Xem kỹ thuật đằng sau cầu thang xoắn ốc bằng đá nổi, từng đoạt giải thưởng

+ 12

Chìa khóa để đạt được thiết kế là hai dây cáp thép 12,9 mm chạy qua trung tâm của cầu thang. Sau khi tất cả các bậc đá đã được đặt đúng vị trí, các dây cáp này được dự ứng lực với tải trọng 150 kilonewton. Tuy nhiên, trong khi điều này nghe có vẻ như là một câu trả lời đơn giản, thì sự thật lại không phải như vậy: “Cầu thang đá thẳng dự ứng lực là một thiết kế phổ biến với phân tích kết cấu tương tự như dầm hoặc tấm bê tông dự ứng lực, một phương pháp xây dựng được Webb Yates giải thích trong một thông cáo báo chí.

Để dự ứng lực cho một cầu thang đá quét qua 320 độ là một vấn đề phức tạp hơn nhiều và đòi hỏi mô hình 3D đầy đủ và phân tích đá cũng như hiểu biết đầy đủ về các nguyên tắc kết cấu tại nơi làm việc. Người ta đã sớm nhận ra rằng ứng suất viên đá quá phức tạp để phân tích bằng các mô hình phần tử hữu hạn 1D hoặc 2D đơn giản nên mô hình 3D đầy đủ được xây dựng bằng Rhino và Grasshopper viết kịch bản để tạo ra hình dạng phức tạp của từng rãnh và các mối nối vữa giữa. Cầu thang hoạt động đồng thời cả uốn và xoắn và các mối nối dễ bị nứt hoặc trượt nếu lực cản ma sát không đủ cao. Thêm vào đó, độ bền của vật liệu được sử dụng phụ thuộc vào hướng nên hướng và bản chất chính xác của từng ứng suất mà mặt lốp phải chịu là rất quan trọng.”

Để giảm tải trọng thẳng đứng lên cầu thang — đồng thời để làm cho cầu thang trông mảnh mai và duyên dáng hơn — các bậc thang được tạo hình thanh mảnh hơn ở các cạnh, với “xương sống” dày hơn chạy lên ở giữa. Điều này làm giảm trọng lượng của cầu thang (chỉ còn 150 kg mỗi bậc) và hướng phần lớn tải trọng qua cột sống trung tâm, nơi đặt các dây cáp dự ứng lực.

Để đảm bảo sự thành công của thiết kế, Webb Yates thậm chí còn tạo ra một mô hình với 70% kích thước đầy đủ chạy qua một góc quay 180 độ, sau đó mô hình này đã được thử nghiệm để phá hủy. Khi họ đưa nó vào thông cáo báo chí của mình, “để đẩy thiết kế kỹ thuật đi xa nhất có thể, chúng tôi cần kiểm tra viên đá đến giới hạn của nó.”

Sau khi thiết kế được thiết lập, Công ty Stonemasonry đã cắt cầu thang từ các mẫu CAD 2D trong 4 tuần. Việc lắp đặt cầu thang tại chỗ mất 8 tuần, bao gồm cả việc xây dựng và dỡ bỏ bức tường khối tạm giữ đá tại chỗ cho đến khi dự ứng lực.

Tuy nhiên, đối với Webb Yates, việc xây dựng cầu thang bằng đá rắn không chỉ là một bài tập nhằm đẩy kỹ thuật đến giới hạn của nó. Họ lập luận rằng nếu cấu trúc được tạo ra bằng thép hoặc bê tông, năng lượng thể hiện của cầu thang sẽ cao hơn nhiều, khiến đá trở thành lựa chọn thân thiện với môi trường. Và, mặc dù có thể xây dựng cầu thang bằng vật liệu khác và ốp bằng đá, nhưng điều này sẽ đòi hỏi chi phí cắt đá cao hơn nhiều và nhiều thời gian hơn tại chỗ, khiến thiết kế bằng đá cứng cũng trở thành một lựa chọn kinh tế.