برج 73 طبقه‌ای Wilshire Grand

Grand که در مرکز شهر لوس‌آنجلس واقع است دارای 73 طبقه با کاربری اداری و اقامتی (هتل) است که دورتادور آن بالکن می‌باشد. برج اصلی دارای 900 اتاق مهمان، ft^2 400,000 فضای اداری و رستوران‌های مختلف و فضاهای اجاره‌ای می‌باشد. بالای سازه دارای رستوران‌ها، بارها و لابی مشرف به افق هست. بالکن‌های محیطی این سازه با هدف به‌کارگیری فضاهای کناری، دارای رستوران‌ها و فضاهای اجاره‌ای اضافی است. این پروژه گواهینامه‌ی نقره‌ای LEED را در زمینه آگاه به محیط‌زیست کسب کرده است. این سازه‌ی جدید، مجاور ایستگاه مترو خیابان 7ام می‌باشد ؛ جایی که نقطه‌ی اتصال به سیستم قطار شهری لوس‌آنجلس است.
مقاله‌ای که اساس سازه را تشریح می‌کند در مجله‌ی STRUCTURE، چاپ ماه دسامبر 2014 موجود است. در فوریه 2015، ساخت دیوار هسته‌ای بتنی از نصب قاب فولادی، 19 طبقه جلوتر بود. در زمان نشر این مقاله، دیوار هسته‌ای تا طبقه‌ی 56 ساخته شده است و ساخت سازه‌ی فولادی تا طبقه‌ی 45 صورت گرفته است. برنامه‌ی مراحل ساخت، فاکتوری بسیار مهم است که در طراحی سازه‌های بلند در نظر گرفته می‌شود.
سازه‌ی این برج در طبقات پایین (طبقه 28 تا 31)، طبقات میانی (طبقه 53 تا 59) و در طبقات بالایی (طبقات 70 الی 73) قاب مهاربندی شده‌ی کمانش‌تاب (BRB) می‌باشد. همچنین این سازه در دو سه طبقه در بخش‌های محیطی دارای خرپاهای تسمه‌ای بلند به‌ویژه در قاب‌های طبقات بالایی و پایینی است. این خرپاهای تسمه‌ای به افزایش سختی کششی، توزیع هر چه یکنواخت‌تر بارهای قائم در بخش محیطیِ سازه کمک کرده و باعث اعمال مقاومت مازاد بر احتیاج در سیستم مقاوم در برابر بار ثقلی می‌شود.
انتخاب سیستم سازه
سازه‌های بلند در ناحیه‌های لرزه‌خیز نیازمند این است که بین ملاحظات طراحی در برابر نیروی باد و زلزله توازن ایجاد کنیم. در زمان انتخاب نوع سیستم سازه‌ای Wilshire Grand، سازه هم باید به حد کافی صلب در نظر گرفته می‌شد تا تحت بارهای باد سطح سرویس، آسایش کافی را ایجاد می‌کرد و هم بیشتر سخت در نظر گرفته نمی‌شد که بارهای لرزه‌ای را افزایش می‌داد. به همین دلیل طراحی سازه نتیجه‌ی ایجاد تعادل بین سختی، مقاومت و جرم بود.
در اوایل مرحله طراحی، تیم سازه‌ای 4 نوع سیستم مقاوم در برابر بار جانبی (با انواع مختلف سیستم‌های حامل بار قائم) را مطالعه کردند و این سیستم‌ها را از نظر هزینه و ارزیابی به پیمانکار ارائه دادند:
قاب‌های مهاربندی شده در بخش هسته
دیوارهای برشی فولادی
دیوارهای هسته‌ای بتنی
دیوارهای هسته‌ای بتنی با مهارهای بازویی و خرپاهای تسمه‌ای
سیستم جانبی شامل دیوار هسته‌ای بتنی با مهارهای بازویی و خرپاهای تسمه‌ای بهترین گزینه انتخاب گردید؛ چرا که این سیستم سختی جانبی کافی جهت برآوردسازی بهره‌برداری در مقابل باد بدون نیاز به میراگر جرمی را مهیا می‌ساخت.
سیستم حامل بارهای قائم در داخل دیوار هسته‌ای، متشکل از دال‌ها وتیرهای بتنی می‌باشد تا با چالش برنامه زمانی تطابق داشته باشد. ستون‌های قوطی پر شده با بتن (جهت ایجاد صلبیت بیشتر) و تیرها و شاه‌تیرهای فولادی به همراه بتن کم وزن روی عرشه‌ی فولادی، بیرون دیوار هسته‌ای را در بر گرفته‌اند.

شکل1: برش عرضی سازه

انتخاب BRB
دیوار هسته‌ای سازه در راستای عرضی دارای ft 30 عرض و ft 1000 ارتفاع است (شکل 1). استفاده از سیستم مهاری بازویی اجازه می‌دهد تا بارهای واژگون کننده‌ در راستای عرضی توسط جفت‌نیرویی بین ستون‌های محیطی تحمل گردد؛ که مقاومت و سختی واژگونی سازه را افزایش می‌دهد. استفاده از BRBها، به تیم طراحی اجازه می‌دهد تا مهارها را لاغر طراحی کنند. بعلاوه BRBها محدودیت‌های قابل پیش‌بینی نیروهای اتصالات و اعضا را مهیا می‌سازد.
در اوایل مرحله طراحی، تیم سازه‌ استفاده از المان‌های مهاری متعارف را به عنوان بخشی از سیستم مهاری بازویی بررسی کردند. ابعاد چنین مهارهای متعارفی به خاطر کمانش فشاری، نسبت به آنچه که برای نیروهای کششی لازم بود؛ بزرگ از آب در می‌آمد. که این باعث می‌شد اتصالات مهاربند به همان اندازه بزرگ شود و تقاضای کششی پی و ستون‌های مهارهای بازویی افزایش یابد.
بنابراین، BRB به شرط اینکه مساحت مهارها براساس ظرفیت کششی باشد؛ انتخاب شد چونکه اساساً BRBها به همان اندازه دارای ظرفیت محوری در راستای دیگر (فشاری) نیز می‌باشند. که این باعث می‌شود اتصالات ستون‌‌های مهار‌بازویی با دیوار هسته‌ای تقاضای کمی داشته باشد و همچنین باعث کاهش نیروهای وارده بر ستون‌های مهار بازویی می‌شود. BRBها به صورت فیوزی برای نیروهای لرزه‌ای جانبی و نیروهای قائم باد بکار می‌روند.
در این سازه 170BRB وجود دارد که در 3 موقعیت ارتفاعی به صورت زیر قرار داده شده‌اند:
مهارهای بازویی پایینی- 10 BRB به صورت «جفت-جفت» (2×2)، kip 2200، از طبقه 28 تا 31 (جمعاً 40BRB)
مهارهای بازویی میانی- 10 قاب BRB به صورت تکی در 6 طبقه (53ام تا 59ام) که هر کدام BRBی kip 800 می‌باشد. (جمعاً 120 BRB)
مهارهای بازویی بالایی- 10 BRBی تکی kip 2200 از طبقه 70ام تا 73ام (جمعاً 10 BRB)

شکل2: مهارهای بازویی پایینی با BRBهای جفت-جفت

BRBهای مهارهای بازویی پایینی
BRBهای مهارهای بازویی پایینی (شکل 2) و بالایی به کمک صفحات فولادی جای‌گذاری شده به دیوار هسته‌ای متصل می‌شوند. گل‌میخ های برشی و نیم‌کوپلرها به پشت صفحات جای‌گذاری شده جوش می‌شوند تا تقاضاهای نیرویی مورد نیاز را ایفا سازند. صفحات جای‌گذاری شده فولادی تا inch 4 ضخامت و ft 34 ارتفاع دارند (شکل 3). گاست پلیت‌ها به ورق‌های جای‌گذاری شده جوش می‌شوند تا BRBهای جفت-جفت را با اتصالات جفت مفصلی بگیرند (شکل 4).

شکل 3: صفحه پایینی جای‌گذاری شده

شکل 4: مدل FEA اتصال در هسته

پیمانکار به دلیل ارتفاع صفحات جای‌گذاری شده، پیشنهاد اضافه نمودن صفحه back bone را داد تا نصب صفحه‌ی جای‌گذاری شده به صورت واحدی مستقل، از محل ساخت میسر گردد. صفحات back bone به پیمانکار این اجازه را می‌دهد تا با حذف نیاز جوشکاری صفحات مختلف به همدیگر در کارگاه جهت مهیاسازی ارتفاع لازم، از برنامه‌ی ساخت پیشی گیرد (شکل 5). حساسیت بتن به گرمای جوشکاریِ گاست پلیت‌ها باعث می‌شود تا از جوشکاری روباره‌ی الکتریکی با تلورانسinch 8/3± جهت کنترل افقی صفحه جایگذاری شده، استفاده گردد.

شکل 5: مدل Tekla اتصال هسته

شرکت SIE از مدل المان محدود برای تحلیل و تایید طراحی اتصالات گاست پلیت‌های مهار بازویی پایینی به دیوار هسته‌ای و ستون‌های قوطی استفاده نمود(شکل 6).

شکل 6: BRBها و گاست پلیت‌های نصب شده

BRBهای میانی
یکی از چالش‌های طراحی مهارهای بازویی میانی نیاز به تطبیق دادن «شکاف» بزرگ شاه‌تیرهای مهار بازویی مجاور دیوار هسته‌ای با وسایل مکانیکی، الکتریکی و شاغولی است. به دلیل ارتفاع کم 11 فوتی کف تا کف، در طبقات هتل، شکاف‌ها inch 6 نیاز دارند تا مسیری به داکت، لوله‌ها و کانال‌ها مهیا سازند. در این موقعیت‌ها شاه‌تیرهای مهارهای بازویی، المان‌های سنگینِ W33 می‌باشند که به صفحه‌ی جای‌گذاری شده به کمک پین و گاست‌پلیت متصل شده است. هر یک از شاه‌تیرها با صفحاتی جهت تامین مقاومت لازم در هر شکاف تقویت شده‌اند. شکل 7 جزئیات شماتیک اتصال شاه‌تیرِ W33 به دیوار هسته‌ای را نشان می‌دهد.

شکل 7: اتصال شاه‌تیر مهار بازویی میانی به صفحه جای‌گذاری شده

BRBهای مهار بازویی بالایی
بعد از کامل شدن سازه، کوتاه شدگی الاستیک فولاد به غیر از بخشی که به بارهای زنده ساکنین مربوط می‌شود؛ کامل خواهد شد. به دلیل ضخامت دیوارهای هسته‌ای بتنی، حدود 50 سال طول خواهد کشید تا 75% انقباض بتن رخ دهد. با انقباض دیوار هسته‌ای و رخ دادن خزش، BRBها به کشش می‌افتند.

شکل : BRBهای مهار بازویی بالایی

BRBهای مهابازویی بالایی (شکل 8) مهارهای تکی kip 2200 می‌باشند که به جابجایی جزئی بین انقباض، خزش و کوتاه شدگی الاستیک دیوار هسته‌ای و کوتاه‌شدگی الاستیک ستون‌های قوطی حساس‌اند. تیم سازه‌ای مطالعه‌ای گسترده جهت تخمین خزش و انقباض مورد انتظار در دیوار هسته‌ای، انجام دادند. این فعالیت شامل آزمایش یک ساله‌ی خزش و انقباض مخلوطِ بتن واقعیِ استفاده شده در سازه‌ی هسته می‌باشد. جهت کاهش بار انتقالی زیاد ناشی از جابجایی‌های جزئی سازه، BRBها با نیروی پیش‌فشاری kip 1000 باربرداری می‌شوند. این نیروی پیش‌فشاری در BRBها، نیروی کششی موقتی را در ستون‌های قوطی بیرونی ایجاد خواهد کرد. با گذشت زمان که دیوار هسته‌ای دچار خزش و انقباض می‌شود؛ BRBها از حالت فشاری به کششی تبدیل می‌شوند و در همین حال ستون‌های قوطی بیرونی، از کششی به حالت فشاری منتقل می‌گردند.
نتایج
سازه‌ی فولادی این ساختمان، اساساً حوالی ماه مارس 2016 تکمیل خواهد شد. تاریخ پیش‌بینی شده برای افتتاح هتل و بخش اداری، 3 ماهه اول سال 2017 می‌باشد. استفاده از BRBها، مقاومت و سختی مورد نیاز در راستای عرضی جهت تامین آسایش ساکنین در اثر وزیدن باد،کنترل دریفت ناشی از باد و زلزله و کرنش سازگار با خزش و انقباض بتن را مهیا می‌سازد.

ترجمه شده توسط تیم خبری 808 

منبع:+