Technical-scientific seminar on Analysis and design of tall building structures University of Patras 16 May 2014 – h. 11:00-18:00 ISOZAKI TOWER (CITYLIFE COMPLEX): A NEW OFFICE BUILDING IN MILAN (2010-2014) Structural Designer and Design Supervisor: Prof. Franco Mola ECSD Srl Staff: C. Segato, G. Stefopoulos, C. Pozzuoli ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano Ph. +390273954653 Fax. +390270008547 www.ecsd.it mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN • • • • • • • • • Height: H=202m, P00-P50, 219m total height from the foundation to the top 50 floor + 3 basement floors Plan Dimensions: (22x60)m Use: offices Bracing system: concrete cores with a middle steel belt-truss and a top concrete belt-truss. Floors: concrete slab, thickness = 20cm with lowered beams, height = 50cm Columns: n° 5+5 external + n°4 internal; composite steel-concrete section in the lower floors, concrete section in the higher floors Foudation: piled-raft [raft: h=(2.53)m; A=1’700m2; 62 Bored piles: D=(1.21.5)m, L=33m] Materials: • Concrete: • Foundation slab: C32/40 SCC; • Core and floors: C40/50; • Composite concrete-steel columns: C70/85; • R.c. columns: C70/85, C50/60 and C40/50; • Top belt truss: C60/75 S5 (fiber reinforced) • Rebar steel: B450C • Steel: S355 J2/K2 UNI EN 10025-2 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN N°2 r.c. top belt trusses (C60/75 fiber reinforced SCC) N°2 middle steel belt trusses (S355) ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: BELT TRUSSES DESIGN ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: COSTRUCTION STAGES Floor 26: (end of October 2013) ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS 5 nights road transportation from Friuli to Milan (roughly 400km) Pre-assembled welded trusses, Completely pre-welded in the production site Length: 36m - Height: 5m - Weight: about 150t ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: BELT TRUSS (CONNECTING COLUMNS) Composite r.c. and steel columns at floors P23-P24 and P25-P26 to connect the steel belt trusses to the reinforced concrete columns below and above ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS Steel elements with connecting bars: the elements are installed in the formwork for the r.c. concrete walls prior to casting, in order to connect the diagonal elements of the steel belt truss ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS Friction joint (designed for ULS) with 96 screwed bars M30 cl.10.9 D=40mm bars (vert.) Connecting plates for diagonal steel elements (1+1) Dywidag bars D=26mm/20cm D=30mm transverse bars connected to plates ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: CORE Holes for Dywidag D=47mm (friction joint P24-P25) Transverse single strands P22-P23 P23-P24 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS Steel belt truss before lifting ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Tilting and lifting system ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS Pre-welded portion of the truss (between floors P24 and P25), maximum dimensions allowed for road transportation, to which the diagonal bracing elements are welded on site. The diagonal elements are then connected to the core at floors P23-P24 and P25-P26. prior to lifting, the plates to connect the truss to the perimeter composite r.c.-steel columns were also welded on site. The total weight of the truss before lifting was 200 t per beam End plate (100mm thick); friction joint to the cores, by means of Dywidag bars, D=47mm ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: R.C. BELT TRUSS ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS CONFRONTO ABBASSAMENTI RELATIVI (t = 30000 gg) 250 225 P05-NUCLEO BT ACCIAIO P06-P05 BT ACCIAIO 200 Quota [m] 175 P07-P06 BT ACCIAIO 150 P05-NUCLEO SOLUZIONE IBRIDA P06-P05 SOLUZIONE IBRIDA P07-P06 SOLUZIONE IBRIDA P05-NUCLEO BT CALCESTRUZZO P06-P05 BT CALCESTRUZZO P07-P06 BT CALCESTRUZZO 125 100 75 50 25 0 0 2 4 6 8 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it 10 12 u [mm] 14 16 18 ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Vertical displacements at midspan of the belttrusses ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Modello Elastico, 30000gg 190 190 190 190 180 180 180 180 170 170 170 170 160 160 160 160 150 150 150 150 120 110 100 90 80 70 60 -0.0200 -0.0100 P05 P06 P07 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 50 50 50 40 40 40 40 30 30 30 30 20 20 20 20 10 10 10 10 0 0.0000 -0.0400 -0.0300 -0.0200 -0.0100 0 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Abbassamenti assoluti [m] Nucleo 140 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 130 -0.0300 Modello Visco - Elastico, 30000gg 200 140 -0.0400 Modello Visco - Elastico, Fine Costruzione 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Modello Elastico, Fine Costruzione Colonna Interna Nucleo P05 P06 P07 0 -0.0600 -0.0500 -0.0400 -0.0300 -0.0200 -0.0100 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Colonna Interna Nucleo P05 P06 P07 -0.0800 -0.0600 -0.0400 -0.0200 0 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Colonna Interna ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Nucleo P05 P06 P07 Colonna Interna ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS -0.0080 Modello Elastico, 30000 190 190 190 190 180 180 180 180 170 170 170 170 160 160 160 160 150 150 150 150 120 110 100 90 80 70 60 -0.0020 P06 - P05 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 50 50 50 40 40 40 40 30 30 30 30 20 20 20 20 10 10 10 10 0 0.0000 Abbassamenti relativi [m] P05 - Nucleo 140 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 130 -0.0040 Modello Visco - Elastico, 30000 200 140 -0.0060 Modello Visco - Elastico, Fine Costruzione 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Modello Elastico, Fine Costruzione 0.0020 -0.0080 -0.0060 -0.0040 -0.0020 0 0.0000 Abbassamenti relativi [m] P07 - P06 P05 - Nucleo P06 - P05 0.0020 -0.0150 -0.0100 -0.0050 0 0.0000 Abbassamenti relativi [m] P07 - P06 P05 - Nucleo P06 - P05 0.0050 -0.0150 -0.0100 -0.0050 0 0.0000 Abbassamenti relativi [m] P07 - P06 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it P05 - Nucleo P06 - P05 P07 - P06 0.0050 ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS 200 190 190 190 190 180 180 180 180 170 170 170 170 160 160 160 160 150 150 150 150 120 110 100 90 80 70 60 -0.0030 -0.0020 -0.0010 P05 P06 P07 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 50 50 50 40 40 40 40 30 30 30 30 20 20 20 20 10 10 10 10 0 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Nucleo 140 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 130 -0.0040 Effetto del Ritiro, Modello Elastico, 30000 200 140 -0.0050 Effetto del Ritiro, Modello Elastico, Fine Costruzione Effetto del Ritiro, Modello Elastico, 30000gg Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Effetto del Ritiro, Modello Elastico, Fine Costruzione 0 -0.0600 -0.0500 -0.0400 -0.0300 -0.0200 -0.0100 0.0000 Nucleo P05 P06 P07 -0.0003 0 0.0000 0.0003 0.0005 Abbassamenti relativi [m] Abbassamenti assoluti [m] Colonna Interna -0.0005 Colonna Interna P05 - Nucleo P06 - P05 0.0008 -0.0020 0 0.0000 0.0020 0.0040 Abbassamenti relativi [m] P07 - P06 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it P05 - Nucleo P06 - P05 P07 - P06 0.0060 ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Effetto del Ritiro, Colonna Interna, Fine Costruzione 190 190 190 190 180 180 180 180 170 170 170 170 160 160 160 160 150 150 150 150 120 110 100 90 80 70 60 -0.0030 -0.0020 -0.0010 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 50 50 50 40 40 40 40 30 30 30 30 20 20 20 20 10 10 10 10 0 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Modello Visco - Elastico 140 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] 200 130 -0.0040 Effetto del Ritiro, Colonna Interna, 30000gg 200 140 -0.0050 Effetto del Ritiro, Nucleo, 30000gg 200 Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Sviluppo altimetrico dell'edificio [m] Effetto del Ritiro, Nucleo, Fine Costruzione Modello Elastico 0 -0.0030 -0.0025 -0.0020 -0.0015 -0.0010 -0.0005 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Modello Visco - Elastico Modello Elastico 0 -0.0600 -0.0500 -0.0400 -0.0300 -0.0200 -0.0100 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Modello Visco - Elastico Modello Elastico ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it -0.0500 -0.0400 -0.0300 -0.0200 -0.0100 0 0.0000 Abbassamenti assoluti [m] Modello Visco - Elastico Modello Elastico ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Ritiro 0 1 10 100 1000 10000 -0.0001 εsh -0.0002 -0.0003 -0.0004 Colonnna Tipica Esterna Colonnna Tipica Interna Nuclei -0.0005 -0.0006 Travi Cintura in c.a Tempo [gg] ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it 100000 1000000 ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Modello ViscoElastico: G+0.3Q Spostamenti verticali Modello Elastico: G+0.3Q Spostamenti verticali Modello Visco-Elastico: Ritiro, spostamenti orizzontali ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Modello Visco-Elastico: Ritiro, spostamenti verticali ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Diagonale Superiore 6'000 4'000 2'000 Azione Assiale N [kN] 0 -2'000 -4'000 -6'000 -8'000 -10'000 -12'000 -14'000 -16'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Sezione BT 2 0 -1'000 -2'000 Azione Assiale N [kN] -3'000 -4'000 -5'000 -6'000 -7'000 -8'000 -9'000 -10'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica Diagonale Inferiore 0 -1'000 Azione Assiale N [kN] -2'000 -3'000 -4'000 -5'000 -6'000 -7'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano –Effetto www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS BT Superiore in CLS 3'000 2'000 Azione Assiale N [kN] 1'000 0 -1'000 -2'000 -3'000 -4'000 -5'000 -6'000 200 2'000 Modellazione Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Elastica 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Visco - Elastica BT Superiore in CLS 200 2'000 20'000 -20'000 -10'000 -5'000 0 5'000 10'000 15'000 Modellazione Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Elastica Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Visco - Elastica BT Superiore in CLS 200 2'000 -20'000 -15'000 Sollecitazioni Flettenti [kNm] Sollecitazioni Flettenti [kNm] -15'000 -10'000 -5'000 0 5'000 10'000 15'000 Modellazione Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Elastica Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro - Modellazione Visco - Elastica ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it 20'000 ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Piano P22, Colonna Interna 0 Azione Assiale N [kN] -5'000 -10'000 -15'000 -20'000 -25'000 -30'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica Piano P22, Colonna Esterna (P07) 2'000 -2'000 -4'000 -6'000 -8'000 -10'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica Piano P22, Nucleo 20'000 0 Azione Assiale N [kN] Azione Assiale N [kN] 0 -20'000 -40'000 -60'000 -80'000 -100'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano –Modellazione www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS Piano P47, Colonna Interna 0 -500 Azione Assiale N [kN] -1'000 -1'500 -2'000 -2'500 -3'000 -3'500 -4'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica Piano P47, Colonna Esterna (P07) 500 -500 -1'000 -1'500 -2'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Modellazione Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica Piano P47, Nucleo 2'000 0 -2'000 -4'000 Azione Assiale N [kN] Azione Assiale N [kN] 0 -6'000 -8'000 -10'000 -12'000 -14'000 -16'000 -18'000 200 2'000 20'000 Tempo dall'inizio della costruzione [gg] Elastica Modellazione Visco-Elastica Effetto del Ritiro, Modellazione Elastica ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano –Modellazione www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it OTHER WIND ISSUES FOR THE STRUCTURAL DESIGN OF ISOZAKI TOWER Wind loads for the structure Floor-by-floor concentrated loads applicable to each floor level for a static analysis design check of the structural system were given in the wind tunnel report. However, conservatively, loads estimated by Italian CNR DT 207 2008 instructions were used and applied to the model. They consists in three loads components at each floor, Fx, Fy, Tz Longitunal loads, Fx Lateral loads, Fy Torsional loads ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it OTHER WIND ISSUES FOR THE STRUCTURAL DESIGN OF ISOZAKI TOWER WIND TUNNEL TESTS OF THE BUTRESSES In order to assess the aeroelastic behaviour of the butresses, sectional model wind tunnel tests were carried out. To avoid the onset o aeroelastic instabilities the Scruton numer has to be larger than 12. Assuming the value of 0.25 % for the structural damping, it is decided to fill the tubes with concrete with density 2400 kg/m³. The screens must have a permeability of at least 50% and holes of the permeable sheet with a diameter not less Wind tunnel model in the test section of the Wind Tunnel of Politecnico di Milano than 30mm. Sectional model - NO SCREENS Sectional model – POROUS SCREENS Sectional model – SOLID SCREENS ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it OTHER WIND ISSUES FOR THE STRUCTURAL DESIGN OF ISOZAKI TOWER ONSET OF GALLOPING INSTABILITY FROM EC1 FEM model of one buttress of the Isozaki Tower ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it OTHER WIND ISSUES FOR THE STRUCTURAL DESIGN OF ISOZAKI TOWER ONSET OF GALLOPING INSTABILITY Buttress with empty tubes Buttress with tubes filled with concrete me,1 [kg/m] Filled tubes Empty tubes 3118 1684 ξ 0.002 Sc1 19.3 10.4 nL [Hz] 2.21 2.61 aG [Tab. P.II] vG,1 [m/s] vm,l [m/s] 4.5 34.19: OK 21.8: NO! 31 ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it WIND LOAD EFFECTS 1 - Tr=100 years; ξ = 1% str. 2 - Tr=50 years; ξ = (1,1,1)% 3 - Tr=50 years; ξ = (1.5,10,9)% ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it WIND AND EARTHQUAKE EFFECTS ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it ELASTIC SPECTRUM ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: info@ecsd.it
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