curs 7 cladiri inalte
TRANSCRIPT
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
1/53
1
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
2/53
2
CLDIRI NALTE
New YorkChicago
Bibliografie:
Dan Mateescu Cldiri nalte cu schelet dinoel, Ed. Academiei Romne, 1997
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
3/53
3
CLDIRI NALTE
Kuala LumparTaipei Burj Dubai
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
4/53
4
CLDIRI NALTE
HongKong
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
5/53
5
CLDIRI NALTE Forma n plan i n elevaiedepind de forma, poziia i dimensiunile terenului de construcie, precum i de valoarea prescrisa factorului C de folosire a terenului.
C = suprafaa totala planeelor/suprafateren construcie Europa: C = 1,5 2
America: C = 1015
Forme: ptrate, dreptunghiulare sau circulare
Compact, regulat, pe ct posibil simetric fa de dou axe ortogonale
n cazul unor forme neregulate n plan, trebuie mprite n forme regulatecompacte, separate de rosturi antiseismice
FORMA N PLAN
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
6/53
6
CLDIRI NALTE
zpad
permanenteutile
vnt
seism
impact
explozii
VERTICALE
ORIZONTALE
ACCIDENTALE
ACIUNI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
7/537
CLDIRI NALTE cazuri de ncrcare util
ACIUNI
aciune vnt aciune seismic
permanente
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
8/538
CLDIRI NALTE Aciune vnt: Metod simpl, pentru structuri care nu sunt susceptibile unei excitaii
dinamice: efectul dinamic este prins printr-unfactor dinamica cruivaloare depinde de tipul structurii (oel, beton, mixt)- anexa ;
Metod complex, pentru structuri susceptibile de a avea sub aciuneavntului excitaii dinamice datoritfenomenelor de rezonancare pot s apar ntre oscilaiile structurii, n special la structurileflexibile, i larafalele din vnt.
ACIUNI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
9/539
CLDIRI NALTE
S
p e c
t r u
d e r s p u n s
( g )
PerioadaT1 (sec.)
Rspuns funcie decreterea amortizriivibraiilor
Fb
Conform P100 sau EC8ACIUNI
b Mi d 1F = S (T ) m
Fora seismic careacioneaz la nivelul i:
SEISM
mFn
Fi
F1
F2
Fn-1
zi
i ii b
i i
1
mF F
m
n
i
z
z
2 4 6 8
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
10/5310
CLDIRI NALTE SISTEME REZISTENTELA ACIUNI LATERALE
Cldirile nalte sunt proiectate pe principiul ca aciunile laterale (vnt/sece acioneaz pe nvelitoarea cldirii s fie transmise prin intermediulplaneelor (care formeaz diafragme orizontale rigide) la elementeverticale rigide la fundaii.
diafragme cadre cadre rigidecontravntuite
Acioneaz cagrinzi n consolsub aciunea ncrcrilor transversale(destabilizatoare) ce acioneaz lateral pe structur (vnt i seism).
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
11/5311
CLDIRI NALTE SISTEME REZISTENTELA ACIUNI LATERALE Preluarea acestor fore impune crearea unor sisteme de rezistente laaciunilaterale.
Planeu (diafragm orizontal)
Aceste sisteme rigide verticale rezistente sunt constituite din cadre,contravntuiri i/sau panouri de forfecare .
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
12/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
13/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
14/5314
CLDIRI NALTE
cu noduriarticulate
i CVgrinzi
verticale
GRINZI PERETE,CU GOLURI
tub din cadreperimetrale cu n.
rigidecu noduri rigidecu noduri
semirigide
cu noduriarticulate
i CVgrinzi
verticale iorizontale SISTEMETUBULARE
grup de tuburidin cadre cu n.
rigide
tub din grinziperimetrale cu
zbrele
pe 2 din laturilecldirii
pe 2 din laturileparalele i central
TIPURI DE STRUCTURI
CLASIFICARE:CTBUH, 1980
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
15/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
16/5316
CLDIRI NALTE SISTEME N CADRESisteme n cadre
1. cadre rigide /semirigide 2. cadre contravntuite
cadre rigide /semirigide
transversale i longitudinale
cadre rigide transversale i cadre longitudincontravntuitecadre rigide +
contravntuiri transversale i longitudinale cadre transversale cu articulaii i cadrelongitudinale contravntuite
1 CADRUL TRANSVERSAL
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
17/53
17
CLDIRI NALTE 1. CADRUL TRANSVERSALCU NODURI RIGIDE/SEMIRIGID1. CADRE RIGIDE SAU SEMIRIGIDE
Deformaii prin forfecareastructurii (ntindere icompresiune n stlpi)
Deformatie din ncovoiere
Sistemul este economic pentru cldiri de maxim 25 de etaje. Avantajul principal o constituie lipsacontravntuirilor, ce nu mpiedic compartimentarea interioar. Aciunile laterale din vnt i seism sunt preluate de cadrul rigid prin forfecarea cadrului i nale barelor i mbinrilor. Fora tietoare de nivel este preluat de stlpii cadrului.
Rigiditatea structurii depinde de rigiditatea la ncovoiere a stlpilor, grinzilor i mbinrilor.
O cretere mai mare a numrului de etaje conduce la o cretere a deplsrilor laterale, strucfiind dificil de controlat.
+=
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
18/53
2 CADRE CU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
19/53
19
CLDIRI NALTE 2. CADRE CUCONTRAVNTUIRI
Plan
Cadru longitudinal cu grinzi articulate Cadru transversalcontravntuire vertical
planeu din beton
grind cadrutransversal
stlp cadru
transversal
cadru
transv.rigid
Cadrulong.
articulat
Rigiditatea relativ redus a stlpilor n afara planului cadrului transversal, face dificilpreluareamomentelor ncovoietoare dezvoltate dup axa de inerie minim. O soluiepentru descrcarea stlpului de momente ncovoietoare dup aceast direcie,este prinderea articulata grinzilor longitudinale de stlpi.
2. 1 CADRE TRANSVERSALE RIGIDE SAU SEMIRIGIDE ICADRE LONGITUDINALE CU ARTICULAII
2 CADRE CU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
20/53
20
CLDIRI NALTE
cadrurigid
Cadru transversal cu1 deschidere
suprapunere de cadre rigide cu un nivel prin legarea articulata stlpilor etajului superior n nodul rigid al cadrului inferior.
se transmit numai fore verticale i orizontale, nu i momente.implic cadru longitudinalcontravntuit, ca n cazul anterior.
2.2 SUPRAPUNENERE DE CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE LEGATEARTICULAT I CADRE LONGITUDINALE ARTICULATE I CONTRAVNTUIT
Cadru transversal cu2 deschideri
Cadru transversal cu3 deschideri
2. CADRE CUCONTRAVNTUIRI
2 CADRE CU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
21/53
21
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
2.3 CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE ICONTRAVNTUIRI VERTICALE TRANSVERSALE
Contravntuirile verticale transversale pot fi ntr-o singurdeschidere (seciunea I-I) sau amplasate pe 2 deschideri(seciuneaII - II)
CV verticalelong. CV V - T
CVverticale long.
1. CV verticaletransv.
Sistemul de rigidizri se dispune simetric fa de axele de simetrie. Dac nu, intervin i roatunci cnd centrul rigiditilor nu coincide cu linia rezultantei forelor longitudinale, resptransversale.
1. CV verticale
transv.1.CV verticaletransv
I
I
II
II
2. CADRE CUCONTRAVNTUIRI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
22/53
CLDIRI NALTE 2 CADRE CU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
23/53
23
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
2.4 CADRE TRANSVERSALE CU NODURI RIGIDE ICONTRAVNTUIRI VERTICALE SISTEM BELT (continuare)
contravntuiri verticale transversale
Prin analogia cadrului transversal contravntuit cu comportarea grinzilor, barelecontravntuirilor verticale i grinzile cadrului transversal acioneaz ca inima uneigrinzi, iar stlpii acioneaz ca i tlpile unei grinzii cu zbrele. Fora tietoare (lateral) este preluat prin ntinderea i compresiunea barelorcontravnturii verticale, iar momentul ncovoietor este transmis prin eforturi de
ntindere i compresiune n stlpi.
2. CADRE CUCONTRAVNTUIRI
CLDIRI NALTE 2 CADRE CU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
24/53
24
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
2.5 CADRE TRANSVERSALE CU STLPI PENDULARI I CV TRANSVERSALE ILONGITUDINALE (CADRE CONTRAVNTUITE I DIAFRAGME)
Sistemul cu stlpi pendulari la care grinzile cadrului transversal i longitudinal suntprinse ariculat de stlpi, este un sistem spaial instabil.
Vezi slide Clasificare (1980),GRINZI PERETE, CU GOLURI
Pentru asigurarea stabilitii, seprevd contravntuiri verticalemetalice sau diafragme din betonprin care se transmit la fundaiiefectul aciunilor din vnt i seism.
2. CADRE CUCONTRAVNTUIRI
CLDIRI NALTE 3 S S
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
25/53
25
CLDIRI NALTE Sub aciunea forelor laterale (vnt i seism) :
d.p.d.v static este grind n consol, ncastrat n fundaie.
soluia optim pentru grinzi solicitate la ncovoiere:materialul ct mai ndeprtat de axa neutr
o soluie de proiectare esteamplasarea structurii rezistente la aciunilaterale ct mai deprtat de centrul de greutate n plan al cldirii.
Structuri eficiente pentru cldiri cu 40 100 de etaje.
tub realizat din cadre rigide
tub realizat din cadre contravntuitesisteme diagrid
tub n tub
3. SISTEME TUB
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
26/53
CLDIRI NALTE 3 SISTEME TUB
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
27/53
27
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
3.2 TUB PERIMETRAL ALCTUIT DIN CADRE CONTRAVNTUITE
O mbuntirea a comportrii sistemului tubular format din cadre rigide prinintroducerea contravntuirilor n X pe mai multe nivele.
Structura rezistent acioneaz ca un cadrucontravntuit,reducnd momentele ncovoietoare din elemente.
Aceast soluie a fost propus pentru cdireaJohnHancock Building, n 1969.
Prin urmare, stlpii pot fi dispui la distane mai mariinterax, iar grinzile vor rezulta cu nlimi mai reduse.
Contravntuirile permit transferul forelor axiale de la cei mai solicitai la cei mai puin solicitai, rezultnd oponderare a eforturilor axiale din stlpi.
3. SISTEME TUB
CLDIRI NALTE
3 SISTEME TUB
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
28/53
28
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
3.3 SISTEME DIAGRIDsistemul Diagridcombina beneficiile sistemului tub cu cel ale unei grinzi cu zbrele
Hearst TowerNew York 2006
Turnul Swiss ReLondra, 2004
alegerea unui unghi corespunztor al diagonalelor permite un transfer natural alfluxului forelor gravitaionale i laterale la fundaii.
inim
tlpi
B
h
M
V
din ncrcrigravitaionale din aciuni laterale
structuri eficiente prin reducerea deformaiilor din forfecare (din aciuni laterale):diagonalele preiau forfecarea prin ntindere i compresiune .
3. SISTEME TUB
CLDIRI NALTE 3 SISTEME TUB
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
29/53
29
CLDIRI NALTE
cadru
rigid
cadru
articulat
3.4 TUB N TUB
Tubul interior poate fi constituit din cadre metalice contravntuite.
Tubul perimetral are rol predominant n preluarea aciunilor, datorit seciunii n plamai mari, materialul fiind mai deprtat de centrul de greutate al structurii n plan.
tub exterior
tub interior
3. SISTEME TUB
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
30/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
31/53
CLDIRI NALTE 4 STRUCTURI CU NUCLEU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
32/53
32
CLDIRI NALTE
ntindere
compresiune
nucleucentral
grinzi cuzbrele nconsol (structuristabilizatoare)
4. STRUCTURI CU NUCLEU
Nucleul central acioneaz ca o grind n consol. Rotirea grinzeste preluat de grinda vertical transversal (grindBelt) i stlpiicadrului prin de ntindere i compresiune.
4.1 STRUCTURI CUSTLPI SOLICITAI LA NTINDERE I GRINZI BELT
CLDIRI NALTE
4 STRUCTURI CU NUCLEU
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
33/53
33
CLDIRI NALTE
Nucleu dinbeton
GrindBeltGrind nconsol
grinzi nconsol
grinzi Belt
grinzi n consol
grinzi Belt
4. STRUCTURI CU NUCLEU
4.1 STRUCTURI CU NUCLEU I GRINZI BELT
CLDIRI NALTE SISTEME TUBULARE
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
34/53
34
CLDIRI NALTE SISTEME TUBULARE
tirani
nucleucentral
grind cu rol de mpiedicare
deplasrii i rotirii produsede efectul de consol
4.2 Structuri cu nucleu i tirani
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
35/53
CLDIRI NALTE DEFINIII NODURI I MBIN
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
36/53
36
CLDIRI NALTE DEFINIII NODURI I MBIN
m bin ar ea este reprezentat decomponentele fizice care leag grinda i stlpul i este concentrat nlocaia n care se efectueaz prindereapropriu-zis (spre exemplu n cazul unei mbinri cu plac de captprins cu uruburi, componentele sunt placa de capt, uruburileetc.);
Nodul este reprezentat de mbinare + zona de interaciune corespondent, situat ntre elementele mbinate, cum ar fi panoul de inim al stlpului.
Din punct de vedere formal se poate face distincia ntre nod i mbinare:
Definiia nodului i a mbinrii Nod (scar nereal) Simplificareamodelriinodurilor
CLDIRI NALTE PERFORMANELE NODURIL
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
37/53
37
CLDIRI NALTE PERFORMANELE NODURIL Sunt recunoscute trei caracteristici principale ca fiind eseniale pentru a atinge performanele cerute n cazul nodurilor rezistente la moment, ianume :
capacitatea de deformare plastic(Fu), sau ductilitatea.
rigiditatea (notat cuS j,ini n Eurocode 3)
rezistenala momente ncovoietoare (M j,Rd )
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
38/53
CLDIRI NALTE CLASIFICAREA NODURILOR N
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
39/53
39
CLDIRI NALTE
N oduri cu articulaii formale : M j,Rd < 0.25 Mpl,Rd,bcapabile s transmit eforturi axiale fr s dezvolte momente semnificative;
N oduri de rezisten parial : M j,Rd < Mpl,Rd,bcu un comportament intermediar, cu rezistene mai mici dect ale elementelor prinse n el ,permind rotiri relative ale elementelor.
Nodu ri total rezistente: M j,Rd> Mpl,Rd,bcu rigiditate mare la rotire irezisten de calcul cel puin egal cu cea a elementelor prinse nel;
Rezistena nodului reprezintmomentul capabil de calcul ( M j,Rd
) pe care acesta l poatedezvolta, inndcont de toate componentele mbinrii.
CONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8
CLASIFICARE DUP REZISTEN
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
40/53
CLDIRI NALTE PERFORMANELE NODURIL
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
41/53
41
CLDIRI NALTE PERFORMANELE NODURIL
1. Capacitatea de rotire a nodurilor este o caracteristica importanta a structurilor in cadre metalice caresunt proiectate in domeniul plastic .
Ultilizarea clasificrii nodurilor funcie de ductilitate:
2. folosirea unui concept de proiectare disipativ prin utilizarea unor noduri cu buna ductilitate n cazulstructurilor in zone seismice
Clasificarea unui nod n func ie de rigiditate se va face doar dup determinarea exact a rigidit iiacestuia:
pentru anumite configuratii standardsi doar pentru actiuni statice, conform SR EN 1993-1-8, (6.4).pentru alte situatii, prin ncercari experimentale.
n cazul unei analize plastice, capacitatea de rotire a nodurilor trebuie s permit formarea mecanismuplastic de cedare prin formarea de articulaii plastice nainte de rupereanodurilor.
Daca rezistenta de calcul a nodului este cel putin egala cu 1.2 rezistenta plastica de calcul a elementului mbinat (M j,Rd> 1.2 Mpl,Rd,b) nu este necesara verificarea capacitatii de rotire a nodului.
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
42/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
43/53
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
44/53
CLDIRI NALTE ST LPII CADRELORCLDIRLOR MULTIETAJATE
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
45/53
45
CLDIRI NALTE CLDIRLOR MULTIETAJATESECIUNI STLPI
CLDIRI NALTE MBINRISTLPI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
46/53
46
CLDIRI NALTE
mbinrile stlpilor seamplaseaz din 2 sau din 3etaje, funcie de capacitatea detransport i de ridicare amacaralei de montaj.
600 1000 mm deasupragrinzilor planeului
a) mbinri amplasate n toistlpii la acelai nivel b) mbinri decalate
CLDIRI NALTE MBINRISTLPI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
47/53
47
CLDIRI NALTE
eclise de compensare pentruseciuni diferite de stlpi
CLDIRI NALTE MBINRISTLPI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
48/53
48
CLDIRI NALTE
eclise decompensare
MBINRI CU ECLISE I URUBURI
CLDIRI NALTE MBINRISTLPI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
49/53
49
CLDIRI NALTE MBINRI SUDATE
CLDIRI NALTE BAZE STLPI
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
50/53
50
CLDIRI NALTE
a - baz articulat; b, c - baze ncastrate
vezi curs CADRUL TRANSVERSALslide 14
CLDIRI NALTE METODE DE ANALIZ
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
51/53
51
CLDIRI NALTE Alegerea metodei de analiz globaldepinde de tipul structurilor, care pot fi:
Structuri rigide, de tipul cadrelor cu noduri rigide, la calculul crora efectul deformaiilor poate fi neglijat analiz global de ordin I
Structuri simple analiz global de ordin I
Structuri semi-rigide, sau suple, la care efectul deformaiilor,rotirile de noduri i deplasrilorizontale ale nodurilor intervin n analiza global elastic sau plastic a structurii (prinefecte de ordin II analiz global de ordin II)
Pentru analiza global elastic , mbinrile sunt clasificate funcie de rigiditate Pentru analiza global r ig id- plastic , mbinrile sunt clasificate funcie de rigiditate
Pentru analiza global elastor- plastic mbinrile sunt clasificate att funcie de rigiditate, ctde rezisten
Pentru metode de analiz global, vezi curs CADRUL TRANSVERSAL,slide 40 - 42
CLDIRI NALTE CLASIFICAREA STRUCTURILON CADRE CV I NECV
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
52/53
52
CLDIRI NALTE CLASIFICAREA STRUCTURILOR NCADRECONTRAVNTUITE I NECONTRAVNTUITE
Daca sistemul de contravntuiri este suficient de rigid, atunci structura se numeste contravantuita.
Daca structura nu contine contravantuiri sau daca sistemul de contravantuiri nu este suficient de rigid,atunci structura este necontravantuita.
Un cadru metalic poate fi considerat contravntuit dac sistemul de contravntuiri reduce deplasrileorizontale cu cel puin 80%.
vezi curs CONTRAVNTUIRI, slide 20-21
N CADRE CV I NE-CV
CALCULUL STRUCTURILOR CONTRAVNTUITE I NECONTRAVNTUITE
vezi curs CONTRAVNTUIRI, slide 22 - 23
CLDIRI NALTE CLASIFICAREA STRUCTURILON CADRE CU N F I CU N
-
7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte
53/53
CLDIRI NALTE CLASIFICAREA STRUCTURILOR N CADRE CU NODURI DEPLASABILSAU FIXE
vezi curs CADRUL TRANSVERSAL, slide 43
N CADRE CU N. F. I CU N.
Pentru un caz de ncarcare dat, un cadru poate fi considerat cu noduri fixe saudeplasabile n funcie de raportul dintre ncrcarea vertical totala V Ed aplicat structurii i
ncrcarea critic elastic Vcr care conduce la instabilitatea lateral.
In conformitate cu SR EN1993-1-1, clasificarea se face astfel:
Pentru analiza elastic:Dac: = 10, atunci structura este clasificat cunoduri FIXE
Dac: = < 10, atunci structura este clasificat cu noduriDEPLASABILE
Pentru analiza p lastic:
Dac: = 15, atunci structura este clasificat cunoduri FIXE
Dac: = < 15, atunci structura este clasificat cu noduriDEPLASABILE