Life Science Research building in Philadelphia
O projektu
Ocelová konstrukce o hmotnosti 5100 tun postavená na stávajícím dvoupatrovém podiu původně navrženém pro vertikální rozšíření. Změna využití nové konstrukce vyžadovala vysoce specializovaný inženýrský přístup k zajištění toho, aby stávající konstrukce mohla pojmout upravenou funkci.
Geometrie ve tvaru slzy přinesla další složitosti v rozložení zatížení, boční stabilitě a detailech spojů—což si vyžádalo pokročilé analytické nástroje pro optimalizaci využití materiálu a zaručení bezproblémové integrace s novou návrhovou vizí.
Inženýrské výzvy
Klíčovým požadavkem bylo začlenění laboratoří, každá se striktním čtvercovým rozměrem 11 stop. Pro dosažení tohoto cíle použili inženýři z CannonDesign parametrickou návrhovou strategii, vyvinuli algoritmus schopný vyhodnotit stovky potenciálních geometrií budovy. Tento přístup umožnil týmu určit optimální konfiguraci, která se vejde do omezení stávajícího podia, zatímco efektivně přenáší zatížení z horních pater a zůstává nákladově efektivní. Například algoritmus byl upraven tak, aby udržel specifické kritické polohy sloupů a současně zvýšil počet opakujících se strukturálních polí o délce 33 stop, které mohly být vytvořeny.
Poloha jádra ztužujícího rámu v podiu byla vázána na umístění stávajících nosníků, sloupů a základů. Přesto bylo nutné znovu zarovnat sloupcovou síť v horních patrech. Proto byly do konstrukce integrovány přenosové příhradové nosníky.
Více informací o projektu lze nalézt v článku AISC Modern Steel Magazine: Podium Possibilities od Johna Roache, PE, SE.
Návrh ocelových spojů
Jedním ze složitých aspektů projektu bylo řešení komplexních spojů způsobených zakřivenou geometrií budovy. Ztužená pole sledovala tvar exteriéru ve tvaru slzy, což znamenalo, že žádný ze ztužujících prvků nemohl být vyřešen pomocí standardních detailů spojů.
Návrhový tým vyvinul kompaktní ztužující spoje s následujícími charakteristikami:
- 2palcové tlusté styčníkové plechy svařované ke sloupům a šroubované k širokopatním ztužidlům
- Sloupy a styčníkové plechy svařované v dílně k 6palcovým tlustým základním plechům (pro smykové a vytažné síly)
- Krycí plechy přidané k širokopatným prvkům pro splnění limitů štíhlosti a odolání větru za účelem optimalizace výběru průřezu
- Dlouhé zářezy na styčníkových plechách pro zachování stávajících spojů patních plechů
Kvůli novým a stávajícím detailům a novým podmínkám zatížení shledali konstruktéři nepraktické použití Metody uniformních sil u spojů styčníkových plechů (tradiční výpočty AISC).
Řešením bylo použití IDEA StatiCa pro návrh a validaci nosníko-sloupových ztužujících spojů projektu. Použití CBFEM pomohlo přesně zachytit rozložení napětí ve stávajících spojích, optimalizovat materiály a vyhnout se použití dodatečných zdvojovacích plechů nebo výztuh.
IDEA StatiCa byla validována a ověřena pro ztužující spoj u nosníko-sloupového spoje ve ztuženém rámu s postupem AISC. V této ověřovací studii je zkoumáno deset komponentů: ztužidlo, pásnice a stěna nosníku, pásnice a stěna sloupu, spojovací úhelníky, styčníkový plech, spojovací plechy mezi ztužidlem a styčníkovým plechem, spojovací úhelníky ke sloupu, spojovací úhelníky k nosníku, šrouby a svary. Všechny komponenty jsou navrženy podle specifikací AISC 360-16. Prezentovaný spoj je převzat z AISC Design Guide 29.
Závěr
Přeměnou stávajícího podia původně určeného pro hotel na základy pro 17patrovou výzkumnou věž ve tvaru slzy projekt posunul hranice strukturální adaptability a optimalizace. Prostřednictvím použití strategií parametrického návrhu, pokročilých řešení přenosu zatížení a přesně navržených ocelových spojů tým překonal výzvy kladené stávajícím rámcem a zároveň splnil přísná vibračních kritéria požadovaná pro citlivá laboratorní prostředí.