Élettudomány-kutató épület Philadelphiában
A projektről
Egy 5100 tonnás acélszerkezet, amelyet egy meglévő kétszintes pódium tetejére építettek, amelyet eredetileg függőleges bővítés támogatására terveztek. Az új szerkezet rendeltetésének megváltozása rendkívül speciális mérnöki megközelítést igényelt annak biztosítása érdekében, hogy a meglévő szerkezet alkalmazkodni tudjon a módosított funkcióhoz.
A könnycsepp geometria további bonyodalmakat okozott a tehermegosztásban, az oldalirányú stabilitásban és a kapcsolat részleteiben – fejlett elemzési eszközöket téve szükségessé az anyagfelhasználás optimalizálása és az új tervezési elképzeléssel való zökkenőmentes integráció garantálása érdekében.
Mérnöki kihívások
Az egyik kulcsfontosságú követelmény a laboratóriumok beépítése volt, amelyek mindegyike szigorú 11 láb × 11 láb méretű. Ennek megvalósítása érdekében a CannonDesign mérnökei parametrikus tervezési stratégiát alkalmaztak, és olyan algoritmust fejlesztettek ki, amely képes több száz lehetséges épületgeometria kiértékelésére. Ez a megközelítés lehetővé tette a csapat számára, hogy meghatározza az optimális konfigurációt, amely illeszkedik a meglévő pódium korlátaihoz, miközben hatékonyan viszi át a terheket a felső szintekről, és gazdaságos marad. Például az algoritmust úgy finomították, hogy megőrizze az egyes kritikus oszlophelyzeteket, miközben egyidejűleg növeli a létrehozható, ismétlődő 33 láb széles szerkezeti mezők számát.
A merevített keret magjának elhelyezkedése a pódiumon belül a meglévő gerendák, oszlopok és alapozások helyéhez volt kötve. Mindazonáltal szükségessé vált az oszlopháló átrendezése a felső szinteken. Ezért teherátadó rácsokat integráltak a szerkezetbe.
A projektről további információk olvashatók az AISC Modern Steel Magazine cikkében: Podium Possibilities, amelyet John Roach, PE, SE írt.
Acél kapcsolat tervezése
A projekt egyik bonyolult aspektusa az épület ívelt geometriájából adódó összetett kapcsolatok kezelése volt. A merevített mezők a könnycsepp alakú homlokzatot követték, ami azt jelentette, hogy a merevítő elemek egyikét sem lehetett szabványos kapcsolati részletekkel megoldani.
A tervezőcsapat kompakt merevítő kapcsolatokat fejlesztett ki a következő jellemzőkkel:
- 2 hüvelyk vastag csomólemezek az oszlophoz hegesztve és széles övű merevítőkhöz csavarozva
- Oszlopok és csomólemezek gyárban hegesztve 6 hüvelyk vastag talplemezekhez (nyíró- és felemelő erőkre)
- Fedőlemezek hozzáadva a széles övű elemekhez a karcsúsági határok betartása és a szélterhelések felvétele érdekében, a keresztmetszet-kiválasztás optimalizálása céljából
- Hosszú bevágások a csomólemezeken a meglévő övlemez-kapcsolatok fenntartása érdekében
Az új és meglévő részletek, valamint az új teherviszonyok miatt a statikus mérnökök számára nem volt praktikus az Egyenletes Erő Módszer alkalmazása a csomólemez-kapcsolatokban (AISC hagyományos számítások).
A megoldás az IDEA StatiCa alkalmazása volt a projekt gerenda-oszlop merevítő kapcsolatainak tervezésére és ellenőrzésére. A CBFEM használata segített pontosan megragadni a feszültségeloszlást a meglévő kapcsolatokban, optimalizálni az anyagokat, és elkerülni a felesleges duplázólemezek vagy merevítők alkalmazását.
Az IDEA StatiCa validálva és ellenőrizve lett a merevített keret gerenda-oszlop kapcsolatában lévő merevítő kapcsolatra az AISC eljárással. Ebben az ellenőrzési tanulmányban tíz komponenst vizsgálnak: merevítő, gerenda öv és gerinc, oszlop öv és gerinc, csatlakozó szögvasak, csomólemez, toldólemezek a merevítő és a csomólemez között, az oszlophoz csatlakozó szögvasak, a gerendához csatlakozó szögvasak, csavarok és hegesztések. Minden komponenst az AISC 360-16 előírásai szerint terveztek. A bemutatott kapcsolat az AISC Design Guide 29-ből származik.
Összefoglalás
Azzal, hogy egy eredetileg szállodának szánt meglévő pódiumot egy 17 emeletes, könnycsepp alakú kutatótorony alapjává alakítottak át, a projekt a szerkezeti alkalmazkodóképesség és optimalizálás határait feszegette. Parametrikus tervezési stratégiák, fejlett teherátadási megoldások és precíziós mérnöki acél kapcsolatok alkalmazásával a csapat leküzdötte a meglévő keretrendszer által támasztott kihívásokat, miközben teljesítette az érzékeny laboratóriumi környezetekhez szükséges szigorú rezgési kritériumokat.
Próbálja ki az IDEA StatiCa-t ingyen
