Filadelfia'daki Life Science Research binası
Proje hakkında
Dikey genişlemeyi desteklemek amacıyla tasarlanmış mevcut iki katlı bir podiyumun üzerine inşa edilmiş 5100 tonluk çelik yapı. Yeni yapının kullanım amacının değişmesi, mevcut yapının revize edilmiş işlevi karşılayabilmesini sağlamak için son derece uzmanlaşmış bir mühendislik yaklaşımı gerektirdi.
Damla geometrisi, yük dağılımı, yanal stabilite ve birleşim detaylandırmasında ek karmaşıklıklar ortaya çıkardı; bu durum malzeme kullanımını optimize etmek ve yeni tasarım vizyonuyla kusursuz entegrasyonu güvence altına almak için gelişmiş analiz araçlarının kullanılmasını zorunlu kıldı.
Mühendislik zorlukları
Temel gereksinimlerden biri, her biri 11 fit kare boyutunda katı ölçülere sahip laboratuvarların binaya dahil edilmesiydi. Bunu başarmak için CannonDesign mühendisleri, yüzlerce potansiyel bina geometrisini değerlendirebilen bir algoritma geliştirerek parametrik tasarım stratejisi uyguladı. Bu yaklaşım, ekibin mevcut podiyumun sınırları içinde kalan, üst katlardan gelen yükleri verimli şekilde aktaran ve maliyet etkin olan optimal bir konfigürasyon belirlemesine olanak tanıdı. Örneğin algoritma, belirli kritik kolon konumlarını korurken aynı anda oluşturulabilecek 33 fit'lik tekrarlayan yapısal açıklık sayısını artıracak şekilde geliştirildi.
Podiyum içindeki çaprazlı çerçeve çekirdeğinin konumu, mevcut kirişlerin, kolonların ve temellerin konumuyla bağlantılıydı. Bununla birlikte, üst katlardaki kolon ızgarasının yeniden hizalanması gerekti. Bu nedenle yapıya aktarma kafes kirişleri entegre edildi.
Proje hakkında daha fazla bilgiye John Roach, PE, SE tarafından kaleme alınan AISC Modern Steel Magazine makalesi: Podium Possibilities adresinden ulaşılabilir.
Çelik birleşim tasarımı
Projenin zorlu yönlerinden biri, binanın kavisli geometrisinden kaynaklanan karmaşık birleşimlerin ele alınmasıydı. Çaprazlı açıklıklar damla şeklindeki dış cepheyi takip ettiğinden, hiçbir çapraz eleman standart birleşim detayları kullanılarak çözülemedi.
Tasarım ekibi, aşağıdaki özelliklere sahip kompakt çapraz birleşimler geliştirdi:
- Kolona kaynaklı ve geniş başlıklı çapraz elemanlara cıvatalı 2 inç kalınlığında köşe plakaları
- Kolona ve köşe plakalara atölyede kaynaklı 6 inç kalınlığında taban plakaları (kesme ve kaldırma kuvvetleri için)
- Narinlik sınırlarına uymak ve kesit seçimini optimize etmek amacıyla rüzgar kuvvetlerine karşı koymak için geniş başlıklı elemanlara eklenen başlık plakaları
- Mevcut başlık plakası birleşimlerini korumak için köşe plakalardaki uzun çentikler
Yeni ve mevcut detaylar ile yeni yük koşulları nedeniyle, yapısal mühendisler köşe plakası birleşimlerinde (AISC geleneksel hesapları) Tekdüze Kuvvet Yöntemi'nin kullanılmasının pratik olmadığını tespit etti.
Çözüm, projenin kiriş-kolon çapraz birleşimlerini tasarlamak ve doğrulamak için IDEA StatiCa'nın kullanılmasıydı. CBFEM kullanımı, mevcut birleşimlerdeki gerilme dağılımının doğru şekilde yakalanmasına, malzemelerin optimize edilmesine ve ekstra dublör plaka veya takviye levhası kullanımından kaçınılmasına yardımcı oldu.
IDEA StatiCa, AISC prosedürü ile çaprazlı çerçevede kiriş-kolon birleşimindeki çapraz bağlantı için doğrulanmış ve onaylanmıştır. Bu doğrulama çalışmasında on bileşen incelenmektedir: çapraz, kiriş başlığı ve gövdesi, kolon başlığı ve gövdesi, bağlantı köşebentleri, köşe plakası, çapraz ile köşe plakası arasındaki ek plakaları, kolona bağlantı köşebentleri, kirişe bağlantı köşebentleri, cıvatalar ve kaynaklar. Tüm bileşenler AISC 360-16 şartnamelerine göre tasarlanmıştır. Sunulan birleşim, AISC Tasarım Kılavuzu 29'dan alınmıştır.
Sonuç
Başlangıçta bir otel için tasarlanmış mevcut bir podiyumu 17 katlı damla şeklindeki bir araştırma kulesinin temeline dönüştürerek proje, yapısal uyarlanabilirlik ve optimizasyonun sınırlarını zorladı. Parametrik tasarım stratejilerinin, gelişmiş yük aktarım çözümlerinin ve hassas mühendislikle tasarlanmış çelik birleşimlerin kullanımı sayesinde ekip, mevcut çerçevenin ortaya koyduğu zorlukların üstesinden gelirken hassas laboratuvar ortamları için gereken katı titreşim kriterlerini de karşıladı.
IDEA StatiCa'yı ücretsiz deneyin
