Проєкт офісної будівлі з моделюванням роботи каркасу

Abstract

У кваліфікаційній роботі магістра розглянуто проєктування 20-поверхової висотної офісної будівлі громадського призначення з металевим каркасом і монолітним залізобетонним ядром жорсткості. Актуальність теми зумовлена зростанням потреб у висотних офісних спорудах у великих містах, що дозволяють раціонально використовувати обмежені міські території та формувати сучасний архітектурний образ забудови. Підвищений рівень відповідальності таких об’єктів потребує застосування сучасних інженерних методів проєктування та аналізу. У роботі розроблено об’ємно-планувальні та архітектурно-будівельні рішення офісної будівлі круглої форми в плані з центральним ядром жорсткості, яке забезпечує просторову незмінність, ефективний розподіл навантажень і гнучкість планування внутрішніх приміщень. Обґрунтовано вибір конструктивної системи у вигляді рамно-зв’язкового сталевого каркаса, що працює спільно з монолітним ядром жорсткості. Визначено та зібрано постійні, тимчасові й особливі навантаження, зокрема вітрові, снігові та навантаження від гвинтокрила, передбаченого для експлуатації вертолітного майданчика на покрівлі будівлі. За допомогою методу скінченних елементів у програмному комплексі SCAD виконано просторове чисельне моделювання будівлі, проаналізовано напружено-деформований стан несучих елементів, перевірено міцність, жорсткість і стійкість колон, балок та зв’язкових елементів. Проведено інженерно-геологічну оцінку будівельного майданчика та виконано порівняльне проєктування фундаментів мілкого закладання і пальових фундаментів, що дозволило обґрунтувати доцільність вибору пальового фундаменту. Також у роботі розроблено заходи з охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих конструктивних рішень і результатів чисельного аналізу під час проєктування висотних офісних будівель.

The master’s qualification thesis focuses on the design of a 20-storey high-rise office building for public use with a steel frame and a monolithic reinforced concrete stiffness core. The relevance of the topic is determined by the growing demand for high-rise office buildings in large cities, which enable efficient use of limited urban areas and contribute to the formation of a modern architectural image of urban development. The increased responsibility level of such structures requires the application of advanced engineering design and analysis methods. The thesis presents space-planning and architectural solutions for a circular-plan office building with a central stiffness core that ensures spatial stability, efficient load distribution, and flexible interior planning. The choice of the structural system in the form of a steel frame braced system working jointly with a monolithic stiffness core is substantiated. Permanent, variable, and special loads are determined and collected, including wind, snow, and helicopter loads associated with the operation of a helipad on the building roof. Using the finite element method implemented in the SCAD software package, a three-dimensional numerical model of the building is developed. The stress–strain state of the load-bearing elements is analyzed, and the strength, stiffness, and stability of columns, beams, and bracing elements are verified. An engineering and geological assessment of the construction site is carried out, and a comparative design of shallow and pile foundations is performed, which justifies the selection of a pile foundation system. The thesis also includes occupational safety measures and provisions for emergency situations. The practical significance of the work lies in the applicability of the proposed structural solutions and numerical analysis results in the design of high-rise office buildings.