Conceptul structural al clădirii bucharest one

Conceptul structural al clădirii bucharest one

Conceptul structural al clădirii bucharest one

  1. Introducere

Dezvoltarea imobiliară a Bucureștiului pe segmentul spațiilor pentru birouri a cunoscut o dinamică accelerată în ultimii ani. S-au dezvoltat proiecte adecvate chiriașilor care doresc să ocupe suprafețe mari, în multe situații pe baza unor contracte de pre-închiriere. O dinamică deosebită a cunoscut zona de nord a Bucureștiului, în perimetrul șoselelor Barbu Văcărescu și Pipera.

Dezvoltarea unor clădiri cu suprafețe de închiriere mari dotate cu parcări subterane a condus și la o redesenare a soluțiilor structurale adoptate. Se utilizează în mod curent planșee cu deschideri mari, de 7,5 – 8,1 m. Elementele structurale verticale cu rol în asigurarea rezistenței și rigidității la acțiuni orizontale sunt amplasate de regulă în interiorul clădirii. Mai mult, în unele situații, soluțiile arhitecturale implică realizarea unor structuri înalte, cu înălțimi de peste 70m.

O astfel de clădire, dezvoltată în București de către fondul de investiții Globalworth, este clădirea Bucharest One, alcătuită din două corpuri, A și B, având funcțiuni diferite. În cadrul acestui articol sunt prezentate soluția structurală utilizată și principalele particularități de proiectare și execuție pentru structura clădirii Bucharest One, corpul A (figura 1). O descriere mai largă a proiectului este făcută de către autorii acestei lucrări în cadrul revistei AICPS Review 1-2/2015 [1].

Structura clădirii Bucharest One a fost proiectată de către SC Allied Engineers Grup SRL în acord cu proiectul de arhitectură realizat de către SC Architect Service SRL. Proiectarea lucrărilor geotehnice a fost realizată de către SC Metroul SA și SC Saidel Engineering SRL. Proiectul de instalații a fost întocmit de către SC MC General Construct SRL. Antreprenorul general al lucrării este SC Bog’art SRL.

Amplasamentul construcției, aflat în vecinătatea stației de metrou Aurel Vlaicu, este subtraversat de cele două tuneluri aparținând magistralei de metrou M2, care fac legătura între stațiile Pipera și Aurel Vlaicu. Poziția tunelurilor, care intersectează amplasamentul clădirii aproximativ în diagonală, a făcut ca cele două corpuri de clădire să fie proiectate având forme trapezoidale în plan. Corpul A (turnul cu înălțimea supraterană de 120m) a fost poziționat în afara zonei cu restricții de construire, însă Corpul B este realizat parțial peste tunelurile de metrou care străbat amplasamentul, acesta din urma având restricții majore de construire prin limitarea regimului de înălțime. Datorită înălțimii acesteia, clădirea Bucharest One se poate clasifica în categoria clădirilor înalte.

Fig. 1. Perspective imobil Bucharest One – reprezentare grafică (Arhitect: Architect Service)

  1. Structura

Corpul A al clădirii Bucharest One are funcțiunea principală de birouri. Forma în plan a suprastructurii corpului A este de trapez dreptunghic cu o suprafață desfășurată de 2457 mp la parter, 1415 mp la mezanin și 1860 mp la nivelurile curente. Subsolul este extins în plan comparativ cu nivelurile supraterane. Pentru realizarea conceptului structural al clădirii Bucharest One au fost analizate diferite soluții și materiale structurale.

O data cu creșterea calității betoanelor care se pot turna monolit în șantier, betonul s-a impus ca material structural pentru realizarea clădirilor înalte. În cazul clădirii Bucharest One, s-au utilizat betoane de clasă C40/50, C50/60 și C60/70 în funcție de natura elementului structural și poziția acestuia în structură. Scopul utilizării betoanelor cu rezistență ridicată s-a regăsit în realizarea unor secțiuni ale elementelor structurale cu gabarit compatibil cu cerințele estetice și de funcționalitate. Principalele limitări care au determinat alegerea unor clase înalte de rezistență ale betonului au fost date de valorile admise pentru efortul axial normalizat în stâlpii cadrelor perimetrale, rezistența nodurilor și efortul tangențial mediul normalizat în pereții structurali.

În afara acțiunilor gravitaționale, clădirile înalte sunt supuse acțiunilor orizontale cauzate de vânt sau cutremur. Pe plan mondial, s-au dezvoltat diferite soluții structurale pentru clădiri înalte. În general, pentru clădiri cu înălțimea de peste 250m se utilizează structuri de tip tub perimetral și nucleu interior. În cazul clădirilor înalte cu înălțimea de 100-140 m libertatea în alegerea sistemului structural este mai mare. Se utilizează structuri cu cadre rigide, eventual echipate cu sisteme de control al răspunsului (amortizori), structuri cu tub perimetral, structuri cu nuclee de pereți și cadre perimetrale cu stâlpi rari.

În cazul clădirii Bucharest One analizele structurale preliminare au arătat că o soluție structurală eficientă din punct de vedere tehnico-economic și compatibilă cu cerințele arhitecturale o constituie realizarea unui nucleu central și a unor cadre perimetrale cu stâlpi rari. Sistemul dual pereți-cadre prezintă  avantajul rigidității, prin comparație cu cadrele simple, al ductilității și redundanței ridicate. De asemenea, utilizarea acestui sistem structural nu permite formarea unor mecanisme de plastificare locale, de etaj. În mod particular, configurarea spațiului interior la Bucharest One a permis realizarea a două nuclee cu gabarite inegale cuplate prin intermediul unor grinzi relativ lungi. Astfel, structura de rezistență principală este alcătuită din doua nuclee de beton și cadre perimetrale de beton (figura 2). Forțele tăietoare generate de încărcarea seismică orizontală sunt preluate preponderent de cele două nuclee alcătuite din pereți de beton cuplați. Grosimea pereților perimetrali ai tuburilor în suprastructură este de 80 cm. Pereții din interiorul tuburilor au grosimea de 40 cm. Grinzile de cuplare au lățimi de 40-80 cm și înălțimi de 80-250 cm. Principalele documente normative utilizate la proiectarea seismică a structurii au fost P100-1/2006 [2] și CR2-1-1.1/2005 [3].

Cadrele perimetrale sunt alcătuite din stâlpi circulari de beton sau compoziți cu diametrul de 120 cm, cu secțiune constantă pe toată înălțimea clădirii. S-au realizat cadre cu rigiditate și rezistență mare pentru preluarea parțială a momentelor de răsturnare generate de acțiunea seismică orizontală și pentru limitarea deplasărilor structurii la nivelurile superioare. Pentru preluarea forțelor axiale considerabile, la nivelurile inferioare s-au utilizat stâlpi compoziți realizați din profile de oțel tip cruce de malta și beton armat. Orientativ, forțele axiale din stâlpii de colț pot atinge valori de până la 4000t în situația de proiectare seismică, din care 2100 t reprezintă încărcarea gravitațională. Grinzile cadrelor perimetrale sunt realizate din beton armat cu excepția celor de la mezanin care fac parte din cadrul cu stâlpi inclinați la nivelul parterului și mezaninului.

Planșeele au deschideri curente de 8,10m pe ambele direcții. Pe perimetrul clădirii, planșeele ies în consolă față de cadrele perimetrale pe o deschidere de aproximativ 2,0 m. În urma analizelor efectuate s-a constatat că o soluție eficientă de planșeu este cea a planșeelor de beton cu grinzi principale și grinzi secundare. Placa cu grosimea de 10cm reazemă pe grinzi secundare cu secțiunea de 20 cm x 60 cm ce sunt dispuse la o distanță interax de 2,70 m. Grinzile secundare sunt dispuse „radial” și reazemă pe nucleul central, alcătuit din pereți de beton și pe cadrele perimetrale. Local, în zonele cu încărcări mai ridicate placa a fost realizată cu grosimea de 15 cm.

Pentru a spori deschiderile structurii la parter, în zona de acces în clădire, la nivelul parterului și mezaninului, pe latura paralelă cu tunelurile de metrou, s-au utilizat stâlpi înclinați de beton cu armatură rigidă. Această organizare a structurii a permis creșterea deschiderii aparente de la 8,10 m la 16 m la parter.

Fig. 2: Structura de rezistență la acțiuni seismice (reprezentare schematică)

Sistemul de fundare este de tip radier de beton cu grosime variabilă, cuprinsă între 2,0 m și 2,8 m, rezemat pe piloți de beton armat și pe pereți mulați perimetrali. Structura subsolurilor este alcătuita din stâlpi, pereți și planșee groase de beton. Pereții perimetrali sunt conectați pe toată înălțimea cu pereții mulați.

Transmiterea momentului global de răsturnare al suprastructurii, a forței tăietoare asociate acestuia și a forțelor axiale către terenul de fundare s-a făcut prin fundații de adâncime. Pentru încărcarea piloților cu forțe axiale, infrastructura clădirii a fost concepută ca o cutie rigidă alcătuită din pereți perimetrali, pereți interiori, radier și planșee. Practic, încastrarea corpului A s-a făcut prin intermediul unor piloți de beton și prin pereții mulați perimetrali care sunt încărcați prin intermediul cutiei rigide realizată la nivelul infrastructurii. Transmiterea forțelor de la baza nucleelor către piloți și încărcarea acestora cât mai uniformă a impus realizarea unei infrastructuri cu radier foarte gros și pereți structurali perimetrali și interiori dispuși suplimentar față de cei din suprastructură. Întrucât în jurul nucleului central se desfășoară, din punct de vedere funcțional, circulația principală prin subsoluri, pereții interiori introduși suplimentar și cei perimetrali nu au putut fi racordați direct cu pereții nucleelor din suprastructura. De aceea, încastrarea acestora s-a realizat în principal prin mecanismul de menghină constituit la nivelul infrastructurii dar și prin legătura de moment cu radierul de grosime mare.

  1. Particularități de proiectare și execuție

Regimul mare de înălțime, utilizarea unor trame cu deschideri relativ mari a condus la dezvoltarea unor forțe tăietoare mari în pereți, la etajele inferioare, dar și a unor forțe axiale mari în stâlpii cadrelor perimetrale. În astfel de situații, utilizarea claselor uzuale de beton pentru realizarea structurii este restricționată de cerințele funcționale incompatibile cu necesitățile privind gabaritul elementelor structurale. Pentru a reduce gabaritul stâlpilor s-a optat pentru utilizarea la etajele inferioare a clasei de beton C60/75. Acesta a permis limitarea efortului axial normalizat în stâlpi, condiție esentială pentru asigurarea ductilității adecvate a acestor elemente. De asemenea, o parte din stâlpii perimetrali au fost realizați, la etajele inferioare, în sistem compozit oțel-beton (beton cu armătură rigidă).   Pentru a nu se produce variații bruște de rigiditate a stâlpilor pe înălțime s-a realizat reducerea progresivă a secțiunilor pofilelor de oțel înglobate, de la un etaj la altul. Parametrul determinant considerat la stabilirea secțiunilor pofilelor de oțel a fost forța axială din stâlpi cauzată de încărcările gravitaționale și seismice. Controlul forțelor axiale în stâlpi s-a făcut și prin armarea longitudinală judicioasă a grinzilor cadrelor perimetrale astfel încât să se limiteze forțele tăietoare asociate plastificării acestora din încovoiere. Soluția compozită oțel-beton s-a utilizat numai pentru stâlpii solicitați la forțe axiale mari și pentru o parte din grinzile de la mezanin. Nu s-au utilizat profile înglobate în pereții de beton și nici în grinzile și stâlpii de la etajele superioare.

În zona de acces în clădire, unde se află recepția generală, cerințele arhitecturale au impus realizarea unor deschideri mari la nivelul parterului. Această zonă de acces este situată între corpurile A și B în axul aliniat cu traiectoria tunelurilor de metrou. În timp ce, în etajele superioare deschiderile cadrului marginal sunt de 8,1 m, în parter s-a considerat necesară, din punct de vedere funcțional, realizarea unor deschideri de până la 12-14m. Ținând seama de forțele axiale mari din stâlpi la parter, pentru a nu perturba traseul de descărcare a forțelor axiale din stâlpi către infrastructură, prin rezemarea indirectă a stâlpilor din etaje pe grinzi de transfer, la nivelul mezaninului s-a optat pentru realizarea unor stâlpi înclinați în planul cadrului. Acest sistem este compatibil cu cerințele funcționale din parter, permite transferul direct al forțelor din stâlpi către infrastructură și nu a necesitat sporirea semnificativă a gabaritelor elementelor structurale în parter. Traiectoria verticală a stâlpilor din acest cadru perimetral este deviată pe o înălțime de aproximativ 10 m, pe înălțimea parterului și a mezaninului, în planul cadrului. Stâlpii înclinați și grinda care îi unește, în planul cadrului, au fost realizați compozit oțel-beton. Utilizarea unei soluții compozite pentru grinda cadrului de peste mezanin este justificată prin necesitatea de a echilibra componentele orizontale ale forțelor axiale din stâlpii înclinați. Conformația de ansamblu a structurii a permis utilizarea stâlpilor înclinați deoarece forțele tăietoare la nivelul parterului sunt preluate preponderent de pereții de beton din cele două nuclee iar momentele încovoietoare de ansamblu sunt echilibrate parțial cumulativ prin momentele din pereți și prin cuplul de forțe axiale care se dezvoltă în stâlpii cadrelor perimetrale. Astfel, aceștia sunt solicitați predominant la forțe axiale. Aceste forțe sunt cauzate de încărcările gravitaționale și de efectul indirect generat de acțiunea seismică orizontală. Din cauza înălțimii mari a acestor stâlpi, au fost luate măsuri speciale la execuție legate, în special, de turnarea betonului în cofraje înclinate.

Lobby-ul clădirii de birouri este organizat la nivelul parterului si mezaninului, parțial în zona aflată în interiorul corpului A, între nuclee și axul cu stâlpi înclinați și parțial în afara corpului A, în spațiul format între cele două clădiri A și B. Această zonă se acoperă cu un luminator de sticlă cu structură de rezistență metalică, având 12m deschidere liberă și 70m lungime. Structura metalică a luminatorului este alcătuită dintr-o rețea de grinzi transversale paralele, de tip „macaz” cu talpă inferioară întinsă, dispuse oblic față de axele celor două corpuri de clădire. Grinzile sunt conectate la un capăt de structura de beton armat a corpului A (stâlpi verticali, stâlpi înclinați sau grinzi, după caz) prin intermediul unor reazeme de tip articulat care permit o rotire limitată în orice direcție. Condiția de asigurare a rotirii în sistemele de prindere a fost impusă pentru a evita distorsiunea în afara planului a structurii luminatorului ca urmare a rotirii de ansamblu a structurii Corpului A sub acțiunea seismică. Efectul de șaibă este asigurat prin sistemul de contravântuiri orizontale de tip bară plină, din oțel S460, cu dispozitive individuale de întindere, conectat de rețeaua de grinzi. Pentru a permite deplasarea relativă dintre cele două corpuri sub acțiunea seismică, la celălalt capăt grinzile transversale s-au conectat de grinda longitudinală rezemată pe un set de dispozitive de izolare seismică de tip glisant – „sliding bearings”. Izolatorii sunt montați individual pe stâlpi metalici fixați rigid într-o rețea de grinzi de beton armat „întoarse” deasupra planșeului de peste parterul Corpului B. Cursa izolatorilor a fost dimensionată pentru a permite deplasările relative maxime pe orizontală ale celor două structuri, determinate pentru acțiunea seismica asociată stării limite ultime.

Soluția structurală pentru planșee a fost aleasă a astfel încât să se poată implementa un sistem de prefabricare a grinzilor secundare. Acestea au toate aceeași lungime, aceeași secțiune de beton și detalii de armare care se repetă. Proiectarea grinzilor secundare în soluție prefabricată a permis reducerea timpului de execuție a planșeelor față de soluția beton-monolit. Ținând seama de numărul mare de planșee asemenea, utilizarea prefabricării reduce, de asemenea, necesarul de manoperă și costurile totale de realizare a planșeelor. Totodată, soluția de planșeu cu grinzi secundare conduce la reducerea masei totale a structurii și implicit a forțelor orizontale de proiectare și a eforturilor de dimenionare a elementelor structurale și a  infrastructurii, inclusiv a piloților, cu efecte favorabile asupra costului total al investiției. Pentru a spori gradul de conlucrare a grinzilor prefabricate cu placa din beton realizată monolit, fară un spor semnificativ de armatură transversală, de-a lungul grinzilor au fost prevazute asperități sub forma unor praguri.

Pentru scurtarea perioadei necesare construirii infrastructurii, ținând seama de caracteristicile geotehnice ale terenului în amplasament și de conformația generală a infrastructurii, pentru corpul A, sprijinirea incintei de pereți mulați s-a realizat prin intermediul plăcii de peste subsolul 3. La realizarea subsolurilor s-a utilizat o adaptare a tehnologiei de execuție a  infrastructurilor de tip „top-down”. Placa de peste subsolul 3 cu grosimea de 40cm a fost realizată prin turnare directă pe teren, în excavație deschisă. Ulterior, excavația generală a continuat sub nivelul plăcii, până la cota inferioară a radierului, pe o adâncime de aproximativ 5 m. După începerea excavației de sub placă, aceasta a rezemat direct pe profile metalice înglobate în piloți și discontinuu pe pereții mulați perimetrali. Discontinuitatea a constat în realizarea unor zone nebetonate pentru a facilita  execuția pereților perimetrali de la subolul 3 și pentru a evita subturnari generalizate pe întreg perimetrul clădirii. În dreptul nucleelor de pereți care continuă în suprastructură s-au prevăzut goluri în placă  pentru a simplifica execuția pereților și a excavației. În zonele în care nu s-au realizat goluri în planșeu pentru realizarea peretilor de subsol, continuitatea barelor verticale din acești pereți s-a realizat prin intermediul unor bare înglobate în placă prevăzute la partea inferioară cu dispozitive mecanice de îmbinare. Placa de peste subsolul 3 a fost calculată pentru a ține seama de încărcările gravitaționale aplicate în timpul execuției, dar și de forțele din planul ei generate de preluarea împingerilor din pereții mulați perimetrali. S-a remarcat în planul plăcii prezența nu numai a eforturilor de compresiune, dar și a unor eforturi tangențiale importante cauzate de împingerile distribuite neuniform pe pereții mulați perimetrali.

  1. Concluzii

Bucharest One este o clădire înaltă cu structura alcătuită din două nuclee de beton cuplate, cadre de beton perimetrale, planșee de beton cu grinzi secundare prefabricate și placă turnată monolit, rigide și rezistente la acțiuni în planul lor. Structura clădirii Bucharest One a fost dimensionată de acțiunea seismică. Scopul principal al proiectării seismice a fost realizarea unei structuri cu răspuns ductil la acțiunea seismică, cu rigiditate și rezistență adecvată.  Proiectarea structurii a ridicat probleme specifice legate de înălțimea mare a clădirii, hazardul seismic din amplasament și învecinarea cu tunelurile de metrou. Aceste probleme au necesitat nu numai utilizarea unor metode de proiectare cu grad înalt de complexitate dar și considerarea unor tehnologii moderne de execuție și materiale de construcție cu caracteristici superioare.

Ținând seama de regimul mare de înălțime al clădirii, creșterea ritmului de execuție a constituit o prioritate. Utilizarea planșeului de peste subsolul 3 pentru realizarea sprijinirii temporare a pereților mulați și realizarea planșeelor în soluție mixtă monolit/prefabricat au condus la creșterea calității lucrărilor și sporirea ritmului de execuție.

Soluțiile structurale alese, prezentate în cadrul acestei lucrari, eficiente în preluarea tuturor tipurilor de solicitări (încărcări gravitaționale și forțe laterale din seism și vânt), au condus la atingerea unor consumuri optime de materiale pentru o clădire cu structura din beton armat cu regim mare de înălțime (120m), amplasată în municipiul București

Referinţe

  • Popa, V., Dragomir, M., Ursu, C., Coțofană, D., Dima, S., Oprișoreanu., V., 2015, BUCHAREST ONE – Soluția strucuturală a unei clădiri de birouri cu înălțimea de 120m, Asociația Inginerilor Constructori Proiectanți de Structuri, 1-2/2015
  • P100-1/2006. Cod de proiectare seismică. Prevederi de proiectare pentru clădiri
  • CR2 -1-1.1 (2005), Cod de proiectare a Constructiilor cu Pereti Structurali de Beton Armat, M.T.C.T

We are using cookies to give you the best experience on our website.
You can find out more about which cookies we are using or switch them off in settings.

Privacy Policy
  • Cookies Overview

    This website uses cookies so that we can provide you with the best user experience possible. Cookie information is stored in your browser and performs functions such as recognising you when you return to our website and helping our team to understand which sections of the website you find most interesting and useful. You can adjust all of your cookie settings by navigating the tabs on the left hand side.

  • Required Cookies

    Required Cookies should be enabled at all times so that we can save your preferences for cookie settings. If you disable these cookies, we will not be able to save your preferences. This means that every time you visit this website you will need to enable or disable cookies again.

  • Google Analytics

    This website uses Google Analytics to collect anonymous information such as the number of visitors to the site, and the most popular pages. Keeping this cookie enabled helps us to improve our website.