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 biurowy Plaza 66 Szanghaj, Chiny (dane 275.bw7) Kierunek: Budownictwo Rok V Semestr IX Rok akademicki 2007/2008 Wykonał: Radosław Kalinowski Gr. KBI1

2 1. Dane ogólne Plaza 66, Szanghaj, Chiny 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: East China Architectural Design & Research Institute Co. Ltd., Frank C. Y. Feng Architects & Associates, Kohn Pedersen Fox Associates PC, 1.3. Charakterystyka budynku: Rzut budynku bisymetryczny 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 strony internetowe [7.4], 2.2. Wykorzystane materiały Bitmapy z rzutami i przekrojami budynku, informacje zawarte na stronach internetowych oraz w ksiąŝkach, programy: POL3, BW-View i AutoCAD 2000.

4 3. Część szczegółowa (załoŝenia - domysły) 3.1. Fundamenty: Przyjęto posadowienie na płycie fundamentowej Układ usztywniający: Trzon usztywniający, na planie zbliŝonym do prostokąta, połoŝony jest centralnie Ściany trzonu: Przyjęto ściany trzonu grubości w większości 0,50-0,60 m Słupy: Przyjęto słupy monolityczne Ŝelbetowe o wymiarach w większości 1,4 m x 1,6 m Stropy: Przyjęto stropy monolityczne Ŝelbetowe z betonu B NadproŜa: Przyjęto nadproŝa monolityczne Ŝelbetowe o wysokości 0,8 m z betonu B Komunikacja pionowa: Sześć wind 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 3 - jest to przedział w którym wartości obciąŝeń uŝytkowych odpowiadają obciąŝeniom dla garaŝy, od kondygnacji 4 do 70 jest to przedział w którym wartości obciąŝeń odpowiadają obciąŝeniom dla biura,

5 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 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 0,2 25 5,0 RAZEM 6,0

6 4.2. Zebranie obciąŝeń dla kondygnacji biurowych. 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 biurowe 2,5 Klatki schodowe - biura 4,0 Ustroje konstrukcyjne przykrywające budowle podziemne przy obciąŝeniu tłumem ludzi 6,0 Samochody osobowe, cięŝarowe lekkie i autobusy 6, Współczynniki obciąŝeń. Przyjęto w ćwiczeniu: dla obciąŝeń stałych γ f =1,1 dla obciąŝeń zmiennych γ f =1,2 dla obciąŝeń wiatrem γ f =1,3

7 5. Komentarz wyników 5.1. NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu -11,25 m czyli utwierdzenia budynku. 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 12, ścianie nr 12 w punkcie 23. Wynoszą one 29,17 MPa. Rys Zestawienie wyników dla napręŝeń σ NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] max σ z -1436, ,25 min σ z , ,04

8 5.2. Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 251,25 m czyli wierzchołka budynku. Rys Maksymalne przemieszczenia od pojedynczych schematów: Największe przemieszczenia wywołuje działanie wiatru po kierunku osi Y (schemat 2). Ich wartość maksymalna wynosi v y = 0,3859 m. Przedstawia to poniŝszy schemat odkształceń - Rys.2

9 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 = 0,2100 m co przedstawia Rys. 3. Największe przemieszczenia po kierunku osi Y mają wartość v y = 0,4324 m co przedstawia Rys. 4.

10 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, ,

11 Przemieszczenia dopuszczalne wg norm obowiązujących w następujących krajach : USA v dop = H/600 Australia v dop = H/800 Polska v dop = H/1000 Chiny v dop = H/800 Plaza 66 v dop = H/650 Wysokość budynku wynosi H = 251,25 m USA Australia Polska Chiny Plaza Podsumowanie i wnioski v dop = 251,25/600 = 0,419 m < v max = v y = 0, 4606 m v dop = 251,25/800 = 0,314m < v max = v y = 0, 4606 m v dop = 251,25/1000 = 0,251 m < v max = v y = 0, 4606 m v dop = 251,25/800 = 0,314m < v max = v y = 0, 4606 m v dop = 251,25/650 = 0,386m < v max = v y = 0, 4606 m Maksymalne napręŝenia ściskające dla jednego schematu występują dla schematu 3 czyli cięŝaru własnego konstrukcji. Ich wartość wynosi 15,163 MPa i występują w ścianie nr 9, Maksymalne napręŝenia rozciągające dla jednego schematu występują dla schematu 2 czyli obciąŝeń wywołanych parciem wiatru po kierunku Y. Ich wartość wynosi 8,719 MPa i występują w ścianie nr 14, Ekstremum napręŝeń (wynik kombinatoryki obciąŝeń) to napręŝenie ściskające o wartości 13,72 MPa w ścianie nr 9 - Rys.1. NapręŜenia rozciągające nie występują, Po analizie przemieszczeń okazuje się, iŝ maksymalne przemieszczenia budynku wystąpiły po kierunku osi Y i mają wartość v y = 0,4606 m - Rys. 4. Nie spełniają one warunku jaki jest stosowany w USA, Australii, Polsce i Chinach. Dlatego teŝ konstruktorzy powołali zespół ekspertów, który zezwolił na odchylenia tegoŝ budynku na poziomie H/650 [7.5]. Przekroczenie tej wartości w powyŝszej analizie moŝe być wynikiem zaniŝenia wysokości nadproŝy łączących trzon ze ścianami outriggerów i przyjęcia zbyt duŝej wartości parcia wiatru. Konstrukcja analizowana była w warunkach polskiego wybrzeŝa, na podstawie polskich przepisów. Nadmierne wychylenia są niekorzystne dla samopoczucia człowieka, powodują zmęczenie materiału konstrukcyjnego oraz elementów nie konstrukcyjnych takich jak ścianki działowe, obudowy zewnętrzne a nawet instalacje.

12 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. Witryna internetowa: Witryna internetowa: Tomasetti R.L., Poon D.C.K., Hsaio L-e: The tallest concrete building in Shanghai, China Plaza 66,in: [Tall buildings and urban habitat. Cities in the third millenium: 6th World Congress of the Council on Tall Buildings and Urban Habitat. 26 February to 2 March, 2001,Taylor & Francis, London, New York 2001, Spon Press, London, New York 2001],