CONSTRUCTII MULTIETAJATE STRUCTURI SPECIALE
Stud.BOLDOR
ADELINA
Universitatea din Oradea, Facultatea de Constructii si Arhitectura AN V, SEM II 6/17/2013
CUPRINS: 1. STRUCTURI REALIZATE REPREZENTATIVE 1.1
CELE MAI INALTE CLADIRI DIN LUME 1. Taipei 101 din Taipei, Taiwan 2. Shanghai Financial Center 3. Turnurile Petronas din Kuala Lumpur, Malaysia 4. Turnul Sears din Chicago 5. Turnul Jin Mao din Shanghai, China 6. Centrul Financiar International Nr 2, Hong Kong 7. Piata CITIT din Guangzhou, China 8. Piata Shun Hind din Shenzen, China 9. Empire State Building din New York 10. Piata Centrala din Hong Kong 11. Burj Dubai din Dubai
1.2
CELE MAI INALTE CLADIRI DIN ROMANIA 1. Tower Center International 2. Casa Scanteii 3. Turnul de testat ascensoare 4. BRD Tower 5. Palatul Parlamentului 6. Hotel Interncontinental Bucuresti
1.3
TRUMP INTERNATIONAL TOWER
1.4
TOWER CENTER BUCURESTI
2. ASPECTE PRIVIND REALIZAREA SI CALCULUL CALCULUL STRUCTURILOR 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
CRITERII PENTRU ALEGEREA TIPULUI STRUCTURII UNEI CLADIRI INALTE: CLASIFICAREA STRUCTURILOR DUPA NATURA MATERIALULUI STRUCTURI DIN BETON ARMAT PRINCIPIILE DE ALCATUIRE GENERALA A STRUCTURILOR CU DIAFRAGME TIPURI DE STRUCTURI METALICE PENTRU CLADIRI INALTE STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE SI LONGITUDINALE STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE TR ANSVERSALE SI LONGITUDINALE CU ARTICULATII STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE SI ARTICULATII STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE SI CONTRAVANTUIRI VERTICALE TRANSVERSALE
3. SUSTENABILITATE 1|Page
CUPRINS: 1. STRUCTURI REALIZATE REPREZENTATIVE 1.1
CELE MAI INALTE CLADIRI DIN LUME 1. Taipei 101 din Taipei, Taiwan 2. Shanghai Financial Center 3. Turnurile Petronas din Kuala Lumpur, Malaysia 4. Turnul Sears din Chicago 5. Turnul Jin Mao din Shanghai, China 6. Centrul Financiar International Nr 2, Hong Kong 7. Piata CITIT din Guangzhou, China 8. Piata Shun Hind din Shenzen, China 9. Empire State Building din New York 10. Piata Centrala din Hong Kong 11. Burj Dubai din Dubai
1.2
CELE MAI INALTE CLADIRI DIN ROMANIA 1. Tower Center International 2. Casa Scanteii 3. Turnul de testat ascensoare 4. BRD Tower 5. Palatul Parlamentului 6. Hotel Interncontinental Bucuresti
1.3
TRUMP INTERNATIONAL TOWER
1.4
TOWER CENTER BUCURESTI
2. ASPECTE PRIVIND REALIZAREA SI CALCULUL CALCULUL STRUCTURILOR 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
CRITERII PENTRU ALEGEREA TIPULUI STRUCTURII UNEI CLADIRI INALTE: CLASIFICAREA STRUCTURILOR DUPA NATURA MATERIALULUI STRUCTURI DIN BETON ARMAT PRINCIPIILE DE ALCATUIRE GENERALA A STRUCTURILOR CU DIAFRAGME TIPURI DE STRUCTURI METALICE PENTRU CLADIRI INALTE STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE SI LONGITUDINALE STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE TR ANSVERSALE SI LONGITUDINALE CU ARTICULATII STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE SI ARTICULATII STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE SI CONTRAVANTUIRI VERTICALE TRANSVERSALE
3. SUSTENABILITATE 1|Page
3.1
2|Page
CALCULUL SUSTENABILITATII PENTRU BETON ARMAT SI OTEL LA UN BLOC DE LOCUINTE CU REGIMUL DE INALTIME P+2, TIP VILA
STRUCTURI MULTIETAJATE 1.
STRUCTURI REALIZATE REPREZENTATIVE 1.Taipei 101 din Taipei, Taiwan
2.Shanghai Financial Center
3|Page
3.Turnurile Petronas din Kuala Lumpur, Malaysia
4|Page
2.
Turnul Sears din Chicago
3.
Turnul Jin Mao din Shanghai, China
5|Page
4.
6|Page
Centrul Financiar International Nr 2, Hong Kong
5. 7|Page
Piata CITIT din Guangzhou, China
6.
8|Page
Piata Shun Hind din Shenzen, China
7.
9|Page
Empire State Building din New York
8. 9.
10 | P a g e
Piata Centrala din Hong Kong Burj Dubai din Dubai
1.2 CELE MAI INALTE CLADIRI DIN ROMANIA 1. Tower Center International
2. Casa Scanteii
11 | P a g e
1 Turnul de testat ascensoare
2 BRD Tower
12 | P a g e
3 Palatul Parlamentului
4 Hotel Interncontinental Bucuresti
13 | P a g e
1.3 Trump International Hotel and Tower , Chicago William F. Baker, P.E., S.E., D. Stan Korista, P.E., S.E., Dane Rankin P.E., S.E., and Jeremy Kirk P.E., S.E.
O recenta structura completa a Trump International Hotel & Tower, proiectata de Skidmore, Owings & Merrill LLP (SOM), ajunge pana la inaltimea de 1,134 feet / 345,6 metri sau 1,362 feet/415,1 metri incluzand si turla. Cladirea de 92 de etaje este situata in centrul metropolei Chicago, in partea de nord a Chicago River. Este cea mai inalta cladire din beton din Statele Unite ale Americii si cea mai inalta cladire construita in America de Nord inca de la terminarea turnului Sears in 1974. Proiectul este bazat pe amestecuri de beton de inalta performanta specificate de SOM si proiectate de catre un furnizor de beton, Prairie Material Sales, Inc. Se crede ca e prima aplicatie de 16,000 psi (110 MPa) beton autoportant pompat la o inaltime de 650 feet/ 200 m.
14 | P a g e
Figure 1: Randare pe calculator, Trump International Hotel and Tower, Chicago. Courtesy of Skidmore, Owings & Merrill LLP and Crystal CG. Turnul de 2,6 milioane square feet / 240 000 mp spatiu de podea incorporeaza 100 000 square feet/ 9 300 mp spatiu cu amanuntul, parcare pentru 1000 de masini, 486 unitati de condominiu, 339 unitati de hotel, un club de sanatate si un restaurant si spatii de banchet. Otelul inoxidabil si turnul de sticla vor rasari dintr-o piata nou amenajata care va include o noua alee pe langa rau care face legatura cu nivelul pietonal ce contine magazine. Cladirea dispune de obstacole la nivelele 16, 29 si 51 ce corespund cu inaltimile cladirilor din jur, astfel ofera o vedere continua spre imprejmuirile structurii. SISTEMUL STRUCTURAL
15 | P a g e
Un sistem de baza si furchet ofera stabilitate laterala pentru turnul Trump. Mari elemente amplasate la nivelele tehnice leaga miezul betonului de coloanele perimetrale, crescand semnificativ rigiditatea laterala a cladirii precum si rezistenta la rasturnare/deformare cauzata de vant. Miezul este localizat in centrul cladirii si consta in patru forme in L si doua forme in C a peretilor la baza reducandu-se gradual la doi pereti in forma L deasupra planseului final la nivelul 51. Panzele acestor sectiuni C si L sunt orientate pe directia nord – sud, au 18 inci / 460 mm grosime si cu lungimea de 41 feet / 12,5 metri. Flansele sectiunilor sunt orientate pe directie est – vest, au 48 inci / 1,2 metri grosime si o gama variabiala a lungimii, intre 9 feet si 22 feet / de la 2,7 pana la 6,7 metri. Figura 2. Deasupra intrarilor catre miezul liftului la fiecare nivel, sunt grinzi de beton armat cu dimensiunea de 48 inci / 1,2 metri pe 30 inci / 0,8 metri, ce conecteaza flansele cu peretii adiacenti.
Figure 2: Typical residential floor plan. Efectul de outrigger este cel mai pronuntat pe directia cea mai scurta a cladirii, nord – sud, pe masura ce latimea sistemului lateral creste de la 49 la 140 feet (15 la 43 metri). Outriggers – sunt pereti grinda din beton armat de mari dimensiuni, 66 inci / 1,7 metri latime si 17 feet 6 inci / 5,3 metri adancime, ce se extind de la flanse miezului peretilor catre stalpii exteriori la 3 din nivele tehnic dublate pe inaltime din turn (nivelele 28-29, 50-51, si 90-91). 16 | P a g e
Aceste nivele outrigger apar chiar sub plansee si elementul outrigger serveste de asemenea la grinzile de transfer pe masura de stalpii sunt repozitionati in fatada. La cel mai de jos setback, nivelul 16, grinzile de transfer permit pentru un stalp spatiu liber la 10 nivele de parcare. Peretii perimetrali la acoperis si la cele 3 nivele tehnice furnizeaza rigiditate suplimentara la torsiune si redundanta si de asemenea serveste la egalizarea saricinii stalpilor de-a lungul perimetrului. Planseele tipice rezidentiale au dimensiunea de 9 inci / 230 mm grosime si se intinde pana la un maxim de 30 feet / 9,1 metri. Aceasta contructie minimalizeaza adancimea structurii planseelor, permitand plafoane mai inalte. Stalpii turnului sunt in general 2 pe 4 feet, 600 pe 1200 mm, in sectiune rectangulari in partea de sus a cladirii, si 6 foot / 1800 mm diametru in sectiune circulara la baza constructiei. Suprastructura este suportata de un total de 57 de chesoane de piatra. Stalpii turnului sunt suportati de 33 din acele chesoane, care sunt pana la 8 feet/ 2,4 metri in diametru si stabilizate de o serie de capace de chesoane si grinzi. O placa de beton gros de 10 feet / 3 metri sub peretii de baza, transfera incarcatura catre un grid de 24 de chesoane care au 10 feet / 3 metri in diametru si se extind in jur de 80 feet / 25 metri in jos, in masivul calcaros Chicago.
Design and Utilization of High-Performance Concrete Large tie forces are resisted by top and bottom longitudinal reinforcing and vertical ties. The heavy longitudinal reinforcing steel must pass from the thicker outrigger through the thinner core wall web to transfer forces between the columns and core. To reduce congestion, all primary reinforcing bars in the outrigger levels are U.S. Grade 75 (520 MPa yield strength). Further, in three especially tight locations, high-strength structural steel plates with welded shear studs are used in lieu of reinforcing bars to transfer the necessary forces through the core wall web (Figure 3).
17 | P a g e
Figure 3: Outrigger wall reinforcing. The outriggers are also significantly affected by differential shortening of the concrete columns and core walls resulting from creep and shrinkage. The columns typically have higher axial stresses, and therefore shorten more than the core walls, transferring load through the outriggers into the core walls. A special analysis was used to account for time-dependent effects, including creep, shrinkage, construction sequencing, and the variation of material properties. This analysis included eight different finite element models of the building, each representing a different period in time during and after construction. The calculated forces in the outriggers and walls were taken into account in the forces applied to the strut-and-tie model for the design of the outriggers, and were also incorporated into the design of all elements of the lateral system. A series of high-performance concrete mixtures, specified by SOM and designed by Prairie Material Sales, Inc., are advancing the state-of-the-art. Concrete strengths of 12,000 psi (83 MPa) (cylinder strength) at 90 days have been specified for all vertical column and wall elements up to level 51. Local areas in the outrigger zones, however, require 16,000 psi (110 MPa) (cylinder strength) concrete at 90 days. Because the 16,000 psi concrete is located in areas with high reinforcement congestion, selfconsolidating concrete (SCC) with a minimum flow spread of 24 inches (600 mm) has been specified. Further, to reduce the heat gain in the massive elements, the high-performance SCC 18 | P a g e
incorporates slag cement, fly ash, and silica fume, as well as portland cement. The tower structure is designed to limit the perception of motion by the building occupants during wind events to acceptable levels, and for this the stiffness of the concrete is critical. The modulus of elasticity of the high-strength concrete was therefore specified to at least achieve the modulus of elasticity values indicated in the ACI 318 equations. In contrast to the stringent minimum strength requirements in ACI 318, concrete modulus of elasticity may be specified on an average basis. Somewhat lower modulus values in local areas are therefore acceptable, as long as the average value remains as specified. Further, such modulus values may be obtained at a much later date - for example, 180 or 365 days after placement - as the motion perception criteria are long-term serviceability issues and will not be critical until the building is complete and occupied.
Mat foundation construction.
Self-Consolidating Concrete Caisson Mat Foundation The mat pour in late September 2005 consisted of approximately 5,000 cubic yards (3,800 cubic meters) of 10,000 psi (69 MPa) selfconsolidating concrete over plan dimensions of 200 x 60 feet (60 x 18 m) in a single continuous pour. The pour was accomplished in a period of 22 hours and required more than 30 ready-mix trucks making a total of 600 trips to the job site. The choice of SCC for the mat was based on the ease of placing concrete and finishing in a confined, below-grade area. It is believed that the mat foundation 19 | P a g e
pour for the Trump Tower represented the largest single SCC placement in North America to date.
Superstructure High Strength Concrete Trump Tower is not only a very tall building, it is also quite slender; the aspect ratio of the tower, measured as the overall height divided by the smaller base dimension, exceeds 8 to 1. Such slender buildings are known to be significantly influenced by the dynamic nature of the wind and its interaction with the structure. Concrete was chosen as the primary structural material for the Trump Tower, to take advantage of its ability to provide a highly massive frame with high damping. The high lateral stiffness of the tower was accomplished by using high modulus of elasticity concrete in the massive column, wall, and outrigger elements. All of these factors resulted in predicted peak accelerations at the topmost occupied floors that are comfortably within the ISO criteria for residential buildings.
20 | P a g e
Construction progress - Spring 2008. Courtesy of Skidmore, Owings & Merrill LLP.
Conclusion The completion of the Trump International Hotel and Tower is scheduled for fall 2009. However, the owner desired to open the hotel and some of the residential levels before the topping out of the structure. Collaboration between the designers, construction manager, contractors, and the City of Chicago produced a sixstage phased occupancy plan, which allowed the hotel to be in operation as of January 2008, well before the structure topped out in mid-2008. The 228-foot tall spire was erected on top of the tower in January 2009, bringing the building to its final full height. The spire is a structural steel space truss clad in fiberglass. Erection of the upper eight segments of the spire was accomplished using a Sikorsky S-61 helicopter. It was the exclamation point to cap off a world-class building combining rigorous engineering, state-of-theart materials, and graceful architecture. ▪ 1.4 TOWER CENTER BUCURESTI – ANALIZA AVANSATA A STRUCTURII Florea Dinu1,2, Aurel Stratan1, Dan Dubina 1,2
Introducere Obiectul proiectului "Tower Center International" îl constituie un corp de cla dire având destinat ia de birouri. Structura este amplasata în Bucures ti si are un regim de îna lt ime de 3S+P+22E+3Etehn. La baza , cla direa are o dimensiune în plan de 42,0x24,8 m. Cota la nivelul superior al etajului 22 este +94,3 m, iar la nivelul ultimului etaj tehnic +106,3 m.
21 | P a g e
În etapa a doua a investit iei, adiacent cla dirii turn, se va construi o cla dire 4S+P+3E. Principalele date referitoare la structura s i la echipa care a contribuit la realizarea ei sunt prezentate in Tabel 1. Tabel 1. Principalele date referitoare la obiectivul TCI Bucures ti
Nume cla dire Tower Center International Investitor Tower Center International SRL Destinat ie Cla dire birouri Dimensiuni în plan 24,8m x 42,0m Deschidere 7,5m Travee 7,5m Îna lt ime nivel 4,0m Îna lt ime totala 106,3m Structura Cadre metalice, plans ee beton armat Arhitect Westfourth Architecture, P.C. Proiectant structura metalica SC BRITT SRL Timis oara Prof. Dan 22 | P a g e
Dubina Florea Dinu, Aurel Stratan, Adrian Ciutina
Produca tor s i montaj structura metalica UNGER Stahlbau ES.M.B.H Proiectare infrastructura Popp & Asociat ii SRL Montaj structura metalica martie – noiembrie 2006 Inaugurare oficiala 2007 La realizarea lucra rii au mai colaborat: Emanuel E. Necula PC pentru proiectul tehnic al infrastructurii, S.C. Topo-Cad Proiect SRL, pentru releveul topo al infrastructurii existente la cota - 3.20, UTCB – Catedra de Hidraulica s i Protect ia Mediului, Laboratorul de Aerodinamica s i Ingineria Vântului, pentru studiul în tunelul de vânt.
2. Conformarea structurii Conformarea de ansamblu a trebuit sa t ina seama de faptul ca infrastructura era deja realizata la data întocmirii proiectului tehnic al suprastructurii metalice, aceasta situat ie impunând pozit ia contravântuirilor verticale. Conformarea structurii trebuia sa asigure rigidita t i similare cu cele luate în calcul la proiectarea infrastructurii. Structura aleasa este de tip cadru multietajat dual fiind alca tuita din cadre necontravântuite rigide s i cadre contravântuite centric. Pentru sporirea rigidita t ii la fort ele orizontale, în special din act iunea vântului, pe lânga contravântuirile verticale dispuse pe toata îna lt imea structurii, au fost preva zute doua centuri de contravântuiri dispuse perimetral, la mijlocul îna lt imii s i la ultimul nivel. Stâlpii au sect iunea sub forma de "cruce de Malta" s i sunt realizat i din profile laminate. Aceasta sect iune a permis obt inerea unei bune rigidita t i cu un consum relativ redus de ot el, precum s i simplificarea îmbina rilor rigla -stâlp. În zona cadrelor necontravântuite, stâlpii au dimensiunea curenta la baza de 800x800mm. Prin înglobarea part iala în beton, cu arma turi s i conectori în zona nodurilor, se realizeaza o sect iune mixta , care 23 | P a g e
asigura atât cres terea capacita t ii portante cât s i a rigidita t ii. Sect iunea stâlpilor variaza pe îna lt ime astfel: primul tronson de jos este realizat din 2 profile HEM800, tronsonul intermediar din 2 profile HEB800 iar tronsonul superior din 2 profile HEA800. În zonele contravântuite în X, stâlpii sunt dezvoltat i dupa direct ia contravântuirilor s i au dimensiunea curenta la baza de 1000x500mm. Sect iunea stâlpilor variaza pe îna lt ime astfel: tronsonul inferior este realizat dintr-un profil HEB1000 s i un profil HEM500, iar tronsonul superior dintr-un profil HEB1000 s i un profil HEB500.
24 | P a g e
Grinzile principale de cadru s i cele secundare de plans eu sunt realizate din profile laminate. Conectorii dispus i pe grinzi au rolul de a împiedica flambajul prin încovoiere-ra sucire, în cazul grinzilor principale s i asigurarea conlucra rii cu plans eul de beton armat, în cazul grinzilor secundare.
Contravântuirile centrice verticale sunt de doua tipuri, în X s i în V inversat s i sunt realizate din profile laminate a ca ror sect iune variaza pe îna lt ime, de la HEM450 la HEB400 pentru 25 | P a g e
contravântuirile în V întors s i de la HEB450 la HEB360 pentru contravântuirile în X. S-a optat pentru contravântuiri în V inversat datorita capacita t ii de a asigura o rigiditate sporita a sistemului, ceea ce constituie o cerint a esent iala în acest caz, atât pentru act iunea seismului, cât s i a vântului. Pentru a reduce nivelul de solicitare în elementele adiacente, contravântuirile sunt realizate dintr-un ot el mai slab fat a de celelalte elemente (OL37 fat a de OL52). Plans eele au fost realizate dintr-o placa de beton cu grosimea de 12 cm rezemata pe grinzi secundare.
3. Calculul s i proiectarea structurii metalice Calculul static s i dinamic s-a realizat printr-un calcul spat ial cu ajutorul programului de calcul ETABS. Pentru dimensionarea structurii de rezistent a s-au utilizat prevederile din normele romanes ti de calcul în vigoare la data proiecta rii structurii (STAS 10108/0-78, P100/92), dar s i noul normativ P100/2006. În plus, pentru situat iile în care nu exista prevederi de calcul în normele romanes ti, au fost folosite prevederi din alte norme, îndeosebi cele europene (EN 1993-1.8, EN1994-1). Dimensionarea s-a fa cut pe baza înfa s ura torii cerint elor maxime exprimate în cele doua normative de calcul seismic, P100/92 s i P100/2006. Datorita încadra rii structurii în cerint ele de regularitate, s- a folosit metoda de proiectare curenta bazata pe calculul modal cu spectre de ra spuns. Pentru verificarea mecanismului plastic s i a performant ei structurale folosite la proiectarea structurii, s-a realizat o analiza dinamica neliniara incrementala . Stâlpii au fost realizat i continuu pe îna lt imea a doua etaje, îmbina rile de continuitate realizându-se cu s uruburi s i eclise pe inimi s i ta lpi, în sect iuni amplasate la 1/3 din îna lt imea nivelului. Pentru asigurarea forma rii articulat iilor plastice în grinzile cadrelor necontravântuite, îmbina rilor grinda - stâlp cu placa de capa t s i s uruburi li s-a asigurat o suprarezistent a fat a de elementul îmbinat. Suprarezistent a rezultata din calcul nu a putut fi însa asigurata decât prin realizarea unor vute la cele doua extremita t i ale 26 | P a g e
grinzilor (Figura 5d). Grinzile aflate la intersect ia contravântuirilor în V inversat au fost dimensionate la eforturile neechilibrate aplicate grinzii de ca tre contravântuiri, dupa flambajul diagonalei comprimate, în conformitate cu prevederile din P100-2006. Prinderile contravântuirilor în V s-au realizat cu s uruburi s i eclise pe inima s i ta lpi. Pentru asigurarea unei rezistent e suficiente, grinzile au fost calculate s i alca tuite în varianta mixta ot el-beton. Întrucât proiectarea stâlpilor, în cazul cadrelor Grinzile aflate la intersectia contravantuirilor in V inversat au fost dimensionate la eforturile neechilibrate aplicate grinzii de catre contravantuiri, dupa flambajul diagonalei comprimate, in conformitate cu prevederile din P100 – 2006. Prinderile contravantuirilor in V s-au realizat cu suruburi si eclise pe inima si talpi. Pentru asigurarea unei rezistente suficiente, grinzile au fost calculate si alcatuite in varianta mixta otel-beton. Intrucat proiectarea stalpilor, in cazul cadrelor necontravântuite, respectiv a stâlpilor s i grinzilor în cazul celor contravântuite centric, se face pe baza eforturilor majorate cu factorul Ω , este recomandabil sa se obt ina valori cât mai reduse ale acestui factor. Pentru cadrele necontravântuite, reducerea factorului Ω s-a obt inut prin reducerea suprarezistent ei grinzilor. În cazul cadrelor contravântuite, având în vedere faptul ca sistemul de contravântuiri are s i rol în preluarea sarcinilor orizontale din vânt, reducerea factorului Ω este în cele mai multe cazuri destul de greu de îndeplinit. Solut ia adoptata în cazul cla dirii TCI a constat în utilizarea unui ot el cu limita de curgere mai redusa în contravântuiri (conducând astfel la reducerea factorului Ω N pentru sistemul de contravântuiri, dar nu s i a rigidita t ii acestuia).
27 | P a g e
Pentru verificarea mecanismului plastic s i a performant ei structurale folosite la proiectarea structurii, s-a realizat o analiza dinamica neliniara incrementala . Pentru analiza s-a folosit înregistrarea mis ca rii seismice Vrancea 1977: Vrancea, 4 martie 1977, INCERC Bucures ti, componenta N-S. În Figura 6 este prezentata accelerograma s i spectrul de ra spuns al accelerat iei pentru înregistrarea seismica .
Analiza dinamica neliniara s-a realizat cu programul ETABS, versiunea 9. Comportarea inelastica a materialului a fost modelata prin articulat ii plastice, care au fost introduse în 28 | P a g e
sect iunile plastice potent iale ale elementelor. Utilizarea acestui program permite modelarea articulat iilor plastice din moment, fort a ta ietoare s i fort a axiala . În plus, se pot modela s i articulat ii plastice produse de interact iunea moment-fort a axiala . Neliniaritatea geometrica la nivel global a fost luata în calcul prin considerarea efectului P-∆. Analiza dinamica neliniara incrementala a înregistrat aparit ia primelor articulat ii plastice s i evolut ia acestora, punând în evident a contribut ia cadrelor contravântuite s i necontravântuite la disiparea energiei seismice induse în structura . În Figura 7 se prezinta distribut ia articulat iilor plastice în cadru transversal curent pentru diferite nivele ale accelerat iei (valoarea seismului de calcul, corespunza tor SLU, ag = 0,24g).
Verificarea stâlpilor cu sect iune mixta la act iunea focului s-a fa cut cu metoda generala de calcul din norma europeana Eurocode 4: "Design of Composite Steel and Concrete Structures – Part 1.2: General rules – Structural Fire Design" s i de "Normativ pentru verificarea la foc a elementelor structurale ale construct iilor din otel - NP046/2000. Verificarea s-a fa cut cu programul cu elemente finite SAFIR. Prin încadrarea construct iei în gradul I de rezistent a la foc, în conformitate cu "Normativul de siguranta la foc a
29 | P a g e
constructiilor – P118 – 99", s-a impus pentru stâlpii structurii TOWER CENTER INTERNATIONAL un timp de rezistent a la foc de 21 ⁄ 2 ore (150 minute). Calculul stâlpului cu sect iune mixta s-a condus în doua etape:
- în prima etapa s-a determinat evolut ia temperaturii pe sect iunea transversala a elementelor (utilizând curba de foc standardizata ISO834, în conformitate cu prEN 1991-1-2 s i NPO46/2000); - în etapa a doua s-a stabilit ra spunsul elementului structural sub act iunea înca rca rilor termice s i a înca rca rilor statice maxime, corespunza toare grupa rii speciale de incendiu. În urma calculului termic, se obt ine distribut ia temperaturilor pe sect iunea transversala . În Figura 9 se arata valoarea temperaturilor dupa 21 ⁄ 2 ore de foc ISO (9000sec).
4. Cla direa în faza de montaj si faza finala
30 | P a g e
5. Concluzii
31 | P a g e
În lucrare se prezinta proiectul unei cla diri multietajate cu structura metalica amplasata în Bucures ti. Cla direa are 26 de etaje s i este pentru moment cea mai înalta cla dire din Bucures ti. Sistemul structural format din cadre duale (cadre necontravântuite cu noduri rigide s i cadre contravântuite centric) s i contravântuiri perimetrale dispuse la nivelele 12 s i 22 asigura o comportare eficienta la preluarea sarcinilor orizontale. Analiza dinamica neliniara a ara tat o comportare seismica favorabila a sistemului structural format din cadre duale. Cerint a de ductilitate în elementele disipative are o distribut ie relativ uniforma pe îna lt ime, indicând un mecanism plastic global, fa ra plasticiza ri în elementele nedisipative (stâlpi, grinzi aferente cadrelor 32 | P a g e
contravântuite). Montajul structurii s-a desfa s urat în perioada martie – noiembrie 2006. Inaugurarea oficiala a cla dirii este programata pentru anul 2007. 2. ASPECTE ESENTIALE STRUCTURILOR
PRIVIND
CALCULUL
SI
REALIZAREA
2.1 CRITERII PENTRU ALEGEREA TIPULUI STRUCTURII UNEI CLADIRI INALTE: Tipul structurii unei cladiri inalte este ales in functie de urmatorii parametri: -
Forma in plan a cladirii Functiunea cladirii Marimea si natura incarcarilor Raportul dintre inaltimea si latimea cladirii Raportul dintre deschideri pe directia longitudinala sau transversala Tipul inchiderilor exterioare Conditiile de fundare Sistemele tehnologice si de instalatii aferente (ascensoare, instalatii electrice, apa, canalizare, etc) Considerente legate de tehnologia de executie si de montaj Considerente economice.
2.2 CLASIFICAREA STRUCTURILOR DUPA NATURA MATERIALULUI Functie de tipul materialului utilizat pentru realizarea structurii unei cladiri inalte, acestea se clasifica in urmatoarele categorii: a) Structuri din beton armat: cu armatura flexibila si cu armatura rigida b) Structuri din otel cu elemntele structurale alcatuite din profile laminate c) Structuri mixte: - Cadre din beton cu armatura rigida si contravantuiri din profile laminate metalice 33 | P a g e
- Cadre metalice contravantuite cu diafragme din beton armat - Structuri metalice cu plansee din beton armat sau plansee din tabla cutata si suprabetonare din beton armat 2.3 STRUCTURI DIN BETON ARMAT a) structuri duale compuse din: - cadre contra vantuite cu diafragme
34 | P a g e
35 | P a g e
- cadre periferice cu diafragme grupate in nuclee centrale care adapostesc scari, lifturi, coloane de instalatii, grupuri sanitare
36 | P a g e
- structuri tub in tub – compuse dintr-un tub perimetral perforat iar in zona centrala un nucleu. Legatura dintre cele doua tuburi se realizeaza cu elemnte de cadru.
b) structuri in diafragme: - cu diafragme dese (sistemul fagure) la care diafragmele sunt dispuse la fiecare travee, avand functia si de pereti despartitori interiori. Este specifica cladirilor cu functiunea de camine, hoteluri, spitale
37 | P a g e
- Cu diafrgame rare (sistemul celular) la care numai o parte din peretii despartitori sunt diafragme din beton armat. Pe traveile intermediare se prevad stalpi perimetrali sau interiori, diafragmele sunt dispuse la fiecare travee, avand functia si de pereti despartitori interiori. Diafragmele dispuse pe conturul apartamentelor conduc la o conformare seismica mai buna.
38 | P a g e
- Structuri cu nuclee (tuburi) la care diafragmele sunt grupate intr-un nucleu central sau in mai multe nuclee, in rest structura este in cadre.
2.4 PRINCIPIILE DE ALCATUIRE GENERALA A STRUCTURILOR CU DIAFRAGME In raport cu structurile in cadre, structurile cu diafragme rare sau cu nuclee particularitatea acestor cladiri o constituie faptul ca 39 | P a g e
rigiditatea laterala a constructiei este concentrata intr-un numar restrans de elemente portante verticale. Din acest motiv se recomanda ca: - Sa fie evitate nesimetriile pronuntate - Planseele sa fie suficient de rigide pentru a lucra ca saibe orizontale, capabile sa colecteze fortele orizontale si sa le transmita la diafragmele verticale - Elementele structurale verticale (diafragme, stalpi intermediari) trebuie dispuse in plan astfel incat sa asigure transmiterea la peretii structurali o incarcare gravitationala suficienta care sa compenseze cat mai mult efectul defavorabil de intindere din incovoiere - Reducera la minim a efectului nesimetriilor de mase si rigiditatii pentru a evita efectul defavorabil de torsiune generata cauzata de aplicarea excentrica a rezultantei fortelor orizontale - Introducerea de rosturi seismice care sa fragmenteze constructia in tronsoane simetrice - Disimetriile induse de retragerile de la ultimele niveluri trebuie sa fie cat mai reduse - Diafragmele trebuie sa fie dispuse cat mai departe fata de centrul de rigiditate pentru ca bratul de parghie sa fie cat mai avantajos - Se va evita aplicarea incarcarilor gravitationale care actioneaza asupra ansamblului cu excentricitati mari dirijate in acelasi sens, care determina o solicitare de incovoiere generala majora 2.5 TIPURI DE STRUCTURI METALICE PENTRU CLADIRILE INALTE Pentru structura metalica a cladirilor inalte se pot adopta urmatoarele sisteme constructive: - In cadre rigide transversale si longitudinale - In cadre rigide transversale si cadre contravantuite 40 | P a g e
longitudinale
-
In cadre rigide cu contravantuiri transversale si longitudinale Sistem cu nucleu si stalpi Sistem cu nucleu si tiranti Sistem tubular si tubular multiplu Alte solutii
Observatii: a) Sistemele din cadre rigide cu contravantuiri verticale pot fi dispuse intr-un panou pe toata inaltimea cladirii si cu extinderi in unele panouri alaturate b) Contravantuirile verticale se dispun in planul stalpilor perimetrali dupa directie longitudinala si transversala Structura tubulara este alcatuita din stalpi asezati la distanta mica pe perimetru si legati la nivelul fiecarui etaj cu grinzi foarte rigide. In interiorul tubului se amplaseaza stalpi pentru sustinerea grinzilor si planseelor. Structura poate fi contravantuita vertical si pe toata inaltimea si latimea cladirii formand grinzi cu zabrele plane care sporesc foarte mult rigiditatea laterala a cladirii. In interiorul cladirii stalpii preiau preponderent incarcarile verticale transmise de planseul cladirii. Structura tub in tub este alcatuita din stalpi dispusi la distanta in planul exterior al cladirii, legati intre ei cu grinzi rigide. Al doilea tub este format dintr-un nucleu central cu stalpi metalici sau diafragme din beton armat. Structura formata din celule legate intre ele pe inaltime cu grinzi rigide. Sistemul poate fi completat cu contravantuiri verticale asezate in planul peretilor exteriori ai cladirii.
41 | P a g e
2.6 STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE RIGIDE TRANSVERSALE SI LONGITUDINALE Transversal cladirea poate avea doua sau mai multe deschideri iar in cazul unor cladiri cu lungime mare, poate fi despartita prin rosturi de tasare sau seismice. Legaturile dintre stalp si rigla sunt rigide si trebuie sa poate prelua eforturile sectionale care se dezvolta in imbinare. Daca momentul care poate solicita imbinarea rigla-stalp M Rd este mai mic fata de momentul plastic capabil al riglei M p,Rd nodul se considera semirigid. Capacitatea de rezistenta a prinderii riglastalp nu trebuie sa fie inferioara fata de cea necesara transmiterii solicitarilor de calcul in nod. Atunci cand la un cadru cu multe deschideri, una din deschideri este mai mica decat celelalte, fig c, prinderea riglei in deschiderea mai mica poate fi articulata de stalp. 42 | P a g e
O rigla poate fi prinsa articulat de stalp daca momentul de calcul al prinderii MRd nu depaseste 25% din momentul plastic de calcul al riglei prinsa in articulatie. De asemenea articulatia trebuie sa posede o capacitate suficienta de rotire si rezistenta. Prinderea stalpilor in fundatie poate fi incastrata sau articulata.
2.7 STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE TRANSVERSALE SI CADRE LONGITUDINALE CU ARTICULATII
RIGIDE
Rigiditatea redusa a sectiunii stalpilor in afara planului transversal face necesara prinderea riglelor longitudinale de stalpi cu articulatii pentru descarcarea sectiunii stalpului de momentele incovoietoare care ar solicita sectiunea stalpului fata de axa de inertie minima. Aceasta solutie este in avantajul montajului,
43 | P a g e
prinderea articulata fiind mai usor de executat in raport cu prinderea incastrata. Pentru asigurarea stabilitatii este necesara prevederea de contravantuiri verticale dispuse in anumite panouri din sirurile de stalpi (a,b,c). In cazul cladirilor lungi contravantuirile se dispun atat in planul cadrelor longitudinale perimetrale cat si in planul cadrelor longitudinale interioare (e). Contravantuirile pot fi in X pe inaltimea unui nivel (a) sau pe inaltimea a doua nivelui (c) sau in k pe inaltimea unui nivel.
44 | P a g e
2.8 STRUCTURI METALICE ALCATUITE TRANSVERSALE SI ARTICULATII
DIN
CADRE
RIGIDE
Prin legarea articulata a stalpului superior de nodul rigid al cadrului inferior se limiteaza efectul de cadru la nivelul fiecarui etaj. Astfel se transmit numai forte verticale si orizontale fara momente 45 | P a g e
incovoietoare. Introducerea articulatiilor micsoreaza rigiditatea laterala a structurii. De asemenea stalpii nu pot fi executati continuu pe mai multe niveluri. In schimb cadrul poate fi prefabricat si montajul la pozitie se reduce numai la fixarea stalpului in articulatia de la baza stalpului. Cadrul longitudinal poate fi realizat cu articulatii si contravantuiri.
2.9 STRUCTURI METALICE ALCATUITE DIN CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE SI CONTRAVANTUIRI VERTICALE TRANSVERSALE
46 | P a g e
Rigiditatea laterala a structurii in cadre cu noduri rigide este marita substantial daca in structura sunt introduse contravantuiri sau diafragme verticale (a). Daca cladirea este patrata (B) contravantuirile se aseaza dupa ambele directii in planul cadrelor transversale si longitudinale. O eficienta marita a contravantuirilor executate pe o singura deschidere se obtine daca la nivelul superior si eventual mijlociu contravantuirile sunt extinse si pe deschiderile alaturate (b,c). In figura A cladirea este dreptunghi alungit la care au fost introduse numai contravantuiri verticale in planul cadrelor transversale.
a) Sistem de contravantuire longitudinala si transversala a unei cladiri inalte
47 | P a g e
Atunci cand sistemul de contravantuire verticala se aplica pe doua deschideri (d) sunt legate intre ele la unul sau doua niveluri (D).
48 | P a g e
Efectul fortelor orizontale se repartizeaza atat pe cadrele contravantuite cat si in planul cadrelor necontravantuite. Notand cu α1 coeficientul de repartitie a incarcarilor pe cele 2 cadre contravantuite si cu α2 pe cele 5 cadre necontravantuite se pot scrie relatiile: α1δ1 = α2δ2 2α1 + 5α2 = Ht => α1 = Ht * δ2/2 δ2 + 5 δ1 α 2 = Ht * δ1/2 δ2 + 5 δ1
unde: - δ 1 este sageata pentru forta orizontala determinate ptr H=1 la nivelul superior al cadrului contravantuit - δ 2 este sageata pentru forta orizontala determinate ptr H=1 la nivelul superior al cadrului necontravantuit. Un calcul mai exact se face cand se pun conditiile anterioare la fiecare nivel. Daca riglele longitudinale sunt prinse de stalpi cu articulatii, contravantuirile vertical montate in planul stalpilor din sirurile exterioare preiau impreuna efectul incarcarii orizontale longitudinale H.
49 | P a g e
50 | P a g e
51 | P a g e
52 | P a g e
3. CALCULUL SUSTENABILITATII SUSTENABILITATE (‹ engl. sustainable) s. f. Calitate a unei activitati antropice de a se desfasura fara a epuiza resursele disponibile si fara a distruge mediul, deci fara a compromite posibilitatile de satisfacere a nevoilor generațiilor următoare. Conferința mondiala asupra mediului de la Rio de Janeiro din 1992 a acordat o aten ție deosebita acestui concept, care implica stabilirea unui echilibru între creșterea economica si protectia mediului si gasirea de resurse alternative. Când se refera la dezvoltarea economica de ansamblu a unei tari sau regiuni, este de obicei preferat termenul sinonim dezvoltare durabila.
53 | P a g e
Calculul sustenabilitatii la un bloc de locuinte de P+2, tip vila
54 | P a g e
