Edificio di ricerca Life Science a Filadelfia
Informazioni sul progetto
Una struttura in acciaio da 5100 tonnellate costruita sopra un podio esistente a due piani, originariamente progettato per supportare un'espansione verticale. Un cambio di destinazione d'uso per la nuova struttura ha richiesto un approccio ingegneristico altamente specializzato per garantire che la struttura esistente potesse accogliere la funzione rivista.
La geometria a forma di goccia ha introdotto ulteriori complessità nella distribuzione dei carichi, nella stabilità laterale e nella progettazione dei collegamenti—rendendo necessari strumenti di analisi avanzati per ottimizzare l'uso dei materiali e garantire un'integrazione perfetta con la nuova visione progettuale.
Sfide ingegneristiche
Un requisito fondamentale era l'incorporazione di laboratori, ciascuno con una dimensione quadrata rigorosa di 11 piedi. Per raggiungere questo obiettivo, gli ingegneri di CannonDesign hanno adottato una strategia di progettazione parametrica, sviluppando un algoritmo in grado di valutare centinaia di potenziali geometrie dell'edificio. Questo approccio ha consentito al team di determinare una configurazione ottimale che si adatta ai vincoli del podio esistente, trasferendo in modo efficiente i carichi dai livelli superiori e rimanendo economicamente conveniente. Ad esempio, l'algoritmo è stato perfezionato per mantenere specifiche posizioni critiche dei pilastri, aumentando al contempo il numero di campate strutturali ripetute da 33 piedi che potevano essere create.
La posizione del nucleo del telaio controventato all'interno del podio era legata alla posizione delle travi, dei pilastri e delle fondazioni esistenti. Ciononostante, è stato necessario riallineare la griglia dei pilastri ai piani superiori. Pertanto, nella struttura sono state integrate travi di trasferimento.
Ulteriori informazioni sul progetto sono disponibili nell'articolo AISC Modern Steel Magazine: Podium Possibilities di John Roach, PE, SE.
Progettazione dei collegamenti in acciaio
Uno degli aspetti più complessi del progetto era la gestione dei collegamenti complessi causati dalla geometria curva dell'edificio. Le campate controventate seguivano il perimetro esterno a forma di goccia, il che significa che nessuno degli elementi di controvento poteva essere risolto utilizzando dettagli di collegamento standard.
Il team di progettazione ha sviluppato collegamenti di controvento compatti con le seguenti caratteristiche:
- Piastre di nodo da 2 pollici di spessore saldate al pilastro e bullonate ai controventi a doppio T
- Pilastri e piastre di nodo saldate in officina a piastre di base da 6 pollici di spessore (per forze di taglio e di sollevamento)
- Piastre di copertura aggiunte agli elementi a doppio T per rispettare i limiti di snellezza e resistere alle forze del vento, ottimizzando la scelta della sezione trasversale
- Intagli lunghi sulle piastre di nodo per mantenere i collegamenti esistenti con piastre di flangia
A causa dei dettagli nuovi ed esistenti e delle nuove condizioni di carico, gli ingegneri strutturali hanno ritenuto poco pratico utilizzare il Metodo della Forza Uniforme nei collegamenti con piastre di nodo (calcoli tradizionali AISC).
La soluzione è stata quella di utilizzare IDEA StatiCa per progettare e validare i collegamenti trave-pilastro-controvento del progetto. L'utilizzo di CBFEM ha consentito di acquisire con precisione la distribuzione delle tensioni nei collegamenti esistenti, ottimizzando i materiali ed evitando l'uso di piastre di rinforzo o irrigidimenti aggiuntivi.
IDEA StatiCa è stato validato e verificato per il collegamento di controvento in un nodo trave-pilastro in un telaio controventato secondo la procedura AISC. In questo studio di verifica vengono esaminati dieci componenti: controvento, flangia e anima della trave, flangia e anima del pilastro, squadrette di collegamento, piastra di nodo, piastre di giunzione tra controvento e piastra di nodo, squadrette di collegamento al pilastro, squadrette di collegamento alla trave, bulloni e saldature. Tutti i componenti sono progettati secondo le specifiche AISC 360-16. Il collegamento presentato è tratto dalla Guida alla Progettazione AISC n. 29.
Conclusione
Trasformando un podio esistente originariamente destinato a un hotel nelle fondamenta di una torre di ricerca a forma di goccia di 17 piani, il progetto ha spinto i limiti dell'adattabilità strutturale e dell'ottimizzazione. Attraverso l'uso di strategie di progettazione parametrica, avanzate soluzioni di trasferimento dei carichi e collegamenti in acciaio ingegnerizzati con precisione, il team ha superato le sfide poste dalla struttura esistente, soddisfacendo al contempo i rigorosi criteri di vibrazione richiesti per ambienti di laboratorio sensibili.
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