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

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

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 AutoCAD2005. 1.2 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.

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 AutoCAD2005 3.0 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.

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.

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

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

5. KOMENTARZ WYNIKÓW 5.1. NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu -14,366 m czyli utwierdzenia budynku. 5.1.1 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

Rys.2

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

Rys.4

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

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

Rys.7

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

Rys.9

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

Rys.11

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

Rys.13

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.14 5.1.3 Zestawienie wyników dla napręŝeń σ NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] max σ z -621,69-3475,36 min σ z -29013,12-31394,87

5.2 Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 209,37 m czyli wierzchołka budynku. 5.2.1 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

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

Rys. 17 5.3.3 Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 1 wartość maksymalna [m] punkt pomiaru wartość minimalna [m] punkt pomiaru V x.max 0,3951 29 0,3880 27 V x.min 0,3773 29 0,3721 27 V y.max 0,2934 30 0,2864 28 V y.min 0,3884 30 0,3835 28 EKSTREMUM 0,3951 29 0,2864 28

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.5 6.2 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.2 6.3 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.

7 Literatura: [1] POL-wersja 3 dokumentacja uŝytkownika [2] Dokumentacja uŝytkownika BWView for Windows wersja 2.0 - J.Wdowicki, A.Tomaszewski [3] Opis budynku ze stron internetowych -http://www.klingstubbins.com/portfolio/government/singapore_treasury.html (opis wnętrza) -http://archihan.tripod.com/singapore.htm, (opis budynku) [4] Zaknic I., Smith M., Rice D. 100 of the World s Tallest Buildings Images Publishing, Mulgrave 1998. [5] Taranath B.S.: Steel, Concrete, and Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill, New York 1998.