Ćwiczenie projektowe z przedmiotu: Budynki wysokie i wysokościowe Temat: Budynek biurowy MALAYAN BANK Kuala Lumpur, Malaysia (dane 258.

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Instytut Konstrukcji Budowlanych Zakład Wytrzymałości Materiałów Ćwiczenie projektowe z przedmiotu: Budynki wysokie i wysokościowe Temat: Budynek biurowy MALAYAN BANK Kuala Lumpur, Malaysia (dane 258.bw7) Walędziak Krzysztof KBI 2, sem. IX Rok akad. 2007/2008

2 1. Opis techniczny konstrukcji Dane ogólne. PołoŜenie: Kuala Lumpur, Malaysia Ukończony: 1988 Wysokość: 799 stopy (243,5m) Liczba pięter: 50 Powierzchnia: 1,8 miliona stóp kwadratowych ( m 2 ) Konstrukcja: betonowa Okładzina: betonowa Przeznaczenie: budynek biurowy

3 1.2. Wykorzystane materiały. - bitmapy z rzutami i przekrojami budynku [3], - informacje zawarte na stronie internetowej budynku - programy: POL dla AC14R i Bw-View for Windows [1, 2] Literatura. Patrz zestawienie na końcu pracy Cel opracowania. Celem opracowania jest obliczenie napręŝeń i przemieszczeń w budynku Malayan Bank wskutek działania obciąŝeń uŝytkowych, stałych i zmiennych Opis konstrukcji obiektu (informacje są domysłami) Ściany i elementy nośne. Ściany zewnętrzne są podwójnie szklone szybami 6mm sky-on-clear odpornym na wysoką temperaturę. Szkło zastosowane odbija promienie słoneczne. Pomiędzy szybami znajduje się 12 mm przestrzeń powietrzna, a za nią 6 mm szyba wysokiej wytrzymałości od sufitu do podłogi. Takie rozwiązanie redukuje przedostawanie się promieni słonecznych (ciepła słonecznego) do 10% całkowitej wartości. To mocno redukuje ilość powietrza, którą musi ochłodzić klimatyzacja. Trzon wykonano z betonu klasy B50 zbrojonego stalą Bst500 (f yd = 435 MPa). śelbetowy trzon otoczony jest z zewnątrz szkieletem Ŝelbetowym stanowiącym wraz z oszkleniem ściany zewnętrzne. Szkielet Ŝelbetowy składa się z betonowych słupów. Izolację słupów ścian zewnętrznych wykonano z warstwy gipsu grubości 4 cm na siatce metalowej Strop. Strop wykonano jako płytowo belkowy, Ŝelbetowy grubości płyty 20 cm, a wysokość belek 50 cm. Płyta stropowa zbrojona dwukierunkowo siatkami z prętów φ20 co 10cm. Belki stropu opierają się z jednej strony na ścianach Ŝelbetowego stropu z drugiej na słupach. Izolację przeciwpoŝarową wykonano w systemie firmy Rockwool Ecostrop, a izolację słupów ścian zewnętrznych z warstwy gipsu grubości 4 cm na siatce metalowej NadproŜa. Zastosowane nadproŝa są integralną częścią trzonu Ŝelbetowego monolitycznego, w części trzonowej, z betonu B50 zbrojone stalą Bst500o przekroju prostokątnym Komunikacja. Schody wewnętrzne typu: jednobiegowe-zabiegowe. Wykonano jako prefabrykaty. W kaŝdym biegu schodów zastosowano 9 stopni kaŝdy o szerokości 30 cm. Wymiar biegu schodów w świetle 120cm. Wysokość stopni 15cm. Prefabrykaty schodów spoczywają na belkach zatopionych w stropie bądź stanowiących część elementarną spocznika Izolacje Izolacje przeciwwilgociowe. Izolacja pomieszczeń mokrych (toalety, łazienki) 1x papa termozgrzewalna z wywinięciem na ściany trzonu. Izolacja ta ułoŝona na zagruntowanym podłoŝu posadzki cementowej i wytynkowanej ściany, z wyokrągleniem styków ścian. Na

4 takim podłoŝu ułoŝono folię przeciwwilgociową pod układany podkład betonowy warstwy wierzchniej posadzki Izolacje termiczne. Dach twarda wełna mineralna Rockwool Ściany zewnętrzne podwójnie przeszklone szkło o współczynniku U=0,5W/(m2*K) Izolacje akustyczne. Stropy zabezpieczone akustycznie przez system firmy Rockwool Ecostrop w skład którego wchodzi płyta do izolacji akustycznej STROPROCK z wełny mineralnej ROCKWOL oraz zbrojona mieszanka posadzkowa ZMP ECOSTROP Ścianki działowe. Ścianki działowe wykonano z płyt gipsowo-kartonowych ogniochronne firmy Knauf GKF grubości 15 cm na ruszcie aluminiowym Drzwi. Wewnętrzne drzwi ogniochronne o odporności ogniowej REI 60. Drzwi z klatek schodowych na kaŝdym piętrze są zaopatrzone w zamki antypaniczne, które mogą zostać odblokowane przez kaŝdą osobę znajdującą się w budynku w razie zagroŝenia Instalacje. Wodociągowa instalacja wykonana ze wspomaganiem przy pomocy pomp zainstalowanych na ostatniej kondygnacji garaŝowej. PrzeciwpoŜarowa wykonana w systemie tryskaczy zainstalowanych na sufitach zasilanych wodną instalacją niezaleŝną od instalacji wodociągowej. Elektryczna zasilanie z miasta z dodatkowymi generatorami prądotwórczymi wykorzystywanymi w razie braku zasilania zewnętrznego. Wentylacyjna mechaniczna składa się z następujących podsystemów - wentylacja wymuszona kaŝdego pomieszczenia biurowego - mechaniczny system opróŝniania powietrza w toaletach i pomieszczeniach kuchennych - system oddymiania dymu papierosowego na kaŝdym piętrze Systemy ochrony. Budynek znajduję się pod stałym dozorem przez 24 h na dobę. W miejscach wchodzenia do budynków znajduje się system monitoringu tj. w garaŝach i na parterze budynku. Na kaŝdym piętrze znajdują się detektory umoŝliwiające wykrycie osób nieupowaŝnionych do przebywania w budynku. Dodatkowo kaŝdej godziny w budynku są prowadzone patrole wszystkich pomieszczeń budynku. Personel techniczny jest zawsze osiągalny i przywoływany za pomocą łączy telekomunikacyjnych. Windy są połączone z centrum ochrony. Pozwala ono na uŝywanie wind tylko przez osoby do tego celu uprawnione. Czas uŝywania wind jest ściśle określony i monitorowany przez ochronę. System ostrzegania i komunikacji wewnętrznej (z ang. EWIS) został zainstalowany w budynku. Na kaŝdym piętrze znajdują się dwa telefony alarmowe.

5 2. Zestawienie obciąŝeń. Analizowany budynek podzielony został na 2 przedziały obciąŝeń: - pierwszy przedział: od kondygnacji 1 do 3 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń uŝytkowych odpowiadają obciąŝeniom dla garaŝy: Rodzaj obciąŝenia ObciąŜenie charakterystyczne [kn/m 2 ] Współczynik bezpieczeństwa ObciąŜenie obliczeniowe [kn/m 2 ] Wylewka cementowa zbrojona siatką 4 cm 0,96 1,3 1,25 0,04 m * 24 kn/m 3 Płyta Ŝelbetowa 20cm 5,0 1,1 5,5 Suma 5,96-6,75 - drugi przedział: od kondygnacji 4 do 50 jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla lokali biurowych: Rodzaj obciąŝenia ObciąŜenie charakterystyczne [kn/m 2 ] Współczynik bezpieczeństwa ObciąŜenie obliczeniowe [kn/m 2 ] Panele drewniane podłogowegr2cm 0,17 1,3 0,22 Wylewka cementowa zbrojona siatką 4 cm 0,04 m * 24 kn/m 3 0,96 1,3 1,25 Styropian M 30 gr 4 cm 0,04m * 0,45 kn/m 3 0,018 1,3 0,02 Płyta Ŝelbetowa 20cm 5,0 1,1 5,5 Suma 6,15-6,99 ObciąŜenia podzielono na: - obciąŝenia w części uŝytkowej - obciąŝenia w części komunikacyjnej. Wydzielono 7 schematów obciąŝeń: - pierwszy schemat: wiatr z lewej strony budynku (po kierunku X), - drugi schemat: wiatr z dołu budynku (po kierunku Y), - trzeci schemat: obciąŝenia od cięŝaru stałego, - czwarty schemat: obciąŝenia zmienne(1) na lewą górną ćwiartkę rzutu, - piąty schemat: obciąŝenia zmienne(2) na prawą górną ćwiartkę rzutu, - szósty schemat: obciąŝenia zmienne(3) na prawą dolną ćwiartkę rzutu, - siódmy schemat: obciąŝenia zmienne(4) na lewą dolną ćwiartkę rzutu. Zdefiniowano takŝe warianty ekstremów obciąŝeń: - pierwszy wariant: od obciąŝeń obliczeniowych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza) - dla wyznaczenia maksymalnych napręŝeń w elementach konstrukcyjnych budynku. - drugi wariant: od obciąŝeń charakterystycznych (wzajemne działanie wiatru się wyklucza) - dla wyznaczenia maksymalnych przemieszczeń konstrukcji budynku.

6 3. Analiza wyników przemieszczeń z wizualizatora programu BW-View for Windows dla poszczególnych schematów obciąŝeń Wykres przemieszczeń od wiatru po kierunku X na szczycie budynku. Wnioski: Wskutek działania samego wiatru po kierunku osi X budynek na szczycie przemieścił się maksymalnie o m a minimalne przemieszczenie wyniosło m 3.2. Wykres przemieszczeń od wiatru po kierunku Y na szczycie budynku.

7 Wnioski: Wskutek działania samego wiatru po kierunku osi Y budynek naszczycie przemieścił się maksymalnie o m a minimalne przemieszczenie wyniosło m. Porównanie przemieszczeń z kierunku X i Y nasuwa nam wnioski, iŝ sztywność Malayan Bank jest prawie równa w obydwu kierunkach. Drobne róŝnice w wartościach przemieszczeń mogą wynikać z niedokładności geometrycznej modelu 3.3. Wykres przemieszczeń od cięŝaru własnego. Wnioski: Konstrukcja doznała przemieszczenia od cięŝaru własnego o wartość maksymalną m i minimalną o wartość m w lewo Wykres przemieszczeń od obciąŝenia uŝytkowego w lewym górnym polu.

8 Wnioski: Gdy obciąŝenie uŝytkowe działa w lewym górnym naroŝniku to maksymalne przemieszczenie wynosi m, a minimalne m Wykres przemieszczeń od obciąŝenia uŝytkowego w prawym górnym polu. Wnioski: Gdy obciąŝenie uŝytkowe działa w prawym górnym naroŝniku to maksymalne przemieszczenie wynosi 0.03 m, a minimalne m Wykres przemieszczeń od obciąŝenia uŝytkowego w prawym dolnym polu. Wnioski: Gdy obciąŝenie uŝytkowe działa w prawym dolnym naroŝniku to maksymalne przemieszczenie wynosi m, a minimalne m

9 3.7. Wykres przemieszczeń od obciąŝenia uŝytkowego w lewym dolnym polu. Wnioski: Gdy obciąŝenie uŝytkowe działa w lewym dolnym naroŝniku to maksymalne przemieszczenie wynosi m, minimalne m Wnioski ogólne: Jeśli poszczególne obciąŝenia uŝytkowe działałyby osobno i tylko na jednej ćwiartce budynku to największe przemieszczenia otrzymamy bądź to dla ćwiartki prawej górnej, bądź dla ćwiartki lewej dolnej, wynoszą one w przybliŝeniu (drobne róŝnice wynikają z niedoskonałości geometrycznej modelu) 0.03 m i minimalne m.

10 3.10. Wyniki przemieszczeń od zestawów obciąŝeń (wariantów ekstremów tzn. kombinacji obciąŝeń) Ekstremalne przemieszczenie po osi x w prawo (rys. poniŝej). Maksymalna wartość przemieszczenia po osi x wynosi , minimalna wartość m Ekstremalne przemieszczenie po osi x w lewo (rys. poniŝej). Maksymalna wartość przemieszczenia po osi x wynosi , minimalna wartość m

11 Ekstremalne przemieszczenie po osi y w górę (rys. poniŝej). Maksymalna wartość przemieszczenia po osi y wynosi , minimalna wartość m Ekstremalne przemieszczenie po osi y w dół (rys. poniŝej). Maksymalna wartość przemieszczenia po osi y wynosi , minimalna wartość m

12 Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 2 (obciąŝenia charakterystyczne). Wartość maksymalna [m] Wartość minimalna [m] V x,max V x,min V y,max V y,min EKSTREMUM Wnioski końcowe. Wartość dopuszczalna przemieszczeń dla norm azjatyckich wynosi H/800 co w tym przypadku wynosi 0,3125m. ZauwaŜamy, iŝ wielkość ta nie jest przekroczona gdyŝ nasz budynek odchylił się o 0,1952 m. Dość duŝy zapas dopuszczalnych odchyleń moŝe wynikać z pominięcia w przedstawionych obliczeniach aspektów związanych z dynamiką, lub nieuwzględnienia specyficznych obciąŝeń jakimi są tajfuny, gdyŝ obciąŝenia poziome wiatrowe wyznaczono według polskiej normy wiatrowej, opracowanej dla terenów na których nie występują wyŝej wymienione zjawiska atmosferyczne.

13 4. Analiza napręŝeń przy wykorzystaniu wizualizatora napręŝeń BW-View Wykres maksymalnych napręŝeń σ (obwiednia: najbardziej dodatnie ). Maksymalne napręŝenia ściskające występują w ścianie nr 30 i wynoszą one 329,89kPa. Natomiast wartość minimalna 12033,98 kpa w ścianie 75. Oczywiście są to napręŝenia ściskające a porównanie ich odnosi się do wartości bezwzględnych Wykres minimalnych napręŝeń σ (obwiednia: najbardziej ujemne ). Minimalne napręŝenia ściskające występują w ścianie nr 58 i wynoszą one kpa. Natomiast wartość maksymalna 16929,77 kpa w ścianie 29. Oczywiście są to napręŝenia ściskające a porównanie ich odnosi się do wartości bezwzględnych.

14 4.3. Zestawienie wyników dla napręŝeń σ. NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] σ z,max - 329, ,98 σ z,min , ,93 Wniosek: Przekroje ścian będziemy projektować na mimośrodowe ściskanie, korzystając z odpowiednich norm i zasad obliczania. 5. Literatura: [1] Instrukcja korzystania z programu POL-3 [2] Dokumentacja uŝytkownika BWView for Windows - J.Wdowicki, A.Tomaszewski [3] Zaknic I., Smith M., Rice D.: 100 of the World s Tallest Buildings, Images Publishing, Mulgrave 1998.