Workshop on ADVANCED MECHANICS OF URBAN STRUCTURES
September 24 - 25, 2003 Gdańsk, Poland

ANALIZA STATYCZNO-WYTRZYMAŁO

Ś

CIOWA KONSTRUKCJI

REWITALIZOWANEGO BUDYNKU BIUROWEGO

J.A. WDOWICKI

1

, E.M. WDOWICKA

1

, T.Z. BŁASZCZYŃSKI

1

1

Politechnika Poznańska, Poznań, Polska

1. Wprowadzenie

W

pracy

opisany

jest

przebieg

analiz

statyczno-wytrzymałościowych

rewitalizowanego budynku Poznańskiej Grupy Kapitałowej (etap I rozbudowy).

Historię powstania obiektu, charakterystykę techniczną oraz cele jakie postawił

sobie zespół przygotowujący rewitalizację zawiera praca [Bła03].

2. Model obliczeniowy

Analizy obliczeniowe prowadzono na podstawie metody ciągłych połączeń. Metoda

ta wykorzystuje model obliczeniowy konstrukcji w postaci dowolnego układu
pionowych ścian, które mogą być połączone pionowymi pasmami nadproży, złączy
niepodatnych i złączy podatnych. Zakłada się, że tarcze stropowe są sztywne w swojej
płaszczyźnie. Przykładowy układ konstrukcji, przy zastąpieniu tarcz stropowych ich
ś

ladami przecięcia się ze ścianami, przedstawia Fig. 1.

Fig.1. Schemat przestrzennego układu ścianowego z nadprożami usztywniającego budynek

wysoki: 1 - element usztywniający, 2 - pasmo nadproży, 3 - ślad tarczy stropowej

Analizowane konstrukcje mogą być poddane obciążeniom poziomym (dowolnie

rozłożonym wzdłuż wysokości budynku), pionowym (dowolnie rozmieszczonym
w rzucie i dowolnie zmiennym wzdłuż wysokości) i nierównomiernym osiadaniom
fundamentów.

Obliczenia były realizowane przy użyciu programu BW dla Windows. Program

umożliwia obliczanie przemieszczeń, sił przekrojowych i naprężeń dla dowolnej liczby
schematów obciążeń oraz ich wartości ekstremalnych. Moduły analizy statycznej
programu są przedstawione w pracach [Wdo93, Wdo93i, Wdo95], a analizy dynamicznej
w pracach [

Wdo93f

, Wdo95]. Program BW dla Windows współpracuje ze specjalizowa-

nymi pre- i post-procesorami. Preprocesory umożliwiają przejmowanie opisu geometrii
konstrukcji z rysunków programów graficznych. Postprocesory rysują mapy naprężeń w
ś

cianach, przemieszczenia budynku i funkcje sił w nadprożach i złączach podatnych.

3. Część istniejąca budynku

Ze względu na wymagania związane z nową funkcją budynku zaistniała potrzeba

wyburzenia części ścian nośnych, które pełniły także rolę ścian usztywniających. Dla
zapewnienia wymaganej sztywności przestrzennej budynku dodano kilka nowych ścian
usztywniających. Ostatecznie model konstrukcji usztywniającej dla części modernizo-
wanej (dane 40-3.bw7) zawierał 23 ściany, 12 pionowych pasm złączy niepodatnych i 7
pionowych pasm nadproży. Rzut tej konstrukcji wraz z rozkładem naprężeń
normalnych u podstawy budynku, z uwidocznieniem najbardziej wytężonego elementu
i ściany dla schematu parcia wiatru w kierunku osi Y, przedstawiony jest na Fig.2.

Fig.2. Rzut przebudowywanej części obiektu i najbardziej wytężona ściana oraz zawierający ją

element wraz z rozkładem naprężeń normalnych u podstawy budynku

4. Część dobudowywana budynku

Cel, jaki postawili architekci polegał na wzbogaceniu budynku o dodatkową część,

zawierającą powierzchnie biurowe nie ograniczone ścianami i słupami (ang. open
space), a jednocześnie dobrze doświetlone. Aby zrealizować to zadanie konieczne było
zaprojektowanie

przestrzennego

układu

usztywniającego

umożliwiającego

odpowiednie ograniczenie przemieszczeń poziomych, bez dzielenia powierzchni
biurowej i bez negatywnego oddziaływania na konstrukcję już istniejącą. Po kilku
próbach, ostatecznie zaproponowano konstrukcję usztywniającą, której model zawierał
28 ścian, 18 pionowych złączy niepodatnych i 7 pionowych pasm nadproży (dane 41-
1.bw7). Rzut tej konstrukcji wraz z rozkładem naprężeń normalnych u podstawy
budynku, z uwidocznieniem najbardziej wytężonego elementu i ściany dla schematu
parcia wiatru w kierunku osi X, pokazany jest na Fig.3.

Fig.3. Część dobudowywana: rzut konstrukcji i najbardziej wytężona ściana oraz zawierający ją

element wraz z rozkładem naprężeń normalnych u podstawy budynku

5. Podsumowanie

W pracy opisano analizy statyczno-wytrzymałościowe przestrzennych układów

usztywniających dwóch części wielokondygnacyjnego budynku żelbetowego,
poddanego rewitalizacji. Przebieg analiz potwierdził zalety zastosowanego ciągłego
modelu konstrukcji jako dogodnego narzędzia w procesie projektowania. Krótki czas
uzyskiwania wyników analiz oraz wykorzystanie postprocesorów, umożliwiających
graficzną prezentację wyników, pozwoliły na interaktywne wymiarowanie konstrukcji
budynku.

6. Wykaz literatury

Bła03.

Błaszczyński T.Z., Wdowicki J.A., Wdowicka E.M.: Revitalisation of an existing office

block, in this volume, (in Polish).

Wdo93. Wdowicki J., Wdowicka E.: Static analysis of three-dimensional shear wall structures,

Computer Methods in Civil Engineering, (in Polish),
Part I: Equations of problem, 3, 1 (1993) 9-24,
Part II: Solution of problem equations, 3, 1 (1993) 25-30,
Part III: Algorithm of solving systems of ODE's, 3, 1 (1993) 31-42,
Part IV: System of computer programs, 3, 2 (1993) 9-33,
Part V: Numerical examples, 3, 2 (1993) 35-59.

Wdo93f. Wdowicki J., Wdowicka E.: Seismic analysis of shear wall tall buildings - DAMB

system of computer programs, Inż. i Bud., 50, 1 (1993) 11-13 (in Polish).

Wdo93i. Wdowicki J., Wdowicka E.: System of programs for analysis of three-dimensional

shear wall structures, The Structural Design of Tall Buildings, 2, 4 (1993) 295-305.

Wdo95. Wdowicki J., Wdowicka E., Błaszczyński T.: Integrated system for analysis of shear

wall tall buildings, in: Proc. of the Fifth World Congress "Habitat and High- Rise:
Tradition and Innovation", Council on Tall Buildings and Urban Habitat, Amsterdam,
May 14-19, 1995, 1309-1324.

STRUCTURAL ANALYSIS OF REVITALISED OFFICE BUILDING

J.A. WDOWICKI

1

, E.M. WDOWICKA

1

, T.Z. BŁASZCZYŃSKI

1

1

Poznań University of Technology, Poznań, Poland

Summary

In the paper a structural analysis of revitalised office building is presented. The aim

of modernisation and extension was to obtain additional open space, not restricted by
columns and walls.

The analysis based on the continuous connection method has been carried out. In

this approach the bands of horizontal connecting beams and vertical joints are
substituted by continuous connections. A diaphragm action of all floors is taken into
consideration as the effect of its in-plane infinite rigidity and negligible transverse one.
The height to width ratio of the shear walls is such that each wall may be treated as an
open thin-walled beam. The BW for Windows program [Wdo93i], developed by the
authors, has been used for computations. The preprocessors of program collate data
from the schema made by the AutoCAD system. The quick interpretation of results is
possible due to the set of some postprocessors, which visualise displacements, stress
distribution in the walls of the structure and the shear force intensity function in vertical
bands of connecting beams and vertical flexible joints.

In our paper models of shear wall structures in the modernised part as well as the

new adjacent part have been shown. The presented figures include normal stresses
distribution at the base of the structure. The short period of time necessary to obtain the
results of the analysis has allowed for a fully interactive structural design.