Über das Projekt
Eine 5100 Tonnen schwere Stahlkonstruktion, die auf einem bestehenden zweigeschossigen Podium errichtet wurde, das ursprünglich für eine vertikale Erweiterung ausgelegt war. Eine Nutzungsänderung für die neue Struktur erforderte einen hochspezialisierten ingenieurtechnischen Ansatz, um sicherzustellen, dass die bestehende Struktur die geänderte Nutzung aufnehmen kann.
Die Tropfengeometrie brachte zusätzliche Komplexitäten bei der Lastverteilung, der Aussteifung und der Verbindungsdetaillierung mit sich – was den Einsatz fortschrittlicher Analysewerkzeuge erforderte, um den Materialeinsatz zu optimieren und eine nahtlose Integration in die neue Entwurfsidee zu gewährleisten.
Ingenieurtechnische Herausforderungen
Eine wesentliche Anforderung war die Integration von Laboren, die jeweils ein striktes Rastermaß von 11 Fuß im Quadrat aufweisen mussten. Um dies zu erreichen, setzten die Ingenieure von CannonDesign eine parametrische Entwurfsstrategie ein und entwickelten einen Algorithmus, der Hunderte potenzieller Gebäudegeometrien auswerten konnte. Dieser Ansatz ermöglichte es dem Team, eine optimale Konfiguration zu ermitteln, die innerhalb der Randbedingungen des bestehenden Podiums liegt, Lasten aus den Obergeschossen effizient abträgt und wirtschaftlich bleibt. So wurde der Algorithmus beispielsweise verfeinert, um bestimmte kritische Stützenstandorte beizubehalten und gleichzeitig die Anzahl der sich wiederholenden 33-Fuß-Tragwerksfelder zu maximieren.
Die Position des ausgesteiften Kerns im Podium war an die Lage der vorhandenen Träger, Stützen und Fundamente gebunden. Dennoch war es erforderlich, das Stützenraster in den Obergeschossen neu auszurichten. Daher wurden Umlagerungsfachwerke in die Struktur integriert.
Weitere Informationen zum Projekt sind im AISC Modern Steel Magazine Artikel: Podium Possibilities von John Roach, PE, SE zu finden.
Stahlanschluss-Bemessung
Einer der anspruchsvollen Aspekte des Projekts war die Behandlung komplexer Verbindungen, die durch die gekrümmte Geometrie des Gebäudes entstanden. Die ausgesteiften Felder folgten der tropfenförmigen Außenhülle, sodass keines der Diagonalbauteile mit Standard-Verbindungsdetails gelöst werden konnte.
Das Entwurfsteam entwickelte kompakte Aussteifungsverbindungen mit folgenden Merkmalen:
- 50 mm dicke Knotenbleche, die an die Stütze geschweißt und mit Breitflansch-Diagonalen verschraubt sind
- Stützen und Knotenbleche werkseitig an 150 mm dicke Fußplatten geschweißt (für Querkraft- und Abhebkräfte)
- Abdeckplatten an Breitflanschbauteilen zur Einhaltung der Schlankheitsgrenzen und zur Aufnahme von Windkräften zur Optimierung der Querschnittswahl
- Lange Ausklinkungen an den Knotenblechen zur Beibehaltung der vorhandenen Flanschplattenverbindungen
Aufgrund der neuen und bestehenden Details sowie der neuen Lastbedingungen erwiesen sich die herkömmlichen Berechnungen nach der Uniform Force Method für Knotenblechverbindungen (AISC-Standardberechnungen) als unpraktisch für die Tragwerksplaner.
Die Lösung bestand darin, IDEA StatiCa zur Bemessung und Validierung der Träger-Stützen-Diagonalen-Verbindungen des Projekts einzusetzen. Der Einsatz von CBFEM ermöglichte eine genaue Erfassung der Spannungsverteilung in den bestehenden Verbindungen, die Optimierung der Materialien und die Vermeidung zusätzlicher Stegverstärkungsplatten oder Steifen.
IDEA StatiCa wurde für Diagonalanschlüsse an Träger-Stützen-Verbindungen in ausgesteiften Tragwerken nach dem AISC-Verfahren validiert und verifiziert. In dieser Verifizierungsstudie werden zehn Komponenten untersucht: Diagonale, Trägerflansch und -steg, Stützenflansch und -steg, Anschlusswinkel, Knotenblech, Laschen zwischen Diagonale und Knotenblech, Anschlusswinkel an die Stütze, Anschlusswinkel an den Träger, Schrauben und Schweißnähte. Alle Komponenten werden gemäß AISC 360-16 bemessen. Die dargestellte Verbindung ist dem AISC Design Guide 29 entnommen.
Fazit
Durch die Umnutzung eines bestehenden Podiums, das ursprünglich für ein Hotel vorgesehen war, zur Grundlage eines 17-stöckigen tropfenförmigen Forschungsturms hat das Projekt die Grenzen der tragwerksbezogenen Anpassungsfähigkeit und Optimierung verschoben. Durch den Einsatz von parametrischen Entwurfsstrategien, fortschrittlichen Lastübertragungslösungen und präzisionsgefertigten Stahlanschlüssen meisterte das Team die Herausforderungen des bestehenden Tragwerks und erfüllte gleichzeitig die strengen Schwingungskriterien für empfindliche Laborumgebungen.
Starten Sie Ihre Testphase noch heute und genießen Sie 14 Tage lang vollen Zugang und alle Dienste kostenlos.
Kostenlose Testversion starten