我们如何在nanoCAD Design BIM中复制奥卡上的巧妙Shukhov塔

上世纪杰出的俄罗斯工程师和设计师弗拉基米尔·格里戈里耶维奇·舒霍夫(Vladimir Grigorievich Shukhov)对塔的双曲面设计在他的时代和现在都是一个突破。舒霍夫的双曲线启发了世界上最好的建筑师-高迪,勒·柯布西耶,尼迈耶,诺曼·福斯特。 



但是,这位杰出工程师的工作在他的祖国俄罗斯被长期忽略了。



我们决定提请注意该国独特的建筑和工程遗产,并在nanoCAD Design BIM程序中重新创建了冈上Shukhov塔的模型,其中只有照片和两张图纸。



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使用nanoCAD Design BIM设计的奥卡河Shukhov塔楼



该项目由Nanosoft的官方合作伙伴Arksoft技术支持部门第一类工程师Sergey Stromkov实施。



奥卡河(Oka River)上的舒霍夫塔(Shukhov Tower)努力向上,轻盈通风,被认为比莫斯科的类似建筑更为完美。该塔位于捷尔任斯克附近的河岸上,被公认为具有联邦意义的文化遗产,并被推荐列入联合国教科文组织世界遗产名录。



在我们看来,本地的捷尔任斯基(Dzerzhinsky)再现了著名的双曲面结构,该结构位于我们城市附近,由一位杰出的俄罗斯工程师设计和建造。并在家用软件产品中做到这一点。





( . DedushkaMPS)





捷尔任斯克附近的五段式128米塔楼是世界上唯一的双曲面多段式电力线塔楼。这只是20世纪耸立在冈山两岸的六个镂空网眼结构中的最后一个。 



低岸有四个高度分别为128和68米的双子塔,高处的两个较小的塔(每个为20米)是电力线的支撑,并有助于照亮下诺夫哥罗德地区。根据该项目,这些塔楼于1927年至1929年建造,由莫斯科舒霍夫电视塔和广播塔的创建者弗拉基米尔·舒霍夫(Vladimir Shukhov)领导。 



顺便说一句,阿尔克西·托尔斯泰(Aleksey Tolstoy)在其建筑风格的印象下,创作了奇妙的小说《工程师加林的双曲面》。



总的来说,舒霍夫(Shukhov)的发明数量令人惊讶:从创建世界上第一个双曲面结构和建筑结构的金属网壳到用于石油热裂解的装置,创建矿山以及管状蒸汽锅炉,这还不完整。 



但是回到塔楼。其中只有一个是我们项目中的女主人公,直到现在还幸存下来:改变电力传输线的路线后拆除了四座塔,倒数第二座被移交给废品,尽管这里拥有文化遗产地的地位。更加重要的是要注意奇迹般的幸存建筑-这是苏联建构主义的丰碑。



现在,地区政府也正在参与其中:加强海岸线的工作(塔立在直径为30米的圆形混凝土基础上,位于奥卡河沿岸,因此洋流破坏了沙质海岸,对基础和结构造成了破坏的威胁),并且将塔改造成下诺夫哥罗德的旅游胜地区。

 

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在nanoCAD Design BIM中重新创建Shukhov塔的过程



为什么双曲面结构是独特的



双曲面结构-尽管具有明显的曲率-还是由直光束构成。这些是单张双曲面或双曲线抛物面形式的结构,即双规则表面:可以通过它们的任意点绘制两条相交的直线,这些直线将完全属于该表面。



沿着这些直线,梁被安装,形成一个特征格子。这样的结构是刚性的:如果梁被枢转地连接,则在外力的影响下梁仍将保持其形状。



奥卡河上的舒霍夫塔(Shukhov Tower)由五个25米长的部分组成,这些部分是单层双曲面形状的旋转双曲面。支撑部分由直线型材制成,其端部紧靠在环形底座上。上部装有一个支撑结构,该支撑结构的水平钢横梁长18米,用于连接三根高压电线。



这种结构是由舒霍夫(Shukhov)发明并首先开发的,其结构所需的材料量很少,但同时具有高强度和高高度的低风荷载。



奥卡河上的舒霍夫塔不仅是一座建筑纪念碑,还是一座用钢铁捕获的工程思想,历史和记忆勇气的纪念碑。



nanoCAD Design BIM中塔的重建工作如何进行



通过在nanoCAD Design BIM中工作,可以了解过去的遗产,了解如何设计和实现独特的结构。 



照片和两个图纸 



我们设法仅找到两个图纸。一个是我们塔的蓝图。它包含了足以构成初步框架的所有信息和主要结构要素:截面尺寸,尺寸和型材数量。 



但是上面的结构和导线没有任何关系。我们在第二张图中找到了与未保存的68米塔楼有关的信息。考虑到图纸中的一些数据,这些部分的底部环的设计必须由照片来构建。同样,从照片中创建了结构上的固定点和其他不在总图中的元素。





奥卡(Aka)上舒霍夫(Shukhov)塔的残存图纸



如何建造塔的一部分...



我真的很想触及这一工程奇迹。起初,我只是对舒霍夫塔的复杂性感到恐惧。但是,从开始工作起,我就将项目分解为一些可以理解的小任务,并且不断地一个接一个地解决,逐渐达到了既定目标。 nanoCAD Design BIM已证明自己是可靠且智能的助手。



该项目的主要任务是建立一个模型,该模型将在基本重要点上尽可能与真实结构相对应-在截面的结构中,或者在详细阐述倾斜的发电剖面时。



最困难也是最有趣的是构建一个截面,这意味着要了解形成双曲面结构的截面轮廓的所有特征。在构造结构的骨架时,使用了简单的图元,例如厚度为零的线和圆。这是一项简单的任务,立即使可视化双曲面结构成为可能,并且在此阶段已经产生了令人印象深刻的结果。



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剖面框创建过程



但是,考虑到该形状是在空间上和面的朝向上具有一定位置的角,因此有必要对各段设定形状。事实证明,不能以在两个基座上都获得所需的结的方式将简单的光束放置在线段上。此外,线框模型中视觉上相交的线在某一点具有完美的相切性,但在实体模型中,角之间会形成硬碰撞。



在对该问题进行了详细研究之后,我们的猜测被证实是,每个轮廓都是直的,但仍然沿轴向扭转。这允许轮廓凸缘相切地接近两个基部,并使凸缘接触相交的轮廓-在相交的轮廓之间插入一个附加板以补偿接触架的轻微相互不平行。



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连接型材的构造



结果,决定使用两种方法:沿螺旋路径挤压和过渡过渡挤压。第一种方法需要很费力的准备工作:必须相对于型材的起点正确定位挤压段,这是相当重要的,并设置挤压螺线(其长度较大,但同时甚至没有旋转四分之一圈)。第二种方法给出了几乎即时的结果:您在下部底部指示截面的初始轮廓,在上部底部指示最终轮廓-瞧,该轮廓已拧紧。构建其余部分是技术问题。



...以及如何将各部分彼此连接



第二个重要任务是连接节点的构造,为此需要提供准确的定量指标:素材,紧固件和其他。



尽管设计看似简单,但其中包含许多不寻常的元素。 



这些是基环中的弯曲轮廓,形成双曲线结构的螺纹轮廓,复合轮廓。



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生成轮廓



建模在对带有横断面的上部结构进行建模时,必须频繁且紧密地更改UCS,然后紧跟形成蜘蛛网的众多结构元素。导线本身需要密切注意几乎所有轮廓。



在塔式模型中,看似简单的工具(例如轴网格,圆形阵列,将线段划分为相等的部分)使在几分钟之内重建框架成为可能。元素数据库,设备设计人员和沿弯曲轨迹的拉伸将框架迅速转变为体积结构,使您可以详细查看界面的每个元素,浏览十二个草稿版本,考虑错误并几乎立即纠正它们。有了nanoCAD Design BIM这样方便的工具,很难想象上个世纪初工程师是如何在纸上创建此类项目的。



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组装结构



下一步是什么



该项目推动了nanoCAD Design BIM程序本身的开发和优化。解决了舒霍夫塔模型第一阶段设定的所有任务。现在,该模型还没有用于将结构元素彼此固定的某些节点,但是有关其创建的工作仍在继续并将完成。



这些任务中的一些使开发人员了解了他们在改进nanoCAD Design BIM工具和扩展其功能方面的工作方向。例如,我们注意到数据库中直线元素的拧紧。



在nanoCAD Design中工作BIM是一个机会,可以在新的水平上开发和维护创新的解决方案,以进行设计,研究,存储和应用前辈的经验。工程思想的飞速发展连接时间并激发创造力,舒霍夫的结构潜力将持续很多年。







如果您想在nanoCAD Design BIM程序中了解有关奥卡河Shukhov塔的所有建设阶段的信息,请在Youtube上观看我们的播放列表。







Sergey Stromkov,  “ Arksoft”公司技术支持部门 

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