POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH. ul. Piotrowo Poznań

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH ul. Piotrowo Poznań Praca kontrolna z przedmiotu BUDYNKI WYSOKIE I WYSOKOŚCIOWE dane : 308.bw7 Budynek 40- kondygnacyjny centrum Los Angeles OPRACOWAŁA : Teresa Kantel, KBI 2 SPRAWDZIŁA: Marta Marlewska, KBI 2 ODEBRAŁ : dr inŝ. Jacek Wdowicki 13 stycznia 2009

2 1. CZĘŚĆ OGÓLNA Podstawa opracowania: - SDTSB, 16, 5 (2007): Performance-based design of ductile concrete core wall buildings - issues to consider before detailed analysis (strony ) - Ron Klemencic, J. Andrew Fry, John D. Hooper, Brian G. Morgen - SDTSB, 16, 5 (2007): Case study using the Los Angeles tall buildings structural design council guidelines: 40-storey concrete core wall building (strony ) - Atila Zekioglu, Michael Willford, Limin Jin, Murat Melek Przedmiot opracowania: Budynek 40 - kondygnacyjny Los Angeles Cel opracowania: Obliczenie maksymalnych napręŝeń w elementach oraz przemieszczeń przy pomocy programu BW dla Windows oraz preprocesora POL3 współdziałającego z programem AutoCAD2004. Dane ogólne: Powierzchnia rzutu 1034,57 m 2 Wysokość 127 m Liczba kondygnacji nadziemnych 40 Charakterystyka budynku: Rzut budynku nieskomplikowany, trzon prostokątny, symetryczny. Wewnątrz trzonu została rozmieszczona komunikacja pionowa. Powierzchnia mieszkalna poza trzonem do swobodnego kształtowania brak konstrukcyjnych przegród pionowych. Zewnętrzny obrys budynku w przypadku wszystkich czterech ścian prostokątny. Bryła budynku ma kształt wysokiego prostopadłościanu. Trzon usztywniający o tradycyjnej konstrukcji Ŝelbetowej przenosi wszelkie obciąŝenia poziome budynku oraz przypadającą na niego część obciąŝenia pionowego. Dodatkowe usztywnienie budynku stanowią słupy rozmieszczone wzdłuŝ zewnętrznych boków rzutu w rozstawie co około 7 metrów. Budynek został wzniesiony z betonu, aby polepszyć wytrzymałość na silne wiatry. 2

3 Zarys obiektu: 3

4 Rzut kondygnacji: 35,36m 29,26m 4

5 2. CZĘŚĆ SZCZEGÓŁOWA 2.1 Fundamenty: Budynek posadowiono na płycie fundamentowej. 2.2 Układ usztywniający: Trzon usztywniający zbudowany jest na planie prostokąta usytuowanego w centralnej części rzutu. Dodatkowe usztywnienie budynku stanowią słupy rozmieszczone wzdłuŝ zewnętrznych boków rzutu w rozstawie co około 7 metrów. 2.3 Ściany trzonu: Ściany zewnętrzne i wewnętrzne trzonu o grubości średnio ok. 0,80 m. Słupy zewnętrzne jednakowe, o przekrojach kwadratowych, o wymiarach boku ok. 0,80 m. 2.4 Stropy: Stropy są konstrukcją zespoloną, której elementem podstawowym jest teownik spawany oraz płyta z betonu B40. Wysokość konstrukcyjna stropu wynosi zaledwie 19 cm. 2.5 NadproŜa: Przyjęto nadproŝa monolityczne Ŝelbetowe o wysokości 1,08 m. 2.6 Komunikacja pionowa: Windy: sztuk 2 oraz dwie klatki schodowe. 2.7 Wentylacja i klimatyzacja: Mechaniczna wentylacja i klimatyzacja. 2.8 Stolarka okienna i drzwiowa: Przyjęto okna aluminiowe; drzwi drewniane. 2.9 ObciąŜenia: Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji parkingowej (kondygnacja 1) OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciąŝenia qk [kn/m 2 ] γ f q [kn/m 2 ] jastrych 0,05 x 21,0 1,05 1,3 1,365 Strop zespolony gr.19 cm (przyjęto γ=26 kn/m 3 ) 0,19 x 26 4,94 1,1 5,434 RAZEM OBCIĄśĘNIA STAŁE 5,99 γ śr = 1,13 6,799 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla obc. garaŝu furgonetkami z ładunkiem (PN 82/B-02004) 3,00 1,3 3,90 dla korytarzy i klatek schod. domów towarowych 6,00 1,2 7,20 5

6 2.9.2 Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji handlowych (kondygnacje 2-5): OBCIĄśENIA STAŁE Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] γ f q [kn/m] płytki ceramiczne 0,44 1,2 0,53 jastrych 0,05 x 21,0 1,05 1,3 1,365 izolacja akustyczna 0,05 x 0,45 0,0225 1,2 0,027 Strop zespolony gr 19 cm (przyjęto γ=26 kn/m 3 ) 0,19 x 26 4,94 1,1 5,434 RAZEM OBCIĄśĘNIA STAŁE 6,45 γ śr = 1,13 7,356 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla pomieszczeń handlowych 5,00 1,3 6,50 dla korytarzy i klatek schodowych 6,00 1,2 7, Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji biurowych (kondygnacje 6-40): Rodzaj obciaŝenia qk [kn/m] γ f q [kn/m] OBCIĄśENIA STAŁE j.w. 6,45 γ śr = 1,13 7,356 OBCIĄśENIA ZMIENNE dla pomieszczeń biurowych 2,00 1,4 2,80 dla korytarzy i klatek schodowych 4,00 1,3 5,20 6

7 2.9.4 ObciąŜenie wiatrem: - przyjęto okres drgań konstrukcji: T = n/10 = 40/10 = 4,00 - logarytmiczny dekrement tłumienia jak dla konstrukcji monolitycznych: = 0,15 - przyjęto teren A, strefa obciąŝenia wiatrem II - charakterystyczna prędkość wiatru V k = 24 m/s - charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru: Q k = 0,35 kn/m Sposób obliczeń ObciąŜenia podzielono na: obciąŝenia w części uŝytkowej, obciąŝenia w części komunikacyjnej Wydzielono 7 schematów obciąŝeń: 1 schemat: wiatr z lewej/prawej strony budynku (po kierunku X), 2 schemat: wiatr z dołu/góry ekranu budynku (po kierunku Y), 3 schemat: obciąŝenia od cięŝaru stałego, 4 schemat: obciąŝenia zmienne(1) na prawą górną ćwiartkę rzutu, 5 schemat: obciąŝenia zmienne(2) na prawą dolną ćwiartkę rzutu, 6 schemat: obciąŝenia zmienne(3)na lewą dolną ćwiartkę rzutu, 7 schemat: obciąŝenia zmienne(4)na lewą górną ćwiartkę rzutu. Zdefiniowano takŝe warianty ekstremów obciąŝeń: 1 wariant: od obciąŝeń obliczeniowych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza) - dla wyznaczenia maksymalnych napręŝeń. 2 wariant: od obciąŝeń charakterystycznych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza) - dla wyznaczenia maksymalnych przemieszczeń budynku. 7

8 3. KOMENTARZ WYNIKÓW 3.1 NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu 3,0 m czyli utwierdzenia budynku NapręŜenia dla schematów: SCHEMAT-1 WIATR Z LEWEJ STRONY PO KIERKU OSI X Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 10 w punkcie nr 19. Wynoszą one 6,07 MPa. Rys.1 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 1 w punkcie 2. Wynoszą one 6,07 MPa. Rys.2 Rys.1 8

9 Rys.2 9

10 SCHEMAT-2 WIATR Z PRAWEJ STRONY PO KIERKU OSI Y Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 4, ścianie nr 8 w punkcie 15. Wynoszą one 3,74 MPa. Rys.3 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 2, ścianie nr 3 w punkcie 4. Wynoszą one 3,74 MPa. Rys.4 Rys.3 10

11 Rys.4 11

12 SCHEMAT-3 OBCIĄśENIE STAŁE (cięŝar własny) Wszystkie elementy trzonu wysokościowca są ściskane. Maksymalne napręŝenia otrzymano w elemencie 7, ścianie nr 13 w punkcie 46. Wynoszą one 26,42 MPa. Rys.5 Rys.5 12

13 SCHEMAT-4 OBCIĄśENIA ZMIENNE ( obciąŝona pn-zach. część budynku ) Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 3, ścianie nr 6 w punkcie 11. Wynoszą one 0,66 MPa. Rys.6 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 6, ścianie nr 12 w punkcie 43. Wynoszą one 15,3 MPa. Rys.7 Rys.6 13

14 Rys.7 14

15 SCHEMAT-5 OBCIĄśENIA ZMIENNE (obciąŝona pn.-wsch. część budynku ) Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 3, ścianie nr 7 w punkcie 13. Wynoszą one 0,66 MPa. Rys.8 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 7, ścianie nr 13 w punkcie 45. Wynoszą one 15,3 MPa. Rys.9 Rys.8 15

16 Rys.9 16

17 SCHEMAT-6 OBCIĄśENIA ZMIENNE ( obciąŝona pd-zach. część budynku ) Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 10 w punkcie 18. Wynoszą one 0,66 MPa. Rys.10 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 13, ścianie nr 19 w punkcie 58. Wynoszą one 15,17 MPa. Rys.11 Rys.10 17

18 Rys.11 18

19 SCHEMAT-7 OBCIĄśENIA ZMIENNE ( obciąŝona pd-wsch. część budynku ) Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 1 w punkcie 2. Wynoszą one 0,66 MPa. Rys.12 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 14, ścianie nr 20 w punkcie 60. Wynoszą one 15,15 MPa. Rys.13 Rys.12 19

20 Rys.13 20

21 3.1.2 Ekstremum napręŝeń od wszystkich schematów obciąŝeniowych z uwzględnieniem schematów wykluczających się oraz z uwzględnieniem współczynników obliczeniowych: Maksymalne napręŝenia rozciągające otrzymano w elemencie 1, ścianie nr 1 w punkcie 2. Wynoszą one 0,52 MPa. Rys.14 Maksymalne napręŝenia ściskające otrzymano w elemencie 7, ścianie nr 13 w punkcie 45. Wynoszą one 50,45 MPa. Rys.15 Rys.14 21

22 Rys.15 22

23 4. Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu +127 m czyli wierzchołka budynku Maksymalne przemieszczenia od pojedynczych schematów: Rys.16 Największe przemieszczenia wywołuje działanie wiatru po kierunku osi X (schemat 1 ) Ich wartość maksymalna wynosi p x = 0,13 m. Przedstawia to poniŝszy schemat odkształceń - Rys.16 23

24 4.2. 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 = 0,16 m Rys. 17 Największe przemieszczenia po kierunku osi Y mają wartość p x = 0,09 m Rys. 18 Rys

25 Rys Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 2. wartość maksymalna [m] punkt pomiaru 25 wartość minimalna [m] punkt pomiaru V x.max 0, , V x.min 0, , V y.max 0, , V y.min 0, , Przemieszczenia dopuszczalne wg norm obowiązujących w następujących krajach : USA p dop =H/600 Australia p dop =H/800 Polska p dop =H/1000 Wysokość szczytu attyk wynosi H = 127,0 m. USA p dop = 127/600 = 0,21 m > p max = p x = 0,1621 m w. spełniony Australia p dop = 127/800 = 0,159 m < p max = p x = 0,1621 m w. niespełniony Polska p dop =127/1000= 0,127 m < p max = p x = 0, 1621 m w. niespełniony

26 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 5.1. Maksymalne napręŝenia ściskające dla jednego schematu, występują dla schematu 3, czyli działanie cięŝaru własnego. Ich wartość wynosi 26,42 MPa i występują w ścianie nr 13. Rys Maksymalne napręŝenia rozciągające dla jednego schematu, występują dla schematu 1, czyli obciąŝeń wywołanych parciem wiatru po kierunku X. Ich wartość wynosi 6,07 MPa i występują w ścianie nr 10. Rys Ekstremalne napręŝenie ściskające (wynik kombinatoryki obciąŝeń) ma wartość 50,45 MPa i występuje w ścianie nr 13. Rys.15 Ekstremalne napręŝenie rozciągające ma wartość 0,52 MPa i występuje w ścianie nr 1. Rys Po analizie przemieszczeń okazuje się, iŝ maksymalne przemieszczenia budynku wystąpiły po kierunku osi X i mają wartość p x = 0,1621 m. Obrazuje to rys. 17. Ich wartość jest mniejsza od wartości dopuszczalnych w USA (p dop =H/600), ale większa od wartości dopuszczalnych w Australii p dop =H/800 oraz Polsce (p dop =H/1000). Analizowany budynek zlokalizowany jest w USA, więc moŝna przyjąć, Ŝe spełnione są warunki normowe. W przypadku większych przemieszczeń naleŝałoby przeprojektować budynek, gdyŝ nadmierne przemieszczenia budynków (szczególnie wysokich i wysokościowych) znacznie pogarszają komfort ich uŝytkowania (aczkolwiek nie aŝ tak bardzo, jak byłoby to w przypadku budynku mieszkalnego). 6. Literatura [1] SDTSB, 16, 5 (2007): Performance-based design of ductile concrete core wall buildings - issues to consider before detailed analysis (strony ) - Ron Klemencic, J. Andrew Fry, John D. Hooper, Brian G. Morgen [2] SDTSB, 16, 5 (2007): Case study using the Los Angeles tall buildings structural design council guidelines: 40-storey concrete core wall building (strony ) - Atila Zekioglu, Michael Willford, Limin Jin, Murat Melek [3] POL 3 - dokumentacja uŝytkownika 26