Comment nous avons reproduit l'ingénieuse tour Shukhov sur l'Oka dans nanoCAD Design BIM

La conception hyperboloïde des tours de l'éminent ingénieur et designer russe du siècle dernier, Vladimir Grigorievich Shukhov, a été une percée à la fois pour son temps et pour le présent. Les hyperboloïdes de Choukhov ont inspiré les meilleurs architectes du monde - Gaudi, Le Corbusier, Niemeyer, Norman Foster. 



Cependant, le travail du remarquable ingénieur a longtemps été négligé dans son pays natal, en Russie.



Nous avons décidé d'attirer l'attention sur le patrimoine architectural et technique unique du pays et avons recréé le modèle de la tour Shukhov sur l'Oka dans le programme nanoCAD Design BIM, avec seulement des photographies et deux dessins.



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Tour Shukhov sur la rivière Oka, conçue en nanoCAD Design BIM



Le projet a été mis en œuvre par Sergey Stromkov, ingénieur de la première catégorie du département de support technique d'Arksoft, partenaire officiel de Nanosoft.



S'efforçant vers le haut, légère et aérée, la tour Shukhov sur la rivière Oka est considérée comme encore plus parfaite qu'une structure similaire à Moscou. La tour, située près de Dzerzhinsk sur les rives de la rivière, est reconnue comme un site du patrimoine culturel d'importance fédérale et recommandée pour inscription sur la liste du patrimoine mondial de l'UNESCO.



Il nous a semblé, les indigènes Dzerjinsky, reproduire la célèbre structure hyperboloïde située à côté de notre ville, conçue et construite par un ingénieur russe hors pair. Et faites-le dans un logiciel domestique.





( . DedushkaMPS)





La tour à cinq sections de 128 mètres près de Dzerzhinsk est la seule tour de ligne électrique hyperboloïde à plusieurs sections au monde. Ce n'est qu'une, la dernière des six structures en mailles ajourées qui dominaient les deux rives de l'Oka au cours du XXe siècle. 



Quatre tours jumelles d'une hauteur de 128 et 68 mètres sur la rive basse et deux plus petites - 20 mètres chacune - sur la haute ont servi de supports aux lignes électriques et ont contribué à éclairer la région de Nizhny Novgorod. Les tours ont été construites de 1927 à 1929 selon le projet et sous la direction de Vladimir Shukhov, le créateur de la tour de télévision et de radio Shukhov à Moscou. 



D'ailleurs, c'est sous l'impression de sa construction qu'Aleksey Tolstoy a écrit le roman fantastique "L'hyperboloïde de l'ingénieur Garin".



En général, le nombre d'inventions de Choukhov étonne l'imagination: de la création des premières structures hyperboloïdes au monde et des coques métalliques des structures de bâtiments à l'installation de craquage thermique du pétrole, la création de mines marines, ainsi que des chaudières à vapeur tubulaires, et ce n'est pas une liste complète. 



Mais revenons aux tours. Une seule d'entre elles, l'héroïne de notre projet, a survécu à ce jour: quatre tours ont été démantelées après un changement de tracé de la ligne de transport d'électricité, l'avant-dernière a été remise à la ferraille, malgré le statut de site du patrimoine culturel. Il était d'autant plus important de prêter attention à la construction miraculeusement survivante - un monument au constructivisme soviétique.



Désormais, les autorités régionales s'y engagent également: des travaux sont en cours pour renforcer le littoral (la tour se dresse sur une fondation circulaire en béton d'un diamètre de 30 mètres directement sur les rives de l'Oka, de sorte que le courant mine la rive sablonneuse, créant une menace d'endommagement de la fondation et d'effondrement de la structure) et la transformation de la tour en attraction touristique de Nizhny Novgorod zone.

 

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Le processus de recréation de la tour Shukhov dans nanoCAD Design BIM



Pourquoi les structures hyperboloïdes sont uniques



Les structures hyperboloïdes - malgré leur courbure apparente - sont construites à partir de poutres droites. Ce sont des structures sous la forme d'un hyperboloïde à une feuille ou d'un paraboloïde hyperbolique, c'est-à-dire des surfaces à double règle: à travers l'un de leurs points, deux lignes droites qui se croisent peuvent être dessinées, qui appartiendront entièrement à la surface.



Le long de ces lignes, des poutres sont installées, formant une grille caractéristique. Cette conception est rigide: si les poutres sont liées de manière pivotante, elles conserveront toujours leur forme sous l'influence de forces extérieures.



La tour Shukhov sur la rivière Oka se compose de cinq sections de 25 mètres, qui sont des hyperboloïdes à une seule feuille de forme révolutionnaire. Les sections de support sont constituées de profils droits avec leurs extrémités en appui sur les bases annulaires. La partie supérieure est équipée d'une structure de support avec une traverse horizontale en acier de 18 mètres de long pour la fixation de trois fils haute tension.



Inventée et développée pour la première fois par Shukhov, une telle structure suppose une petite quantité de matériau pour la construction, mais donne en même temps une faible charge de vent avec une résistance élevée et une hauteur élevée.



La tour Shukhov sur la rivière Oka n'est pas seulement un monument architectural, mais aussi un monument au courage de la pensée technique, de l'histoire et de la mémoire capturées dans l'acier.



Comment s'est déroulé le travail de reconstruction de la tour en nanoCAD Design BIM



Travailler dans nanoCAD Design BIM a permis de comprendre l'héritage du passé, de comprendre comment une structure unique a été conçue et mise en œuvre. 



Photos et deux dessins 



Nous n'avons réussi à trouver que deux dessins. L'un est un plan pour notre tour. Il contenait toutes les informations suffisantes pour construire une charpente préliminaire et les principaux éléments structurels: dimensions des sections, dimensions et nombre de profils. 



Mais il n'y avait rien sur la structure supérieure et la traverse. Nous avons trouvé cette information sur le deuxième dessin, qui concernait la tour non conservée de 68 mètres. La conception des anneaux de la base des sections a dû être construite selon des photographies, en tenant compte de certaines données du dessin. En outre, à partir des photographies, des points d'attache structurels et d'autres éléments qui ne figurent pas dans le dessin général ont été créés.





Les dessins survivants de la tour Shukhov sur l'Oka



Comment construire une section de la tour ...



Je voulais vraiment toucher ce miracle de l'ingénierie. Au début, j'étais tout simplement effrayé par la complexité de la construction de la tour Shukhov. Mais, en commençant à travailler, j'ai divisé le projet en petites tâches compréhensibles et, en les résolvant les unes après les autres, je suis progressivement parvenu à l'objectif fixé. nanoCAD Design BIM s'est révélé être un assistant fiable et intelligent.



La tâche principale du projet était de construire un modèle qui correspondrait autant que possible à la structure réelle en des points fondamentalement importants - dans la construction de la section, ou plutôt dans l'élaboration de profils générateurs inclinés.



Le plus difficile et intéressant a été de construire une section, ce qui signifie comprendre toutes les caractéristiques des profils de section qui forment une structure hyperboloïde. Lors de la construction du squelette de la structure, des primitives simples telles que des lignes et des cercles d'épaisseur nulle ont été utilisées. C'est une tâche simple qui a immédiatement permis de visualiser la structure hyperboloïde et a déjà donné à ce stade un résultat plutôt impressionnant.



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Processus de création du cadre de coupe



Cependant, il était en outre nécessaire de donner une forme aux segments, étant donné que cette forme est un coin avec une certaine position dans l'espace et l'orientation des faces. Il s'est avéré qu'une simple poutre ne peut pas être placée sur un segment de sorte que le nœud requis soit obtenu dans les deux bases. De plus, les lignes qui se croisent visuellement dans le modèle filaire ont une tangence parfaite en un point, mais dans le modèle solide, les coins forment des collisions difficiles les uns avec les autres.



Après une étude détaillée du problème, les suppositions ont été confirmées que chaque profil, étant droit, est néanmoins vissé en torsion le long de l'axe. Cela permet à la bride de profil d'approcher les deux bases tangentiellement et aux ailes de toucher les profils en intersection - une plaque supplémentaire est insérée entre les profils en intersection pour compenser le léger non-parallélisme mutuel des étagères en contact.



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Construction de profils de connexion



En conséquence, il a été décidé d'utiliser deux méthodes: l'extrusion le long d'un chemin en spirale et l'extrusion avec une transition. La première méthode nécessitait une préparation assez laborieuse: il était nécessaire de positionner correctement la section d'extrusion par rapport au début du profil, ce qui est plutôt banal, et de régler la spirale d'extrusion, qui a une grande longueur, mais en même temps elle n'a même pas un quart de tour. La deuxième méthode a donné un résultat presque instantané: vous indiquez le profil de section initial à la base inférieure, le profil final à la base supérieure - et voilà, le profil est vissé. Construire le reste des sections est une question de technique.



... et comment connecter les sections entre elles La



deuxième tâche importante était la construction de nœuds de connexion, pour lesquels il était nécessaire de fournir des indicateurs quantitatifs précis: images, attaches et autres.



Malgré la simplicité apparente du design, il contient de nombreux éléments inhabituels. 



Ce sont des profils pliés dans des anneaux de base, des profils vissés qui forment une structure hyperbolique, des profils composites.



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Génération de la



modélisation de profil Lors de la modélisation d'une structure supérieure avec une traverse, le SCU a dû être fréquemment modifié et suivi de près par les nombreux éléments structurels qui forment une toile d'araignée. La traversée elle-même nécessitait une attention particulière à chaque profil.



En travaillant sur le modèle de la tour, des outils apparemment simples comme une grille d'axes, un réseau circulaire, divisant un segment en parties égales ont permis de reconstruire le cadre en quelques minutes. Et la base de données des éléments, le concepteur d'équipement et l'extrusion le long d'une trajectoire courbe ont tout aussi rapidement transformé le cadre en une structure volumétrique, vous permettant de voir en détail chaque élément d'accouplement, de travailler sur une dizaine de versions préliminaires, de considérer vos erreurs et de les corriger presque immédiatement. Avec un outil aussi pratique que nanoCAD Design BIM en main, il est difficile d'imaginer comment les ingénieurs du début du siècle dernier ont créé de tels projets sur papier.



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Assemblage de la structure



Et après



Ce projet a donné une impulsion au développement et à l'optimisation du programme nanoCAD Design BIM lui-même. Toutes les tâches définies lors de la première étape de création du modèle de la tour Shukhov ont été résolues. Maintenant, dans le modèle, il y a encore des nœuds pour fixer les éléments structurels les uns aux autres, mais le travail de création se poursuit et sera terminé.



Une partie de ces tâches a permis aux développeurs de comprendre la direction dans laquelle ils doivent travailler pour améliorer les outils nanoCAD Design BIM et étendre ses fonctionnalités. Par exemple, nous avons remarqué le vissage des éléments de ligne droite de la base de données.



Travailler dans nanoCAD Design BIM est l'occasion de développer et de maintenir des solutions innovantes dans la conception, l'étude, le stockage et l'application de l'expérience des prédécesseurs à un nouveau niveau. Le vol de la pensée de l'ingénierie relie les temps et inspire la créativité, et le potentiel des structures de Choukhov durera de nombreuses années à venir.







Et si vous souhaitez en savoir plus sur toutes les étapes de la construction de la tour Shukhov sur la rivière Oka dans le programme nanoCAD Design BIM, alors regardez notre playlist sur Youtube.







Sergey Stromkov, 

ingénieur de la première catégorie 

du service support technique de la 

société "Arksoft"



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