Clădirile cu destinația de birouri reprezintă principala componentă a pieței imobiliare care, pe fondul unui deficit al spațiilor disponibile și a unei cereri excedentare în perioada 2005-2008, au atras cea mai mare parte a investițiilor din acest domeniu. Principalul obiectiv al investitorilor din domeniul imobiliar și în special al clădirilor de birouri este acela de a maximiza marja de profit. Una din metodele prin care se poate realiza o investiție profitabilă este aceea de a reduce costurile realizării acesteia. Ținând cont de seismicitatea severă la care este expus orașul București, experiența a arătat că din costul total al unei clădiri de birouri structura de rezistență poate reprezenta până la 30% și chiar peste, ceea ce face ca o soluție tehnico-economică bine studiată a structurii să fie  o componentă importantă a rentabilității unei clădiri de birouri. În cadrul studiilor efectuate pe mai multe clădiri s-a constatat că soluția optimă pentru clădirile înalte în București este aceea de a combina avantajele oferite de către betonul armat și oțelul laminat ca materiale de construcție. Se obține astfel o structură  în care aportul principal la asigurarea rigidității structurii și la preluarea forțelor seismice este asigurat de către pereții de beton armat (eventual BAR), în timp ce sarcinile gravitaționale sunt preluate preponderent prin intermediul sistemelor de planșee compozite ușoare și transferate elementelor verticale compozite sau metalice. Un exemplu de astfel de clădire executată recent în București este reprezentat de către cele două turnuri din cadrul ansamblului de imobile de birouri “CITY GATE”.

Aportul costului structurii de rezistență la valoarea totală a unei investiții care vizează realizarea unui imobil cu destinația de birouri are o importanță însemnată, în București în special și în zonele seismice, în general.

Apare necesitatea ca prin sistemele structurale alese să se ajungă la o conformare și alcătuire optimă a structurii de rezistență, obținând astfel prețul minim ce trebuie plătit de către investitor pentru această componentă vitală a unui imobil în condițiile menținerii unui nivel de siguranță ridicat. Pe fondul diminuării ofertei de terenuri în interiorul orașului și a prețului ridicat al acestora a apărut nevoia de a realiza clădiri de birouri tot mai înalte.

Numărul mare de niveluri supraterane generează probleme speciale privind sistemul de fundare mai ales în terenul aluvionar cu portanță redusă sau medie pe care este situat orașul București. Ca și proiectant ești pus în fața a două variante de realizare a unei clădiri înalte fie cu structură de beton armat, cu o greutate mare a acesteia, ce trebuie transmisă terenului de fundare, fie o structură metalică, cu o greutate mai mică decât cea a structurii de beton, dar cu un preț mai ridicat. Aici intervine priceperea și experiența inginerului proiectant de structuri în a găsi un echilibru între greutatea sporită a unei structuri de beton armat și prețul ridicat al oțelului laminat.

În cadrul unei structuri mixte, beton armat – oțel laminat, aportul principal la asigurarea rigidității structurii și la preluarea forțelor seismice este asigurat de către pereții de beton armat, în timp ce sarcinile gravitaționale sunt preluate preponderent prin intermediul sistemelor de planșee compozite ușoare și transferate stâlpilor care la rândul lor pot fi fie compoziți fie in oțel laminat

Prezentul articol prezintă avantajele sistemului structural mixt pereți de beton armat și cadre compozite pentru clădirile de birouri multietajate cu regim de înălțime de peste 15 etaje.

În continuare vom prezenta modul de alcătuire și tehnologii de execuție pentru un obiectiv imobiliar major realizat în ultimii ani în București și anume ansamblul de clădiri de birouri “CITY GATE” situat în Piața Presei Libere.

Proiectul pentru această investiție a fost elaborat în perioada 2006-2008, execuția lucrărilor de fundații speciale fiind realizată în perioada septembrie 2007 – mai 2008, iar lucrările de execuție ale structurii de rezistență întinzându-se pe parcursul a 20 luni din luna martie 2008 până în noiembrie 2010. În momentul de față spațiile de birouri sunt ocupate în proporție de 90%.

Proiectul structurii de rezistență a avut la baza proiectul de arhitectură elaborat de către WESTFOURTH ARHITECTURE, arh. Vlad ARSENE și arh. Călin NEGOIESCU.

Proiectarea instalațiilor a fost asigurată de către HRVAC Co. Ltd. – Israel și MIGA AIRVENT SRL –  România pentru HVAC, GOLDISH – Israel pentru instalații sanitare și CONS-ENG Co. SRL – România pentru instalații electrice.

Beneficiarul imobilului este compania PANTECHNIKI, o subsidiară a societății GTC ROMANIA, unul din investitorii principali pe piața imobiliară din România și nu numai.

Lucrările de fundații speciale au fost executate de către compania ZUBLIN România.

Antreprenorul general și al lucrărilor de beton armat pentru această investiție a fost BOG’ART SA.

Structura metalică a fost fabricată și montată de către AUTOHTON ALLPIC Timișoara.

Lucrările aferente fațadelor, tip perete cortină, au fost proiectate de către ALUDESIGN SRL și executate de către ALUSYSTEM SRL.

Managementul investiției a fost asigurat de către societatea GARDINER & THEOBALD SRL.

Întregul ansamblu de clădiri însumează o suprafață construită de aproximativ 95100 mp, din care cca.52100 mp în suprastructură și 43000 mp în cadrul structurii subterane.

Ansamblul este alcătuit dintr-u număr total de nouă corpuri la nivelul subsolului, din care patru se continuă și în suprateran. Regimul de înălțime al fiecărui corp de clădire și poziționarea acestora sunt prezentate în fig.1.

Așa cum se observă și din figura anterioară, infrastructura se dezvoltă pe înălțimea a trei niveluri, cu o înălțime de nivel de 3.25 pentru subsolul 1 și 2.90 pentru subsolurile 2 și 3.

În ceea ce privește suprastructura avem două tipuri de clădiri: corpurile C1 și C2, cu regim de înălțime P+18E și o înălțime totală de aproximativ 74.00m și corpurile de clădire C3 și C4, cu regim de înălțime P+2E, cu o înălțime totală de cca. 13.00m

Înălțimea de nivel a etajelor supraterane este de 5.25m pentru parter și de 3.80m pentru etajele curente.

În imediata vecinătate nu se găsesc construcţii care să fie afectate de construirea acestui ansamblu. Excepţie face pasajul pietonal subteran situat pe latura estică şi care are ca punct terminal o zonă aflată la 2-3 m de incinta proiectată.

Conformarea și dimensionarea structurii complexe a ansamblului s-au făcut ținând seama de condițiile geotehnice pe amplasament și de prevederile codului de proiectare seismică P100-1:2006.

Prezentarea soluţiei de fundare

Având în vedere caracteristicile straturilor care apar sub adâncimea de cca. 10m (necesară realizării celor trei niveluri de subsol) şi diferenţele mari ale încărcării transmise de corpurile clădirii, s-au adoptat sisteme diferenţiate de fundare (fig.6): radiere ″pilotate″ pentru corpurile înalte C1 şi C2, respectiv radiere simple aşezate pe stratul de nisip cu pietriş pentru corpurile joase.

Pentru execuţia excavaţiei generale, nivelul ridicat al apei subterane impune realizarea unei incinte etanşe din pereţi mulaţi alcătuiţi din panouri cu lungimi de cca 7m. Ţinând seama de dimensiunile mari ale incintei şi de imposibilitatea execuţiei unor ancoraje forate în afara proprietăţii, pentru susţinerea provizorie s-a adoptat soluţia cu şpraiţuri metalice înclinate, al căror număr şi poziţie au fost optimizate pe baza studiilor comparative pentru mai multe variante, obţinându-se şi o grosime redusă (b=60 cm) a peretelui mulat.

Şpraiţurile, alcătuite din ţevi metalice, preiau împingerea peretelui prin intermediul unor filate orizontale şi se descarcă pe cuzineţi (blocuri) din beton armat fundate pe micropiloţi înclinaţi (fig. 7). În funcţie de poziţia în plan şi de încărcarea transmisă, cuzineţii susţin între unu şi şase şpraiţuri.

Ţinând cont de încărcările predominant orizontale şi de excentricităţile cu care va acţiona împingerea pământului pe unele tronsoane de perete, s-a prevăzut dispunerea spaţială (cu înclinări pe două direcţii) a micropiloţilor.

Micropiloţii s-au forat cu un diametru nominal d_n=178 mm, dar mărimea media a diametrului pilotului după betonare cu aer comprimat a devenit d_real≥250 mm. Încărcările de probă efectuate pe amplasament (fig.8) pe piloţi verticali având aceeaşi fişă ca cei înclinaţi (l΄=13,50 m) au indicat capacităţi portante la compresiune R≥650 kN şi la smulgere Rsm≥350 kN.

În câteva zone (vezi Fig.6) a fost posibilă rezemarea şpraiţurilor înclinaţi pe piloţii verticali cu d=118 cm din fundaţia radierului pilotat al turnului.

Execuţia incintei și a excavaţiilor

Evoluţia execuţiei incintei şi a excavaţiilor până la cota finală din proiect cuprinde următoarele etape:

• Execuţia grinzilor de ghidaj, a panourilor de perete mulat şi a grinzii de coronament (Fig. 9);

• Execuţia săpăturii generale până la cota platformei de lucru (-6,00) de pe care se execută puţurile de epuizment şi piloţii verticali din fundaţiile turnurilor;
• Excavarea până la cota finală (-9,50 … -10,30) cu păstrarea unei berme perimetrale (Fig.10);
• Realizarea micropiloţilor înclinaţi şi a cuzineţilor corespunzători şi – după întărirea betonului – montarea şpraiţurilor înclinate (Fig.11:);

• Excavarea bermei perimetrale , execuţia subsolului 3 şi apoi demontarea şpraiţurilor înclinate (Fig.12, 13, 14);

• Execuţia structurii subsolurilor 2 şi 1 şi a structurii supraterane (Fig.15).

Măsurători şi încercări în perioada execuţiei incintei şi a excavaţiilor

În peretele mulat au fost montate coloane inclinometrice care au permis măsurarea deplasărilor orizontale ale acestuia în perioada de execuţie a săpăturii.

În fig. 17 se arată variaţia cu adâncimea a deplasărilor orizontale Δ ale peretelui mulat măsurate după realizarea excavaţiei la cota finală. Valorile maxime Δ=20mm sunt inferioare celor antecalculate în proiect, care ajungeau la valoarea de 42mm (Fig.16)

Se remarcă faptul că lucrările de sprijinire prevăzute, deşi mai puţin rigide decât alte sisteme utilizate (şpraiţuri precomprimate, top-down), asigură pentru condiţiile geotehnice date deformaţii reduse ale terenului adiacent excavaţiei.

Sistemul de fundare

Încărcările importante au condus pentru cele două turnuri la o soluţie de fundare mixtă: radier fundat la adâncime de cca 11.00 m pe stratul de nisip cu pietriş (″de Colentina″) rezemat pe piloţi conduşi cu baza în stratul de nisip fin îndesat (″de Mostiştea″) care apare la adâncimi de cca 25m (Fig.5). Din calculele de conlucrare radier – piloţi – teren rezultă că în cazul ″radierului pilotat″ încărcările structurii se transmit în proporţie de cca 65% pe piloţi şi cca 35% pe talpa radierului. Aceasta asigură o dimensionare mai economică a radierului în condiţiile unor tasări antecalculate de 4,5 cm.

Pentru ipotezele de încărcare seismică în unii piloţi ai grupului apar eforturi de smulgere. Pentru a simula cât mai corect comportamentul piloţilor şi al radierului s-au utilizat modele biliniare pentru diagramele de încărcare – deplasare (tasare) ale piloţilor, cum se arată în fig. 18.

Încărcările de probă efectuate pe piloţii din lucrare, obţinându-se următoarele deplasări s, corespunzătoare forţei maxime aplicate Q:

• la compresiune Q=4600 kN, s=12,5 mm;
• la smulgere Qsm=2000 kN, ssm=1,1 mm.

Structură de rezistență

Cele două turnuri, cu configuraţii aproximativ identice, au către nord, respectiv către sud o extindere pe o travee cu regim de înălţime suprateran P+2E, aceasta venind în completarea celor două corpuri 3S+P+2E. Poziţia rostului a fost dictată de necesitatea de a extinde turnurile pe câte o travee stânga-dreapta pe înălţimea infrastructurii, urmărindu-se astfel o mai bună capacitate la răsturnare a turnurilor, altfel destul de zvelte (datorita lipsei oricărei sprijiniri laterale pe înălţimea subsolului), ca și o distribuție mai eficace a eforturilor deosebit de mari către terenul de fundare.

Aria corpurilor C1 și C2 la nivelul subsolului curent 2000 mp, iar pentru etajul curent de suprastructură de 1200 mp, rezultând o suprafață totală a subsolului de 6000 mp, în timp ce suprastructura totalizează 23200 mp. Suprafața totală construită a unui turn este de 29200 mp.

Distanțele interax de 8.40 x 8.40 m au fost alese astfel încât să corespundă atât funcțiunii de parcare în subsol, precum și celei de birouri din suprastructură.

În urma studiilor efectuate pe mai multe sisteme structurale, din punct de vedere tehnico-economic, a rezultat ca optimă  varianta cu structură mixtă: nucleu din beton armat, stâlpi metalici înglobaţi în beton si planşee mixte, cu grinzi metalice şi placă de beton armat.

În cadrul acestui sistem structural cele două tipuri de forțe, orizontale datorate acțiunii seismice și verticale datorate sarcinilor gravitaționale, sunt preluate de două sisteme, astfel: sarcinile orizontale, în proporție de 95%, sunt preluate de nucleele de beton armat, iar sarcinile gravitaționale sunt preluate preponderent de către cadrele compozite din beton armat și oțel laminat.

Astfel se obține o structură cu o capacitate portantă și rigiditate la forțe orizontale ridicate și în același timp cu o greutate redusă prin utilizarea grinzilor metalice și a stâlpilor B.A.R., care permit micșorarea secțiunii de beton armat.

Nucleele de pereți din beton armat sunt alcătuite din pereţi cu grosimi de 60cm şi 80cm.

Stâlpii B.A.R din jurul nucleului central înglobează stâlpi metalici tip cruce de malta din profile laminate HEB500 in subsoluri, parter si  primele 4 etaje iar de la etajul 5 in sus HEA 500. Stâlpii metalici in suprastructura, sunt îmbrăcaţi intr-o cămaşă de beton cu dimensiunile 75x75cm dar in infrastructura  aceştia se constituie în bulbi ai pereţilor suplimentari de subsol.

Pofilele metalice din interiorul nucleelor au atât un rol tehnologic, servind la separarea execuţiei structurii metalice de cea din beton armat, precum și rol de armătură rigidă a pereților de beton armat. Astfel structura metalică s-a putut monta în avans, reuşindu-se o decuplare în timp şi spaţiu a celor doua fronturi de lucru.

Profilele verticale din interiorul nucleelor au fost dimensionate pentru a putea susţine, fără pereţi turnaţi, structura metalică montată în întregime pe maxim 4 niveluri (aproximativ 15m). Aceste profile sunt de tip HEM340 la primele şapte nivele si HEB340 la nivelele superioare.

Planșeele infrastructurii au fost realizate în soluție planșee dală groasă de 30cm grosime și capiteluri în jurul stâlpilor de dimensiuni 60 x 200 x 200 cm pentru planșeele de peste subsolurile 2 și 3, respectiv  70 x 300 x 300 cm pentru planșeul de peste subsol 1.

Planșeele suprastructurii au fost realizate în soluție compozită, respectiv placă de beton armat de 13 cm grosime cofrată pe tablă cutată și susținută pe grinzi metalice secundare din profil laminat IPE330, dispuse la interax de 2.80 m. Conectarea celor două elemente s-a realizat cu ajutorul conectorilor tip Nelson  Φ19×100, ceea ce a condus la realizarea unei secțiuni compozite ( grindă metalică – placă de beton armat aferentă). Prin conlucrarea celor două tipuri de elemente și materiale s-a obținut o reducere a cantității de oțel laminat din grinzile secundare de aproximativ 30%.

Dispunerea grinzilor secundare a fost astfel gândită încât să asigure, pe de o parte o schemă de descărcare echilibrată, iar pe de altă parte să evite problemele tehnologice de execuție prin eliminarea legăturilor între aceste elemente și nucleul central de beton armat.

Grinzile secundare sprijină la rândul lor pe grinzile principale transversale confecționate din profile laminate HEA400.

Având în vedere că pe direcție longitudinală aportul cadrelor metalice la preluarea forțelor orizontale este sub 5% s-a optat pentru o prinderea de tip articulat a grinzilor principale longitudinale pe stâlpi. Prin utilizarea acestui tip de prindere s-a obținut o reducere importantă a cantității aferentă pieselor mărunte (table groase pentru îmbinare, rigidizări, organe de asamblare).

Pentru asigurarea unei comportări bune (ductile) la seism, în suprastructură, s-au luat următoarele măsuri, cum ar fi decuplarea grinzilor metalice de placa de beton armat atât prin scoaterea conectorilor de pe grindă, din acea zonă, cât şi prin secţionarea totală a plăcii de beton.

O particularitate a acestei clădiri o reprezintă consolele de aproximativ 8.00m dispuse pe fiecare din cele patru coluri ale clădirii.

Pentru a putea realiza aceste console cu o deschidere deosebit de mare s-a recurs la utilizarea unor tiranți confecționați din țeavă rectangulară. Tiranții sunt dispuși diagonal din două în două etaje și asigură nedeformabilitatea acestor console.

Toate îmbinările efectuate pe șantier s-au executat cu buloane, iar conectorii tip Nelson, cu rol de a asigura conlucrarea dintre profilele metalice și placa de beton armat, au fost montați în uzină.

Clasa de beton utilizată a fost C32/40 pentru primele 6 nivele după care aceasta a fost redusă la C25/30. Calitatea oțelului laminat utilizat pentru structura de rezistență a fost S355 pentru marea majoritatea elementelor, exceptând grinzile de cuplare confecționate din profile HEM600 S235. Acolo unde pentru a realiza prinderea grinzilor de stâlpi apăreau eforturi de solicitare perpendiculare pe talpa profilului s-a utilizat un oțel laminat tip Z35, care asigură capacitatea profilului și pe direcție perpendiculară pe cea de laminare.

În cadrul imaginilor următoare sunt prezentate câteva detalii de îmbinare ale elementelor metalice așa cum au rezultat în urma modelării și apoi în realitate, după punerea în operă a proiectului.

Tehnologie de execuție

Prin tehnologia de execuție a structurii de beton armat și de montaj a structurii metalice s-a dorit optimizare duratei aferente realizării structurii de rezistență a imobilelor ce alcătuiesc ansamblul și în special al celor două turnuri a căror execuție se afla pe drumul critic.

Multiple analize de tip stage – construction s-au efectuat pentru determinarea diverselor strategii de turnare a betonului și de montaj al părții metalice pentru obținerea unei viteze crescute de execuție pe fronturi de lucru detașate, în condițiile păstrării unui echilibru acceptabil în ceea ce privește istoria încărcării și urmările ce decurg de aici ( scurtări diferite ale elementelor verticale, tasări diferențiate etc.)

Într-o primă fază de proiectare s-a adoptat soluția de realizare a structurii de rezistență, pentru partea supraterană,  în trei etape, astfel:

• în prima etapă se executau pereții de beton armat cu ajutorul cofrajelor glisante,
• cu un anumit decalaj, în cea de-a doua etapă urma a se monta structura metalică a planșeelor și stâlpilor
• În cea de-a treia etapă se realizau planșeele de beton armat împreună cu cămașa de beton armat a stâlpilor B.A.R..

Turnarea nucleelor cu ajutorul cofrajelor glisante se putea face integral de la cota zero la vârf fără abordarea lucrărilor de execuție a cadrelor metalice de pe contur și a planșeelor de nivel. În cazul unei abordări simultane a pereților de beton și a structurii metalice adiacente lucrările exterioare nucleului urmau a fi întotdeauna cu unul două nivele în urma  glisării nucleului, cu luarea unor masuri de securitate a muncii (plase de protecție de exemplu).

Cele trei nuclee componente ale fiecărui turn puteau fi abordate decalat unul față de celălalt cu condiția ca între nucleele celor două clădiri să nu existe un decalaj mai mare de patru etaje.

Cum nucleele de beton armat au în componență și armătură rigidă (care are atât rol structural cât mai ales tehnologic), alcătuită din profile verticale (în bulbi) și orizontale (centuri), se impunea ca operația de glisare să fie precedată de montarea armăturii rigide care din punct de vedere tehnologic ar trebui să fie cu un tronson înaintea glisării și punerii în operă a betonului.

Prin dispunerea grinzilor secundare metalice de planșeu paralel cu pereții nucleului s-au evitat complicațiile tehnologice de rezemare a acestora pe pereții nucleelor.

Principala problemă care apare prin adoptarea tehnologiei cofrajelor glisante este conexiunea dintre grinzile principale metalice si profilele verticale încorporate în pereții nucleului. Respectiva conexiune (cu transmitere de moment) a fost astfel gândită și dimensionată încât să fie ductilă și să asigure transmiterea solicitărilor, pe de o parte, respectiv să permită glisarea cofrajelor, pe de altă parte.

Conexiunea urma a se realiza prin două flanșe, dintre care una conectată de profilul metalic vertical dispusă la fața peretelui de beton, la interiorul cofrajului, iar cea de a doua exterioară peretelui, aflată de asemenea la fața betonului și prinsă pe capătul grinzii metalice exterioare nucleului. Cele doua flanșe au practicate găuri care permit montajul prin intermediul unor buloane M30 gr. 10.9.

In momentul turnării betonului buloanele nu puteau fi montate și de aceea se impuneau măsuri speciale pentru a se permite asamblarea structurii metalice, cum ar fi:

1. la interiorul flanșei din perete vor trebui premontate în uzină două piulițe și șaibă;
2. in locul celor două piulițe dispuse in serie se putea recurge la confecționarea unui manșon metalic tubular, cu filet interior și închis la capătul dinspre interiorul peretelui, manșon care s-ar fi realizat în fabrică și ar fi fost confecționat din același material ca și piulițele standard; pentru adoptarea acestei variante se impunea realizarea unei serii de prototipuri, iar soluția urma a fi adoptată numai după confirmarea de probe fizico mecanice de laborator a calității și capacității acestor manșoane.

În figura 24 este prezentat aparatul de reazem necesar a se realiza pe stâlpul HE340 pentru a  permite prinderea grinzilor HEM600.

Așa cum se poate observa din figura 25, pentru a se putea realiza prinderea grinzilor pe elementele înglobate în pereții de beton armat consumul de piese adiționale este cu mult mai mare decât al unei îmbinări normale grindă stâlp. Conform estimărilor noastre procentul de table groase și piese mărunte de îmbinare ajungea la aproximativ 60% raportat la cantitate totală de profile laminate, consumul total de oțel laminat ajungând la aproximativ 3100 tone pentru un turn.

Ca o concluzie asupra procedeului încercat se poate spune că acesta ar fi putu fi avantajos într-o zonă neseismică, adică acolo unde conexiunile dintre pereții de beton armat și grinzile metalice ar fi putut fi realizate articulat. De asemenea, o dispunere izolată a pereților sau a nucleelor de pereți ar fi fost favorabilă în condițiile în care, în situația de față nucleele de beton armat se dezvoltă pe toată lungimea ( în plan ) a construcției.

Având în vedere costurile adiționale impuse de tehnologia cofrajelor glisante s-a hotărât renunțarea la această tehnologie de execuție, chiar dacă ea asigura o reducere a duratei de execuție de aproximativ două luni.

Tehnologia adoptată pentru execuția turnurilor a fost cea clasică în care se montează structura metalică, cu un avans ce poate ajunge până la patru etaje (două tronsoane de stâlpi), după care se vine în a doua etapă cu turnarea elementelor de beton armat.

Prin adoptarea acestei tehnologii de execuție durata totală pentru realizarea structurii de rezistență a fost de 11 luni pentru un turn. Ritmul de execuție a fost următorul:

• un tronson de structură metalică în 19-20 zile;
• trei etaje pereți beton armat, până la etajul 3, pe lună;
• un etaj pe săptămână pereți beton armat peste etajul 6.

Așa cum era de așteptat modificarea detaliilor de prindere al grinzilor pe stâlpi, care acum nu mai erau condiționate de execuția pereților de beton armat, a generat reducerea consumului de oțel laminat în parametrii normali, cantitatea totală aferentă unui turn fiind redusă la aproximativ 2600 tone, iar consumul de table groase și piese mărunte reprezentând aproximativ 30% din cantitatea de profile laminate, valoare normală pentru o structură metalică cu prinderi de preluare a momentelor încovoietoare.

Lucrarea prezintă un caz de optimizare a sistemului de sprijinire a excavaţiilor adânci, cu dimensiuni mari în plan.

Măsurarea deformaţiilor pereţilor de susţinere au confirmat nivelul de siguranţă realizat în calcule. Deplasările reduse ale terenului adiacent excavaţiei nu au periclitat construcţiile existente în vecinătate.

Măsurătorile de tasări efectuate în perioada de execuţie şi în primul an de exploatare au indicat valori maxime, pentru turnuri, de cca 35 mm, cu mult sub limita admisă în norme pentru asigurarea exploatării normale a clădirilor.

Calculul structurii de rezistenţă s-a efectuat atât sub sarcini gravitaţionale cât şi sub sarcini orizontale datorate acțiunii seimului și vântului.

Pentru clădirea prezentată, având în vedere rigiditatea relativ mare, solicitarea care dimensionează la sarcini orizontale este seismul.

Programul de calcul utilizat pentru modelarea structurii de rezistență a fost SAP 2000v10, program de calcul dezvoltat de către CSI Berkeley S.U.A.

Dimensionarea elementelor de incintă s-a realizat cu ajutorul programului de calcul PLAXIS 2D.

Analiza statică a structurii a fost efectuată atât în ipoteza liniar elastică cât şi neliniară, fiind luată în considerare neliniaritatea comportării radierului la acţiunea seismică  cât şi nelinearitatea datorată construirii în trepte a structurii, precum și o verificare ulterioară bazată pe un calcul static și dinamic neliniar.

Analiza modală a fost realizată atât cu vectori proprii cât şi cu vectori Ritz, pentru a putea surprinde cât mai real dinamica structurii la acţiunea seismică.

Pentru acţiunea seismică s-a folosit alături de analiza bazată pe spectre de răspuns și analiza cu forțe statice

echivalente, pentru a putea determina suprapunerea corectă a forțelor din pereții de beton armat.

Factorul de comportare considerat la dimensionarea structurii, conform P100-1-2006, are valoare q=4, aferent unei structuri cu pereți de beton armat.

Greutatea totală a unui turn este de aproximativ 306000 kN, din care greutatea proprie a structurii reprezintă 70%. Valoarea forței seismice de bază rezultată a fost de 51500 kN.

În continuare sunt prezentate principalele rezultate care definesc comportarea de ansamblu a clădirii și anume: modurile principale de vibrație, valorile maxime ale deplasărilor totale și relative de nivel, valoarea forței tăietoare de bază.

După dimensionarea structurii pe baza spectrelor de răspuns și a forțelor statice echivalente s-a trecut la verificarea structurii cu ajutorul unor metode avansate de clacul de tip static neliniar și dinamic neliniar.

Calculul static neliniar s-a făcut în două ipoteze ale distribuției forțelor orizontale incrementale, triunghiulară și uniformă.

Calculul dinamic neliniar a luat în considerare atât comportarea neliniară datorită apariției articulației plastice la extremitățile elementelor de tip bară (grinzi și stâlpi) precum și comportarea neliniară pe zona plastică potențială a pereților.

Dacă facem un consum global de oțel beton și oțel laminat ne rezultă o valoarea de 181 kg/mp, incluzând armătura din radier, iar dacă nu se ia în considerare armătura din radier ne rezultă un consum de 162 kg/mp.

Alternativele structurii mixte utilizate pentru execuția turnurilor din cadrul ansamblului de imobile „CITY GATE” ar fi fost fie structură de beton armat fie o structură integral metalică.

Având în vedere consolele de peste 8.00 m lungime și numărul mare etaje coroborat cu deschiderile mari între stâlpi o structură cu beton armat este descalificată din start. Pe lângă faptul că o consolă de beton armat de 8.0m este, dacă nu imposibil, foarte greu de obținut și cu compromisuri din punct de vedere funcțiune și aspect, dezavantajul principal al unei clădiri de birouri cu peste 15 etaje este gabaritul elementelor (grinzi și stâlpi).

Cea de-a doua alternativă, a structurii integral metalice, ținând cont de dimensiunile consolelor și aportul lor la comportarea de ansamblu a unei structuri metalice, necesită introducerea unor elemente de rigidizare orizontală (contravântuiri) nu numai acolo unde acum sunt prevăzuți pereți de beton armat ci și perimetral, cu implicații asupra arhitecturii clădirii.

Conform predimensionărilor efectuate în cadrul studiului de alternative pentru structura de rezistență rezulta un consum de oțel laminat de 180kg/mp, iar costul total estimat, cu considerarea plăcilor de beton armat, era aproximativ 440 €/mp pentru suprastructură, cu aproximativ 30% mai mult decât soluția mixtă.

Proiectarea structurii de rezistenţă (semnarea contractului) a început în anul 2006, adică într-un an cu multiple inconsecvenţe şi neclarităţi a promulgării normativului P100-2006.

S-a trecut la promulgarea lui la începutul lui 2006, în luna mai s-a dat un ordin al ministrului că cele două ediţii 1992 şi 2006 vor merge în paralel până la promulgarea celui nou, pentru ca în septembrie 2006 să apară un ordin care să promulge intrarea în vigoare a lui P100-1-2006 începând cu 1 ianuarie 2007, urmând ca până la acea dată să funcţioneze ediţia  din 1992. Mai mult codul CR0-2005 urma să intre în vigoare odată cu adoptarea noului P100. Diferenţele P100/92 – P100-1-2006 precum şi STAS 10100/0-78 – CR0-2005 erau semnificative în sensul înăspririi condiţiilor de calcul.

Contractul de proiectare a fost semnat în toamna lui 2006, adică într-o perioadă în care funcţiona P100-92, respectiv STAS 10100/0-78.

Conform legislaţiei române în proiectare trebuie folosite codurile şi normele în vigoare la data semnării contractului, prin urmare beneficiarul a avut dreptul legal să solicite respectarea codurilor ″vechi″ la acea dată.

Proiectantul de structură a dus o susţinută luptă de aproape o lună pentru convingerea beneficiarului că trebuie utilizate codurile noi, mai moderne, care confereau un nivel de siguranţă şi un grad de asigurare superior. Au fost necesare zeci de simulări şi analize după codurile moderne străine, cu analize de risc, cu variante de cost etc.

Noi puneam în balanţă siguranţa sporită a unei structuri, iar beneficiarul o economie (legală) care la vremea respectivă am estimate-o la 15-20% din preţul total al structurii adică cca. 4,25-5,7 milioane euro prin proiectarea după codurile  ″vechi″.

Punând în joc toate argumentele posibile , după cca. o lună de zile am reuşit să obţinem acordul beneficiarului, obţinând astfel o structură sigură. Trebuie subliniată însă şi maturitatea şi înţelepciune beneficiarului care şi-a ascultat până la urmă proiectantul cu preţul asumării unui cost suplimentar considerabil, probabil având în vedere şi situaţii delicate privind costurile de închiriere şi cele de asigurare în care s-ar fi găsit cu o structură proiectată şi realizată după coduri de proiectare depăşite (cu cca. 4 ani întrucât construcţia a fost dată în folosinţă în anul 2010).

Conform studiilor efectuate pentru mai multe clădiri a rezultat că soluția optimă din punct de vedere structural cu implicații minime asupra arhitecturii și funcționalității clădirii, este soluția mixtă beton armat – oțel laminat.

În cadrul acestui tip structural pereții de beton armat au rolul principal în preluarea forțelor orizontale provenite din seism, cu un mecanism de plastificare ușor de controlat și o capacitate de dispare a energiei ridicată. Prin conformarea corectă a pereților se obțin valori ale suprarezistenței acestora în zona plastică potențială aproape de 1.00 ceea ce înseamnă un nivel redus al forțelor provenite din acțiunea seismică transmise infrastructurii.

În cazul structurilor realizate integral din structură metalică, datorită regulilor impuse de normele antiseismice în vigoare, în special de către codul de proiectare P100-1-2006, este foarte dificil, dacă nu aproape imposibil, de a obține pentru un sistem cu contravântuiri un coeficient de suprarezistență aproape de valoarea 1.00. Astfel pentru o structură metalică, deși cu o greutate mult redusă față de o structură mixtă, se obțin valori ale eforturilor din acțiunea seismică transmise infrastructurii comparabile cu  cele ale structurii mixte.

Pentru o structură cu pereți de beton armat cadrele metalice sau compozite au un rol preponderent de preluare a forțelor gravitaționale, aceste componente neparticipând la preluarea forțelor seismice și în consecință nu trebuie să respecte toate regulile de conformare a elementelor structurale impuse  grinzilor și stâlpilor pentru a se permite formarea mecanismului de plastificare cel mai favorabil.

Nu putem spune același lucru despre o structură metalică cu contravântuiri acolo unde la dimensionarea stâlpilor se ține cont de valoarea suprarezistenței contravântuirilor ceea ce determină secțiuni mari ale stâlpilor și un consum ridicat de oțel laminat pentru aceste elemente.

Dacă pentru clădiri cu aproximativ 10 etaje și deschideri de până la 8.00m soluția de beton armat oferă costul cel mai redus al structurii de rezistență, când vorbim de clădiri cu peste 15 etaje soluția optimă este cea a structurii mixte.