Temat: Budynek biurowy Treasury Building Singapore (dane 259.bw7)

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Wydział Budownictwa i InŜynierii Środowiska Ćwiczenia projektowe z BUDYNKÓW WYSOKICH I WYSOKOŚCIOWYCH Temat: Budynek biurowy Treasury Building Singapore (dane 259.bw7) Semestr : IX Rok akademicki : 2007/2008 Grupa : KBI 2 Konrad Ziejewski POZNAŃ 2007/2008

2 Opis techniczny konstrukcji 1 Dane ogólne Treasury Building 1.1 Cel opracowania: Obliczenie maksymalnych sił przekrojowych oraz przemieszczeń przy pomocy programu BW dla Windows oraz preprocesora POL-3 współdziałającego z programem AutoCAD Projektanci budynku i jego wykonawcy -Architekt: The Stubbins Associates with Architects 61 -Structural Engineers: Le Messurier Consultants with Ove Arup and Partners -Services Engineer: Ewbanks Preece Partnership -Developer: Singapore Treasury Building (Pte) Ltd 1.3 Ciekawe dane -1,4 miliona stóp kwadratowych powierzchni uŝytkowej ( m 2 ) -wysokość budynku 234,7 metra, 52 piętra -stropy w postaci wsporników o długości 38 stóp (ok. 12 m) -budynek został umiejscowiony na banknocie $50 banku Singapur w celu uczczenia 25 rocznicy uzyskania niepodległości przez Singapore -zewnętrzna średnica całego budynku 48,4 m, średnica wewnętrznego rdzenia Ŝelbetowego 24,95 m -grubości ścian rdzenia waha się od 1,0 m do 1,2 m od góry budynku do 16 piętra natomiast poniŝej 16 piętra wynosi 1,65 m (do obliczeń przyjęto 1,4 m) 1.4 Charakterystyka budynku: Rzut budynku trzon okrągły został umieszczony centralnie, a w nim rozmieszczona komunikacja pionowa. Powierzchnia biurowa poza trzonem do swobodnego kształtowania brak konstrukcyjnych przegród pionowych. Zewnętrzny obrys budynku okrągły.

3 Trzon jest jedynym elementem nośnym podtrzymującym wspornikowo zawieszone stropy. 1.5 Rzut kondygnacji: 2 Podstawa opracowania 2.1 Źródła -strony internetowe -ksiąŝka Zaknic I., Smith M., Rice D. 100 of the World s Tallest Buildings 2.2 Wykorzystane materiały -bitmapy z rzutami i przekrojami budynku -informacje zawarte na stronach internetowych oraz w ksiąŝkach patrz punkt 7 -programy: POL3, BW-View i AutoCAD CZĘŚĆ SZCZEGÓŁOWA ( załoŝenia - domysły ) 3.1 Fundamenty: Przyjęto posadowienie na płycie fundamentowej zbliŝonej do okręgu. 3.2 Układ usztywniający: Trzon usztywniający, zbliŝony w obrysie do okręgu, połoŝony jest centralnie. 3.3 Ściany trzonu: Przyjęto ściany trzonu grubości 1,4 m. 3.4 Stropy: Przyjęto stropy monolityczne Ŝelbetowe z betonu B50 o wspornikowym schemacie pracy stropu. 3.5 NadproŜa: Przyjęto nadproŝa monolityczne Ŝelbetowe o wysokości 1,5 m z betonu B50.

4 3.6 Komunikacja pionowa: Windy: sztuk 11 jedna klatka schodowa 3.7 Wentylacja i klimatyzacja: Mechaniczna wentylacja i klimatyzacja. 3.8 Stolarka okienna i drzwiowa: Przyjęto okna aluminiowe; drzwi drewniane. 4.0 Zestawienie obciąŝeń Analizowany budynek podzielony został na 4 przedziały obciąŝeń: Przedziały podziału obciąŝeń i określenie dla jakiego rodzaju pomieszczeń 1 przedział: od kondygnacji 1 do 6 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń uŝytkowych odpowiadają obciąŝeniom dla garaŝy 2 przedział: od kondygnacji 7 do 8 jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla sali, holi oraz poczekalni 3 przedział: od kondygnacji 9 do 12 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla domów towarowych 4 przedział: od kondygnacji 13 do 52 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom pomieszczeń biurowych. ObciąŜenia podzielono na: obciąŝenia w części uŝytkowej, obciąŝenia w części komunikacyjnej oraz obciąŝenia wspornikowej części stropu. Wydzielono 7 schematów obciąŝeń: 1 schemat: wiatr z lewej strony budynku (po kierunku X), 2 schemat: wiatr z dołu ekranu budynku (po kierunku Y), 3 schemat: obciąŝenia od cięŝaru stałego, 4 schemat: obciąŝenia zmienne(1) na lewą górną ćwiartkę rzutu, 5 schemat: obciąŝenia zmienne(2) na lewą dolną ćwiartkę rzutu, 6 schemat: obciąŝenia zmienne(3)na prawą dolną ćwiartkę rzutu, 7 schemat: obciąŝenia zmienne(4)na prawą górną ćwiartkę rzutu. Zdefiniowano takŝe warianty ekstremów obciąŝeń: 1 wariant: od obciąŝeń charakterystycznych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza)- dla wyznaczenia maksymalnych przemieszczeń budynku. 2 wariant: od obciąŝeń obliczeniowych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza)- dla wyznaczenia maksymalnych napręŝeń.

5 4.1 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji garaŝy OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] γ f q [kn/m] posadzka cementowa 0,06 x 21,0 1,26 1,3 1,64 Strop Ŝelbetowy gr 30 cm 0,30 x 25 7,5 1,1 8,25 RAZEM OBCIĄśĘNIA STAŁE 8,76 9,89 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla samochodu cięŝarowego średniego z ładunkiem 7,0 1,2 8,4 dla korytarzy i klatek 4,0 1,3 5,2 4.2 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji sali, holi oraz poczekalni. OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] gf q [kn/m] płytki ceramiczne 0,43 1,3 0,56 posadzka cementowa 0,04 x 21,0 0,84 1,3 1,09 izolacja akustyczna 0,05 x 0,45 0,03 1,3 0,04 Strop Ŝelbetowy gr 25 cm 0,25 x 25 6,25 1,1 6,88 RAZEM OBCIĄśENIA STAŁE 7,55 8,57 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla sal poczekalni i szatni 4,0/5,0 1,3 5,2/6,5 dla korytarzy i klatek schodowych 4,00 1,3 5,2

6 4.3 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji domów towarowych. OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] gf q [kn/m] płytki ceramiczne 0,43 1,3 0,56 posadzka cementowa 0,04 x 21,0 0,84 1,3 1,09 izolacja akustyczna 0,05 x 0,45 0,03 1,3 0,04 Strop Ŝelbetowy gr 25 cm 0,30 x 25 7,5 1,1 8,25 RAZEM OBCIĄśĘNIA STAŁE 8,8 9,94 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla sal poczekalni i szatni 7,5 1,2 9,0 dla korytarzy i klatek schodowych 6,0 1,2 7,2 4.4 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji pomieszczeń biurowych. OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] gf q [kn/m] płytki ceramiczne 0,43 1,3 0,56 posadzka cementowa 0,04 x 21,0 0,84 1,3 1,09 izolacja akustyczna 0,05 x 0,45 0,03 1,3 0,04 Strop Ŝelbetowy gr 20 cm 0,20 x 20 4,00 1,1 4,4 RAZEM OBCIĄśĘNIA STAŁE 5,3 6,09 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla pokoji biurowych 2,00/5,00 1,4/1,3 2,80/6,50 dla korytarzy i klatek schodowych 3,00 1,3 3,90

7 5. KOMENTARZ WYNIKÓW 5.1. NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu -14,366 m czyli utwierdzenia budynku NapręŜenia dla schematów: Rys.1 SCHEMAT-1 WIATR Z LEWEJ STRONY PO KIERKU OSI X Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 2, ścianie nr10 w 12 punkcie. Wynoszą one 8,15 MPa Rys.1 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 2,ścianie nr5 w punkcie 6. Wynoszą one 8,28 MPa Rys.2

8 Rys.2

9 SCHEMAT-2 WIATR Z DOŁU PO KIERUNKU OSI Y Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 4, ścianie nr 17 w punkcie 21. Wynoszą one 7,69 MPa Rys.3 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 2, ścianie nr7 w punkcie 9. Wynoszą one 7,52 MPa Rys.4 Rys.3

10 Rys.4

11 SCHEMAT-3 OBCIĄśENIE STAŁE (cięŝar własny) Wszystkie elementy trzonu wysokościowca są ściskane. Maksymalne napręŝenia otrzymano w elemencie 4, ścianie nr17 w punkcie 21. Wynoszą one 11,48 MPa Rys.5 Rys.5

12 SCHEMAT-4 OBCIĄśENIA ZMIENNE (obciąŝona pł-zach. część budynku) Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 5,ścianie nr20 w punkcie 25. Wynoszą one 3,72 MPa Rys.6 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 2, ścianie nr9 w punkcie 11. Wynoszą one 1,05 MPa Rys.7 Rys.6

13 Rys.7

14 SCHEMAT-5 OBCIĄśENIA ZMIENNE (obciąŝona pd-zach. część budynku) Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 2,ścianie nr5 w punkcie 7. Wynoszą one 3,75 MPa Rys.8 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 4,ścianie nr15 w punkcie 19. Wynoszą one 1,08 MPa Rys.9 Rys.8

15 Rys.9

16 SCHEMAT-6 OBCIĄśENIA ZMIENNE (obciąŝona pd-wsch. część budynku) Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 2,ścianie nr9 w punkcie 11. Wynoszą one 3,67 MPa Rys.10 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 5,ścianie nr20 w punkcie 25. Wynoszą one 1,08 MPa Rys.11 Rys.10

17 Rys.11

18 SCHEMAT-7 OBCIĄśENIA ZMIENNE (obciąŝona pn-wsch. część budynku) Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 4,ścianie nr15 w punkcie 19.Wynoszą one 3,78 MPa Rys.12 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 2,ścianie nr5 w punkcie 7. Wynoszą one 1,06 MPa Rys.13 Rys.12

19 Rys.13

20 5.1.2 Ekstremum napręŝeń od wszystkich schematów obciąŝeniowych z uwzględnieniem schematów wykluczających się oraz z uwzględnieniem współczynników obliczeniowych: NapręŜenia rozciągające nie występują w Ŝadnej ścianie budynku. Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 2, ścianie nr5 w punkcie 6. Wynoszą one 31,39 MPa Rys.14 Rys Zestawienie wyników dla napręŝeń σ NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] max σ z -621, ,36 min σ z , ,87

21 5.2 Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 209,37 m czyli wierzchołka budynku Maksymalne przemieszczenia od pojedynczych schematów: Największe przemieszczenia wywołuje działanie wiatru po kierunku osi X (schemat 1 ) Ich wartość maksymalna wynosi p y = 0,2652 m Rys.15 Przedstawia to poniŝszy schemat odkształceń - Rys.15

22 5.2.2 Ekstremalne przemieszczenia od wszystkich schematów z uwzględnieniem schematów wykluczających się oraz bez uwzględnienia współczynników obliczeniowych (wartości charakterystyczne): Ekstremalne przemieszczenia wystąpiły po kierunku osi X i mają wartość p x = 0,3951 m Rys. 16 Największe przemieszczenia po kierunku osi Y mają wartość p y = 0,3884 m Rys. 17 Rys. 16

23 Rys Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 1 wartość maksymalna [m] punkt pomiaru wartość minimalna [m] punkt pomiaru V x.max 0, , V x.min 0, , V y.max 0, , V y.min 0, , EKSTREMUM 0, ,

24 Przemieszczenia dopuszczalne wg norm obowiązujących w następujących krajach : USA p dop =H/600 Australia p dop =H/800 Polska p dop =H/1000 Wysokość budynku wynosi H=223,00 m USA Australia Polska p dop = 223/600 = 0,37 m < p max = p y = 0,395 m niespełnione p dop = 223/800 = 0,28 m < p max = p y = 0,395 m niespełnione p dop =223/1000= 0,22 m < p max = p y = 0,395 m niespełnione 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 6.1 Maksymalne napręŝenia ściskające dla jednego schematu występują dla schematu 3 czyli cięŝaru własnego konstrukcji. Ich wartość wynosi 11,48 MPa i występują w ścianie nr 17 Rys Maksymalne napręŝenia rozciągające dla jednego schematu występują dla schematu 1 czyli obciąŝeń wywołanych parciem wiatru po kierunku X. Ich wartość wynosi 8,28 MPa i występują w ścianie nr 5 Rys Ekstremum napręŝeń (wynik kombinatoryki obciąŝeń) to napręŝenie ściskające o wartości 31,39 MPa w ścianie nr 5. Rys.14 NapręŜenia rozciągające nie występują. 6.4 Po analizie przemieszczeń okazuje się, iŝ maksymalne przemieszczenia budynku wystąpiły po kierunku osi X i mają wartość p x = 0,3951 m Rys. 16 Ich wartość jest większa od wartości dopuszczalnych w USA (p dop =H/600), Australii p dop =H/800 oraz Polsce p dop =H/1000. Nadmierne wychylenia są niekorzystne dla samopoczucia człowieka, powodują zmęczenie materiału konstrukcyjnego oraz elementów nie konstrukcyjnych takich jak ścianki działowe, obudowy zewnętrzne a nawet instalacje. Wyniki mogłyby być nieco inne, gdyby zamiast wartości średniej grubości ścian zostałaby zamodelowana tak jak wyglądają w rzeczywistości (skokowo zamiast stałej wartości). RównieŜ fakt przyłoŝenia wyjątkowo duŝego obciąŝenia uŝytkowego (min 5,0 kn/m2) na wspornikowe części kondygnacji wpływa bardzo niekorzystnie na przemieszczanie obiektu. Budynek naleŝy przeprojektować zwiększając sztywność trzonu.

25 7 Literatura: [1] POL-wersja 3 dokumentacja uŝytkownika [2] Dokumentacja uŝytkownika BWView for Windows wersja J.Wdowicki, A.Tomaszewski [3] Opis budynku ze stron internetowych - (opis wnętrza) - (opis budynku) [4] Zaknic I., Smith M., Rice D. 100 of the World s Tallest Buildings Images Publishing, Mulgrave [5] Taranath B.S.: Steel, Concrete, and Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill, New York 1998.