Clădire de cercetare în domeniul științelor vieții din Philadelphia
Despre proiect
O structură metalică de 5100 de tone construită pe un podium existent cu două etaje, proiectat inițial pentru a suporta o extindere verticală. Schimbarea destinației noii structuri a necesitat o abordare inginerească înalt specializată pentru a garanta că structura existentă poate prelua funcțiunea revizuită.
Geometria în formă de lacrimă a introdus complexități suplimentare în distribuția încărcărilor, stabilitatea laterală și detaliile de îmbinare — necesitând instrumente avansate de analiză pentru a optimiza consumul de material și a garanta integrarea perfectă cu noua viziune de proiectare.
Provocări inginerești
O cerință esențială a fost integrarea laboratoarelor, fiecare cu o dimensiune strictă de 11 ft pătrat. Pentru a realiza acest lucru, inginerii de la CannonDesign au utilizat o strategie de proiectare parametrică, dezvoltând un algoritm capabil să evalueze sute de geometrii potențiale ale clădirii. Această abordare a permis echipei să determine o configurație optimă care se încadrează în constrângerile podiumului existent, transferând eficient încărcările de la nivelurile superioare și rămânând rentabilă. De exemplu, algoritmul a fost rafinat pentru a menține anumite locații critice ale stâlpilor, mărind totodată numărul de travei structurale repetitive de 33 ft care puteau fi create.
Poziția nucleului cu cadre contravântuite în cadrul podiumului era legată de locația grinzilor, stâlpilor și fundațiilor existente. Cu toate acestea, a fost necesară realinierea rețelei de stâlpi la etajele superioare. Prin urmare, în structură au fost integrate grinzi de transfer.
Mai multe informații despre proiect pot fi citite în articolul AISC Modern Steel Magazine: Podium Possibilities de John Roach, PE, SE.
Proiectarea îmbinărilor metalice
Unul dintre aspectele dificile ale proiectului a fost rezolvarea îmbinărilor complexe generate de geometria curbată a clădirii. Travele contravântuite urmau exteriorul în formă de lacrimă, ceea ce înseamnă că niciunul dintre elementele de contravântuire nu putea fi rezolvat folosind detalii de îmbinare standard.
Echipa de proiectare a dezvoltat îmbinări compacte de contravântuire cu următoarele caracteristici:
- Plăci de nod cu grosimea de 2 inci sudate la stâlp și prinse cu șuruburi de contravântuirile cu profil cu tălpi late
- Stâlpi și plăci de nod sudate în atelier la plăci de bază cu grosimea de 6 inci (pentru forțe de forfecare și de smulgere)
- Plăci de acoperire adăugate la elementele cu profil cu tălpi late pentru a respecta limitele de zveltețe și a prelua forțele din vânt, optimizând astfel selecția secțiunii transversale
- Crestături lungi pe plăcile de nod pentru a menține îmbinările existente cu plăci de talpă
Datorită detaliilor noi și existente și a noilor condiții de încărcare, inginerii structuriști au considerat nepractică utilizarea Metodei Forței Uniforme în îmbinările cu placă de nod (calculele tradiționale AISC).
Soluția a fost utilizarea IDEA StatiCa pentru proiectarea și validarea îmbinărilor grindă-stâlp-contravântuire ale proiectului. Utilizarea CBFEM a permis captarea precisă a distribuției tensiunilor în îmbinările existente, optimizarea materialelor și evitarea utilizării unor plăci de dublare sau elemente de rigidizare suplimentare.
IDEA StatiCa a fost validată și verificată pentru îmbinarea de contravântuire la îmbinarea grindă-stâlp într-un cadru contravântuit conform procedurii AISC. În acest studiu de verificare, sunt examinate zece componente: contravântuirea, talpa și inima grinzii, talpa și inima stâlpului, cornierele de legătură, placa de nod, plăcile de eclisă între contravântuire și placa de nod, cornierele de legătură la stâlp, cornierele de legătură la grindă, șuruburile și sudurile. Toate componentele sunt proiectate conform specificațiilor AISC 360-16. Îmbinarea prezentată este preluată din Ghidul de Proiectare AISC 29.
Concluzie
Prin transformarea unui podium existent, proiectat inițial pentru un hotel, în fundația unui turn de cercetare cu 17 etaje în formă de lacrimă, proiectul a depășit limitele adaptabilității și optimizării structurale. Prin utilizarea strategiilor de proiectare parametrică, a soluțiilor avansate de transfer al încărcărilor și a îmbinărilor metalice proiectate cu precizie, echipa a depășit provocările impuse de structura existentă, îndeplinind totodată criteriile stricte de vibrații necesare pentru mediile de laborator sensibile.
Încercați IDEA StatiCa gratuit
