Menu
Categories
Proiectarea cladirilor inalte cu structura metalica (II). Studiu de caz: cladirea Bucharest Tower Center
22/03/2007 Arhitectura / Proiectare / Consultanta
Share

Asa cum v-am anuntat in numarul trecut al Revistei Constructiilor, va prezentam in cele ce urmeaza obiectul proiectului „Bucharest Tower Center“ care, in prima etapa, il constituie un corp de cladire avand destinatia de birouri. Structura este amplasata in Bucuresti si are un regim de inaltime de 3S+P+22E+3E tehnic fiind, se pare, cea mai inalta cladire din estul Europei. La baza, cladirea are o dimensiune in plan de 42,0 x 24,8 m. Cota la nivelul superior al etajului 22 este + 94,3 m, iar la nivelul ultimului etaj tehnic +106,3 m. In etapa a doua a investitiei, adiacent cladirii turn, se va construi o cladire joasa, 4S+P+3E.

Proiectantul general al structurii este firma de arhitectura SC Westfourth Architecture (sef proiect arh. Vladimir Arsene), iar beneficiarul lucrarii SC Tower Center International. Proiectul tehnic al suprastructurii metalice a fost realizat de SC Britt SRL, iar expertizarea infrastructurii existente si lucrarile de beton de la suprastructura au fost executate de catre firma SC Popp&Asociatii SRL. La realizarea lucrarii, au mai cola­borat: Emanuel E. Necula PC pentru proiectul tehnic al infrastructurii, SC Topo-Cad Proiect SRL, pentru releveul topo al infrastructurii existente la cota -3.20, UTCB – Catedra de Hidraulica si Protectia Mediului, Laboratorul de Aerodinamica si Ingineria Vantului, pentru studiul in tunelul de vant. Executia confectiei metalice, inclusiv documentatia cu detaliile de executie (DDE), a fost facuta de firma Unger Steel Austria.

 

Conformarea structurii

Conformarea de ansamblu a trebuit sa tina seama de faptul ca infrastructura era deja realizata la data intocmirii proiectului tehnic al supra­structurii metalice, aceasta situatie impunand pozitia contravantuirilor verticale. Conformarea structurii trebuia sa asigure rigiditati similare cu cele luate in calcul la proiectarea infrastructurii. Studiul preliminar a luat in considerare mai multe variante de realizare a structurii meta­lice, la care au fost utilizate diferite sisteme de preluare a fortelor orizontale din vant si seism:

• contravantuiri centrice;

• diafragme din otel;

• grinzi de cuplare.

In final, s-a adoptat o solutie care indeplinea cerintele de alcatuire structurala mentionate mai sus, asigurand in acelasi timp o utilizare eficienta a spatiului disponibil. Structura aleasa este de tip cadru multietajat dual, fiind alcatuita din cadre necontravantuite rigide si cadre contravantuite centric. Pentru sporirea rigiditatii la fortele orizontale, in special din actiunea vantului, pe langa contravantuirile verticale dispuse pe toata inaltimea structurii, au fost prevazute doua centuri de contravantuiri dispuse perimetral, la mijlocul inaltimii si la ultimul nivel (fig. 1).

Stalpii au sectiunea sub forma de „cruce de Malta“ si sunt realizati din profile laminate. Aceasta sectiune a permis obtinerea unei bune rigiditati cu un consum relativ redus de otel, precum si simplificarea imbinarilor rigla-stalp. In zona cadrelor necontravantuite, stalpii au dimensiunea curenta la baza de 800 x 800 mm. Prin inglobarea partiala in beton, cu armaturi si conectori in zona nodurilor, se realizeaza o sectiune mixta (vezi fig. 5a si b), care asigura atat cresterea capacitatii portante, cat si a rigiditatii. Sectiunea stalpilor variaza pe inaltime astfel: primul tronson de jos este realizat din doua profile HEM 800, tronsonul intermediar din 2 profile HEB800, iar tronsonul superior din 2 profile HEA800. In zonele contravantuite in X, stalpii sunt dezvoltati dupa directia contravantuirilor si au dimensiunea curenta la baza de 1000 x 500 mm. Sectiunea stalpilor variaza pe inaltime astfel: tronsonul inferior este realizat dintr-un profil HEB 1000 si un profil HEM 500, iar tronsonul superior dintr-un profil HEB 1000 si un profil HEB 500. Grinzile principale de cadru si cele secundare de planseu sunt realizate din profile laminate. Conectorii dispusi pe grinzi au rolul de a impiedica flambajul prin incovoiere-rasucire, in cazul grinzilor principale si asigurarea conlucrarii cu planseul de beton armat, in cazul grinzilor secundare. Contravantuirile centrice verticale sunt de doua tipuri, in X si in V inversat si sunt realizate din profile laminate a caror sectiune variaza pe inaltime, de la HEM 450 la HEB 400 pentru contravantuirile in V intors si de la HEB 450 la HEB 360 pentru contravantuirile in X. S-a optat pentru contravantuiri in V inversat datorita capacitatii de a asigura o rigiditate sporita a sistemului, ceea ce constituie o cerinta esentiala in acest caz, atat pentru actiunea seismului, cat si a vantului. Pentru a reduce nivelul de solicitare in elementele adiacente, contravantuirile sunt realizate dintr-un otel mai slab fata de celelalte elemente (OL37 fata de OL52). Planseele au fost realizate dintr-o placa de beton cu grosimea de 12 cm rezemata pe grinzi secundare.

 

Calculul si proiectarea structurii metalice

Calculul static si dinamic s-a rea­lizat printr-un calcul spatial cu ajutorul programului de calcul ETABS. Pentru dimensionarea structurii de rezistenta s-au utilizat prevederile din normele romanesti de calcul in vigoare la data proiectarii structurii (STAS 10108/0-78, P100/92), dar si noul normativ P100/2004. In plus, pentru situatiile in care nu exista prevederi de calcul in normele romanesti, au fost folosite prevederi din alte norme, indeosebi cele europene (EN 1993-1.8, EN1994-1).

Incarcarea seismica orizontala determinata conform normativului P100/92 (fig. 2) s-a facut in baza urmatoarelor valori:

• a = 1,2 (clasa de importanta II – constructii de importanta deosebita);

• ks = 0,2 (Zona C, Tc = 1,5 sec);

• br = 2,5-1,0;

• y = 0,25 (cadre duale);

• er = 1,0 (coeficient de echiva­lenta a sistemului structural cu un sistem cu un singur grad de libertate).

Incarcarea seismica orizontala determinata conform normativului P100/2004 s-a facut in baza urmatoarelor valori:

• gl = 1,2 (clasa de importanta II – constructii de importanta deosebita);

• ag = 0,24 g (Bucuresti);

• q = 4 (cadre duale);

• TB = 0,16 s; TC = 1,6 s; TD = 2,0 s;

• b0 = 2,75.

Pentru structuri duale, alcatuite din cadre necontravantuite si cadre contravantuite centric, P 100-2004 prevede utilizarea unei valori maxime a factorului de comportare q egala cu 5. In cazul de fata, valoarea s-a limitat la 4 (fig. 3).

Incarcarea seismica verticala determinata conform normativului P100/2004 s-a facut pe baza valorilor urmatoare:

• agv = 0,7ag;

• qv = 1,5;

• TCv = 0,45TC; TBv = 0,1TCv; TDv = TD;

• b0v = 3,0.

Masele structurii s-au considerat concentrate la nivelul planseelor din b.a., fiind utilizate pentru calculul spectral al incarcarilor seismice actionand dupa directiile urmatoare:

• Seism longitudinal conform P 100/92;

• Seism transversal conform P 100/92;

• Seism la 45 de grade conform P 100/92;

• Seism din componentele orizon­tale X si Y, conform P 100/2004;

• Seism din componentele orizontale si verticale, conform P 100/2004.

 

Dimensionarea elementelor si imbinarilor

Dimensionarea s-a facut pe baza infasuratorii cerintelor maxime exprimate in cele doua normative de calcul seismic, P100/92 si P100/2004. Datorita incadrarii structurii in cerin­tele de regularitate, s-a folosit metoda de proiectare curenta bazata pe calculul modal cu spectre de raspuns.

Pentru calculul spectral, au fost considerate primele 26 de moduri proprii de vibratie, determinate printr-o analiza cu vectori de tip Ritz. Valorile perioadelor proprii de vibratie si ale maselor modale efective au fost determinate atat pentru modelul cu diagonalele intinse si comprimate active (I) si pentru mo­delul doar cu diagonalele intinse active (II) (vezi tabelul 1). Primul mod de vibratie este preponderent pe directia transversala (Y), modul 2 este preponderent dupa directia longitudinala (X), iar modul 3 este preponderent de torsiune.

Stalpii au fost realizati continuu pe inaltimea a doua etaje, imbinarile de continuitate realizandu-se cu suruburi si eclise pe inimi si talpi (fig. 5c) in sectiuni amplasate la 1/3 din inaltimea nivelului. Pentru asigurarea formarii articulatiilor plastice in grinzile cadrelor necontravantuite, imbinarilor grinda-stalp cu placa de capat si suruburi li s-a asigurat o suprarezistenta fata de elementul imbinat. Suprarezistenta rezultata din calcul nu a putut fi insa asigurata decat prin realizarea unor vute la cele doua extremitati ale grinzilor (fig. 5d).

Grinzile aflate la intersectia contravantuirilor in V inversat au fost dimensionate la eforturile neechilibrate aplicate grinzii de catre contravantuiri, dupa flambajul diago­nalei comprimate, in conformitate cu prevederile din P 100-2004. Prinderile contravantuirilor in V s-au realizat cu suruburi si eclise pe inima si talpi (fig. 5e).

Pentru asigurarea unei rezistente suficiente, grinzile au fost calculate si alcatuite in varianta mixta otel-beton. Trebuie mentionat ca acest mod de calcul conduce la gabarite foarte mari pentru aceste grinzi. Pentru preluarea sarcinilor orizontale din vant, contravantuirile in X au fost considerate active atat la intindere, cat si la compresiune, iar pentru gruparea exceptionala (seism) au fost luate in considerare doar diagonalele intinse, in conformitate cu prevederile din P 100-2004. Intrucat proiectarea stalpilor, in cazul cadrelor necontravantuite, respectiv a stalpilor si grinzilor in cazul celor contravantuite centric, se face pe baza eforturilor majorate cu factorul W, este recomandabil sa se obtina valori cat mai reduse ale acestui factor. Pentru cadrele necontravantuite, reducerea factorului W s-a obtinut prin reducerea suprarezistentei grinzilor. In cazul cadrelor contravantuite, avand in vedere faptul ca sistemul de contravantuiri are si rol in preluarea sarcinilor orizontale din vant, reducerea factorului W este, in cele mai multe cazuri, destul de greu de indeplinit. Solutia adoptata in cazul cladirii TCI a constat in utilizarea unui otel cu limita de curgere mai redusa in contravantuiri (conducand astfel la reducerea factorului WN pentru sistemul de contravantuiri, dar nu si a rigiditatii acestuia).

 

Calculul deplasarilor laterale

Calculul deplasarilor s-a facut pe baza prevederilor din ambele normative. In fig. 6 sunt prezentate valo­rile maxime ale deplasarilor relative de nivel dupa directie transversala, comparativ cu limitele admise. Se poate observa ca, in cazul normativului P 100-92, se inregistreaza o usoara depasire la etajele superioare, in timp ce in cazul normati­vului P 100-2004 deplasarile maxime sunt sub limita prevazuta. Acest lucru se explica prin faptul ca, desi P 100-2004 conduce la incarcari seismice mai ridicate decat P 100-92, verificarea deplasarilor se face la cutremurul corespunzator starii limita ultime in cazul P100-92, in timp ce verificarea dupa P 100-2004 se face la cutremurul de serviciu, redus fata de cel corespunzator starii limita ultime.

(continuare in numarul viitor)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 24 –martie 2007

Autori:
prof. dr. ing. Dan DUBINA
s.l. dr. ing. Florea DINU
s.l. dr. ing. Aurel STRATAN – Universitatea „Politehnica“ din Timisoara, Facultatea de Constructii,
prof. dr. ing Anatolie MARCU – Universitatea Tehnica de Constructii, Bucuresti,
ing. Dragos MARCU, ing. Madalin COMAN – Popp & Asociatii SRL

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share
Lasă un răspuns
**** *