它不是经常容易。但这并没有阻止一个勇敢的冒险家与盛行风结构实践首次动态转变摩天大楼工程,至少承诺改进的高楼的弹性和可持续性降低成本。第一个概念验证激进的技术,称为绩效风设计,激起一场风暴的乐观高楼爱好者致力于推进“真正的”不“食谱”工程。他们预测,在未来10到15年,全世界高层PBWD将成为常态。

PBWD被誉为“变革”的结构工程师首映的方法在671英尺高的项目在奥斯汀。“PBWD的第一个实现一个真正的项目是一个重要的一步行业展示这项技术的可行性和效益,”肖恩·p·克利夫顿说,高级主要Magnusson Klemencic Associates (MKA),这部小说结构工程师销售策略的codevelopers奥斯汀塔,自今年1月以来在建设中。

PBWD是“未来”塔400英尺或更高,克利夫顿补充道。鼓励其他高层设计者可以追随它的脚步,58-story西六街321号的团队工作是分享其经验教训。

这项技术是显式的严格评估乘员舒适的性能目标,使用可靠性和安全性。与建立了基于性能的抗震设计(PBSD)高层建筑,风工程方法最大限度地减少材料和减少碳足迹比一个食谱的设计。

561000平方英尺的建筑,与停车底部顶部办公楼和住宅塔(渲染,左),一个相对简单的几何形状,使它适合第一个PBWD高层。
呈现由韩德尔建筑师/ Neoscape

PBWD还可以增加可出租的空间或缩小建筑的足迹。和它有可能减少的数量基础材料和缩短施工进度。

作为第一个例子,奥斯汀是故意保守的设计。克利夫顿预测储蓄的两倍或更多在未来。进一步珩磨技术可以减少碳排放12%或更大的使用结构优化不挖掘体现材料的碳含量。这一切都取决于建筑,其位置和PBWD的微调。

奥斯汀561000平方英尺塔,PBWD钢筋混凝土结构的成本减少了5%,减少了6%的碳,与传统的设计相比MKA并行执行,以防PBWD没有锅。

打开工程自由

“虽然有些人可能会说,基于性能的抗震设计,风火设计和结构设计是最重要的结构工程的发展在过去的世纪,我相信最重要的发展是今天的勇气和坚韧的结构工程师风险超出建筑规范的条条框框的限制。的声音基础科学和物理学和恢复工程的首要原则,全新一代更有弹性和可持续建筑即将来临。这确实是一个令人兴奋的时间处理这些新的自由我们已经解开了!”

Ron Klemencic 2018位卓越奖新利18备用的赢家

工程师预测PBWD将在10到15年,取代的设计和静态风洞设计高楼大厦,由于prestandard第一PBWD结构在奥斯汀。
图片由MKA。
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基于性能的结构风设计的外观是没有不同于规范的设计。无论如何,奥斯丁塔将钢筋混凝土肢与稳定支撑核心,周边列(蓝色)。
图片由MKA。
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核心的技术减少混凝土的体积1800立方码的剪力墙,占总数的5%,混凝土体积。它还剃6。核心墙”3英尺厚。PBWD削减350吨或10%,钢筋和125吨或250%,嵌入式钢梁的核心,它将只包含50吨。

MKA希望奥斯汀的例子将触发一个趋势。竞争对手选择跟随其不仅会提供“更高效的设计他们的客户,他们将大幅减少碳,体现“Ron Klemencic MKA董事长兼首席执行官说。他也是2018位卓越奖得主为激励协同研发新利18备用推进的时代建筑质量、安全性和速度,作为主任查尔斯Pankow建筑研究基金会(ENR 4/19-16/18 34页)。

早在零碳是在地平线上,PB Klemencic设计是重要的。”的商业实现PBWD在返回下一个主要里程碑结构工程实践科学、物理学和数学,而不是盲目地遵循规范的代码需求,”他说。

Klemencic预测,十年来,PBWD将照顾地区高层建筑的标准高风的需求。对建筑环境的影响比PBSD将十倍或更多,他说。

病毒Patel,为结构设计总监沃尔特·P·摩尔(WPM)和奥斯丁塔的结构同行审查,认为PBWD将“工程高层建筑的标准方式10至15年。”

计算模拟显示了风流动放缓在它接近的建筑(绿色和蓝色线),在角落里流得越快(红色和黄色)和背后的湍流尾流建筑。
图形礼貌CPP

挑战依然存在

挑战依然存在,但是有潜力改善流程和“绝对得救,”帕特尔说。“第一次有一个学习曲线,”他补充道。

奥斯汀的例子就不会获得牵引要不是大楼的开发商。在投球,MKA估计减少了5%到10%的成本结构材料。但是没有先例,没有任何储蓄的保证。

“我们认为回报是值得的风险,”大卫·诺尔说瑞安因为房地产的副总裁。,奥斯丁的总承包商的工作伙伴和铁狮门尔。

MKA众所周知铁狮门尔,研发了工程师在旧金山第一PBSD的建筑。在奥斯汀,“我们很高兴”,结果又会下降PBWD路径,高级主管辛西娅·鲍登说铁狮门尔的设计及建设集团。

尔只会考虑有一个警告:铁狮门PBWD MKA或其平等和相同的风工程顾问和同行评审。

尔和瑞安拒绝提供开发或铁狮门在奥斯汀项目建设成本,尽管他们说薄芯墙建筑的足迹减少了1英尺,它保存在包层。新利18备用官网登录

开发人员也认为PBWD可能削减计划,因为有更少的材料。但只有开挖完成,它还为时过早。他们会知道之前分阶段基本完工将于2024年底和2025年初。

MKA结构的并行的设计自己的硬币。但即使没有费用,成本溢价PBWD以来努力的大一个量级。

PBWD需要更多的时间进行分析,更深入的风洞测试结构和风设计同行审查。有大量的数据筛选,以确保满足验收标准,需要很长时间来执行分析。

奥斯汀市中心的典范,321年西六街,到目前为止,唯一PBWD塔在CPP的风洞测试。
照片由CPP

不过,技术超过支付本身,MKA说。即使在奥斯汀塔,建设成本降低十倍增加设计费用,克利夫顿说。

的建筑师,塔栈停车底部甲板上堆着一个办公大楼紧随其后的是一套公寓部分top-also支持PBWD架构的好处。“真的有些东西是拥抱,”詹姆斯说鳕鱼,韩德尔的主要建筑师、塔的设计师。“没有理由害怕,“尤其是MKA这样的公司,他补充说。“使用创新的工程师给了我们更多的机会去做创新架构。”

布兰登·汤森德architect-of-record主体,页面,与MKA和城市建设官员说,审批程序非常成功,页面和MKA追求PBWD奥斯汀750英尺高的项目。

321年西六街不仅是第一个PBWD塔批准和在建;这是第一高楼设计、批准和允许根据性能化风设计Prestandard的戒律,由美国土木工程师协会出版的结构工程研究所(ASCE-SEI) 2019年,在Pankow基金会的支持下,MKA基金会和其他团体。

PBWD的概念并不新鲜,但prestandard首次提出了一种格式,结构工程师和建筑官员可以遵循,约翰·基尔帕特里克说prestandard委员会成员在RWDI和实践领域领先的风力工程集团。

RWDI是奥斯汀的同行审查的工作风专家,CPP风工程顾问。prestandard允许“只为风气候分析如果使用统计技术批准,”罗伊·丹顿补充道,CPP的高级本金和委员会成员。

文档是很重要的,帕特尔补充道,prestandard同行审查。否则,“很多工程师可以滥用”这一过程中,他说。

而不是重新发明轮子

的创造者,而不是重新发明轮子prestandard使用的模板的ASCE-SEI高楼PB抗震设计标准。

大约25年前,开始MKA执行首次PBSD塔没有任何指导或标准。“不管怎样,我们刚刚开始做,“Klemencic说。

没有一个公认的方法论,PBSD的先驱是受到评论家和谨慎的建筑官员在加州。“很多人都留下了眼泪在未知的同行评审,流程和技术,”Klemencic说。“这是困难的。”

审查和批准过程大大改善第一个指导方针后大约十几年前,编写基于知识从第一手经验和实验室测试的结果在地震荷载作用下结构成员。今天,PBSD正常值的高层建筑在世界各地。

“见证第一手PBSD的戏剧性的积极影响,PBWD将有一个更大的和更广泛的影响,“Klemencic说。

早年的苦难PBSD通知MKA截然相反的策略启动PBWD:“避免流血,”Klemencic说,通过同行评议者的社区和竞争对手写的方法提前执行的项目。新利18备用网址

因此,没有一个现实的例子或任何研究主题,MKA走近陈纯讨论参与其已经建立风能委员会为其设计荷载标准,叫陈纯7。风工程师和审稿人奥斯汀项目,加上MKA风和地震的主题专家,都有一只手在编写或审核prestandard。

事后看来,奥斯丁项目在MKA带,Klemencic遗憾他PBWD“前后颠倒”战略。没有了例子,prestandard包含不清楚规则,比需要更多的限制,他说。他担心很难修改在任何实质性的接触。

指导方针主要是写在普通钢筋混凝土结构,剪力墙核心抵抗横向负载,类似于奥斯丁的建筑。设计的自由在于其他侧系统,例如steel-braced核心和框架,Klemencic说。

“性能化设计的本质已经侵蚀,”Klemencic补充道。“PBWD今天只不过是加强规范的设计使用一组不同的规则”。

华盛顿州立大学的研究,如对钢筋连接梁(上图)和加州大学洛杉矶分校的钢筋混凝土环梁(下图),将推进PBWD。
照片(上图)由Christopher争议/华盛顿州立大学;照片(下图),萨曼阿卜杜拉/加州大学洛杉矶分校

定义期望的结果

在PBWD,工程师定义期望的结果或成就,考虑到生命安全,舒适和建筑性能。然后,他们展示的设计满足期望的结果。

”而不是施加一个力和位移计算,从那里我们目标的一个可接受的水平位移和计算力,压力,压力,“Klemencic解释道。占大部分的材料节省肢侧系统的核心。

prestandard指导工程师的结果阐述了主要设计创新风的阻力。包括风设计的非线性动态分析,有限的不适应性在指定元素的主要风阻力系统,系统的性能标准建设和增强设计标准信封。

非弹性行为一直是公认的方法在抗震设计PBSD-but不是风的设计。PBWD,分析非弹性行为更加复杂,因为暴风雨会持续几个小时。地震只持续10到30秒。

但在背离了说明性的风需求,PBWD使用非线性响应历史分析来评估非弹性行为而不是线性弹性分析来评估,或反弹,行为。

例如,在两个最严重的加载情况下,这是一个暴风雨可能发生每隔700年或1700年,PBWD允许一些可接受的非线性响应,或永久变形、钢筋或钢结构由于建筑物位移或漂移。小数量的收益率并不以任何方式危及生命安全,MKA说。

PBWD涉及实际应用动态风荷载,而不是规定静态负荷的建筑模型在风洞中,提供一个更现实的风下的建设的行为。“它允许成员能够适应非弹性行为限制,“WPM的帕特尔说。

prestandard正确实现,免费的,导致建筑能够实现风力陈纯7中指定的性能目标,并在许多情况下,性能优越,根据第3期。

奥斯丁塔团队不仅是pre-standard后,建议改进基于其经验。初秋的预计1.1版本。标准可能是在2025年,台湾说。

prestandard概述了一个过程是有用的在奥斯汀的审查和批准。该组织四次会晤在设计阶段审查:1)设计的基础;2)风洞测试和风荷载建议;3)初始计量、计算机建模和初步设计;4)非弹性建模和设计。

几乎是愉快的合作

prestandard的要求设计阶段engineer-reviewer合作是“几乎愉快,”RWDI的基尔帕特里克说,经常有争议的过程,相比通常踢在一成不变的设计之后,当变化更困难。

奥斯汀同行评审会议期间,有很多的辩论和讨论,但问题得到了解决,基尔帕特里克说。“如果我们能得到两个风能顾问同意,每个人都感觉更好。”

PBWD prestandard提供了三种方法。奥斯汀项目,MKA选第一个,这是最简单的。

PBWD和并行设计看起来没有什么不同。钢筋混凝土剪力墙的侧阻力系统包括放置在电梯和消防疏散楼梯,补充了一个单层混凝土墙悬臂梁系统,连接周边列,塔的高度大约三分之二。

楼板在公寓后张。在办公室地板和停车后张梁和板的水平。周边列斜率之间的礼仪水平越细长的住宅大楼和更广泛的办公大楼。两个停车场路基底部水平混凝土钻轴为石灰岩。

MKA在奥斯汀的克利夫顿推动PBWD结构,因为它相对简单。“我们看到好处更复杂的结构,但添加一个水平的复杂性”工程,他说。

MKA在2021年初开始在奥斯丁塔,三年之后就开始做一些内部PBWD的研究。

2021年4月,“MKA举手,走我们的利益和风险缓解”新方法,瑞恩的诺尔说。

只有开挖完成后,开发人员说这是过早会有施工进度与PBWD相关的储蓄。
由瑞安因为照片。

最大的风险

一个很大的未知是结构性评审是否会延迟页面的汤森称之为“非常积极”设计schedule-nine几个月,而不是一个更舒适的生活。但评审没有采取任何超过评论之前提交的高楼大厦,根据城市的官员。

2021年5月,在方案设计中,MKA伸出到城市并邀请其发展服务部门的成员。(DSD)参加最初的同行评审开始会议。

城市建筑规范的批准下的结构部分,允许替代材料、设计和施工的方法和设备,以及在代码的分析部分,它允许一个理性的结构分析,考虑平衡,一般稳定性、几何兼容性和短期和长期的材料属性,按照完善的力学原理。

作为PBWD的条件,从同行评议者请求批准信,确认外侧设计过程一般符合土木的建议和PB设计指南。

正在进行的设计和同行评审团队之间的协作,配合定期签入城市,使得城市的结构性评论者有“一个具体项目设计流程的熟悉和了解程度”不是典型的其他项目和相关计划评审,根据DSD。新利18备用网址

这座城市还表示“高度鼓励”设计团队考虑PBWD和任何其他PB设计”进行有管辖权的当地的建筑/官方权威早期和确认任何合规要求他们可能的替代方法。”

超越同行评审,PBWD需要不同的和更深入的风洞测试提供更具体的风力数据设计工程师。

传统上,在风洞试验,应用等效静态载荷的结构,而不是动态加载。在prestandard,只有框架规定。设计本身可以相当流体”一旦你了解以非线性的方式,“RWDI基尔帕特里克说。

prestandard允许特定站点wind-climate分析如果批准使用统计技术。风荷载时间历程中使用PBWD看某些元素的非线性行为。

奥斯丁塔是第一个建筑经历这个过程在CPP风洞。RWDI尚未PBWD塔的隧道。公司都不知道其他在建PBWD塔。

第3期7 - 10是奥斯汀的管理标准,但设计团队获准使用第3期7 - 16 700年复发风速、108英里,115英里每小时。“就更难获得许可是一个规范的设计,“CPP的丹顿说。

有一个优势降低风速。“如果有一个风速减少10%,有20%的减少压力,”他补充道。

PBWD的开发人员有信心,但“有兴趣看建筑的表现如何,如果你可以告诉不同或漂移的影响,“铁狮门尔的鲍登说。

作为回应,MKA说设计目标包括乘员舒适1年期和10年期的风出现;经营业绩为10年风和连续占用700年的风。

从第一个PBWD努力包括需要更好地管理大量的数据生成,定制软件和功能强大的电脑。MKA最初的连续分析持续了一个月,这威胁到设计时间表。更快的电脑购买削减三分之一到一半的时间。

MKA说需要更多的研究来确定非线性响应应该允许梁钢筋在不同类型的链接。测试的结果将揭示更好的详细描述,包括行为在风荷载下的钢筋连接梁和梁与钢嵌入链接。

Klemencic兴奋地看到PB设计成熟,设想时的混合三个PB approaches-seismic,风能和PB结构防火设计,在一定程度上消除需要应用耐火结构steel-provides更好的建筑。

他说,“PB设计为研究开辟了广泛的机会,开发、设计和实现导致一个更好的,更安全、更有弹性和更低碳的未来。”