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.