Centru educațional din Tallinn
Despre proiect
Centrul educațional din Tallinn este o structură cu patru etaje, concepută pentru a înlocui o clădire învechită cu un imobil modern, multifuncțional. Cu o suprafață brută de 13.566 m², clădirea are o înălțime de 18 metri și utilizează o combinație de beton, oțel și zidărie ca materiale principale. Sistemul vertical de preluare a încărcărilor este alcătuit predominant din stâlpi de beton și pereți de zidărie, care asigură nu doar suportul necesar, ci contribuie și la rigiditatea globală a clădirii. Elementele orizontale de preluare a încărcărilor constau în principal din plăci cu goluri susținute de grinzi prefabricate, cu anumite secțiuni utilizând plăci plate turnate in situ pentru suport structural suplimentar.
Etajul patru și structura acoperișului evidențiază o tranziție către construcția metalică, utilizând stâlpi și grinzi din oțel pentru flexibilitate sporită și greutate redusă. Clădirea este susținută de 831 de piloți cu o lungime totală de 21.000 de metri, asigurând o fundație solidă în ciuda condițiilor dificile ale terenului. Volumul total de beton utilizat în structură, excluzând piloții, este de 3.560 m³, iar componentele din oțel cântăresc aproximativ 430.000 kg.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Architectural visualization of the Educational center}}}\]
Provocări de inginerie
Una dintre principalele provocări ale acestui proiect a fost proiectarea unei grinzi cu inimă perforată de 80,70 metri lungime. Această grindă trebuia să acopere deschideri extinse la etajul trei, asigurând un spațiu deschis, fără stâlpi, conform viziunii arhitecturale. Pe lângă susținerea integrității structurale a spațiilor deschise de mari dimensiuni, grinda trebuia să permită și trecerea unui sistem de canale de ventilație prin structura sa.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section view on the castellated beam in IFC reader software}}}\]
Complexitatea inginerească a fost amplificată și de necesitatea de a susține șase deschideri pe întregul etaj superior, cea mai lungă deschidere atingând 27,49 metri. În plus, ultima deschidere a grinzii a fost proiectată ca o consolă, care nu doar se extindea în afară, ci susținea și o porțiune din placa de planșeu de dedesubt, adăugând o încărcare semnificativă și necesitând o analiză și proiectare structurală meticuloasă.
După evaluarea tuturor datelor de intrare, inginerii de proiect Martin Truuts și Karl Kimmel au stabilit că o grindă cu inimă perforată ar fi soluția optimă. Proiectarea grinzii cu inimă perforată oferă în mod natural deschideri pentru trecerea sistemului de canale, în timp ce înălțimea efectivă mare permite o capacitate portantă semnificativă cu un consum relativ minim de material.
Alegerea grinzii cu inimă perforată a fost în mod clar cea mai bună opțiune, dar a introdus și provocări suplimentare, în special în ceea ce privește asigurarea stabilității structurii împotriva flambajului lateral-torsional și a altor forme de flambaj. Ca grindă continuă, stabilizarea tălpii inferioare în zonele de reazem era esențială. În mod obișnuit, pentru rezolvarea acestei probleme s-ar utiliza contravântuiri diagonale, însă această soluție nu era fezabilă din cauza amplasării conductelor de ventilație și a cerințelor arhitecturale pentru spațiul adiacent grinzii. Prin urmare, au fost utilizate „grinzi secundare", perpendiculare pe grinda cu inimă perforată, pentru a asigura stabilizarea necesară.
Soluții și rezultate
Disclaimer:
După cum s-a menționat anterior, problemele de stabilitate au fost rezolvate prin conectarea „grinzilor secundare" la laturile grinzii cu inimă perforată. Proiectarea a valorificat rigiditatea la încovoiere a grinzilor secundare, extinzând această rigiditate la talpa inferioară a grinzii cu inimă perforată printr-o proiectare robustă a îmbinării. Această abordare a stabilizat eficient talpa inferioară. În esență, îmbinarea dintre grinzile secundare și grinda cu inimă perforată a fost atât de robustă și rigidă încât a determinat grinzile secundare din deschiderile adiacente să funcționeze ca grinzi continue, influențând astfel distribuția încărcărilor și a eforturilor interioare, ceea ce în acest caz a însemnat și transferul unei încărcări mai mari către grinzile cu inimă perforată.
Pentru a aborda problemele de stabilitate și a integra rigiditatea îmbinărilor în proiectare, inginerii au integrat suita de aplicații IDEA StatiCa—Checkbot, Member și Connection—în fluxul lor de lucru. Inginerii Karl Kimmel și Martin Truuts au urmat o abordare structurată:
Crearea modelului global: Procesul a început cu crearea unui model global în software-ul Robot Structural Analysis (RSA), unde au fost introduse încărcările și combinațiile de încărcări.
Integrarea legăturii BIM: Karl a utilizat apoi legătura BIM pentru a importa întreaga structură, inclusiv eforturile interioare pentru toate combinațiile de încărcări, în IDEA StatiCa Checkbot.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{The model imported into Checkbot with internal forces}}}\]
Proiectarea îmbinărilor și calculul rigidității: În IDEA StatiCa Connection, îmbinările individuale au fost proiectate, iar rigiditatea acestor îmbinări a fost calculată. Această rigiditate a fost apoi reintrodusă în modelul RSA, influențând diagrama momentelor încovoietoare ale grinzii cu inimă perforată și comportamentul stâlpilor aferenți.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection designs used in the model in Member application}}}\]
Modelare în Member: Modelul a fost apoi recreat de la zero în IDEA StatiCa Member. Toate grinzile au fost modelate ca „elemente analizate", utilizând elemente de tip placă pentru o reprezentare detaliată. Îmbinările au fost modelate și atribuite nodurilor corespunzătoare, iar încărcările critice au fost aplicate modelului pentru analiza finală.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Various views on the model in Member application}}}\]
Analiza elementelor: În IDEA StatiCa Member, formele de flambaj și factorii critici de flambaj corespunzători au fost identificați prin Analiza Liniară de Flambaj. Formelor critice de flambaj li s-au atribuit imperfecțiuni inițiale și au fost analizate ulterior prin Analiza Geometrică și Material Neliniară cu Imperfecțiuni (GMNIA). Acest proces a ajutat la identificarea punctelor slabe din proiectare, permițând efectuarea ajustărilor necesare. Acești pași au fost iterativi, fiecare ciclu rafinând proiectarea pentru a îmbunătăți stabilitatea și performanța.
Karl și Martin au analizat aproximativ șase forme de flambaj, concentrându-se în principal pe modurile de flambaj global, deoarece existau puține forme de flambaj local. Problemele potențiale de flambaj local din proiectare au fost rezolvate prin incorporarea de elemente de rigidizare pentru eliminarea acestora.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Deflections on members from GMNIA analysis}}}\]
Rezultate: Odată ce proiectarea a fost rafinată la un nivel satisfăcător, analiza GMNIA a confirmat că deformațiile, tensiunile și deformațiile plastice ale proiectării finale sunt acceptabile.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Visualization of the deformation under load}}}\]
Verificare dublă: Pentru a asigura acuratețea, eforturile interioare au fost comparate între RSA și IDEA StatiCa Member, oferind o verificare dublă a rezultatelor.
Inginerii au valorificat capacitățile aplicației IDEA StatiCa Member, începând cu Analiza Liniară de Flambaj (LBA) și progresând către Analiza Geometrică și Material Neliniară cu Imperfecțiuni (GMNIA), cel mai avansat tip de analiză pentru încărcări statice. În GMNIA, toate imperfecțiunile potențiale—cum ar fi variația grosimii plăcilor, abaterea de la rectitudine, tensiunile reziduale, neomogenitățile materialului și dezalinierea reazimelor—sunt reprezentate prin imperfecțiuni geometrice echivalente. Aceste imperfecțiuni sunt stabilite utilizând formele modurilor de flambaj calculate prin LBA, utilizatorul selectând amplitudinea maximă a formei modului de flambaj pentru imperfecțiune.
În plus, inginerul Karl Kimmel a utilizat aplicația IDEA StatiCa Member pentru Analiza la Foc a grinzilor, valorificând capacitățile complete ale instrumentului pentru a asigura că structura îndeplinește toate cerințele de siguranță la foc. Această analiză cuprinzătoare a contribuit la confirmarea performanței grinzilor în condiții de incendiu, consolidând în continuare proiectarea de ansamblu.
Concluzie
Noul proiect al centrului educațional din Tallinn reprezintă o dovadă a puterii ingineriei structurale avansate și a proiectării inovatoare. Valorificând capacitățile IDEA StatiCa, echipa de ingineri de la EstKonsult a reușit să depășească provocări semnificative și să livreze o facilitate robustă, flexibilă și modernă, care răspunde nevoilor comunității. Acest proiect demonstrează importanța utilizării instrumentelor și tehnicilor de ultimă generație în combinație cu gândirea inginerească inovatoare în ingineria structurală, pentru a realiza viziuni arhitecturale ambițioase și a asigura siguranța și funcționalitatea structurilor complexe.
Încercați IDEA StatiCa gratuit
ALTE STUDII DE CAZ
