Edificio di ricerca in scienze della vita a Filadelfia
Informazioni sul progetto
Una struttura in acciaio da 5100 tonnellate costruita sopra un podio esistente a due piani originariamente progettato per supportare un'espansione verticale. Un cambio di destinazione d'uso per la nuova struttura ha richiesto un approccio ingegneristico altamente specializzato per garantire che la struttura esistente potesse accogliere la funzione rivista.
La geometria a forma di lacrima ha introdotto complessità aggiuntive nella distribuzione dei carichi, stabilità laterale e dettagli di connessione—richiedendo strumenti di analisi avanzati per ottimizzare l'uso dei materiali e garantire un'integrazione perfetta con la nuova visione progettuale.
Sfide ingegneristiche
Un requisito chiave era incorporare laboratori, ciascuno con una dimensione quadrata rigorosa di 11 piedi. Per raggiungere questo obiettivo, gli ingegneri di CannonDesign hanno impiegato una strategia di progettazione parametrica, sviluppando un algoritmo capace di valutare centinaia di geometrie potenziali dell'edificio. Questo approccio ha permesso al team di determinare una configurazione ottimale che si adattasse ai vincoli del podio esistente trasferendo efficacemente i carichi dai livelli superiori e rimanendo economicamente vantaggiosa. Ad esempio, l'algoritmo è stato raffinato per mantenere specifiche posizioni critiche delle colonne aumentando simultaneamente il numero di campate strutturali ripetitive di 33 piedi che potevano essere create.
La posizione del nucleo del telaio controventato all'interno del podio era legata alla posizione di travi, colonne e fondamenta esistenti. Tuttavia, era necessario riallineare la griglia delle colonne ai piani superiori. Pertanto, sono state integrate nella struttura capriate di trasferimento.
Maggiori informazioni sul progetto possono essere lette nell'articolo AISC Modern Steel Magazine: Podium Possibilities di John Roach, PE, SE.
Progettazione delle connessioni in acciaio
Uno degli aspetti delicati del progetto era affrontare connessioni complesse causate dalla geometria curva dell'edificio. Le campate controventate seguivano l'esterno a forma di lacrima, il che significava che nessuno degli elementi di controvento poteva essere risolto utilizzando dettagli di connessione standard.
Il team di progettazione ha sviluppato connessioni di controvento compatte con le seguenti caratteristiche:
- Piastre di riscontro spesse 2 pollici saldate alla colonna e imbullonate ai controventamenti a flangia larga
- Colonne e piastre di riscontro saldate in officina a piastre di base spesse 6 pollici (per forze di taglio e sollevamento)
- Piastre di copertura aggiunte agli elementi a flangia larga per rispettare i limiti di snellezza e resistere alle forze del vento per ottimizzare la selezione della sezione trasversale
- Lunghe tacche sui riscontri per mantenere le connessioni delle piastre di flangia esistenti
A causa dei dettagli nuovi ed esistenti e delle nuove condizioni di carico, gli ingegneri strutturali hanno trovato impraticabile utilizzare il Metodo della Forza Uniforme nelle connessioni delle piastre di riscontro (calcoli tradizionali AISC).
La soluzione è stata utilizzare IDEA StatiCa per progettare e validare le connessioni trave-colonna-controvento del progetto. L'uso di CBFEM ha aiutato a catturare accuratamente la distribuzione delle tensioni nelle connessioni esistenti, ottimizzando i materiali ed evitando l'uso di piastre di raddoppio o irrigidimenti extra.
IDEA StatiCa è stato validato e verificato per connessioni di controvento alla connessione trave-colonna in un telaio controventato con la procedura AISC. In questo studio di verifica, vengono esaminati dieci componenti: controvento, flangia e anima della trave, flangia e anima della colonna, angolari di connessione, piastra di riscontro, piastre di giunzione tra controvento e piastra di riscontro, angolari di connessione alla colonna, angolari di connessione alla trave, bulloni e saldature. Tutti i componenti sono progettati secondo le specifiche AISC 360-16. La connessione presentata è tratta dalla Guida di Progettazione AISC 29.
Conclusione
Trasformando un podio esistente originariamente destinato a un hotel nella fondazione per una torre di ricerca a forma di lacrima di 17 piani, il progetto ha spinto i confini dell'adattabilità strutturale e dell'ottimizzazione. Attraverso l'uso di strategie di progettazione parametrica, soluzioni avanzate di trasferimento del carico e connessioni in acciaio ingegnerizzate con precisione, il team ha superato le sfide poste dal framework esistente rispettando i rigorosi criteri di vibrazione richiesti per ambienti di laboratorio sensibili.