Curs 7 Cladiri Inalte

7/28/2019 Curs 7 Cladiri Inalte

1/53

1


2/53

2

CLDIRI NALTE

New YorkChicago

Bibliografie:

Dan Mateescu Cldiri nalte cu schelet dinoel, Ed. Academiei Romne, 1997


3/53

3

CLDIRI NALTE

Kuala LumparTaipei Burj Dubai


4/53

4

CLDIRI NALTE

HongKong


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


6/53

6

CLDIRI NALTE

zpad

permanenteutile

vnt

seism

impact

explozii

VERTICALE

ORIZONTALE

ACCIDENTALE

ACIUNI


7/537

CLDIRI NALTE cazuri de ncrcare util

ACIUNI

aciune vnt aciune seismic

permanente


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


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


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).


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 .


12/53


13/53


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


15/53


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


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.

+=


18/53

2 CADRE CU


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


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


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



22/53

CLDIRI NALTE 2 CADRE CU


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.


CLDIRI NALTE 2 CADRE CU


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.


CLDIRI NALTE 3 S S


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


26/53

CLDIRI NALTE 3 SISTEME TUB


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


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


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


30/53


31/53

CLDIRI NALTE 4 STRUCTURI CU NUCLEU


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


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


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


35/53

CLDIRI NALTE DEFINIII NODURI I MBIN


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


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 )


38/53

CLDIRI NALTE CLASIFICAREA NODURILOR N


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


40/53



41/53

41


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.


42/53


43/53


44/53

CLDIRI NALTE ST LPII CADRELORCLDIRLOR MULTIETAJATE


45/53

45

CLDIRI NALTE CLDIRLOR MULTIETAJATESECIUNI STLPI

CLDIRI NALTE MBINRISTLPI


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



47/53

47

CLDIRI NALTE

eclise de compensare pentruseciuni diferite de stlpi



48/53

48

CLDIRI NALTE

eclise decompensare

MBINRI CU ECLISE I URUBURI



49/53

49

CLDIRI NALTE MBINRI SUDATE

CLDIRI NALTE BAZE STLPI


50/53

50

CLDIRI NALTE

a - baz articulat; b, c - baze ncastrate

vezi curs CADRUL TRANSVERSALslide 14

CLDIRI NALTE METODE DE ANALIZ


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


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


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

Curs 7 Cladiri Inalte

Documents

Transcript of Curs 7 Cladiri Inalte