ao mesmo tempo não tem nem um quarto de volta. O segundo método deu um resultado quase instantâneo: você indica o perfil inicial da seção na base inferior, o perfil final na base superior - e voila, o perfil é aparafusado. Construir o resto das seções é uma questão de técnica.



... e como conectar as seções entre si A



segunda tarefa importante foi a construção de nós de conexão, para os quais foi necessário fornecer indicadores quantitativos precisos: filmagem, fixadores e outros.



Apesar da aparente simplicidade do design, existem muitos elementos incomuns nele. 



São perfis dobrados em anéis de base, perfis aparafusados ​​que formam uma estrutura hiperbólica, perfis compostos.



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Gerando



modelagem de perfil Ao modelar uma estrutura superior com uma travessia, o UCS teve que ser alterado com frequência e seguido de perto pelos vários elementos estruturais que formam uma teia de aranha. A travessia em si exigia muita atenção a literalmente cada perfil.



Ao trabalhar no modelo da torre, ferramentas aparentemente simples, como uma grade de eixos, uma matriz circular, dividindo um segmento em partes iguais, tornaram possível reconstruir a moldura em questão de minutos. E o banco de dados de elementos, projetista de equipamentos e extrusão ao longo de uma trajetória curva com a mesma rapidez transformou o quadro em uma estrutura volumétrica, permitindo que você veja em detalhes cada elemento da interface, trabalhe em uma dúzia de versões de rascunho, considere seus erros e quase imediatamente os corrija. Com uma ferramenta tão conveniente como o nanoCAD Design BIM em mãos, é difícil imaginar como os engenheiros do início do século passado criaram esses projetos no papel.



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Montagem da estrutura



Qual é o próximo



Este projeto impulsionou o desenvolvimento e a otimização do próprio programa nanoCAD Design BIM. Todas as tarefas definidas na primeira fase de criação do modelo da Torre Shukhov foram resolvidas. Agora no modelo ainda existem alguns nós para a fixação de elementos estruturais uns aos outros, mas o trabalho de sua criação continua e será concluído.



Algumas dessas tarefas deram aos desenvolvedores uma compreensão da direção na qual eles precisam trabalhar para melhorar as ferramentas de design BIM do nanoCAD e expandir sua funcionalidade. Por exemplo, notamos o aparafusamento de elementos de linha reta do banco de dados.



Trabalhar em nanoCAD Design BIM é uma oportunidade de desenvolver e manter soluções inovadoras em design, estudar, armazenar e aplicar a experiência de antecessores em um novo nível. O vôo do pensamento da engenharia conecta os tempos e inspira a criatividade, e o potencial das estruturas de Shukhov durará por muitos anos.







E se você quiser saber mais sobre todas as etapas da construção da Torre Shukhov no Rio Oka no programa nanoCAD Design BIM, assista a nossa playlist no Youtube.







Sergey Stromkov, 

engenheiro da primeira categoria 

do departamento de suporte técnico da 

empresa "Arksoft"



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