Wdo03c.
Transkrypt
Wdo03c.
Workshop on ADVANCED MECHANICS OF URBAN STRUCTURES September 24 - 25, 2003 Gdańsk, Poland ANALIZA STATYCZNO-WYTRZYMAŁOŚCIOWA KONSTRUKCJI REWITALIZOWANEGO BUDYNKU BIUROWEGO J.A. WDOWICKI1, E.M. WDOWICKA1, T.Z. BŁASZCZYŃSKI1 1 Politechnika Poznańska, Poznań, Polska 1. Wprowadzenie W pracy opisany jest przebieg analiz statyczno-wytrzymałościowych rewitalizowanego budynku Poznańskiej Grupy Kapitałowej (etap I rozbudowy). Historię powstania obiektu, charakterystykę techniczną oraz cele jakie postawił sobie zespół przygotowujący rewitalizację zawiera praca [Bła03]. 2. Model obliczeniowy Analizy obliczeniowe prowadzono na podstawie metody ciągłych połączeń. Metoda ta wykorzystuje model obliczeniowy konstrukcji w postaci dowolnego układu pionowych ścian, które mogą być połączone pionowymi pasmami nadproŜy, złączy niepodatnych i złączy podatnych. Zakłada się, Ŝe tarcze stropowe są sztywne w swojej płaszczyźnie. Przykładowy układ konstrukcji, przy zastąpieniu tarcz stropowych ich śladami przecięcia się ze ścianami, przedstawia Fig. 1. Fig.1. Schemat przestrzennego układu ścianowego z nadproŜami usztywniającego budynek wysoki: 1 - element usztywniający, 2 - pasmo nadproŜy, 3 - ślad tarczy stropowej Analizowane konstrukcje mogą być poddane obciąŜeniom poziomym (dowolnie rozłoŜonym wzdłuŜ wysokości budynku), pionowym (dowolnie rozmieszczonym w rzucie i dowolnie zmiennym wzdłuŜ wysokości) i nierównomiernym osiadaniom fundamentów. Obliczenia były realizowane przy uŜyciu programu BW dla Windows. Program umoŜliwia obliczanie przemieszczeń, sił przekrojowych i napręŜeń dla dowolnej liczby schematów obciąŜeń oraz ich wartości ekstremalnych. Moduły analizy statycznej programu są przedstawione w pracach [Wdo93, Wdo93i, Wdo95], a analizy dynamicznej w pracach [Wdo93f, Wdo95]. Program BW dla Windows współpracuje ze specjalizowanymi pre- i post-procesorami. Preprocesory umoŜliwiają przejmowanie opisu geometrii konstrukcji z rysunków programów graficznych. Postprocesory rysują mapy napręŜeń w ścianach, przemieszczenia budynku i funkcje sił w nadproŜach i złączach podatnych. 3. Część istniejąca budynku Ze względu na wymagania związane z nową funkcją budynku zaistniała potrzeba wyburzenia części ścian nośnych, które pełniły takŜe rolę ścian usztywniających. Dla zapewnienia wymaganej sztywności przestrzennej budynku dodano kilka nowych ścian usztywniających. Ostatecznie model konstrukcji usztywniającej dla części modernizowanej (dane 40-3.bw7) zawierał 23 ściany, 12 pionowych pasm złączy niepodatnych i 7 pionowych pasm nadproŜy. Rzut tej konstrukcji wraz z rozkładem napręŜeń normalnych u podstawy budynku, z uwidocznieniem najbardziej wytęŜonego elementu i ściany dla schematu parcia wiatru w kierunku osi Y, przedstawiony jest na Fig.2. Fig.2. Rzut przebudowywanej części obiektu i najbardziej wytęŜona ściana oraz zawierający ją element wraz z rozkładem napręŜeń normalnych u podstawy budynku 4. Część dobudowywana budynku Cel, jaki postawili architekci polegał na wzbogaceniu budynku o dodatkową część, zawierającą powierzchnie biurowe nie ograniczone ścianami i słupami (ang. open space), a jednocześnie dobrze doświetlone. Aby zrealizować to zadanie konieczne było zaprojektowanie przestrzennego układu usztywniającego umoŜliwiającego odpowiednie ograniczenie przemieszczeń poziomych, bez dzielenia powierzchni biurowej i bez negatywnego oddziaływania na konstrukcję juŜ istniejącą. Po kilku próbach, ostatecznie zaproponowano konstrukcję usztywniającą, której model zawierał 28 ścian, 18 pionowych złączy niepodatnych i 7 pionowych pasm nadproŜy (dane 411.bw7). Rzut tej konstrukcji wraz z rozkładem napręŜeń normalnych u podstawy budynku, z uwidocznieniem najbardziej wytęŜonego elementu i ściany dla schematu parcia wiatru w kierunku osi X, pokazany jest na Fig.3. Fig.3. Część dobudowywana: rzut konstrukcji i najbardziej wytęŜona ściana oraz zawierający ją element wraz z rozkładem napręŜeń normalnych u podstawy budynku 5. Podsumowanie W pracy opisano analizy statyczno-wytrzymałościowe przestrzennych układów usztywniających dwóch części wielokondygnacyjnego budynku Ŝelbetowego, poddanego rewitalizacji. Przebieg analiz potwierdził zalety zastosowanego ciągłego modelu konstrukcji jako dogodnego narzędzia w procesie projektowania. Krótki czas uzyskiwania wyników analiz oraz wykorzystanie postprocesorów, umoŜliwiających graficzną prezentację wyników, pozwoliły na interaktywne wymiarowanie konstrukcji budynku. 6. Wykaz literatury Bła03. Błaszczyński T.Z., Wdowicki J.A., Wdowicka E.M.: Revitalisation of an existing office block, in this volume, (in Polish). Wdo93. Wdowicki J., Wdowicka E.: Static analysis of three-dimensional shear wall structures, Computer Methods in Civil Engineering, (in Polish), Part I: Equations of problem, 3, 1 (1993) 9-24, Part II: Solution of problem equations, 3, 1 (1993) 25-30, Part III: Algorithm of solving systems of ODE's, 3, 1 (1993) 31-42, Part IV: System of computer programs, 3, 2 (1993) 9-33, Part V: Numerical examples, 3, 2 (1993) 35-59. Wdo93f. Wdowicki J., Wdowicka E.: Seismic analysis of shear wall tall buildings - DAMB system of computer programs, InŜ. i Bud., 50, 1 (1993) 11-13 (in Polish). Wdo93i. Wdowicki J., Wdowicka E.: System of programs for analysis of three-dimensional shear wall structures, The Structural Design of Tall Buildings, 2, 4 (1993) 295-305. Wdo95. Wdowicki J., Wdowicka E., Błaszczyński T.: Integrated system for analysis of shear wall tall buildings, in: Proc. of the Fifth World Congress "Habitat and High- Rise: Tradition and Innovation", Council on Tall Buildings and Urban Habitat, Amsterdam, May 14-19, 1995, 1309-1324. STRUCTURAL ANALYSIS OF REVITALISED OFFICE BUILDING J.A. WDOWICKI1, E.M. WDOWICKA1, T.Z. BŁASZCZYŃSKI1 1 Poznań University of Technology, Poznań, Poland Summary In the paper a structural analysis of revitalised office building is presented. The aim of modernisation and extension was to obtain additional open space, not restricted by columns and walls. The analysis based on the continuous connection method has been carried out. In this approach the bands of horizontal connecting beams and vertical joints are substituted by continuous connections. A diaphragm action of all floors is taken into consideration as the effect of its in-plane infinite rigidity and negligible transverse one. The height to width ratio of the shear walls is such that each wall may be treated as an open thin-walled beam. The BW for Windows program [Wdo93i], developed by the authors, has been used for computations. The preprocessors of program collate data from the schema made by the AutoCAD system. The quick interpretation of results is possible due to the set of some postprocessors, which visualise displacements, stress distribution in the walls of the structure and the shear force intensity function in vertical bands of connecting beams and vertical flexible joints. In our paper models of shear wall structures in the modernised part as well as the new adjacent part have been shown. The presented figures include normal stresses distribution at the base of the structure. The short period of time necessary to obtain the results of the analysis has allowed for a fully interactive structural design.