Wdo03c

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

ANALIZA STATYCZNO-WYTRZYMAŁO

CIOWA KONSTRUKCJI

REWITALIZOWANEGO BUDYNKU BIUROWEGO

J.A. WDOWICKI

, E.M. WDOWICKA

, T.Z. BŁASZCZYŃSKI

Politechnika Poznańska, Poznań, Polska

1. Wprowadzenie

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  nadproŜy,  złączy
niepodatnych i złączy podatnych. Zakłada się, Ŝe 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 nadproŜami usztywniającego budynek

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

Analizowane konstrukcje mogą być poddane obciąŜeniom poziomym (dowolnie

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

Obliczenia były realizowane przy uŜyciu programu BW dla Windows. Program

umoŜliwia obliczanie przemieszczeń, sił przekrojowych i napręŜeń dla dowolnej liczby
schematów obciąŜeń 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 umoŜliwiają przejmowanie opisu geometrii
konstrukcji z rysunków programów graficznych. Postprocesory rysują mapy napręŜeń w
ś

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

3. Część istniejąca budynku

Ze względu na wymagania związane z nową funkcją budynku zaistniała potrzeba

wyburzenia  części  ścian  nośnych,  które  pełniły  takŜe  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  nadproŜy.  Rzut  tej  konstrukcji  wraz  z  rozkładem  napręŜeń
normalnych u podstawy budynku, z uwidocznieniem najbardziej wytęŜonego elementu
i ściany dla schematu parcia wiatru w kierunku osi Y, przedstawiony jest na Fig.2.

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

element wraz z rozkładem napręŜeń 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

umoŜliwiającego

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

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

element wraz z rozkładem napręŜeń normalnych u podstawy budynku

5. Podsumowanie

W pracy opisano analizy statyczno-wytrzymałościowe przestrzennych układów

usztywniających  dwóch  części  wielokondygnacyjnego  budynku  Ŝelbetowego,
poddanego  rewitalizacji.  Przebieg  analiz  potwierdził  zalety  zastosowanego  ciągłego
modelu  konstrukcji  jako  dogodnego  narzędzia  w  procesie  projektowania.  Krótki  czas
uzyskiwania  wyników  analiz  oraz  wykorzystanie  postprocesorów,  umoŜliwiających
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, InŜ. 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

, E.M. WDOWICKA

, T.Z. BŁASZCZYŃSKI

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.