Edifício de Investigação em Ciências da Vida na Filadélfia
Sobre o projeto
Uma estrutura de aço de 5100 toneladas construída sobre um pódio existente de dois andares, originalmente projetado para suportar expansão vertical. Uma mudança de uso para a nova estrutura exigiu uma abordagem de engenharia altamente especializada para garantir que a estrutura existente pudesse acomodar a função revista.
A geometria em forma de gota introduziu complexidades adicionais na distribuição de cargas, estabilidade lateral e pormenorização das ligações—exigindo ferramentas de análise avançadas para otimizar o uso de materiais e garantir a integração perfeita com a nova visão de projeto.
Desafios de engenharia
Um requisito fundamental era incorporar laboratórios, cada um com uma dimensão quadrada estrita de 11 pés. Para o conseguir, os engenheiros da CannonDesign utilizaram uma estratégia de projeto paramétrico, desenvolvendo um algoritmo capaz de avaliar centenas de geometrias potenciais do edifício. Esta abordagem permitiu à equipa determinar uma configuração ótima que se enquadra nas restrições do pódio existente, transferindo eficientemente as cargas dos pisos superiores e mantendo a viabilidade económica. Por exemplo, o algoritmo foi refinado para manter localizações específicas de pilares críticos, aumentando simultaneamente o número de tramos estruturais repetidos de 33 pés que podiam ser criados.
A posição do núcleo de contraventamento no pódio estava condicionada à localização das vigas, pilares e fundações existentes. Ainda assim, foi necessário realinhar a grelha de pilares nos pisos superiores. Por isso, foram integradas treliças de transferência na estrutura.
Mais informações sobre o projeto podem ser consultadas no artigo da AISC Modern Steel Magazine: Podium Possibilities por John Roach, PE, SE.
Projeto de ligações de aço
Um dos aspetos mais complexos do projeto foi resolver as ligações intrincadas resultantes da geometria curva do edifício. Os tramos de contraventamento seguiam o exterior em forma de gota, o que significa que nenhum dos elementos de contraventamento podia ser resolvido com pormenores de ligação normalizados.
A equipa de projeto desenvolveu ligações de contraventamento compactas com as seguintes características:
- Chapas de ligação com 2 polegadas de espessura soldadas ao pilar e aparafusadas a contraventamentos de perfil de aba larga
- Pilares e chapas de ligação soldadas em oficina a placas de base com 6 polegadas de espessura (para forças de corte e de arranque)
- Placas de reforço adicionadas a elementos de perfil de aba larga para cumprir os limites de esbelteza e resistir às forças do vento, otimizando a seleção da secção transversal
- Entalhes longos nas chapas de ligação para manter as ligações existentes de chapas de aba
Devido aos pormenores novos e existentes e às novas condições de carga, os engenheiros estruturais consideraram impraticável utilizar o Método da Força Uniforme nas ligações com chapa de ligação (cálculos tradicionais AISC).
A solução foi utilizar o IDEA StatiCa para projetar e validar as ligações viga-pilar-contraventamento do projeto. A utilização do CBFEM permitiu capturar com precisão a distribuição de tensões nas ligações existentes, otimizando os materiais e evitando o uso de chapas de reforço ou enrijecedores adicionais.
O IDEA StatiCa foi validado e verificado para ligações de contraventamento em ligações viga-pilar em pórticos contraventados com o procedimento AISC. Neste estudo de verificação, são examinados dez componentes: contraventamento, aba e alma da viga, aba e alma do pilar, cantoneiras de ligação, chapa de ligação, chapas de emenda entre o contraventamento e a chapa de ligação, cantoneiras de ligação ao pilar, cantoneiras de ligação à viga, parafusos e soldaduras. Todos os componentes são projetados de acordo com as especificações AISC 360-16. A ligação apresentada é retirada do Guia de Projeto AISC 29.
Conclusão
Ao transformar um pódio existente, originalmente destinado a um hotel, na fundação de uma torre de investigação em forma de gota de 17 andares, o projeto alargou os limites da adaptabilidade e otimização estrutural. Através da utilização de estratégias de projeto paramétrico, soluções avançadas de transferência de cargas e ligações de aço de precisão, a equipa superou os desafios impostos pela estrutura existente, cumprindo simultaneamente os critérios rigorosos de vibração exigidos para ambientes laboratoriais sensíveis.
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