Plaza 66

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
W yk on ał :
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.
Grubość
CięŜar
m
kN/m
0,005
17,0
0,085
0,04
16,0
0,72
0,01
17,0
0,17
0,2
25
5,0
Rodzaj obciąŜenia
Warstwa wierzchnia (bezbarwna Ŝywica
epoksydowa)
Warstwa zasadnicza (bezbarwna Ŝywica
epoksydowa + kolorowe kruszywo
kwarcowe)
Warstwa gruntująca (bezbarwna Ŝywica
epoksydowa)
Płyta stropowa
RAZEM
3
ObciąŜ.
charakter.
2
kN/m
6,0
4.2. Zebranie obciąŜeń dla kondygnacji biurowych.
Grubość
CięŜar
m
kN/m
Wykładzina obiektowa twarda
POLYFLOR
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
ObciąŜ.
charakter.
2
kN/m
Rodzaj obciąŜenia
3
RAZEM
5,0
4.3. Zebranie obciąŜeń zmiennych.
ObciąŜ. charakter.
Rodzaj obciąŜenia
kN/m
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
γf=1,1
dla obciąŜeń zmiennych
γf=1,2
dla obciąŜeń wiatrem
γf=1,3
2
5. Komentarz wyników
5.1. NapręŜenia
Wszystkie wartości napręŜeń podano dla poziomu -11,25 m czyli utwierdzenia
budynku.
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.
Rys.1
5.1.2. Zestawienie wyników dla napręŜeń σ
NapręŜenia
max σz
min σz
Max [kPa]
-1436,18
-16200,78
Min [kPa]
-13720,25
-29170,04
5.2. Przemieszczenia:
Wszystkie wartości przemieszczeń podano dla poziomu + 251,25 m czyli
wierzchołka budynku.
5.2.1. Maksymalne przemieszczenia od pojedynczych schematów:
Największe przemieszczenia wywołuje działanie wiatru po kierunku osi Y
(schemat 2). Ich wartość maksymalna wynosi vy= 0,3859 m. Przedstawia to
poniŜszy schemat odkształceń - Rys.2
Rys.2
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
vx = 0,2100 m co przedstawia Rys. 3. Największe przemieszczenia po kierunku
osi Y mają wartość vy = 0,4324 m co przedstawia Rys. 4.
Rys. 3
Rys. 4
5.2.3. Zestawienie wyników przemieszczeń dla wariantu 1
Vx.max
Vx.min
Vy.max
Vy.min
EKSTREMUM
wartość
maksymalna
[m]
0,2100
0,1918
0,4324
0,4606
0,4606
punkt pomiaru
218
234
243
225
235
wartość
minimalna
[m]
0,1942
0,1918
0,4093
0,4411
0,4411
punkt pomiaru
237
215
225
243
237
Przemieszczenia dopuszczalne wg norm obowiązujących w następujących
krajach :
•
•
•
•
•
USA
Australia
Polska
Chiny
Plaza 66
vdop = H/600
vdop = H/800
vdop = H/1000
vdop = H/800
vdop = H/650
Wysokość budynku wynosi H = 251,25 m
•
•
•
•
•
USA
Australia
Polska
Chiny
Plaza 66
vdop = 251,25/600 = 0,419 m < vmax = vy = 0, 4606 m
vdop = 251,25/800 = 0,314m < vmax = vy = 0, 4606 m
vdop = 251,25/1000 = 0,251 m < vmax = vy = 0, 4606 m
vdop = 251,25/800 = 0,314m < vmax = vy = 0, 4606 m
vdop = 251,25/650 = 0,386m < vmax = vy = 0, 4606 m
6. Podsumowanie i wnioski
•
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 vy = 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.