Obras Incriveis – Hancock’s Tilt Tower

Construções que desafiam a Engenharia.

Conheça a fantástica história de Revitalização do Observatório de Hancock

 

No início de 2013, Thornton Tomasetti (TT) em parceria com colegas de Montparnasse 56 (M56), haviam adquirido recentemente o observatório 94, um andar inteiro no icônico John Hancock Tower, em Chicago, com parte de um plano para modernizar e revitalizar a experiência para seus visitantes.

O plano da M56 envolveu a evacuação e modernização do espaço interior e a instalação de uma atração única, que adicionaria uma experiência de elemento de aventura para os hóspedes, o que fez do projeto um verdadeiro desafio a engenharia construtiva.

O conceito de clientes “inclinados” fora da laje da torre, foi lançado pela M56 como forma de proporcionar uma emoção única, aproveitando ao máximo a altura da Torre Hancock e das vistas espetaculares de Chicago.

Estrutura Metalica - Construções Incriveis

Foto 1- Vista 180º Chicago

Desafios

Projetar e construir um muro de cortina exterior com inclinação fixa não é uma tarefa fácil, de modo que levar esse conceito para o próximo nível e desenvolver uma parede exterior operável, com a capacidade de segurar os clientes do observatório foi um desafio pra lá de complexo.

Um esqueleto de parede em aço foi desenvolvido para fornecer um sistema robusto e durável que seria capaz de funcionar 7 dias por semana.

Uma armação de aço proporcionaria excelente resistência à fadiga e ductilidade dos elementos, bem como um caminho de carga claro. Integrados a armação de aço, foram usados componentes de vidro estrutural 100% transparentes.

O sistema de atuação motorizado também era uma parte importante na carga da estrutura, portanto, os testes de prova de carga estática em escala completa, foram feitos nos atuadores para garantir a capacidade de carregamento prevista em projeto.

Ergonomia e experiência exigiram muita atenção dos desenvolvedores, para testar os conceitos de emoção e conforto.

Para este desafio, a TT fabricou uma maquete em escala completa de uma única baía da inclinação. Esta maquete foi utilizada examinando as experiências de uma amostragem aleatória de pessoal TT e M56 para avaliar o conforto dos perfis de geometria, trilhos de mão verticais, ângulo de inclinação, velocidade e inclinação.

O desafio final foi muito importante  para manter a integridade da arquitetura mundialmente famosa, que também foi cuidadosamente abordado ao projetar a geometria da estrutura inclinada para imitar a expressão de parede exterior existente.

Mecanismo e Componentes

Foto 2- A Inclinação

O sistema de inclinação é uma estrutura mecanizada de aço e vidro que é composta por três componentes principais:

  • Estrutura em L de aço tridimensional
  • Plataforma de aço rígido na base
  • Sistema de atuação de sobrecarga

A estrutura de estrutura de aço 3-D da inclinação é de  +- 8,0 mts x 2,5 metros de altura e pode acomodar até oito clientes por vez, sendo um em cada módulo.

A geometria deste quadro se encaixa em uma baía completa da Torre Hancock e pode girar 30 graus para fora da face exterior da torre.

Um ângulo de 30 graus estava determinado a ser um ponto em que a maioria dos clientes teria seu centro de gravidade fora da face exterior da torre, mantendo uma altura clara e razoável, pois esta altura é controlada pela folga rotacional do sistema hidráulico e a estrutura existente do edifício.

As juntas de rotação estão localizadas em três pontos ao longo da base da estrutura em L e são constituídas por rolamentos esféricos com parafusos de manga oca temperados, conforme norma AISI 4140, cada um contendo um parafuso de alta resistência interno ASTM A320 L7, para redundância. Esses três locais servem como ancoragem do quadro rotacional para a plataforma de aço rígida na base rígida.

Foto 3- Juntas rotacionais de PTFE e pinos redundantes.

Os atuadores hidráulicos, com furos de 4 polegadas de diâmetro e hastes de 2,5 polegadas de diâmetro, estão localizados em três posições aéreas e estão alinhados em plano com os três pontos de rotação “L” inferiores.

Esses atuadores são capazes de resistir forças acima de 5.500 kgf  e são controlados digitalmente com a capacidade de serem programados para diferentes perfis de movimento e velocidades de empurrar-puxar.

Um sistema de bombeamento hidráulico foi instalado no espaço mecânico da área do núcleo da torre, que serve para alimentar o sistema de atuação inclinado.

As paradas de extremidade superior incluídas em placas de aço e batentes de borracha foram montadas na parte inferior do feixe de espátula existente para evitar a sobre rotação da estrutura em L. Essas paradas estão envolvidas por armaduras de aço, que são soldadas ao topo da moldura em L, contatando-as se o quadro rote além de 30 graus.

Com a natureza cíclica do mecanismo de inclinação, foi realizada uma análise detalhada da fadiga utilizando abordagens de design AISC e abordagens de design de fadiga ASME. Os requisitos especiais de detalhamento e teste para conexões soldadas e seus metais comuns também foram desenvolvidos para estarem de acordo com os requisitos de detalhamento crítico de fratura da AISC e requisitos AWS D1.1 para “estruturas carregadas ciclicamente”.

Programa de Teste de Túnel de Vento.

Foto 4- Teste Inclinação

A uma altura de 315 mts acima do nível, as cargas de vento reais para o projeto de inclinação seriam muito maiores do que as exigidas pelo Código de Construção de Chicago e são muito influenciadas pela topografia de construção alta envolvente. O Laboratório de Túnel de Vento Lateral Limite da Universidade de Oeste de Ontário foi contratado para resolver esta questão e realizar um teste de Integração de Pressão de Alta Frequência (HFPI) a uma escala de 1: 200 do topo da Torre Hancock, com a Abertura Aberta e fechado.

Essas cargas foram então utilizadas para o projeto da estrutura de aço da estrutural inclinada, sistema de atuação e elementos de vidro estrutural. Os dados das condições do clima e vento também foram utilizados para entender melhor as velocidades de vento operacionais diárias e semanais e as correspondentes pressões do vento.

Foto 5 – Maquete Teste

Vidro estrutural.

Foto 5.1 – Vidro Estrutural

 

Os elementos de vidro são montagens de painéis de vidro temperados de 3/8 “de espessura com camadas internas de laminado DuPont SentryGlas.

Os elementos dianteiros são compostos por três painéis de vidro e duas camadas internas laminadas, e os elementos laterais e superiores são compostos por dois painéis de vidro e uma camada interna laminada.

O design dessas montagens baseou-se nos resultados das pressões do vento do teste do túnel de vento e considerando o conjunto do painel de vidro como “Passeio de vidro” de acordo com a norma ASTM E2751-11.

Todos os painéis são continuamente suportados ao longo de suas bordas e foram analisados ​​tanto em SJ MEPLA quanto em ABAQUS para avaliar seu desempenho.

As análises dos elementos finitos indicaram que apenas dois painéis de vidro de 3/8 polegadas de espessura com uma única camada interna do SentryGlas eram necessários para os elementos principais dianteiros; Contudo,

Programa de Inspeção e Manutenção.

Foto 6-  Montagem e Manutenção Preventiva

Como a estrutura é uma máquina, além de ser uma estrutura, um programa de inspeção trimestral regular exigido foi desenvolvido para as conexões de aço e implementado pela M56.

Cada trimestre, as conexões de componentes e membros são inspecionadas e mantidas, conforme necessário, para garantir que a condição da inclinação esteja em conformidade com a intenção de projeto original.

Todas as inspeções realizadas pelo M56 são realizadas de acordo com os requisitos AISC, AWS e ASTM para estruturas carregadas cíclicas.

A experiência de inclinação.

Foto 7- A experiência

O sistema é um mecanismo de aço e vidro estrutural compreensível, robusto e regularmente mantido que vem oferecendo aos proprietários e seus visitantes, uma experiência segura, única e emocionante na muito querida John Hancock Tower.▪

Equipe de projeto

Proprietário: Montparnasse 56 EUA
Engenheiro estrutural: Thornton Tomasetti

Artigo original: Magazine Strucure-11989

 

Introdução

Os projetos estruturais que tratam da resistência ao fogo são baseados no fato de que as altas temperaturas decorrentes de um incêndio reduzem a resistência mecânica e a rigidez dos elementos estruturais da edificação, e, adicionalmente, promovem expansões térmicas diferenciais, podendo levar a estrutura ao colapso.

Neste sentido, pode-se considerar que as preocupações de segurança contra incêndio em uma edificação se referem a três objetivos fundamentais, que são, por ordem decrescente de importância:

  1. A proteção das vidas dos ocupantes do edifício, bem como dos bombeiros que nele tenham de atuar em caso de sinistro;
  1. A proteção dos bens existentes no edifício e das atividades que se desenvolvem no mesmo; A proteção do próprio edifício contra danos de incêndios que possam se deflagrar nele ou em edifícios vizinhos.
  1. A segurança em caso de incêndio depende, principalmente, das condições de evacuação das pessoas e das condições para se evitar a propagação de fumos e gases, que são as causas principais das perdas de vidas humanas. As falhas estruturais têm importância muito menor neste aspecto, e somente tem caráter relevante quando podem ocasionar problemas para a evacuação das pessoas.

Quando um incêndio é deflagrado num edifício, a sua ação se faz sentir diretamente nos elementos estruturais que constituem o compartimento de incêndio e, indiretamente, em zonas mais ou menos afastadas deste.

Toda a estrutura do edifício encontra-se sob a ação do peso próprio e sobrecargas de forma que, no início do incêndio, a mesma está submetida a um certo estado inicial de tensão e, portanto, a um determinado estado de deformação. A este estado inicial de tensão vem sobrepor-se um novo estado de tensão, resultante do aquecimento diferencial a que os elementos estruturais ficam submetidos.

De fato, os vários elementos constituintes da estrutura de um edifício encontram-se mais ou menos rigidamente interligados e, quando alguns deles são mais aquecidos do que outros, as respectivas dilatações térmicas são restringidas, dando origem a um novo estado de tensão, variável no tempo, à medida que o incêndio se desenvolve. A sobreposição, deste estado de tensão com o estado de tensão inicial, dá origem a um estado de deformação, que é também variável no tempo.

 


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