Federal Center South Building 1202
este é o segundo artigo destacando as características inovadoras de design do Federal Center South Building 1202. “A Worthy Wager: The Innovative Use of Composite Concrete & Timber Floors on Federal Center South” was featured in the April 2013 edition of STRUCTURE.
o recém-concluído Edifício do Centro Federal Sul 1202, servindo como sede do Distrito de Seattle para o corpo de Engenheiros Do Exército dos Estados Unidos (USACE), é um edifício de escritório de última geração resultante de inovação e colaboração arquitetônica, estrutural e de construção.
Federal Center South Building 1202, the new headquarters for the United States Army Corps of Engineers in Seattle, Washington. Cortesia de Benjamin Benschneider.
uma das principais características que torna o edifício 1202 tão inovador é o uso de um sistema diagrid na parede exterior da estrutura. Enquanto o diagrid é um sistema usado em muitos edifícios novos ao redor do mundo, o seu uso no edifício 1202 representa uma solução inteligente para satisfazer os requisitos específicos deste projeto design-build. A utilização deste sistema estrutural único fortalece o edifício ao mesmo tempo que reduz os custos de material e encurta o cronograma de construção. O edifício 1202 foi planejado, projetado e construído em menos de dois anos e meio, e permaneceu dentro do orçamento de construção original de US $65 milhões.
além de ser uma solução eficaz para o progressivo colapso requisitos, o diagrid desempenhou um papel importante durante a fase de concurso de concepção-construção, projeto e ele era uma parte significativa da expressão arquitetônica e história do edifício.
Diagrid Defined
a diagrid system consists of sloping columns (diagonais) and spandrel beams (horizontals). O sistema diagrid para o edifício 1202 utiliza um módulo de 3 andares (altura total do edifício) com conexões aparafusadas entre spandrels e diagonais. Efetivamente, o sistema diagrid é uma truss multi-história com conexões pin. Este sistema cria uma estrutura eficiente e inerentemente redundante, transportando cargas gravitacionais para a fundação através de vários caminhos de carga.
canted building ends. Cortesia de Benjamin Benschneider.
Requisitos de colapso progressivo
como um projeto da administração dos Serviços Gerais dos Estados Unidos (GSA), uma das principais exigências para o Edifício do Centro Federal Sul 1202 era que a estrutura fosse projetada para resistir ao colapso progressivo no caso de um ataque terrorista. O colapso progressivo é a disseminação desinibida de uma falha local inicial para outros elementos da estrutura, eventualmente resultando no colapso de toda a estrutura ou uma parte desproporcionalmente grande dela. Exemplos de colapso progressivo incluem o colapso do Edifício Federal Alfred P. Murrah em Oklahoma City, Quando danos estruturais localizados causados por uma explosão espalhada por todo o sistema de transporte de cargas gravitacionais, eventualmente resultando no colapso de uma grande parte do edifício.
o edifício 1202 foi projetado para os requisitos definidos no UFC 4-023-03, Design de edifícios para resistir ao colapso progressivo. O objetivo deste documento de projeto é limitar o número de vítimas, garantindo que os edifícios têm redundância inerente adequada para resistir a danos catastróficos devido a acontecimentos imprevisíveis. Os requisitos para o projeto de colapso progressivo previstos no UFC 4-023-03 aplicam-se apenas a edifícios que são três andares ou mais altos. Esta exigência de três andares é baseada em um limite máximo de baixas definido pelo UFC e não a mecânica do colapso progressivo.
o nível de concepção do colapso progressivo baseia-se na categoria de ocupação (OC) e na função de construção. Semelhante ao OC determinado com base na IBC, um maior risco está associado à perda de estruturas de OC mais elevado. Este OC determina qual o método de resistência progressiva ao colapso deve ser usado no design. Os três métodos de resistência ao colapso progressivo prescritos no UFC 4-023-03 são o método da força de empate, o método do caminho alternativo e o método da resistência melhorada (ver tabela).
Tradicionalmente, os requisitos de colapso progressivo de resistência foram atendidos utilizando momento quadros ou empate vigas no exterior do edifício, ou aumentando o membro tamanhos para proporcionar maior resistência. No entanto, para a construção de 1202, um diagrid foi escolhido como o sistema de prevenção de colapso primário. O diagrid é complementado por quadros de momento nas extremidades do edifício cantado.
o sistema diagrid é uma solução ideal para cumprir os requisitos de prevenção de colapso, porque é essencialmente uma truss de vários níveis, com as colunas diagonais atuando como os membros da web e os spandrels horizontais em cada andar atuando como os acordes de truss. O módulo diagrid de 3 andares usado para o edifício 1202 cria um truss de 3 andares. Se alguma das colunas diagonais ficar danificada durante um ataque, as porções restantes desta truss pode abranger áreas de danos estruturais localizados.
ligação aparafusada típica.
Diagrid Use as Potential Lateral Force Resistance System
The sloped columns of the diagrid are representative of braces in a braces in a braced frame. Por esta razão, o sistema diagrid foi inicialmente explorado para uso como o sistema lateral do edifício. No entanto, há desvantagens ao utilizar o diagrama como o sistema lateral. Um quadro espaçado é projetado para produzir e dissipar energia durante um evento sísmico. Como o sistema de transporte de carga de gravidade primária para o exterior do edifício, as colunas inclinadas não poderiam ser cedidas durante um evento sísmico. Assim, o código de construção exige que os sistemas que atuam como gravidade primária e sistemas resistentes à força lateral sejam projetados para permanecer elásticos durante um evento sísmico. Portanto, o Fator de modificação de resposta, R, é necessário estar na faixa de 1,0 a 1,5 para alcançar comportamento essencialmente elástico.
na fase esquemática, o diagrama do edifício 1202 foi analisado e desenhado para forças sísmicas associadas a este nível de elasticidade. Para um R de 1.0, os tamanhos dos membros eram razoáveis, apenas ligeiramente maiores do que os necessários para a prevenção de colapso, e os drifts máximos estavam dentro dos requisitos do Código. No entanto, o número de parafusos necessários para conexões aumentou significativamente quando foram considerados os fatores de sobrerresistência do projeto. A utilização de ligações aparafusadas, tanto quanto possível, foi preferida pelo CONTRATANTE, a fim de manter um calendário rápido de fabricação e economizar custos associados com soldaduras de penetração completa. Os custos associados com o aumento do número de parafusos que foram necessárias para permitir que o diagrid sistema também para atender o lateral requisitos do sistema mitigadas o custo vantagem de ter um sistema dual. Finalmente foi tomada a decisão de confiar em concreto shearwalls na escada de núcleos como o lateral do sistema para o edifício, permitindo assim que tanto a lateral e sistemas de gravidade para ser otimizado, tanto em termos de desempenho e custo.
Diagrid sistema.
Diagrid ereção.
economias de construção
no início do projeto, a equipe desenvolveu um esquema de resistência ao colapso progressivo utilizando quadros de momento, para comparar com o esquema diagrid. Esta opção de frame de momento consistia em molduras de 3 andares no perímetro do edifício num módulo de 22 pés. Desde os primeiros estudos, ficou claro que o esquema diagrid proporcionou o maior potencial de poupança para o projeto em termos de fundações, materiais e fabricação.
Fundações
Edifício 1202 está localizado ao lado do Duwamish Rio em solos extremamente pobres, exigindo que o edifício seja suportado no impulsionado tubo de aço estacas. Estas pilhas normalmente estender 150 a 170 metros abaixo do grau de chegar a um competente camada de rolamento. No momento em quadro de regime, uma única pilha é necessário em cada momento de coluna do quadro, ou a cada 22 pés. Em contraste, o diagrid sistema utiliza um 44 metros da baía do módulo, o que significa que os pares de inclinado na diagonal colunas atender cada grau de 44 pés. Portanto, o esquema de enquadramento de momento teria exigido o dobro de pilhas no perímetro do edifício.
economias de materiais
o sistema diagrid resulta em aproximadamente 30% de economias em tonelagem de aço em comparação com um sistema de quadro de momento. Esta poupança manifesta-se em grande parte nos spandrels, que se tornam principalmente membros de tensão/compressão quando as colunas diagonais ficam comprometidas. As vigas de spandrel em um sistema de quadro de momento tradicional precisam resistir a demandas flexurais muito maiores, a fim de se estender sobre colunas danificadas, exigindo maiores e mais pesadas seções de spandrel.
ereção e fabricação
reconhecendo o velho axioma “tempo é dinheiro”, KPFF trabalhou com Sellen Construction para propor um método simples de” tilt-up ” para erigir os diagramas. Nesta sequência, pares de colunas inclinadas foram montadas no chão e soldadas no ápice para formar um conjunto triangular, que foi então inclinado para o lugar. Os spandrels horizontais foram então levados para o local. Esta sequência permitiu que os diagramas, e portanto todo o esqueleto de aço, fossem erigidos em um tempo relativamente curto.
Quando comparado com um momento de quadro, um diagrid sistema exige muito menos as conexões soldadas. Para a Construção de 1202, há 19 apex conexões onde o campo de soldagem é necessária. As uniões aparafusadas são utilizados em todos os outros spandrel diagonal coluna de conexões. Por comparação, o momento de quadro esquema estudado pela equipe teria exigido um total de 108 soldas de penetração total em todas as conexões entre tímpanos e colunas – mais de cinco vezes necessárias para a diagrid sistema.
sala de conferências em canted end. Cortesia de Benjamin Benschneider.
expressão arquitetônica
uma das principais decisões iniciais de design pela equipe do projeto foi ter a estrutura do edifício exposto à vista fluvial Ocidental tanto quanto possível, para reiterar a declaração de missão do corpo de “construção forte”. O diagrama, pela sua própria natureza como um forte elemento diagonal que contrasta com as linhas ortogonais dos pisos, paredes e janelas, é um elemento chave desta expressão. A equipe de design modelou o edifício de modo que o diagrid naturalmente terminou com uma derrapagem no canto sudoeste e uma derrapagem no canto noroeste como um contraponto. Estas extremidades dos edifícios criam espaços de sala de conferências e escritórios cheios de luz, com vistas para o Rio Duwamish. O diagrama é pintado de branco por todo o lado, a fim de ajudar a difundir luz natural e artificial dentro do edifício, mas também para ser proeminentemente visível através do revestimento exterior. A pele de aço inoxidável do edifício é descascada de volta na entrada principal para expor completamente o diagrama, criando um portal de entrada formal.
o esquema diagrid também permitiu que a forma Oxbow única do edifício fosse alcançada, o que se inspirou no histórico caminho sinuoso do Rio Duwamish adjacente ao local. Transições suaves através das porções curvas do edifício são facilitadas com o diagrama utilizando uma variação tangencial em cada linha de piso. Isto permite que a pele exterior de transição fácil através dos cantos da Forma-U, resultando em uma aparência mais suave. Embora o uso de colunas inclinadas resulte em uma pequena perda de área de chão diretamente sob a coluna, o diagrama cria espaços interiores únicos e dinâmicos.
resumo
o diagrama representa uma solução eficaz para os requisitos de colapso progressivo e ajuda a criar uma identidade icónica para o edifício 1202. O sucesso deste projeto design-build é uma homenagem à colaboração inicial entre o arquiteto, engenheiro e empreiteiro.▪
Equipe de Projeto
Proprietário: Administração de Serviços Gerais (GSA)
Inquilino: United States Army Corps of Engineers (USACE), de Seattle, Distrito de
Estrutural & Engenheiro Civil: KPFF Consulting Engineers
Contratante: Sellen Construção
Arquiteto: ZGF Arquitetos, LLP