Jedlik Ányos Gimnázium

A JEDLIK ÁNYOS GIMNÁZIUM „FREEFORM” ACÉLSZERKEZETE

Beruházó: Beruházási Ügynökség BMSK Zrt.
Generálkivitelező: LATEREX Építő Zrt.
Tender és kiviteli tervezés, gyártmánytervezés: bim.GROUP Kft.
A bim.GROUP Kft. statikus tervező partnere: BVK-PRO, s.r.o.
A bim.GROUP Kft. acél gyártmánytervező partnere: RKK Team Kft.
Acél- és tetőszerkezetek kivitelezése: KÉSZ Metaltech Kft.
Acélszerkezetek gyártása: KÉSZ Ipari Gyártó Kft.
Tetőlemez gyártása: Baumetall Design Kft.
Üvegszerkezet: Schal-Tech Kft.

Általános leírás
A projekt Budapest-Csepel városrészében található, ahol a régi gimnázium fejlesztése, 6500 m2-rel való bővítése és komplett rekonstrukciója valósult meg. A koncepciótervezés utáni további fázisokat, azaz az engedélyes tervdokumentáció készítését, a kiviteli tervezést és a gyártmánytervezést is a bim.GROUP Kft. végezte az 5 fő szakágat (építészet, vasbeton és acél tartószerkezet, épületburok, elektromos és gépész tervezés) magába foglaló csapatunk közreműködésével. A projekt legnagyobb tartószerkezeti kihívását az aula térlefedése jelentette, amelyhez kellő tapasztalatra, gyakorlatra és a megfelelő szoftverekre is szükségünk volt.

A pályázatra az aulát lefedő – építészeti szemszögből is kimagasló – kétszer görbült „freeform” acélszerkezettel nevezünk. A komplex acélszerkezet gyártásra és szerelésre optimalizált tartószerkezet tervezésének egyik fő pillére és egyben innovatív eszköze a parametrikus-algoritmikus tervezés volt.

Az aula tetőszerkezete

A 84 méter hosszú és 25 méter széles látszó acélszerkezet közepén egy üvegkupola bevilágító található, a nem üvegezett részen pedig Zambelli RIB-ROOF fémtető, ami Rainscreen fedést kapott. Az acélszerkezet két, általánosan 50×75 cm keresztmetszetű (alaprajzi és magassági értelemben is ívelt) monolit vasbeton peremgerendára támaszkodik. A peremgerendák vonalvezetéséhez illeszkedett a koncepció tervezési fázisban megálmodott, – kétszer görbült – kortárs építészeti felület.

A szabálytalan formát megvizsgáltuk és látható volt, hogy ezt a geometriát ívelt, hajlított tartószerkezettel bár lehetséges lekövetni, de a gyártás rendkívül költséges és egyben pontatlan is lehet. Ezért a kétszer görbült felületet már az engedélyeztetéshez is racionalizáltuk, amit parametrikus tervezési környezetben végeztünk a Rhinoceros 3D szoftverének, és annak beépített Grasshopper plug in-jének segítségével.

A koncepció alkotás folyamata

A burkolat legegyszerűbb rögzíthetősége miatt, sík, háromszög alakú felületekre osztottuk a tetőszerkezetet. A háromszögelés érdekében az íveket szegmentált egyenes szakaszokkal követtük le, amihez előnyös volt a felület kezdeti racionalizálása.
A peremfeltételek alapján topológiai iterálást és statikai előtervezést végeztünk. Ezt a feladatot is parametrikus környezetben, a Grasshopper és a Consteel végeselem szoftverek élő összeköttetését biztosító Pangolin plugin segítségével valósítottuk meg. Ez praktikusan azt jelentette, hogy különféle – vagy csak a rúdvázában, vagy a statikai vázában is eltérő – koncepciókat hoztunk létre nagyon gyorsan a Grasshopperen belül és vizsgáltuk meg azokat egy mértékadó teherkombinációval leterhelve a Consteelben az erőjáték és az anyagfelhasználás tekintetében. Végeredményben a tartószerkezeti rendszert 34 db főtartó, 576 db kereszttartó és 66 db peremtartó rúd alkotta.

A részlettervezés folyamata

A részlettervezés során az elsődleges optimalizációs célunk a típus műszaki megoldások meghatározása és kialakítása volt. Néhány, a tartószerkezeti rendszerhez megfelelően megválasztott típus megoldással – a Grasshopper és a Tekla Structures közötti élő összeköttetést biztosító Tekla plugin segítségével – a teljes gyártmánytervi modell (bármilyen geometriához igazodva) viszonylag könnyen és kontrolláltan építhető fel. Ezzel a metódussal tehát több tíz, vagy több száz (esetünkben 710 db) azonos elvű, de eltérő geometriájú csomópont modellezhető fel és automatizálható egyetlen megfelelően felparaméterezett Tekla felhasználói komponens és a Grasshopper segítségével.

A fémtető trapézlemezeléséhez mindenhol téglalap zártszelvény keresztmetszetű, egybehegesztett és síkfelületeket biztosító másodlagos kereteket alakítottunk ki. Ezek a gyártmányok a főszerkezetre hegesztett, meghatározott szabály szerint kiosztott menetes száraknál rögzülnek, méghozzá egy speciális leszorítós megoldással. A feladat nehézségét itt is a geometria változatossága jelentette. A programozott modellezéssel – ami esetünkben a teljes tető ~ 95%-át jelentette – azonban relatív gyorsan és ami fontosabb, tervezési pontatlanság hozzáadása nélkül hoztuk létre a másodlagos gyártmányok geometriáját és osztottunk ki minden hozzájuk tartozó alkatrészt is.

Összefoglalás

A tervezési folyamat eredményeként gyártásra és szerelésre optimalizáltuk a tartószerkezeti kialakításokat (köszönhetően a próbagyártásnak és próbaszerelésnek is), amivel sikerült csökkentenünk a kivitelezési átfutási időket és a költségeket is.
A projekt megvalósítása során alkalmazott munkamódszerrel sikerült felgyorsítanunk a koncepció alkotást, a tartószerkezeti előtervezést, a döntés előkészítést, illetve a gyártmánytervi modellezést is. A gyártmánytervi modellt néhány megfelelően megválasztott és optimalizált típus csomópontokkal ehhez a komplex geometriához programozottan és automatizáltan építettük fel.
Emellett további előny volt, hogy párhuzamosított feladatvégzést is megvalósítottunk a projekten, ugyanis a tartószerkezeti részlettervezés és a gyártmánytervi modell építése párhuzamosan futott. A tartószerkezeti rendszer megválasztását és a csomópontok elvi meghatározását követően két külön csapat dolgozott a statikai részlettervezésen és a programkódon. Az elkészített kódba pedig relatíve könnyedén integrálhatók voltak a végleges lemezvastagságok, a varrat- és csavarméretek, illetve esetünkben a próbagyártás és a próbaszerelés során tett optimum megállapítások is.
Zárszóként pedig elmondható minden bim.GROUP Kft. munkatárs nevében, hogy nagyon büszkék vagyunk a megvalósult eredményre.