POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Wydział Budownictwa i InŜynierii Środowiska

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Budownictwa i InŜynierii Środowiska Ćwiczenia projektowe z BUDYNKÓW WYSOKICH I WYSOKOŚCIOWYCH Temat: Budynek mieszkalny High-rise Residental Balornock, Scotland (dane 272.bw7) Kierunek: Budownictwo Rok V Semestr IX Rok akademicki 2007/2008 Wykonał: Adam Dimmich Gr. KBI1

2 1. Dane ogólne High-Rise Residental Development At Balornock, Scotland 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 Architect/Engineer: Sam Bunton & Associates for Glasgow Corporation, Structural Engineers: W. A. Fairhurst & Partners, 1.3. Charakterystyka budynku: Rzut budynku kwadratowy trzon został umieszczony centralnie a w nim rozmieszczona komunikacja pionowa. Dookoła budynku dodatkowe słupy aby nadać odpowiednią sztywność budynkowi. Powierzchnia biurowa poza trzonem do swobodnego kształtowania.

3 1.4. Rzut kondygnacji [7.3]: 2. Podstawa opracowania 2.1. Źródła strona internetowa [7.4], ksiąŝka: Hart F., Henn W., Sontag H.: Multi-Storey Buildings in Steel Wykorzystane materiały Bitmapy z rzutami i przekrojami budynku, informacje zawarte na stronach internetowych oraz w ksiąŝkach, programy: POL3, BW-View i AutoCAD Część szczegółowa (załoŝenia - domysły) 3.1. Fundamenty: Przyjęto posadowienie na płycie fundamentowej Układ usztywniający: Trzon usztywniający, na planie krzyŝa, połoŝony jest centralnie Ściany trzonu: Przyjęto ściany trzonu grubości 0,14-0,25 m.

4 3.4. Słupy: Przyjęto słupy monolityczne Ŝelbetowe o wymiarach 1,0 m x 1,0 m Stropy: Przyjęto stropy monolityczne Ŝelbetowe z betonu B NadproŜa: Przyjęto nadproŝa monolityczne Ŝelbetowe o wysokości 0,5 m z betonu B Komunikacja pionowa: Dwie windy oraz dwie klatki schodowe pokazane na rzucie kondygnacji [1.4] Wentylacja i klimatyzacja: Mechaniczna wentylacja i klimatyzacja Stolarka okienna i drzwiowa: Przyjęto okna aluminiowe; drzwi drewniane. 4. Zestawienie obciąŝeń Analizowany budynek podzielony został na 3 przedziały obciąŝeń: Przedziały podziału obciąŝeń i określenie dla jakiego rodzaju pomieszczeń od kondygnacji 1 do 2 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń uŝytkowych odpowiadają obciąŝeniom dla garaŝy, od kondygnacji 3 do 4 jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla domów towarowych, od kondygnacji 5 do 33 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla pomieszczeń mieszkalnych, ObciąŜenia podzielono na obciąŝenia w części uŝytkowej oraz obciąŝenia w części komunikacyjnej. 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 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 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji garaŝy. Rodzaj obciąŝenia Warstwa wierzchnia (bezbarwna Ŝywica epoksydowa) Warstwa zasadnicza (bezbarwna Ŝywica epoksydowa + kolorowe kruszywo kwarcowe) Warstwa gruntująca (bezbarwna Ŝywica epoksydowa) Grubość CięŜar ObciąŜ. charakter. m kn/m 3 kn/m 2 0,005 17,0 0,085 0,04 16,0 0,72 0,01 17,0 0,17 Płyta stropowa 0, ,0 RAZEM 7, Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji domów towarowych. Rodzaj obciąŝenia Wykładzina obiektowa twarda POLYFLOR Grubość CięŜar ObciąŜ. charakter. m kn/m 3 kn/m 2 0,01 22,0 0,22 Folia hydroizolacyjna IZOFOL 0,005 11,0 0,055 Jastrych cementowy 0,07 21,0 1,47 Płyty Stropoterm 0,06 2,0 0,12 Płyta stropowa 0, ,125 RAZEM 6,0

6 4.3. Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji mieszkalnych. Rodzaj obciąŝenia Wykładzina obiektowa twarda POLYFLOR Grubość CięŜar ObciąŜ. charakter. m kn/m 3 kn/m 2 0,01 22,0 0,22 folia hydroizolacyjna IZOFOL 0,005 11,0 0,055 Jastrych cementowy 0,07 21,0 1,47 Płyty Stropoterm 0,06 2,0 0,12 Płyta stropowa 0, ,125 RAZEM 5, Zebranie obciąŝeń zmiennych. Rodzaj obciąŝenia ObciąŜ. charakter. kn/m 2 Wszelkie pomieszczenia mieszkalne 1,5 Klatki schodowe - biura 4,0 Sklepy, sale sprzedaŝy domów towarowych 5,0 Samochody osobowe, cięŝarowe lekkie i autobusy 6, Współczynniki obciąŝeniowe

7 5. Komentarz wyników 5.1. NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu -5,0 m czyli utwierdzenia budynku NapręŜenia dla schematów: Schemat 1 - wiatr z lewej strony po kierunku osi X Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 4, ścianie nr 51 w 103 punkcie. Wynoszą one 0,749 MPa. Rys.1 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 8,ścianie nr 46 w punkcie 92. Wynoszą one 0,769 MPa. Rys.2 Rys.1 Rys.2

8 Schemat 2 - wiatr z dołu po kierunku osi Y Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 7, ścianie nr 22 w 45 punkcie. Wynoszą one 2,784 MPa. Rys.3 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 3,ścianie nr 6 w punkcie 12. Wynoszą one 3,105 MPa. Rys.4 Rys.3 Rys.4

9 Rys Schemat 3 - obciąŝenie stałe cięŝar własny Wszystkie elementy trzonu wysokościowca są ściskane. Maksymalne napręŝenia otrzymano w elemencie 20, ścianie nr 53 w punkcie 106. Wynoszą one 6,086 MPa. Rys.5

10 Schemat 4 - obciąŝenie zmienne obciąŝona płn. zach. część budynku Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 16,ścianie nr 41 w punkcie 83. Wynoszą one 1,123 MPa. Rys.6 Rys.6 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 1 w punkcie 1. Wynoszą one 0,141 MPa. Rys.7 Rys.7

11 Schemat 5 - obciąŝenie zmienne obciąŝona płd. zach. część budynku Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 20,ścianie nr 53 w punkcie 107. Wynoszą one 1,240 MPa. Rys.8 Rys.8 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 5, ścianie nr 18 w punkcie 37. Wynoszą one 0,059 MPa. Rys.9 Rys.9

12 Schemat 6 - obciąŝenie zmienne obciąŝona płd. wsch. część budynku Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 21,ścianie nr 56 w punkcie 112. Wynoszą one 1,135 MPa. Rys.10 Rys.10 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 5, ścianie nr 18 w punkcie 37. Wynoszą one 0,101 MPa. Rys.11 Rys.11

13 Schemat 7 - obciąŝenie zmienne obciąŝona płn. wsch. część budynku Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 17,ścianie nr 44 w punkcie 89. Wynoszą one 0,971 MPa. Rys.12 Rys.12 Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 1 w punkcie 1. Wynoszą one 0,085 MPa. Rys.13 Rys.13

14 Rys 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 7, ścianie nr 22 w punkcie 45. Wynoszą one 9,710 MPa. Rys Zestawienie wyników dla napręŝeń σ NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] max σ z -274, ,02 min σ z -4793, ,90

15 5.2. Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 84,0 m czyli wierzchołka budynku Maksymalne przemieszczenia od pojedynczych schematów: Największe przemieszczenia wywołuje działanie wiatru po kierunku osi Y (schemat 2). Ich wartość maksymalna wynosi v y = 0,0282 m. Przedstawia to poniŝszy schemat odkształceń - Rys.15 Rys.15

16 Rys 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 v x = 0,0202 m co przedstawia Rys. 16. Największe przemieszczenia po kierunku osi Y mają wartość v y = 0,0441 m co przedstawia Rys. 17.

17 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, , Przemieszczenia dopuszczalne wg norm obowiązujących w następujących krajach : USA v dop = H/600 Australia v dop = H/800 Polska v dop = H/1000 Wysokość budynku wynosi H = 84,0 m USA Australia Polska v dop = 84/600 = 0,140 m > v max = v y = 0,0441 m spełnione v dop = 84/800 = 0,105 m > v max = v y = 0,0441 m spełnione v dop = 84/1000 = 0,084 m > v max = v y = 0,0441 m spełnione

18 6. Podsumowanie i wnioski Maksymalne napręŝenia ściskające dla jednego schematu występują dla schematu 3 czyli cięŝaru własnego konstrukcji. Ich wartość wynosi 6,086 MPa i występują w ścianie nr 53. Rys.5, Maksymalne napręŝenia rozciągające dla jednego schematu występują dla schematu 2 czyli obciąŝeń wywołanych parciem wiatru po kierunku Y. Ich wartość wynosi 3,105 MPa i występują w ścianie nr 5 - Rys.2, Ekstremum napręŝeń (wynik kombinatoryki obciąŝeń) to napręŝenie ściskające o wartości 9,710 MPa w ścianie nr 22 - Rys.14. NapręŜenia rozciągające nie występują, Po analizie przemieszczeń okazuje się, iŝ maksymalne przemieszczenia budynku wystąpiły po kierunku osi Y i mają wartość v y = 0,0441 m - Rys. 17. Spełniają one warunek jaki jest stosowany w USA, Australii i Polsce. Nadmierne wychylenia są niekorzystne dla samopoczucia człowieka, powodują zmęczenie materiału konstrukcyjnego oraz elementów nie konstrukcyjnych takich jak ścianki działowe, obudowy zewnętrzne a nawet instalacje. 7. Literatura: 7.1. POL wersja 3 dokumentacja uŝytkownika, 7.2. Dokumentacja uŝytkownika BW-View for Windows wersja 2.0. J. Wdowicki, A. Tomaszewski, 7.3. Hart F., Henn W., Sontag H.: Multi-Storey Buildings in Steel, Second Edition; Godfrey, GB (Editor); Collins, London, England, 1985, ISBN Strony internetowe: