THE PHILADELPHIA SKYLINE SEEN THROU

THE PHILADELPHIA SKYLINE SEEN THROUGH THE NEW WEAVE BRIDGE DESIGNED BY CECIL BALMOND ON THE UPENN CAMPUS.
ALEX FRADKIN
The University of Pennsylvania has landed a piece of trophy architecture with a definite twist: the new Weave Bridge, designed by structural engineer Cecil Balmond and his legendary Advanced Geometry Unit (AGU) research group at Arup. Now open to the public, the bridge will become part of a second phase of design work this fall with its integration into the surrounding campus masterplan, itself a hefty undertaking to remake the Philadelphia campus.

SIX STEEL STRIPS ARE WOVEN INTO A SQUARE CROSS-SECTION "LIKE A ROPE," AS ONE DESIGNER PUTS IT.


THE BRIDGE CONNECTS TWO SECTIONS OF THE PENN CAMPUS DIVIDED BY RAILROAD TRACKS.

ALEX FRADKIN
The unusually ambitious design was commissioned by the university in 2007, in reaction to a city announcement that it would temporarily close an essential campus connection: the century-old South Street Bridge, which had long served as the sole passage over an Amtrak line that runs between Penn’s athletic fields and its Hollenback building, home to athletic and ROTC facilities.

Although Penn officials originally intended to operate a shuttle while the city rebuilt the South Street Bridge, they realized their money could be better invested in something permanent, especially as they are now redeveloping the campus under a 30-year masterplan devised by Sasaki Associates to increase open space and connectivity.
“Because this was such a forward-looking opportunity for Penn,” said Penn’s Principal Planner Mark Kocent, “we wanted to raise the bar a little bit and not do a straightforward Warren truss bridge.” So they turned to Balmond, famous for his innovative designs as deputy chairman of Arup, and currently on the faculty at Penn’s school of architecture.

Balmond’s design is composed of six steel strips woven around a square cross-section that flares from about ten feet wide at its midpoint to 16 feet wide at each end of the 165-foot span. “Structurally, it’s like a rope,” said Daniel Bosia, head of the AGU. “So you wouldn’t be able to take the walls apart from the roof and floor.” He called the design a reciprocal frame, one in which each element is supported by the next, resulting in a rigid, overall interlocked structure.

The AGU group has been experimenting with the concept for a few years, notably in their Serpentine Gallery pavilion in 2005, which was composed of short interlocking pieces of timber (though not welded together as the components of the Weave Bridge are). Applying the reciprocal frame concept to a bridge and in Philadelphia are both firsts.

Arup worked with engineer of record Ammann & Whitney on the structure, which was tempered by concessions to safety and a $2 million budget, said Bosia. For the span, they switched to carbon steel instead of stainless steel, and for the cladding, they substituted a polymer blend instead of timber. “It’s fairly poor material, but the power and the form of the bridge allow you to use simpler, cheaper materials,” Bosia said.

Balmond had also wanted the bridge to provide an unobstructed view of campus, but Amtrak forbade the use of open sides above their electrified rail lines. AGU’s compromise was to fill in the side panels with Plexiglas, but to leave the bridge open to the elements overhead, providing the additional benefit of making the bridge self-cleansing in the rain.

As the next stage of Penn’s masterplanning begins this fall, AGU will begin to connect the Weave Bridge to a future 14-acre park being designed by Michael Van Valkenburgh Associates, a $46 million project scheduled to open in 2011. In lieu of the concrete retaining wall currently installed on its west end, the bridge will rest on a berm and will branch off into pathways winding their way through the site.

“We’re going to have [Balmond] work with Van Valkenburgh and the park team, to merge his vision with the park design so you get a senseof the weave unwinding and becoming part of the park,” Kocent said.

A version of this article appeared in AN 09.09.2009.
Despite its convoluted appearance, the structure isn’t particularly complicated. Balmond has been responsible for the structural design of two Serpentine pavilions and says these gave him more sleepless nights than the Orbit. The line of the Orbit touches the ground three times, forming a stable, tripod-like structure. The team has nicknamed the initial section with the lift shaft “the octagon” and the narrow segments “the intestines”. These elements are connected as they pass each other which further enhances stability.

Like any tall structure, the Orbit will move around in the wind. As people will be able to ascend the structure, Arup had to ensure they wouldn’t get sick from the swaying. So a tuned mass damper will be placed on top of the lift shaft to help dampen vibration and enable fine tuning of the structure’s movement patterns. “Because tuning buildings is a bit of a black art, if there are any discrepancies between the calculated and actual frequencies, we can fix it,” explains Richard Henley, the project director for principal designer Arup.

The structure is made from steel tube and consists of 4m-high sections joined together as a series of rings. Each ring is twisted relative to its neighbour so the interconnecting struts form a triangulated structure. The first section consists of eight-sided rings to create enough space for accommodation at the base and the lift shaft. One seven-sided section is needed, as this is the right width for the lift doors, while the intestines are made up from square sections. These are rotated at 45º relative to their neighbour to create the triangular structure and the twisting, rope-like appearance.

Constructing the Orbit

Unsurprisingly, all the steel tube needed for the project is being supplied by project sponsor and steel giant ArcelorMittal. However, the six tubes that form each star-shaped node (see image, right) - which, in turn, form the rings - are fabricated in steel specialist Watson Steel’s factory in Bolton, before being joined together onsite. The nodes were complex to fabricate because the six tubes don’t butt up neatly against each other but are offset to create the curving nature of the structure. The answer was to use flat steel plates at the nodes. “To simplify it, we decided to go for this separating plate, which allows the tubes to come together without butting up, and hides the overlap,” says Holger Falter, the Arup associate who has done much of the detailed structural design.

However, a way still had to be found to connect the stars to each other. Initially a joint hidden by a cover plate was considered but was deemed too expensive. A simple flange connection was much cheaper but would be highly visible. “We thought very hard about this,” says Balmond. “We concluded that if the form is very strong then the practical details that make the form work don’t matter.”

The flange connections had another advantage. The structure may be relatively simple but it has to be built with extreme precision to ensure all the elements fit together onsite. The node rings are fabricated to a tolerance of +/- 1mm, and the flanges could also be machined in the factory to very fine tolerances to ensure everything fitted.

The construction team only had a few yards to travel as most of them were working on the Olympic stadium next door. Chris Keenan was Sir Robert McAlpine’s construction manager on the stadium and is now project manager for the Orbit. He says the timescale for constructing the Orbit was incredibly tight - planning permission was granted in August 2010 and the team were onsite by the end of September.

It was crucial to ensure the abutments for the initial ring sections were in precisely the right place. Steelwork can be made to very precise tolerances but it is much harder to get the foundations right, as concrete is prone to shrinkage. This could potentially have thrown the whole structure out, but an unusual solution was adopted: rather than casting bolt fixings into the foundations and bolting the first superstructure elements to these, empty pockets were left in the slab ready to receive specially made steel-to-concrete connections. These were fixed to the first steel sections of the superstructure, with the idea they would be precisely positioned before concrete was poured around the connections to attach them to the foundation.
Three fixing points were needed for each leg of the main structure. If conventional bolted fixings had been used, the superstructure could have been bolted to each fixing point individually, but here all three superstructure elements had to be positioned together. “We had to hold each piece in position with a crane, which meant we had to use three cranes together,” says Keenan.

Most of the job consists of the steel structure. It makes up 60% of the project value compared to 15% for a typical building. Watson Steel is responsible for fabricating the steel elements, erecting them on site and painting the finished structure. At the moment there are six steel erectors onsite but, according to Watson Steel’s construction manager John Calland, most of the structure has been erected by three steel workers and three crane drivers.

The lower sections came to site as large star-shaped elements that were simply lifted into position by crane and bolted together by steel workers on cherry pickers. The plan was to erect the main central section together with the spiral stairs and put up the intestine loops afterwards, but as the stair was delayed the team changed tack and have erected the main section and the intestines at the same time.

Kết quả (Việt) 2:

. THE SKYLINE PHILADELPHIA SEEN QUA DỆT CẦU MỚI THIẾT KẾ THEO Cecil Balmond ON THE CAMPUS UPenn
ALEX Fradkin
Đại học Pennsylvania đã hạ cánh xuống một mảnh kiến trúc cúp với một twist nhất định: các Weave Bridge mới, được thiết kế bởi kỹ sư kết cấu Cecil Balmond và huyền thoại của mình nâng cao Geometry Unit (AGU) nhóm nghiên cứu tại Arup. Bây giờ mở cửa cho công chúng, cây cầu sẽ trở thành một phần của một giai đoạn thứ hai của công việc thiết kế mùa thu này với hội nhập vào các quy hoạch trong khuôn viên trường xung quanh, bản thân một công việc khổng lồ để làm lại phim trường Philadelphia. SIX DẢI THÉP ĐƯỢC WOVEN INTO A SQUARE QUA PHẦN "LIKE A ROPE," AS ONE DESIGNER PUTS IT. THE BRIDGE nối hai PHẦN CỦA CAMPUS PENN CHIA đường ray. ALEX Fradkin Các bất thường thiết kế đầy tham vọng được ủy quyền bởi các trường đại học năm 2007, để phản ứng lại một thông báo thành phố mà nó sẽ tạm thời đóng một kết nối cơ sở thiết yếu:. Cầu Nam Phố kỷ tuổi, mà đã từ lâu phục vụ như là đoạn duy nhất trên một đường dây Amtrak chạy giữa các lĩnh vực thể thao của Penn và xây dựng Hollenback của nó, nhà cho các cơ sở thể thao và ROTC Mặc dù các quan chức Penn ban đầu dự định vận hành một tàu con thoi trong khi thành phố xây dựng lại cầu South Street, họ nhận tiền của họ có thể được đầu tư tốt hơn trong một cái gì đó lâu dài, đặc biệt là khi họ đang tái xây dựng trường theo một quy hoạch 30 năm phát minh bởi Sasaki Associates để tăng không gian mở và kết nối. " Bởi vì đây là một cơ hội hướng tới tương lai như vậy cho Penn, "Planner Principal Penn của Mark Kocent cho biết," chúng tôi muốn nâng cao thanh một chút và không làm một cây cầu giàn Warren đơn giản. "Vì vậy, họ quay sang Balmond, nổi tiếng với những sáng tạo của mình thiết kế như là phó chủ tịch của Arup, và hiện đang là giảng viên tại trường học của kiến trúc Penn. thiết kế Balmond của gồm có sáu dải thép dệt xung quanh một mặt cắt ngang vuông toả từ khoảng mười feet rộng tại trung điểm của nó đến 16 feet rộng ở mỗi đầu của nhịp 165-foot. "Về mặt cấu trúc, nó giống như một sợi dây thừng," Daniel Bosia, người đứng đầu của Đại học An Giang cho biết. "Vì vậy, bạn sẽ không thể để có những bức tường ngoài mái nhà và sàn nhà." Ông gọi việc thiết kế một khung đối ứng, một trong đó mỗi phần tử được hỗ trợ bởi các tiếp theo, kết quả là cứng nhắc, cấu trúc tổng thể đan cài. Các AGU nhóm đã được thử nghiệm với các khái niệm trong một vài năm qua, đặc biệt trong gian hàng Serpentine Gallery của họ vào năm 2005, được sáng tác những tác phẩm ngắn lồng vào nhau của gỗ (mặc dù không phải hàn lại với nhau như các thành phần của các cầu Weave đang có). Áp dụng các khái niệm khung đối ứng đối với một cây cầu và tại Philadelphia là cả cái đầu tiên. Arup đã làm việc với kỹ sư của hồ sơ Ammann & Whitney vào cấu trúc, được tôi luyện bằng những nhượng bộ cho an toàn và một ngân sách $ 2 triệu, Bosia nói. Đối với các nhịp, họ chuyển sang thép carbon thay vì thép không gỉ, và cho lớp phủ, họ thay thế bằng một sự pha trộn polymer thay cho gỗ. "Đó là tài liệu khá nghèo, nhưng sức mạnh và các hình thức của cây cầu cho phép bạn sử dụng đơn giản, vật liệu rẻ tiền," Bosia nói. Balmond cũng đã muốn là cầu nối để cung cấp một cái nhìn thông suốt của khuôn viên trường, nhưng Amtrak đã ngăn cấm việc sử dụng các bên mở trên tuyến đường sắt điện khí hóa của họ. Thỏa hiệp AGU là để điền vào các mặt bên với Plexiglas, nhưng để lại những cây cầu mở cửa cho các yếu tố chi phí, cung cấp thêm các lợi ích của việc cầu tự làm sạch trong mưa. Như các giai đoạn tiếp theo của quy hoạch tổng thể của Penn bắt đầu vào mùa thu này, Đại học An Giang sẽ bắt đầu để kết nối các cầu Weave đến một công viên 14-acre tương lai được thiết kế bởi Michael Van Valkenburgh Associates, một dự án 46 triệu $ dự kiến mở cửa vào năm 2011. Thay vì những bức tường chắn đất bê tông hiện đang được cài đặt trên phía tây của nó, cây cầu sẽ được nghỉ ngơi trên một gờ và sẽ chi nhánh tắt vào con đường quanh co theo cách của họ thông qua trang web. "Chúng tôi đang đi để có [Balmond] làm việc với Van Valkenburgh và đội viên, kết hợp tầm nhìn của mình với các thiết kế công viên để bạn có được một senseof dệt ươm và trở thành một phần của công viên ", Kocent nói. Một phiên bản của bài viết này xuất hiện trong AN 2009/09/09. Mặc dù xuất hiện phức tạp của nó, cấu trúc không phải đặc biệt phức tạp. Balmond đã được chịu trách nhiệm cho việc thiết kế cấu trúc của hai gian hàng Serpentine và nói cho ông những đêm không ngủ nhiều hơn Orbit. Các dòng của Orbit chạm mặt đất ba lần, tạo thành một cấu trúc ba chân-như ổn định. Nhóm nghiên cứu đã đặt biệt danh là phần đầu với thang máy trục "các hình bát giác" và các phân đoạn hẹp "ruột". Những yếu tố này được kết nối như họ vượt qua nhau mà tiếp tục tăng cường sự ổn định. Giống như bất kỳ cấu trúc cao tầng, các Orbit sẽ di chuyển trong gió. Khi mọi người sẽ có thể lên cấu trúc, Arup có để đảm bảo họ sẽ không bị bệnh do lắc lư. Vì vậy, một van điều tiết khối lượng điều chỉnh sẽ được đặt trên đầu của trục thang máy để giúp làm giảm độ rung và cho phép tinh chỉnh các mô hình chuyển động của cơ cấu. "Bởi vì các tòa nhà điều chỉnh là một chút của một nghệ thuật đen, nếu có chênh lệch giữa tần số tính toán và thực tế, chúng tôi có thể sửa chữa nó, giải thích:" Richard Henley, Giám đốc dự án cho nhà thiết kế chính Arup. Các cấu trúc được làm từ ống thép và bao gồm các bộ phận 4m-cao kết hợp với nhau như một loạt các vòng. Mỗi vòng xoắn là tương đối so với các nước láng giềng để các thanh chống kết nối tạo thành một cấu trúc hình tam giác. Phần đầu gồm tám đứng về phía chiếc nhẫn để tạo đủ không gian cho chỗ ở tại các cơ sở và các trục thang máy. Một phần bảy mặt là cần thiết, vì đây là độ rộng phù hợp cho các cửa thang máy, trong khi ruột được tạo thành từ các phần vuông. Đây được quay tại 45º so với người hàng xóm của họ để tạo ra các cấu trúc tam giác và xoắn, xuất hiện dây thừng như thế nào. Xây dựng các Orbit có gì ngạc nhiên, tất cả các ống thép cần thiết cho dự án đang được cung cấp bởi nhà tài trợ dự án và thép khổng lồ ArcelorMittal. Tuy nhiên, sáu ống hình thành mỗi nút hình ngôi sao (xem hình ảnh, phải) - trong đó, lần lượt, tạo thành các vòng - được chế tạo tại nhà máy thép chuyên Watson Steel tại Bolton, trước khi được kết hợp với nhau trong khuôn viên. Các nút là phức tạp để chế tạo vì sáu ống không mông lên gọn gàng với nhau nhưng được bù đắp để tạo ra tính chất cong của cấu trúc. Câu trả lời là sử dụng tấm thép phẳng tại các nút. "Để đơn giản hóa nó, chúng tôi quyết định đi cho tấm phân cách này, cho phép các ống để đến với nhau mà không húc lên, và giấu sự chồng chéo," Holger ngập ngừng, công ty liên kết Arup đã thực hiện nhiều các thiết kế kết cấu chi tiết nói. Tuy nhiên, một cách vẫn còn phải được tìm thấy để kết nối các ngôi sao với nhau. Ban đầu một doanh ẩn bởi một tấm bìa đã được xem xét nhưng được cho là quá đắt. Một kết nối mặt bích đơn giản là rẻ hơn nhiều nhưng sẽ dễ dàng nhìn thấy. "Chúng tôi nghĩ rằng rất khó khăn về điều này," Balmond nói. "Chúng tôi kết luận rằng nếu hình thức là rất mạnh mẽ sau đó các chi tiết thực tế mà làm cho công việc dưới hình thức không quan trọng." Các kết nối mặt bích có một lợi thế. Các cấu trúc có thể tương đối đơn giản, nhưng nó phải được xây dựng với độ chính xác cực để đảm bảo tất cả các yếu tố phù hợp với nhau trong khuôn viên. Những chiếc nhẫn nút được chế tạo để dung sai +/- 1mm, và các mặt bích cũng có thể được gia công trong nhà máy để dung sai rất tốt để đảm bảo mọi thứ được trang bị. Đội xây dựng chỉ có một vài bãi để đi du lịch như hầu hết trong số họ đã làm việc trên sân vận động Olympic bên cạnh. Chris Keenan là quản lý xây dựng Sir Robert McAlpine trên sân vận động và bây giờ là giám đốc dự án cho các Orbit. Ông nói rằng khoảng thời gian để xây dựng các Orbit là vô cùng chặt chẽ - kế hoạch đã được cấp phép vào tháng Tám năm 2010 và các đội là chỗ vào cuối tháng Chín. Nó là rất quan trọng để đảm bảo các mố cầu cho các phần vòng ban đầu là ở chính xác đúng nơi. Kết cấu thép có thể được thực hiện để dung sai rất chính xác nhưng nó là khó khăn hơn nhiều để có được nền móng bên phải, như bê tông là dễ bị co ngót. Điều này có khả năng có thể đã ném toàn bộ cấu trúc ra, nhưng một giải pháp bất thường đã được thông qua: hơn là đúc vửng bulông vào những nền tảng và sự bỏ rơi các yếu tố cấu trúc thượng tầng đầu tiên này, túi rỗng bị bỏ trong bản sẵn sàng tiếp nhận đặc biệt làm bằng thép-to- kết nối bê tông. Chúng được gắn cố định với phần thép đầu tiên của cấu trúc thượng tầng, với ý tưởng họ sẽ được định vị chính xác trước khi bê tông đã được đổ xung quanh các kết nối để gắn chúng vào nền tảng. Ba ấn định điểm là cần thiết cho mỗi chân của cấu trúc chính. Nếu vửng bắt vít thông thường đã được sử dụng, cấu trúc thượng tầng có thể đã được bắt vít vào mỗi điểm ấn riêng, nhưng ở đây cả ba yếu tố cấu trúc thượng tầng phải được định vị với nhau. "Chúng tôi đã phải giữ từng mảnh ở vị trí với một cần cẩu, có nghĩa là chúng tôi đã phải sử dụng ba cần cẩu với nhau," Keenan nói. Hầu hết các công việc bao gồm các kết cấu thép. Nó chiếm tới 60% giá trị dự án so với 15% cho một tòa nhà thông thường. Watson thép chịu trách nhiệm chế tạo các thành phần thép, lắp đặt chúng trên trang web và vẽ cấu trúc thành. Tại thời điểm này, có sáu thép Erectors tại chỗ nhưng theo quản lý xây dựng John Calland Watson Steel, hầu hết các cấu trúc đã được dựng lên bởi ba công nhân thép và ba trình điều khiển cần cẩu. Các phần thấp hơn đến trang web như các yếu tố hình ngôi sao lớn là chỉ đơn giản là nâng vào vị trí bằng cần trục và được chốt lại với nhau bằng công nhân thép trên hái anh đào. Kế hoạch là để xây dựng các khu trung tâm chính cùng với cầu thang xoắn ốc và đưa lên ruột vòng sau đó, nhưng như cầu thang đã bị trì hoãn các đội thay đổi chiến thuật và đã dựng lên những phần chính và ruột cùng một lúc.