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技术支持中心案例研究劳雷尔里滕豪斯广场项目的行走柱
劳雷尔里滕豪斯广场项目的行走柱
ConcreteReinforced concreteACI (USA)Detail 2D

劳雷尔里滕豪斯广场项目的行走柱

费城 | IMEG

行走柱在工程设计上面临重大挑战,目前尚无成熟的 ACI 318 方法论可供指导。IMEG 通过费城劳雷尔里滕豪斯广场等项目,在这一专业领域积累了丰富经验——行走柱在四个楼层内逐步转移荷载,既保护了历史建筑,又支撑起上方 40 余层的结构。

本文也提供以下语言版本
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

关于游走柱

游走柱是指在楼层之间不垂直对齐的结构柱,即上层柱并不直接位于下层柱的正上方。柱子在若干楼层之间"游走"或水平偏移。这种渐进式过渡能够更均匀地分配荷载,而非一次性转移。

IMEG 拥有丰富的结构工程经验,长期处于复杂项目设计与实施解决方案的前沿。其专业能力不仅体现在高知名度项目的工程实践中,也体现在通过行业讲座积极分享知识的承诺上。认识到先进分析工具的必要性,IMEG 于四年前将 IDEA StatiCa 解决方案融入其工作流程,从而以更高的精度和效率应对复杂结构设计挑战。

Walking Columns – A Proposed Design Methodology October 20, 2021, Presented by: Clifford Schwinger, PE\textsf{\textit{\footnotesize{Walking Columns – A Proposed Design Methodology October 20, 2021, Presented by: Clifford Schwinger, PE}}}Walking Columns – A Proposed Design Methodology October 20, 2021, Presented by: Clifford Schwinger, PE

理论与实践

好莱坞的 Seminole Hard Rock Hotel & Casino、温哥华的 Vancouver House,以及费城的 The Laurel Rittenhouse Square,它们有何共同之处?均通过 IMEG 工程师采用游走柱设计克服了工程挑战。

Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino\textsf{\textit{\footnotesize{Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino}}}Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino

Seminole Hard Rock Hotel 和 Vancouver House 项目中使用游走柱和斜柱主要是出于建筑造型的考量,而在 The Laurel Rittenhouse Square 项目中,游走柱则用于向西扩展上部楼层,同时保留基座处的历史建筑。这是 IMEG 近期完成的一个项目。 

The Laurel Rittenhouse Square 是一栋 50 层、建筑面积 583,000 平方英尺的超豪华住宅塔楼,也是费城最高的住宅建筑。该项目由 Solomon Cordwell Buenz 设计,The Harman Group(现为 IMEG)负责结构工程,包含 65 套共管公寓、184 套公寓,以及一个设有零售和餐饮空间的三层裙楼。 

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The Laurel Rittenhouse Square in Philadelphia\textsf{\textit{\footnotesize{The Laurel Rittenhouse Square in Philadelphia}}}The Laurel Rittenhouse Square in Philadelphia

该项目的关键结构挑战在于保留相邻的三层历史建筑,同时最大化楼层面积。为此,工程师采用游走柱方案,在四个楼层内逐步偏移承重柱,以支撑上部 40 余层结构。 

工程挑战

目前,ACI 318 尚无针对游走柱设计的成熟方法。因此,结构工程师主要依据基本结构工程原理和工程经验进行设计。这具有一定难度,因为游走柱可能存在特殊工况。然而,游走柱属于不连续区域,因此应按规范对此类区域的规定进行设计——即拉压杆方法(SaT),尽管 ACI 并未明确提及游走柱。因此,需要资深工程师综合考量计算中涉及的所有输入条件。拉压杆方法依赖于初始假定,若假定有误,则可能无法准确反映实际情况,工程经验至关重要。

解决方案与成果

IMEG 采用 IDEA StatiCa Detail 与 ACI 318-14 拉压杆手算结果进行对比分析。这一方法对于验证关键结构行为、确保符合工程最佳实践至关重要。

IDEA StatiCa Detail 在评估多楼层间荷载传递、分析柱偏移对楼层产生的侧向力影响,以及识别瓶形压杆引起的潜在劈裂拉力区域等方面发挥了关键作用。这些分析结果对于优化设计方案、降低结构风险不可或缺。

Hand calculation of walking column\textsf{\textit{\footnotesize{Hand calculation of walking column}}}Hand calculation of walking column

该软件通过对应力分布和力的相互作用进行更精细的分析,提升了复杂工况下工程决策的可靠性。

Model and results of walking column in IDEA StatiCa Detail\textsf{\textit{\footnotesize{Model and results of walking column in IDEA StatiCa Detail}}}Model and results of walking column in IDEA StatiCa Detail

自 2021 年 1 月起,IMEG 费城办公室已将 IDEA StatiCa 软件融入工作流程,用于分析非标准结构构件,并为复杂建筑挑战提供解决方案。

IDEA StatiCa Detail 采用非线性 CSFM(协调应力场法),为不连续区域(D 区)的分析提供解决方案。该方法使工程师能够深入理解结构的实际受力行为,包括混凝土构件中的荷载分布规律、应力集中情况及钢筋需求。 

虽然 IDEA StatiCa 是一款功能强大的工具,但它不能替代工程判断。其使用需要熟悉 ACI 规范和拉压杆方法的经验丰富的工程师,并需要高级工程师的监督,以确保对结果的准确解读。

Todd R. Campbell, P.E.

Todd R. Campbell, P.E.

副主任/质量保证经理 – IMEG

美国

结论

游走柱代表着一类独特的结构挑战,需要审慎对待。IMEG 在该领域展现了卓越的专业能力,运用先进方法和 IDEA StatiCa 等工具对其他方法进行验证。通过在 The Laurel Rittenhouse Square 等高知名度项目中成功应用游走柱,IMEG 充分展示了工程创新如何克服建筑与结构障碍。 

随着行业的持续发展,游走柱的应用将日趋成熟,先进软件解决方案将在确保设计安全高效方面发挥关键作用。

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