Трубка (структура)

В строительном проектировании труба представляет собой систему, в которой для противодействия боковым нагрузкам (ветровым, сейсмическим, ударным) здание спроектировано так, чтобы действовать как полый цилиндр, консольный перпендикулярно земле. Эту систему представил Фазлур Рахман Хан в архитектурной фирме Skidmore, Owings & Merrill (SOM) в их офисе в Чикаго. ^[1] Первым примером использования трубки является 43-этажный жилой дом ДеВитт-Честнат, спроектированный Ханом и впоследствии переименованный в Plaza on DeWitt в Чикаго , штат Иллинойс , построенный в 1966 году. ^[2]

Система может быть построена с использованием стали , бетона или композитной конструкции (дискретное использование как стали, так и бетона). Его можно использовать для офисных , многоквартирных и многофункциональных зданий. Большинство зданий высотой более 40 этажей, построенных с 1960-х годов, относятся к этому конструктивному типу.

Концепция

Концепция системы труб основана на идее, что здание можно спроектировать так, чтобы оно выдерживало боковые нагрузки, если спроектировать его в виде полой консоли , перпендикулярной земле. В простейшем исполнении трубы внешний периметр состоит из близко расположенных колонн, которые связаны между собой глубокими перемычками посредством моментных связей. Эта совокупность колонн и балок образует жесткий каркас, который представляет собой плотную и прочную структурную стену снаружи здания. ^[3]

Этот внешний каркас спроектирован достаточно прочным, чтобы противостоять всем боковым нагрузкам на здание, что позволяет легко создать внутреннюю часть здания, выдерживающую гравитационные нагрузки. Внутренние колонны сравнительно немногочисленны и расположены в центре. Расстояние между внешним и основным каркасом перекрыто балками или фермами и может быть без колонн. Это максимизирует эффективность трубы по периметру за счет передачи на нее части гравитационных нагрузок внутри конструкции и увеличивает ее способность противостоять опрокидыванию за счет боковых нагрузок.

История

появилась новая конструктивная система из каркасных труб К 1963 году в проектировании и строительстве небоскребов . Фазлур Рахман Хан , инженер-строитель из Бангладеш (тогда называвшийся Восточным Пакистаном ), работавший в Skidmore, Owings & Merrill , определил рамную трубчатую конструкцию как «трехмерную пространственную конструкцию, состоящую из трех, четырех или, возможно, большего количества рам, скрепленных рам, или стены, работающие на сдвиг, соединенные по краям или рядом с ними, образуя вертикальную трубчатую структурную систему, способную противостоять боковым силам в любом направлении путем консольного отталкивания от фундамента». ^[4] Близко расположенные соединенные между собой внешние колонны образуют трубу. Боковые или горизонтальные нагрузки (ветровые, сейсмические, ударные) воспринимаются конструкцией в целом. Около половины внешней поверхности отведено под окна. Каркасные трубы требуют меньше внутренних колонн и, таким образом, обеспечивают больше полезной площади. Там, где необходимы проемы большего размера, такие как гаражные ворота, трубчатая рама должна быть прервана с использованием передаточных балок для сохранения структурной целостности.

Концепция трубки Хана была вдохновлена его родным городом в Дакке , Бангладеш. В его родном городе не было зданий выше трех этажей. Он также не видел свой первый небоскреб лично до тех пор, пока ему не исполнился 21 год, и он не заходил в среднеэтажное здание, пока не переехал в Соединенные Штаты для учебы в аспирантуре. Несмотря на это, окружающая среда его родного города в Дакке позже повлияла на его концепцию строительства труб, вдохновленную бамбуком, выросшим вокруг Дакки. Он обнаружил, что полая трубка, подобная бамбуку в Дакке, придает высотным зданиям вертикальную прочность. ^[5]

Первым зданием, в котором была применена конструкция трубчатого каркаса, был жилой дом ДеВитт-Честнат, который спроектировал Хан и который был завершен в Чикаго к 1963 году. ^[6] Это заложило основу для трубчатого структурного проектирования многих более поздних небоскребов, включая его собственный Центр Джона Хэнкока и Сирс-Тауэр , а также строительство Всемирного торгового центра , башен Петронас , здания Цзинь Мао и большинства других высоких небоскребов с 1960-х годов. , включая самое высокое здание в мире по состоянию на 2020 год. ^[update], Бурдж Халифа . ^[7]

Варианты

С самого начала труба менялась в соответствии с различными структурными потребностями.

В рамке

Это самое простое воплощение трубки. Он может иметь различные формы плана этажа, включая квадратную, прямоугольную, круглую и произвольную форму. Этот дизайн был впервые использован в жилом доме ДеВитт-Каштан в Чикаго, спроектированном Ханом и завершенном в 1965 году, но наиболее яркими примерами являются Центр Аон и оригинальные башни Всемирного торгового центра .

Связанные или скрепленные

Ферменная труба, также называемая связанной трубой , похожа на простую трубу, но со сравнительно меньшим количеством внешних колонн и более удаленными друг от друга. Стальные связи или бетонные стены, работающие на сдвиг, устанавливаются вдоль наружных стен, чтобы компенсировать меньшее количество колонн путем их связывания. Наиболее яркими примерами использования стальных распорок являются Центр Джона Хэнкока , Центр Citigroup и Башня Банка Китая .

Корпус и ядро

Эти конструкции имеют внутреннюю трубу внутри конструкции, удерживающую лифт и другие службы, а также другую трубу снаружи. Большую часть гравитационных и боковых нагрузок обычно воспринимает внешняя труба из-за ее большей прочности. В 50-этажном офисном здании с бетонным каркасом на Третьей авеню, 780 на Манхэттене в качестве креплений используются бетонные стены, работающие на сдвиг, и смещенное от центра ядро, позволяющее создать интерьер без колонн. ^[8]

В комплекте

Вместо одной трубы здание состоит из нескольких труб, связанных вместе для сопротивления боковым силам. Такие здания имеют внутренние колонны по периметру труб, когда они попадают в ограждающую конструкцию здания. Известные примеры включают Уиллис-Тауэр , Одна великолепная миля и Ньюпорт-Тауэр .

Помимо эффективности с точки зрения конструкции и экономики, объединенные трубы были «новаторскими в своем потенциале для универсального оформления архитектурного пространства. Эффективные башни больше не должны были быть коробчатыми; трубчатые блоки могли принимать различные формы и соединяться друг с другом в различных вариантах». виды группировок». ^[9] Конструкция из связанных труб означала, что «[здания] могли стать скульптурой». ^[10]

Гибридный

Гибриды включают в себя различные категории конструкций, в которых используется основная концепция трубки и дополняется другими структурными опорами. Этот метод используется, когда здание настолько тонкое, что одна система не может обеспечить достаточную прочность или жесткость.

Конкретный

Последними крупными зданиями, спроектированными Ханом, были « Одна великолепная миля» и «Онтери-центр» в Чикаго, в которых использовались его конструкции системы связок труб и ферменных труб соответственно. В отличие от его более ранних зданий, которые были в основном стальными, два последних здания были бетонными. Его более раннее здание DeWitt-Chestnut Apartments , построенное в 1963 году в Чикаго, также представляло собой бетонное здание трубчатой конструкции. ^[7] Башня Трампа в Нью-Йорке также является еще одним примером адаптации этой системы. ^[11]

Решетчатые башни

Некоторые решетчатые башни имеют элементы из стальных труб, например, мачта Варшавской радиосвязи с оттяжками или отдельно стоящие башни 3803 км .

Диаграмма

Ссылки

^ Вайнгардт, Ричард (2005). Инженерные легенды . Публикации ASCE . п. 76. ИСБН 978-0-7844-0801-8 .
^ Бидл, Линн С.; Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (1986). Достижения в высотных зданиях . Компания Ван Ностранд Рейнхольд. п. 149. ИСБН 978-0-442-21599-6 .
^ Али, Мир М.; Мун, Кён Сон (2007). «Структурные изменения в высотных зданиях: текущие тенденции и перспективы на будущее». Обзор архитектурной науки . 50 (3): 205–223. CiteSeerX 10.1.1.469.893 . дои : 10.3763/asre.2007.5027 . S2CID 30307648 .
^ «Эволюция бетонных небоскребов» . Архивировано из оригинала 5 июня 2007 г. Проверено 14 мая 2007 г.
^ Грин, Ник (28 июня 2016 г.). «Человек, который спас небоскреб» . Ментальная нить . Атавист . Проверено 22 сентября 2019 г.
^ Свенсон, Альфред; Чанг, Пао-Чи (2008). «Строительство зданий» . Британская энциклопедия . Проверено 9 декабря 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б Али, Мир М. (2001). «Эволюция бетонных небоскребов: от Ингаллса до Цзинь Мао» . Электронный журнал строительной техники . 1 (1): 2–14. дои : 10.56748/ejse.1111 . S2CID 251690475 . Проверено 30 ноября 2008 г.
^ «780 Третья Авеню» . Эмпорис . Архивировано из оригинала 27 июля 2015 года.
^ Хок, Рашимул (2012). «Хан, Фазлур Рахман1» . В исламе Сираджуль ; Джамал, Ахмед А. (ред.). Банглапедия: Национальная энциклопедия Бангладеш (второе изд.). Азиатское общество Бангладеш .
^ Стивен Бэйли (5 января 2010 г.). «Бурдж Дубай: новая вершина тщеславия» . «Дейли телеграф» . Проверено 26 февраля 2010 г.
^ Сейнук, Израиль А.; Кантор, Ирвин Г. (март 1984 г.). «Башня Трампа: бетон удовлетворяет архитектурным, дизайнерским и строительным требованиям» . Бетон Интернэшнл . 6 (3): 59–62. ISSN 0162-4075 .

[1] Вайнгардт, Ричард (2005). Инженерные легенды . Публикации ASCE . п. 76. ИСБН 978-0-7844-0801-8 .

[2] Бидл, Линн С.; Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (1986). Достижения в высотных зданиях . Компания Ван Ностранд Рейнхольд. п. 149. ИСБН 978-0-442-21599-6 .

[AliStruct-3] Али, Мир М.; Мун, Кён Сон (2007). «Структурные изменения в высотных зданиях: текущие тенденции и перспективы на будущее». Обзор архитектурной науки . 50 (3): 205–223. CiteSeerX 10.1.1.469.893 . дои : 10.3763/asre.2007.5027 . S2CID 30307648 .

[4] «Эволюция бетонных небоскребов» . Архивировано из оригинала 5 июня 2007 г. Проверено 14 мая 2007 г.

[5] Грин, Ник (28 июня 2016 г.). «Человек, который спас небоскреб» . Ментальная нить . Атавист . Проверено 22 сентября 2019 г.

[6] Свенсон, Альфред; Чанг, Пао-Чи (2008). «Строительство зданий» . Британская энциклопедия . Проверено 9 декабря 2008 г.

[Ali-7] Jump up to: ^а ^б Али, Мир М. (2001). «Эволюция бетонных небоскребов: от Ингаллса до Цзинь Мао» . Электронный журнал строительной техники . 1 (1): 2–14. дои : 10.56748/ejse.1111 . S2CID 251690475 . Проверено 30 ноября 2008 г.

[thirdav-8] «780 Третья Авеню» . Эмпорис . Архивировано из оригинала 27 июля 2015 года.

[Banglapedia-9] Хок, Рашимул (2012). «Хан, Фазлур Рахман1» . В исламе Сираджуль ; Джамал, Ахмед А. (ред.). Банглапедия: Национальная энциклопедия Бангладеш (второе изд.). Азиатское общество Бангладеш .

[Bayley-10] Стивен Бэйли (5 января 2010 г.). «Бурдж Дубай: новая вершина тщеславия» . «Дейли телеграф» . Проверено 26 февраля 2010 г.

[11] Сейнук, Израиль А.; Кантор, Ирвин Г. (март 1984 г.). «Башня Трампа: бетон удовлетворяет архитектурным, дизайнерским и строительным требованиям» . Бетон Интернэшнл . 6 (3): 59–62. ISSN 0162-4075 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]