铸件在亚瑟•艾许球场的屋顶修建中发挥了关键作用


美 国网球公开赛是一年中最激动人心的网球赛。而铸件将使比赛更加精彩。

亚瑟•艾许球场在一年中有两周时间将成为网球世界的中心。位于纽约皇后区的亚瑟•艾许球场是美网公开赛的主球场,世界上最重要的体育比赛之一的最大的赛事在这里举办。塞雷娜•威廉姆斯、罗杰•费德勒、诺瓦克•德约科维奇等网坛巨星在成千上万购票入场的观众以及电视机前的全球亿万观众的注视下走进这个球场。

但是目前,亚瑟•艾许球场正在进行整修,其外观和感觉将发生很大的改变。这次整修会发生很多且明显的改变,然而有些改变虽然不太显眼但同样重要。

亚瑟•艾许球场建于1997年,是一个无顶的建筑物。因此,比赛易于受恶劣天气影响,赛事日程也经常被迫推迟或取消。为了应对恶劣天气的影响,球场的所有者和管理者美国网球协会于2013年宣布,将效仿温布尔顿和澳网公开赛给球场修建可移动的屋顶。

报道称,屋顶是独立于球场自身的结构,需耗资1.5亿美元,预计将在2016年8月的比赛中投入使用。庞大的钢结构已经在去年的比赛期间安装好,还需将聚四氟乙烯玻璃纤维膜覆盖在屋顶上,防止恶劣天气的袭击。
当然,这个项目非常复杂,并不是简单地将屋顶结构覆盖在球场上。屋顶结构由与地面混凝土墩连接的环绕球场的8根钢柱支持。每个基点的2个对角支架与垂直钢柱通过铸钢件连接。当观众进入球场时,他们会跨过这个固定在地面支撑屋顶的点。

多伦多的Cast Connex公司最终选择密苏里州堪萨斯城的Bradken公司作为项目合作伙伴。

2014年2月,钢铁生产企业Canam集团(加拿大魁北克省圣乔治)与具备铸造和锻造加工和设计能力的企业Cast Connex取得联系。应纽约设计委员会的要求,美国网球协会和外部建筑商进行合作为屋顶结构提供既坚固又美观的连接铸件,因为观众入场时将会看到这些铸件。

Cast Connex公司为项目生产订制产品,连接点和支架于2014年11月前安装完毕。

“从结构的角度看,屋顶的全部重量和横向支撑系统都依靠这些连接点,”Cast Connex公司主管Carlos de Oliveira说:“从建筑的角度看,这些连接点也是非常重要的,因为它们是观众与屋顶结构可以直接接触的唯一部位。”
Oliveira介绍,每个连接点的铸件重约3,492.7 kg,一端与直径为76.2 cm的钢架连接。另一端与直径为101.6 cm的钢柱焊接在一起。

“连接件位于如此大直径的钢架和钢柱的连接处,”de Oliveira说,“铸件连接圆形支架和较薄的竖板结构,在两个几何结构中实现了有机的过渡。”

连接铸件的关键作用
正如de Oliveira提到的,该铸件应该不仅仅是看起来不错。

“该铸件是结构件;每个铸件可以支撑大部分的屋顶重量。刮风时,它们必须将横向的风力传递到底部,”de Oliveira说,“地震发生时,由屋顶结构产生的惯性力也将传递到连接的铸钢件上。”

“因此,它们绝对是起关键作用的部件。”

Cast Connex公司不是铸造企业,它为建筑、桥梁设计铸钢结构件,与铸造企业合作生产它所设计的铸件。Cast Connex公司为很多大型项目设计了关键部件,例如为旧金山的越湾运输中心项目设计了建筑意义上的铸钢节点。公司可以提供各种各样的标准化铸件,例如通用的插头连接件,广泛应用于各种建筑物,包括纽约的惠特尼美术馆。

de Oliveira表示:“从建筑的角度出发,我们能够设计出具有与众不同的美感的几何结构和连接点,这是焊接作业所不能实现的。”

铸造工艺还能带来结构优势,就像平滑的力在不同形状之间传递。

“最后,我们把金属材料放在合适的位置,使力可以在结构铸件中传递,而不是试图加强或使金属更加坚硬。事实上,我们像自然界那样塑造了铸件,”de Oliveira说,“在这个项目中,你经常会完成一件看起来非常精致的作品。所以,我们利用铸件的几何形状的自由度来改善结构性能,并且提升连接点铸件的美感。”

在亚瑟•艾许球场的整修项目中,Cast Connex公司与Bradken公司及其在堪萨斯艾奇逊的工厂进行合作,生产模具和铸件。这两家公司曾经合作过,基于两者牢固的合作关系以及铸件的尺寸和复杂性等原因,Bradken公司成为Cast Connex公司的正确选择。

“现在,拥有这样的合作关系已经变得越来越难,因为很多人都将设计铸件变得商业化,”Bradken公司工业产品业务发展部主管Wayne Braun说,“两家公司合作的增值效益是共同设计铸件,使铸件具有最好的效果和最低的成本。”
铸件采用自硬砂铸造工艺,使用ASTM A958标准划分的50 ksi钢号,该钢号是结构件行业标准等级中的一种。

两家公司建立合作关系生产连接铸件。在牢固的合作关系中既有积极的反馈、意见交换,也有资源共享和论证。

“由于这些铸件的重要性,两家公司之间会有很多技术和质量的反复讨论,不仅是关于结构完整性,还有对外观的期望,因此不是所有人都能做到的,”Braun说,“此外,要考虑焊接点的精度,使铸件能够易于焊接到平面上。这样,铸件可以在工厂生产、装配时不会有尺寸方面的问题。”

Braun认为“好的开端”对项目是非常重要的。铸造公司不希望等项目开始之后才发现生产的铸件是不符合预期的。他们请项目各部门的代表对铸件进行检查并提出修改意见。

“做好第一件产品,确保放置在正确的位置,并加工连接的平面,这就是我们采取三维模型的原因,”Braun说:“或者,我们先放置铸件,然后将文件发给他们,将其放进文件夹以确保铸件符合规定。当程序锁定后,可以确保之后生产的铸件具有三维铸件所要求的精度。”

理论上,也可采用其他生产工艺生产该部件。但是,铸造工艺有很多突出优势。除具有美感外,它还有能力应对更大的挑战,何况还没有焊接的痕迹,因此,采用铸造工艺生产的铸件具备了更多承受应力的能力。

“其中的一个优点是具有成形的能力,符合建筑师的审美,”Braun说:“如果我们将不同等级和强度的钢材的焊接起来,铸件的不同形状确实可以为项目提供很多方案,而这些形状是很难甚至几乎不可能用其他工艺生产出来的。”

类似这样的项目还有其他优点:它可以帮助企业,比如Bradken公司,继续在建筑领域提高自己的知名度。Bradken公司是美国钢铁结构协会的会员,Braun和de Oliviera已经就铸钢件的使用和优点进行了讨论。

“我们不仅相信它具有的优点,我们还实际生产并且在这个项目中已经取得了成功,”Braun说:“一个人在没有实践操作之前说‘是的,我相信我们可以成功生产出这样的铸件,’你是不会相信的,因为这关乎对于铸造什么、为什么铸造、什么是重点的理解。”