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
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 2000. 1.2. 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.
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.
3. Część szczegółowa (załoŝenia - domysły) 3.1. Fundamenty: Przyjęto posadowienie na płycie fundamentowej. 3.2. Układ usztywniający: Trzon usztywniający, na planie zbliŝonym do prostokąta, połoŝony jest centralnie. 3.3. Ściany trzonu: Przyjęto ściany trzonu grubości w większości 0,50-0,60 m. 3.4. Słupy: Przyjęto słupy monolityczne Ŝelbetowe o wymiarach w większości 1,4 m x 1,6 m. 3.5. Stropy: Przyjęto stropy monolityczne Ŝelbetowe z betonu B55. 3.6. NadproŜa: Przyjęto nadproŝa monolityczne Ŝelbetowe o wysokości 0,8 m z betonu B55. 3.7. Komunikacja pionowa: Sześć wind oraz dwie klatki schodowe pokazane na rzucie kondygnacji [1.4]. 3.8. Wentylacja i klimatyzacja: Mechaniczna wentylacja i klimatyzacja. 3.9. 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,
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. 4.1. 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
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 25 3,125 RAZEM 5,0 4.3. 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 6,0 4.4. 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
5. Komentarz wyników 5.1. NapręŜenia Wszystkie wartości napręŝeń podano dla poziomu -11,25 m czyli utwierdzenia budynku. Rys.1 5.1.1. 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.1. 5.1.2. Zestawienie wyników dla napręŝeń σ NapręŜenia Max [kpa] Min [kpa] max σ z -1436,18-13720,25 min σ z -16200,78-29170,04
5.2. Przemieszczenia: Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 251,25 m czyli wierzchołka budynku. Rys.2 5.2.1. 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
Rys. 3 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 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.
Rys. 4 5.2.3. Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 1 wartość maksymalna [m] punkt pomiaru wartość minimalna [m] punkt pomiaru V x.max 0,2100 218 0,1942 237 V x.min 0,1918 234 0,1918 215 V y.max 0,4324 243 0,4093 225 V y.min 0,4606 225 0,4411 243 EKSTREMUM 0,4606 235 0,4411 237
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 66 6. 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.
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: http://www.guangdong2u.com/plaza66a.jpg 7.4. Witryna internetowa: http://pl.wikipedia.org/wiki/plaza_66 7.5. 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], 719-727.