Δομοστατικός Σχεδιασμός Υψηλών Κτηρίων

Abstract

Το μεγαλείο του ανθρώπου αποτυπωνόταν πάντα στην τεχνολογική και πνευματική εξέλιξη και στα σπουδαία έργα που υλοποιούσε. Στο δομοστατικό τομέα, ο τελευταίος αιώνας σηματοδοτήθηκε από την ατέρμονη προσπάθεια εύρεσης αποδοτικότερων μεθόδων για τη δημιουργία πολύ υψηλών κατασκευών. Τη μεγαλύτερη πρόκληση στο σχεδιασμό αποτέλεσαν ο υπολογισμός και η παραλαβή των πλευρικών φορτίων του ανέμου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα υπάρχοντα δομικά συστήματα υψηλών κτηρίων, καθώς και οι μέθοδοι υπολογισμού και η επίδραση του ανέμου σε αυτά. Έπειτα, προσομοιώνονται, αναλύονται και διαστασιολογούνται δύο χαρακτηριστικές κατασκευές, ένα κτήριο τετραγωνικής κάτοψης με το σύστημα του υπερπλαισίου και ένα κτήριο τετραγωνικής κάτοψης χωρισμένης σε τέσσερα ίσα τετράγωνα, διαφορετικού όμως ύψους, με το σύστημα των δεσμοποιημένων σωλήνων (bundled tube). Εκτεταμένη αναφορά γίνεται στην χρήση ζωνών περίσφιξης (belt trusses) και ζυγοστατών (outriggers) και στην επιρροή τους στην εκάστοτε κατασκευή. Ακολουθεί η συλλογιστική πορεία και η μελέτη ενός πρωτότυπου σύνθετου στατικού συστήματος, ιδιαίτερου αρχιτεκτονικού ενδιαφέροντος, που πλεονεκτεί τόσο στην αεροδυναμική όσο και στο κόστος σε σύγκριση με τα περισσότερα υπάρχοντα δομικά συστήματα. Η στατική προσομοίωση και ανάλυση υλοποιείται στο στατικό πρόγραμμα SAP2000 ενώ για τον υπολογισμό των πιέσεων του ανέμου χρησιμοποιείται το πρόγραμμα προσομοίωσης αεροσύραγγας Falcon Project.

The greatness of man had always been reflected in technological and spiritual evolution and in the great projects he had implemented. In the structural field, the last century was marked by the endless effort to find efficient methods to create high rise structures. The greatest challenge in the design was the computation and receipt of wind’s lateral loads. This thesis presents the existing structural systems for tall buildings, wind’s computational methods and effect on them. Two typical structures, a square mega-structure and a bundled tube, are modeled, analyzed and designed. Extensive reference is made to the use of belt trusses and outriggers and their influence on construction. Then, the reasoning process and design of an original architectural and structural system is described, which is advantageous both in aerodynamics and cost, in comparison to existing structural systems. A structural analysis software, SAP2000, was used for modeling and analysis, while the computation of wind’s pressure was implemented in the wind tunnel simulation program, Falcon Project.