Diagrid na displeji

Federální centrum Jižní budova 1202

Toto je druhý článek zdůrazňující inovativní konstrukční prvky Federální centrum Jižní budova 1202. „A Worthy Wager: the Innovative Use of Composite Concrete & dřevěné podlahy na Federal Center South“ byl uveden v dubnu 2013 vydání struktury.

nedávno dokončená budova Federal Center South building 1202, sloužící jako sídlo okresu Seattle pro americký armádní sbor inženýrů (USACE), je nejmodernější kancelářská budova vyplývající z architektonických, strukturálních a stavebních inovací a spolupráce.

jednou z klíčových vlastností, která činí budovu 1202 tak inovativní, je použití diagridového systému na vnější stěně konstrukce. Zatímco diagrid je systém používaný v mnoha nových budovách po celém světě, jeho použití v budově 1202 představuje chytré řešení pro splnění specifických požadavků tohoto projektu. Využití tohoto jedinečného konstrukčního systému posiluje budovu a zároveň snižuje náklady na materiál a zkracuje harmonogram výstavby. Budova 1202 byla plánována, navržena a postavena za méně než dva a půl roku a zůstala v původním rozpočtu na výstavbu ve výši 65 milionů dolarů.

kromě efektivního řešení požadavků na progresivní kolaps hrála diagrid důležitou roli během soutěžní fáze projektu design-build a byla významnou součástí architektonického výrazu a příběhu budovy.

Diagrid definováno

diagridový systém se skládá ze šikmých sloupů (úhlopříček) a spandrelových nosníků (horizontálů). Systém diagrid pro stavbu 1202 využívá 3patrový modul (plná výška budovy) se šroubovými spoji mezi pandrely a úhlopříčkami. Systém diagrid je ve skutečnosti vícepodlažní příhradový nosník s pinovými přípojkami. Tento systém vytváří efektivní a neodmyslitelně redundantní strukturu tím, že přenáší gravitační zatížení na základ prostřednictvím více cest zatížení.

požadavky na progresivní kolaps

jako projekt US General Services Administration (GSA) byl jedním z primárních požadavků na federální centrum Jižní budova 1202, aby struktura byla navržena tak, aby odolávala progresivnímu kolapsu v případě teroristického útoku. Progresivní kolaps je neomezené šíření počátečního lokálního selhání na jiné prvky struktury, což nakonec vede ke zhroucení celé struktury nebo její nepřiměřeně velké části. Příklady progresivního kolapsu zahrnují kolaps federální budovy Alfreda P. Murrah v Oklahoma City, když lokalizované strukturální poškození způsobené výbuchem se rozšířilo po celém systému gravitačního zatížení, nakonec má za následek zhroucení velké části budovy.

budova 1202 je navržena podle požadavků uvedených v UFC 4-023-03, Návrh budov odolávat postupnému kolapsu. Cílem tohoto projektového dokumentu je omezit počet obětí tím, že zajistí, aby budovy měly dostatečnou nadbytečnost, aby odolaly katastrofickým škodám způsobeným nepředvídatelnými událostmi. Požadavky na progresivní konstrukci kolapsu stanovené v UFC 4-023-03 se vztahují pouze na budovy, které jsou tři patra nebo vyšší. Tento požadavek na tři příběhy je založen na maximálním prahu obětí stanoveném UFC a nikoli na mechanice progresivního kolapsu.

úroveň progresivního návrhu kolapsu je založena na kategorii obsazení (OC) a funkci budovy. Podobně jako u OC stanoveného pomocí IBC je větší riziko spojeno se ztrátou struktur vyššího OC. Tento OC určuje, která metoda progresivní odolnosti proti kolapsu má být použita při návrhu. Tři metody progresivní odolnosti proti kolapsu předepsané v UFC 4-023-03 jsou metoda Tie Force, metoda alternativní cesty a Metoda zvýšeného odporu (viz tabulka).

tradičně, požadavky na progresivní odolnost proti kolapsu byly splněny použitím momentových rámů nebo vázacích nosníků na vnější straně budovy, nebo zvýšením velikosti členů pro zajištění zvýšeného odporu. Pro stavbu 1202 však byla jako primární systém prevence kolapsu vybrána diagrid. Diagrid je doplněn momentovými rámy na koncích nakloněných budov.

systém diagrid je optimálním řešením pro splnění požadavků na prevenci kolapsu, protože se jedná v podstatě o víceúrovňový příhradový nosník, přičemž diagonální sloupy působí jako členy pásu a vodorovné pandrely na každém patře působí jako akordy příhradového nosníku. 3podlažní modul diagrid používaný pro stavbu 1202 vytváří 3podlažní krov. Pokud by se některý z diagonálních sloupů během útoku poškodil, zbývající části tohoto krovu se mohou rozprostírat po oblastech lokalizovaného poškození konstrukce.

použití Diagridu jako potenciálního systému bočního odporu síly

šikmé sloupy diagridu jsou reprezentativní pro výztuhy v vyztuženém rámu. Z tohoto důvodu byl systém diagrid původně prozkoumán pro použití jako boční systém budovy. Při použití diagridu jako bočního systému však existují nevýhody. Vyztužený rám je navržen tak, aby uvolňoval a rozptyloval energii během seismické události. Jako primární gravitační nosný systém pro vnější část budovy nemohly být šikmé sloupy povoleny během seismické události. V souladu s tím stavební zákon vyžaduje, aby systémy působící jak jako primární gravitační, tak jako systémy odolávající boční síle byly navrženy tak, aby během seismické události zůstaly elastické. Proto je zapotřebí, aby faktor modifikace odezvy, R, byl v rozmezí 1,0 až 1,5, aby se dosáhlo v podstatě elastického chování.

ve schematické fázi byla analyzována diagrid pro stavbu 1202 a navržena pro seismické síly spojené s touto úrovní pružnosti. Pro R (1).0, velikost členů byla přiměřená, jen o něco větší než ty, které jsou vyžadovány pro prevenci kolapsu, a maximální drifty byly v souladu s požadavky kódu. Počet šroubů potřebných pro připojení se však výrazně zvýšil, když byly zváženy faktory nadměrné pevnosti konstrukce. Použití šroubových spojů co nejvíce bylo preferováno dodavatelem, aby se zachoval rychlý harmonogram výroby a ušetřily se náklady spojené s plnými průnikovými svary. Náklady na pracovní sílu spojené se zvýšeným počtem šroubů, které byly potřebné k tomu, aby systém diagrid také splňoval boční systémové požadavky, účinně zmírnily nákladovou výhodu duálního systému. Nakonec bylo rozhodnuto spoléhat se na betonové střihové stěny u schodišťových jader jako na boční systém budovy, čímž bylo možné optimalizovat boční i gravitační systémy jak z hlediska výkonu, tak z hlediska nákladů.

Stavební spoření

na začátku projektu tým vyvinul progresivní schéma odolnosti proti kolapsu využívající momentové rámce, které lze porovnat se schématem diagrid. Tato možnost moment frame se skládala z 3-story moment rámy na obvodu budovy na 22-noha bay modulu. Z raných studií, bylo jasné, že schéma diagrid poskytlo projektu větší potenciál úspor, pokud jde o základy, materiály, a výroba.

základy

budova 1202 se nachází v sousedství řeky Duwamish na extrémně chudých půdách, což vyžaduje, aby byla budova podepřena na hnaných pilotách ocelových trubek. Tyto piloty se obvykle rozšiřují o 150 až 170 stop pod stupeň, aby dosáhly příslušné nosné vrstvy. V momentovém rámcovém schématu, v každém sloupci rámečku moment je vyžadována jedna hromada, nebo každý 22 chodidla. Naproti tomu systém diagrid využívá modul 44 stop, což znamená, že páry šikmých diagonálních sloupců splňují stupeň každých 44 Stop. Proto by schéma momentového rámu vyžadovalo dvakrát tolik hromádek na obvodu budovy.

materiálové úspory

systém diagrid má za následek přibližně 30% úspory v tonáži oceli ve srovnání s momentovým rámovým systémem. Tato úspora se projevuje do značné míry v spandrels, které se stávají primárně členy napětí / komprese, když se diagonální sloupce stanou kompromitovanými. Spandrelové nosníky v tradičním momentovém rámovém systému musí odolat mnohem větším nárokům v ohybu, aby se mohly rozprostřít po poškozených sloupech, vyžadující větší, těžší části spandrelu.

montáž a zhotovení

Kpff, který rozpoznal Starý axiom „čas jsou peníze“, spolupracoval se společností Sellen Construction, aby navrhl jednoduchou metodu“ naklonění “ pro stavbu diagridů. V tomto pořadí, páry šikmých sloupů byly namontovány na zemi a svařeny dohromady na vrcholu, aby vytvořily trojúhelníkovou sestavu, který byl poté nakloněn na místo. Vodorovné spandrely byly poté zaletěny a přišroubovány na místo. Tato sekvence umožnila postavit diagridy, a tedy celý ocelový skelet, v relativně krátkém čase.

ve srovnání s momentovým rámem vyžaduje diagrid systém mnohem méně svařovaných spojů. Pro stavbu 1202 existuje 19 vrcholových spojů, kde je potřeba polní svařování. Šroubové spoje se používají u všech ostatních spandrel na diagonální kolony připojení. Pro srovnání, schéma momentového rámce studované týmem by vyžadovalo celkem 108 svarů plné penetrace na všech spojích mezi spandrely a sloupy-více než pětkrát, jak je požadováno pro systém diagrid.

architektonický výraz

jedním z klíčových raných rozhodnutí projektového týmu bylo, aby struktura budovy byla co nejvíce vystavena pohledu na západní řeku, aby se zopakovalo poslání sboru „Building Strong“. Diagrid, ze své podstaty jako silný diagonální prvek, který kontrastuje s ortogonálními liniemi podlah, stěn a oken, je klíčovým prvkem tohoto výrazu. Projektový tým upravil budovu tak, aby diagrid přirozeně končil se zpětným sklonem na jihozápadním rohu a výstupem na severozápadním rohu jako kontrapunkt. Tyto nakloněné konce budov vytvářejí osvětlené kancelářské a konferenční prostory s úžasným výhledem na řeku Duwamish. Diagrid je natřen bíle, aby pomohl rozptýlit přirozené i umělé světlo uvnitř budovy, ale také aby byl viditelně viditelný přes vnější zasklení. Kůže z nerezové oceli budovy je odloupnuta zpět u hlavního vstupu, aby plně odhalila diagrid, vytvoření formálního vstupního portálu.

schéma diagrid také umožnilo dosáhnout jedinečné formy Oxbow, která čerpala inspiraci z historické meandrující cesty řeky Duwamish sousedící s místem. Hladké přechody přes zakřivené části budovy jsou usnadněny diagridem využitím tangenciální variace v každé Podlahové linii. To umožňuje, aby vnější kůže snadno procházela rohy tvaru U, což má za následek hladší vzhled. Přestože použití šikmých sloupů vede k malé ztrátě podlahové plochy přímo pod sloupem, diagrid vytváří jedinečné a dynamické vnitřní prostory.

shrnutí

diagrid představuje efektivní řešení požadavků na progresivní kolaps a pomáhá vytvořit ikonickou identitu budovy 1202. Úspěch tohoto projektu je poctou rané spolupráci mezi architektem, inženýr, a dodavatel.▪

projektový tým

majitel: General Services Administration (GSA)

nájemce: United States Army Corps of Engineers (USACE) Seattle District

Structural & stavební inženýr: Kpff Consulting Engineers

dodavatel: Sellen Construction

Architekt: ZGF Architects, LLP