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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: [email protected]
ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN
ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: [email protected]
ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN
•
•
•
•
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•
•
•
•
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=(2.53)m; A=1’700m2; 62 Bored piles: D=(1.21.5)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
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN
N°2 r.c. top belt trusses (C60/75 fiber
reinforced SCC)
N°2 middle steel belt trusses (S355)
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: BELT TRUSSES DESIGN
ECSD S.r.l. Via Goldoni, 22 Milano – www.ecsd.it – mailto: [email protected]
ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: COSTRUCTION STAGES
Floor 26: (end of October 2013)
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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
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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
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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
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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
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: CORE
Holes for Dywidag
D=47mm (friction joint
P24-P25)
Transverse
single strands
P22-P23
P23-P24
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STEEL BELT TRUSS
Steel belt truss
before lifting
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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
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: R.C. BELT TRUSS
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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
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10
12
u [mm]
14
16
18
ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS
Vertical
displacements at midspan of the belttrusses
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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
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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: [email protected]
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
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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: [email protected]
-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: [email protected]
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: [email protected]
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: [email protected]
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: [email protected]
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:
[email protected]
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
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Effetto del Ritiro, Modellazione Visco-Elastica
ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS
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ISOZAKI TOWER, CITY LIFE, MILAN: STRUCTURAL ANALYSIS
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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
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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
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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
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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
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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)%
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WIND AND EARTHQUAKE EFFECTS
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ELASTIC SPECTRUM
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