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USER CONTEST WINNERS From Design to Realisation Category A-typical ABT consultancy for construction engineering Living on water Category Commercial & Industrial Building Ingenieurbüro Herrschmann GmbH & Co. KG Max Planck "Primate Research Center" Category Civil Engineering BG Bonnard & Gardel ingénieurs-conseils SA Expo.02 -Artéplage de Neuchâtel Expertise du galet n°2 page 2 page 4 page 6
WINNER WINNER What are the main activities of your company? Structural engineering Architectural engineering Civil engineering Construction management Installations 2 Category A-typical annual turnover: €16 700 000 number of employees: 200 Living on water consultancy for construction engineering ABT Arnhemsestraatweg 358 6881 NK Velp - The Netherlands tel.: +31 (0)26 3683111 fax: +31 (0)26 3683110 www.abt-consult.nl contact: R.W.S. Fielt tel.: +31 (0)26 3683457 fax: +31(0)26 3683460 e-mail: [email protected]
Your Project Technical data of the project Project title: Living on water Physical Location: Middelburg in the Province of Zeeland Site owner: WBU Walcherese Bouw Unie Architect: Architectuurstudio Herman Hertzberger Engineering office: ABT Adviesbureau voor Bouwtechniek te Velp General contractor: WBU Walcherese Bouw Unie Location: Middelburg in the of Province of Zeeland Total weight of the steel structure: +/- 75000 kg Dimensions: +/- 20 x 20 x 11 meter Building costs: +/- 450000 Euro Building period: 2000 Short description of the project Architectural design The idea was to build in the Netherlands - land of water - houses on water. Just like the houseboats, but larger. The design of this house floating on the water is from architect Herman Hertzberger. His first design was made in 1986 and thereafter developed till a villa with three levels. The location is Middelburg in the Province of Zeeland. To make the house floating, it is placed on large pipes with a diameter of 2,2 meter and a wall thickness of 18 mm. These pipes are connected together to form a shape of a hexagon. On this hexagon, a frame of steel beams is connected to form a platform for the house. To reduce loading the house is made of a light steel structure with wooden floors and walls. The bridge to the wall is used to fix the house in position. Structural aspects The first idea from the architect was to make a triangle of pipes to float the house. But to stabilize the construction on the water, it was necessary to design a more equal form. This leads us to the hexagon. The problem was to calculate the deformations while floating on the water. For that purpose the construction was based on springs. It is not only the horizontal and vertical deformation, but also the rotation, which is important, because of capsizing of the whole construction. That was the reason to use Esa-Prima-Win for three-dimensional structures. After putting the whole structure in the computer is was easy to calculate deformations, rotations etc. in each loading situation. Also it was easy to use the output to calculate the Eigen Frequency. Use of ESA-Prima Win Description of the technical questions to be solved with ESAPrima Win: The problem was to calculate the deformations while floating on the water. For that purpose the construction was based on springs. It is not only the horizontal and vertical deformation, but also the rotation, which is important, because of capsizing of the whole construction. A description of your experience with ESA-Prima Win when realising the project: Using ESA-Prima Win gives us the opportunity to analyze the structure to find the deformations to calculate Eigen Frequency. Modules used: Base 2D frame 2D grid Dynamic document. Motivation of the jury Technical level of the design & the calculations: A good and & detailed analysis, for the calculation of the deformations while floating on water the construction was based on spring foundation. Originality and prestige: An uncommon and innovative project but ready for mass production? Attractive & complete presentation: Clear and concise presentation with all info needed & clear images. Optimal use of the functionalities: Appropriate use of the modules. 3 SCIA User Contest Catalog
4 Category Commercial & Industrial Building WINNER WINNER What are the main activities of our company? Civil engineering: all about static and construction Your project: Short description of the project: Project title: Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology Primate Research Center "Primates house" Physical Location: Zoo Leipzig / Germany Site owner: Zoologischer Garten Leipzig Architect: Herbert Kochta BDA, Munich Heating, air conditioning: Bergbauer Ingenieure, Germering Electrical engineering: Hildebrand + Hau, Muenchen/Dresden Civil engineering: Ingenieurbuero Herrschmann GmbH & Co. KG, Munich annual turnover: €1 800 000 number of employees: 20 Max Planck "Primate Research Center" Ingenieurbüro Herrschmann GmbH & Co. KG Landsberger Strasse. 320 80687 Munich Germany tel: +49 (0)89 64.24.21 - 0 fax: +49 (0)89 64.24.21-31 http://www.herrschmann.de contact: Sebastian Baumann e-mail: [email protected]
Supervision: Ingenieurbuero Dieter Zinner & Sohn, Krailling Building contractor: Moll and STRABAG Length/ width/height: 55 x 58 x 9,0 m (rectangular hall 42,0 x 42,0 m) Volume: 33827 m³ Costs: ~ 14 million Euro Time of erection: 1999 - 2000 Mass: 8459 t concrete, 47,2 t steel Shape oh the roof: two halves of a hyperbolic saddle-paraboloid Roof coverage: 30 air pneus, ETFE-sheets (something like Teflon) Materials: concrete B25 and B35 (DIN 1045-1988) steel St 37-2, St 37-3 and St 52-3 (DIN 17100) Spiral strand 1 x 37 (DIN 3054), Ø17 mm, stainless steel Fire resistance: 90 min. for the concrete, 0 min. for the roof Foundation: Sand soil with a very aggressive ground water a soil stabilisation with the CSV-method was needed Why is this project important? The project is a co-operation of the Max-Planck-Society and the Zoo Leipzig. The Max-Planck-Society established an institute for evolutionary anthropology and Prof. Dr. Tomasello from the USA was agree to lead the institute, if the primates house is accomplished until the year 2000. So the schedule of planning was really brief. Only because of the software, it was possible to consider the modifications from the architect during the planning. Why is this project so special? The Primates house Leipzig is the largest house for monkeys of the world. It is a tropical house with a natural airing. The house has a rectangular hall without any columns. It is the first monkey house where specially the scientists and the visitors can watch 60 monkeys (chimpanzee A, chimpanzee B, orang-utan, gorilla, bonobo) at the same time. The object of the draft was to create a building which has a natural look. So the building is put into the ground really deep and the upper part of the building is covered with a artificial rock. Use of ESA-Prima Win Description of the technical questions to be solved with ESA-Prima Win: Because of the two steel arcs there is a very big horizontal force. And if you put the force only on the walls below, it is necessary to have some tension anchors for the foundation. But if you use the walls, the slabs and the torsional stiffness of the building, you will get an economic construction. To search for the really way of the stresses, there was a 3-dimensional finite elements structure necessary. Description of our experience with ESA-Prima Win when realising the project: Before we started the project we tested a lot of European and American finite elements software. But there was no program with which we can handle a really big structure and we can design the reinforcement according to DIN 1045-1988. All the other software was difficult to use or the different modules were not in one program. Only ESAPrima Win works with a really good pre-processor and runs sturdy on the personal computer. We solved the calculation with the cholesky-solver (1st order and 2nd order) and there were no accumulation errors. And the difference between the sum of the loads and the sum of the reactions was very small. Modules used: Base 3D Frame 3D Shell 2nd order Frame 2nd order FEM Physical non-linear conditions Steel Code Check (DIN 18800) RC Beams & Columns (DIN 1045) RC Plates & Shells (DIN 1045) Motivation of the jury Technical level of the design & the calculations: Big reaction forces from the gigantic arch are "closed" by the surrounding ring. Originality and prestige: Realization of a natural environment for primates in a zoo with appropriate accommodation for animals, researchers & visitors. Attractive & complete presentation: All load cases explained, clear presentation of the occurring problems/difficulties. Optimal use of the functionalities: High tech & advanced use of software in a complex & large model, non-linear elements, 2nd order FEM calculation. 5 SCIA User Contest Catalog
6 Category Civil Engineering Votre Société Société Holding basée à Lausanne, Filiales à Lausanne, Genève, Sion, Neuchâtel, Fribourg, Berne, Delémont, Paris, Lyon, Londres et bureau d'exécution à Alger Assurance de la qualité: certification iso 9001 (1996) Activités a l'étranger: conduite d'études et de projets dans plus de 35 pays Spécialités Infrastructures et transports: 42 % (Tunnels ferroviaires et routiers, équipements électromécaniques et sécurité, voies de communication et ouvrages d'art.) Eau et environnement: 36 % (Stations d'épuration et assainissement, Audits environnementaux et sites contaminés, gestion et approvisionnement en eau potable.) Bâtiments complexes: 22 % (Centres d'enseignement et de recherches, Bâtiments industriels et administratifs, infrastructures hospitalières et hôtelières). annual turnover: CHF 32 900 000 number of employees: 180 Expo.02 - Artéplage de Neuchâtel Expertise du galet n°2 Bonnard & Gardel ingénieurs-conseils SA BG Avenue de Cour 61 CH-1007 Lausanne - Suisse tel.: +41 (0)21 618.11.11 fax: +41 (0)21 618.11.22 http://www.bg-21.com/ Personne à contacter: Guido Roelfstra e-mail: [email protected] WINNER WINNER
Votre projet: Description du projet Expo.02 est une exposition nationale qui se tient actuellement en Suisse durant l'été 2002. Les expositions sont réparties sur 4 sites différents. A Neuchâtel, 3 structures appelées "galets" ont été construits sur le lac. Les galets sont des structures gonflables tendues sur un caisson métallique périphérique supporté par des piliers métalliques fondés sur des pieux. Le caisson de 1.8x2.4m repose sur 19 piliers ROR 470, espacés d'environ 10 m et contreventés par des croix métalliques. Vu en plan, le galet n°2 forme un "patatoïde" d'environ 70x55m Le "ballon" est formé de 2 membranes d'1mm d'épaisseur (type IV) à l'intérieur desquelles est soufflé de l'air à l'aide de ventilateurs. Ceux-ci maintiennent en temps normal une pression intérieure de 250 Pa. En cas de fort vent, la pression monte automatiquement à 400 Pa pour augmenter la rigidité et la résistance. Deux systèmes de sécurité empêchent la pression de monter au-delà de 550 Pa. Description du mandat BG Pendant la construction des expositions, le galet n°2 s'est déchiré et BG a été mandaté comme expert pour déterminer la cause du sinistre et suivre les travaux de réparation. Analyse des causes du sinistre Il a très vite été évident que la membrane inférieure s'était déchirée au contact avec la tête d'un échafaudage qui avait été installé sous le galet. Par contre, il est indiscutable que cet échafaudage fautif ne s'est pas déplacé vers la membrane. C'est donc la membrane qui s'est déplacée vers l'échafaudage. Plusieurs hypothèses se sont présentées: contact lors du gonflage automatique de 250 à 400 Pa effet Venturi du vent entre la membrane et un des pavillons d'exposition qui forment une sorte d'entonnoir problème électromécanique et sur gonflage important L'élément primordial de l'expertise était donc de voir: s'il y avait pu avoir contact entre la membrane et l'échafaudage à 400 Pa sinon, quelle pression intérieure est nécessaire pour établir ce contact, en fonction de la vitesse et de la direction du vent si un effet Venturi aurait pu attirer la membrane suffisamment vers l'échafaudage pour qu'il y ait contact quelle surpression était encore nécessaire, une fois le contact établi pour perforer la membrane. Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé ESA-Prima Win avec succès. Utilisation de ESA-Prima Win Nous avons utilisé 2 sortes de modèles: un modèle de câbles non-linéaires pour déterminer la déformation globale en fonction de la pression un modèle de membranes pour déterminer la surpression de poinçonnement Modèle global Etant donné la géométrie "patatoïde" et le comportement anisotrope des membranes, celles-ci ont été modélisées selon un réseau de câbles de rigidité EA, orientés selon les fibres du matériau (chaîne et trame). La forme initiale des membranes a été calée sur les dimensions des plans de confection ainsi que sur les mesures initiales du géomètre. A partir de là, les déformations du ballon trouvées par calcul non-linéaire en grands déplacements. ESA-Prima Win s'est avéré très performant pour ce type de calcul complexe. Sur base de calculs avec différentes pressions intérieures et différentes conditions de vent, nous avons pu dresser le tableau suivant et en tirer l'évolution de la distance entre la membrane et l'échafaudage fautif. Ces résultats de calculs ont pu être confirmés par des mesures de niveaux sur place après réparation du galet. Il en ressort que pour le vent mesuré au moment du sinistre, la pression à l'intérieur du galet a du être supérieure à 1000 Pa pour qu'il y ait contact entre la membrane et l'échafaudage. Nous avons ensuite vérifié l'effet d'un Venturi sur la déformation en augmentant la pression au-dessus du bâtiment formant "entonnoir". Il en est ressorti qu'il n'est pas possible d'imaginer un Venturi créant le contact, car lors du contact, les dépressions nécessaires correspondent à des vitesses d'air trop élevées qui, de plus, créeraient une surpression en sens inverse qui éloigneraient la membrane de l'échafaudage. Ces résultats ont également été confirmés par des mesures sur place après réparation du galet. Modèle local Afin de déterminer la surpression nécessaire à perforer la membrane, une fois le contact établi, nous avons modélisé la membrane ainsi que le tube de l'échafaudage incliné selon son orientation réelle par rapport à la membrane. Un calcul non-linéaire nous a permis de déterminer qu'il fallait une surpression de 100 Pa pour perforer la membrane. La répartition des contraintes autour du tube de l'échafaudage ressemble parfaitement à la forme de la déchirure de la membrane observée sur place après le sinistre. Conclusions Etant donné l'aspect encore semi-confidentiel de l'expertise, nous n'entrerons pas en détail dans les conclusions des causes du sinistre, ce qui est de toute façon secondaire pour ce contest. En résumé, ESA-Prima Win s'est avéré très efficace pour cette expertise et nous a permis de prouver la cause du sinistre. Les résultats des divers calculs non-linéaires se sont ensuite révélés précis lorsque plus tard, nous avons eu l'occasion de les comparer avec des mesures sur place effectuées sur le galet réparé. Motivation of the jury Technical level of the design & the calculations: A combination of 2nd order membrane structure, nonlinear cables & "Tension only" elements. Further a reconstruction of the load case that damaged the structure. Originality and prestige: Large inflatable load carrying structure. Attractive & complete presentation: Clear and concise presentation with all info needed. A Concise report on a complicated technical problem. Optimal use of the functionalities: Correct & inventive use of the punching theory. 7 SCIA User Contest Catalog
Company Project Page ABT A periscope in Fochteloërveen 10 ABT Follies Aegonplein 12 ABT Schouwburg en congrescentrum Orpheus 14 ATEIM Support de Pivot en Col de Cygne 16 ATEIM TOURNIQUET ACIERIE 18 CCAI Parc Muisard 20 Duberseuil Ascenseurs panoramiques 22 Duberseuil Tour de contrôle 24 Emib Senegal tower 26 EST Raffinerie Total Fina Elf à Donges 28 Ingenieurs Associés Stade du pays de Charleroi 30 SBM Wageneder GmbH Remax 1311-13 32 SBT Pelletiser 34 SBT Reactor 36 Tebodin EC Blast furnace 38 Tebodin EC Flue Gas Ducts 40 Technum NV Studie van twee buisverbindingen 42 ZT-Büro Kiesl Vordach 44 ABT King Abdulaziz International Airport 46 ABT R.C. CHAPEL 48 ABT Town hall Alphen aan de Rijn 50 Arcadis Den Haag Court of law Zwolle 52 Arcadis eindhoven Tower Admirant 54 ESM - Ruppen Ingénieurs Bâtiment adm. de prestige en Europe de l'Est 56 EST Halle avec ponts roulants - expertise 58 EST Immeuble hôtel avec sections minces 60 EST Résidence Logements - concept Styltech (Profil du Futur) 62 Holland Railconsult De nieuwe ingangsluifel voor station Uitgeest 64 Ing.Tichý Dusant Spa, swimming pool and the facilities SLK Turcianske Teplice 66 Robson liddle Partn. SANDBANKS 68 SOLiDUS S.R.O. Administration Building - Hadovka 70 TAB MPC Athene 72 Verdeyen - Moenaert Koninklijke Vlaamse Schouwburg 74 EST Caisson d'électrofiltre - expertise 76 EST Dopol-Tower cimenterie Egypte 78 I_GUBA Steel structure of the 2-nd Combustion Chamber 80 Romkes Uitbreiding stadion Galgenwaard te Utrecht 82 Stoel Partners Masterplan Friesland Bank te Leeuwarden 84 TESAR consult Hospital in Kromeriz 86 Category A-typical Category Commercial & Industrial Building Category Civil Engineering
What are the main activities of your company? Structural engineering Architectural engineering Civil engineering Construction management Installations 10 Category A-typical annual turnover: €16 700 000 number of employees: xxx A periscope in Fochterloërveen consultancy for construction engineering ABT Arnhemsestraatweg 358 6881 NK Velp - The Netherlands tel: +31 (0)26 3683111 fax: +31 (0)26 3683110 www.abt-consult.nl contact: G. Voorhoeve e-mail: [email protected] tel: +31 (0)26 3683457 fax: +31 (0)26 3683460
Your Project Technical data of the project Project title: A periscope in Fochteloërveen. Physical Location: Fochteloërveen on the border of Province of Friesland & Drenthe. Site owner: Stichting Natuurmonumenten Architect: ir. D. de Haan Engineering office: ABT Adviesbureau voor Bouwtechniek te Velp. General contractor: Bouwbedrijf Doornenbal & Louwes te Appelscha. Location: Fochteloërveen on the border of Province of Friesland and Drenthe. Total weight of the steel structure: +/- 23000 kg. Building costs: +/- 230000 Euro. Highest point: +/- 17,5 meter. Building period: April 2000 - June 2000. Short description of the project Architectural design In 1997 the foundation Natuurmonumenten decided to bring back the marshland of Fochterloo to its original state. The result is that the marsh is no longer accessible to visitors, so you can only look at it from the edge. For this reason one decided to build a tower. In 1998 architect Dick de Haan († 1998) designed a tower with the shape of a big "7". A big periscope looking over the marsh. The lower part of the tower leans backwards to accentuate the shape of the trees. The upper part is like a telescope coming out of the woods. The bend in the leg turns over 90 degrees halfway, so it was necessary to place two large columns under the structure. To accentuate the periscope effect, the tower has been closed from the outside by wooden panels (Western Europe Softwood). And when you reach the top, the front of the periscope has a wall of glass to give the highest transparency. The highest point of the tower is about 17,5 meter. Not higher because the tower may not dominate the trees. When you are at the highest level, it gives you the feeling of looking over the marshland of Fochterloo like a hawk. Structural aspects. The idea was to build a structure with large prefabricated parts to avoid too much damage to the woods. For that reason the material that has been chosen is steel. So after making a concrete foundation, the tower can be build by placing big steel three-dimensional elements on top of each other. The wall has been built up with large wooden prefabricated panels, which can be attached to the steel structure after the erection. As mentioned the structure has been placed on a large concrete foundation block, which is supported by four prefabricated concrete piles. The problem of this structure is the deformation. It is not only the horizontal and vertical deformation, but also the rotation, which is important, because of the slope of the median. That mainly was the reason to use ESA-Prima Win for three-dimensional structures. After the module "3D frame" the module "Steel Code Check (NEN 6770/6771)" was used, so it was easy to find out if the unity checks were OK. After calculating the steel structure, the foundation block was calculated by using the module "2D plates" and the module "Analyse betonnen 2D elementen (NEN 6720)" to calculate the reinforcement. So it was easy to find out if and where a basic reinforcement was not enough. To get a feeling on the deformation and rotations, different loading combinations were calculated. To calculate the rotations it was important to put the different levels of wind loads on different parts of the structure. Because the structure is like a hollow section, and torsion is a very big issue for the deformations, it was very important to design stiff frames on the most sensitive places of the structure. Using ESA-Prima Win gives us the opportunity to analyze the structure to find these sensitive places and after that to optimize the frames which are places in these locations. Use of ESA-Prima Win Description of the technical questions to be solved with ESA-Prima Win: The structure is like a hollow section, and torsion is a very big issue for the deformations. So it was very important to design stiff frames on the most sensitive places of the structure. A description of our experience with ESA-Prima Win when realising the project: Using ESA-Prima Win gives us the opportunity to analyze the structure to find these sensitive places and after that to optimize the frames which are places in these locations. Modules used: 3D frame Steel Code Check (NEN 6770/6771) 2D plates Reinforcement Design 2D elementen (NEN 6720) 11 SCIA User Contest Catalog
What are the main activities of your company? Structural engineering Architectural engineering Civil engineering Construction management Installations Your project Technical data of the project Length: 3 to 8 meters Width: 3 to 8 meters Height: 7 to 11 meters The city of The Hague in the Netherlands gave the insurance company Aegon the opportunity to name a town square after themselves. The former Mariahoeve-plein, where the main office of the firm stands, now was renamed Aegonplein. 12 Category A-typical annual turnover: €16 700 000 number of employees: xxx Follies Aegonplein consultancy for construction engineering ABT Delftechpark 12 2600 AL Delft - The Netherlands tel: +31 (0)15 2703650 fax: +31 (0)15 2703660 www.abt-consult.nl contact: ir. R.H.G. Roijakkers e-mail: [email protected] tel: +31 (0)15 2703675 fax: +31 (0)15 2703660
Aegon would in return participate in the renewing of the square. The landscape architects "West 8" from Rotterdam were asked to make a design for the town square. A part of their plan was to build six so-called "follies". These follies are large sails made out of gauze, stretched between steel cables and steel tubes. The gauze will be overgrown with vegetation in time. The follies vary from a simple single mast with several stays to real tensegrity structures. A tensegrity can be described as an island of compression in a sea of tension. The element under compression (the tube) is held in place by cables. Each end of the tube must be secured by at least three cables under tension. The last word is very important: tension is needed to give the structure stiffness. Therefore the structure will have to be prestressed. If in a certain loadcase tension lacks in one of the cables, the tube end becomes instable. Some of the cables will lose there tension in some loadcases, but as long as three tensed cables on each tube end remain this is no problem for the structure. (The three tensed cables must also go in different directions: if one sees the tube from above, the cables must cover more than 180°). Use of ESA-Prima Win Technical questions in ESA-Prima Win: The design process took quit some time. In this time several versions of ESA-Prima Win were used. The last version was 3.40. The gauze was not calculated, only the cables, the tubes and the foundation. Some of the specific problems of calculating the follies are described below. The structure needs tension to function. This is not only valid for the real structure, but also for the calculation itself. If a structure is not stiff, the stiffness matrix will have a zero on the main diagonal. This means the equations cannot be solved. By introducing prestressing the zero on the main diagonal will be replaced by a value representing the initial strain in. This means the equations can be solved. The structure behaves non linear. With each (large) deformation the stiffness of the structure changes. With the Newton Rhapson procedure the stiffness matrix is recalculated after every iteration. This means that several iterations are necessary, each time with a slightly different stiffness matrix. The calculation is stopped when the structure reaches equilibrium. With some follies the load had to be applied in steps (increments), otherwise the deformations per iteration would become to great. The use of increments can help to keep the calculation stable. In some follies certain cables would lose there prestressing. As long as enough cables under tension per tube end remain this is no problem. The cable element is removed from the calculation when the element comes under compression.. If the cable is necessary for the stability of the structure, the calculation will stop. The structure is no longer stiff. This means that the level of prestressing has to be raised or that extra cables have to be added. With non-linear calculations superposing different load cases in post processing is not possible. The load is necessary to find the right equilibrium with the right structural stiffness. This means that non-linear load cases have to be made. The following loads were used: wind in three directions (x, y and z direction: +, 0 and -), permanent loads (+) en temperature loads (+, 0 and -). These loads can be combined in 3x3x3x1x3=81 load cases. To reduce the calculation time the number of load cases has to be minimized. This is done by first looking at load cases with the permanent load and only one variable load (load cases 1 to 10). The effect of this particular variable load on the maximum and minimum stress in the cables and on the foundation was studied. Then the worst variable loads for the structures were combined in some extra load cases. Experience with ESA-Prima Win when realising the project: The program makes it possible to calculate a tensegrity structure. It was not necessary to model the gauze sails. I'm not sure if the sails could have been modelled using plate elements with the Newton Rhapson procedure for large deformations. It is possible to model the sails by replacing them by numerous parallel cables. This will however greatly increase the calculation time. Removing the sails made the calculation faster, it sadly means that the loads on the cables had to be inputted by hand. I have simplified this by only looking at the projections of the sails in the three directions, not by calculating the proper direction perpendicular to the sail for each element. In the first models in ESA-Prima Win I encountered some problems with the elements used. For example the output showed large shear forces in the cables, which could not be real. In a later model I found out that the rotations at the cable ends could no be correct. All these problems were solved in later patches or new releases after having consulted SCIA. The models are very sensitive to changes. I found that the outcome of the calculations could vary when using different versions of ESAPrima Win. In version 3.40 I suddenly had to use more increments to keep the calculation stable. The calculation engine of ESA-Prima Win had changes a bit, which was noticeable in the results. Conclusion: With these kinds of complicated and delicate structures one has to be very careful using a powerful tool such as ESAPrima Win. You have to know what you want to find and what you expect to find. Calculation by hand is hardly possible, so when in doubt it is best to try to simplify the model to a level where you can understand and approve the results. Off course this is valid for all models in ESA-Prima Win, but it is specially important for the models were checking the results by hand is not possible. The work on the follies has been completed in April this year. During erection the stresses in the structure have been measured to check the validity of the calculations. The measurements confirmed the calculations. Now we only have to wait for the vegetation to grow on the gauze. Modules used: 3d frame Dynamic document 2nd order frame Physical non linear conditions 13 SCIA User Contest Catalog
What are the main activities of your company? Structural engineering Architectural engineering Civil engineering Construction management Installations 14 Category A-typical annual turnover: €16 700 000 number of employees: xxx Theatre and congress centre Orpheus consultancy for construction engineering ABT Arnhemsestraatweg 358 6881 NK Velp - The Netherlands tel: +31 (0)26 3683111 fax: +31 (0)26 3683110 www.abt-consult.nl contact: Ir. J.J.W.J. Houben e-mail: [email protected]
Your Project Technical data of the project Owner: Schouwburg Orpheus, Apeldoorn Architect: Architectuurstudio Herman Hertzberger, Amsterdam Engineering office: Adviesbureau voor Bouwtechniek bv, Velp General contractor: Draisma, Thomassen Dura, Apeldoorn Length: 81,5 m With: 58,0 m Height: 10,0 m (under ground level) Volume: 35000 m3 Mass: 230.000 kN Project description: The Orpheus complex has a theatre, congress rooms and a number of facilities for these functions. A main part of the total complex is an underground parking garage of three underground levels and a deck that will be part of the public ground. The level of floor -3 is 8,5 meter below ground level. The mean level of the groundwater is 4 meter below ground level, so the parking garage has to be build in the ground water. First the wall of the parking garage has to be made from the ground level. The walls consist of a concrete diaphragm wall with a thickness of 62 cm. The bottom side of the wall is 13,7 meter below ground level. The wall will be anchored in the ground with grouted anchors. After the concrete has hardened the ground between the walls will be removed and the ground water will come up in the construction pit. At the total surface of the parking garage vertical grouted anchors will be placed into the ground to anchor the floor level -3. The anchors will be placed in a grid of 3 meters square. This floor consists of an under water poured-in-place concrete with a thickness of 1 meter in which the anchors will be fixed. When this not armoured concrete floor is hardened, the ground water will be pumped out of the construction pit. Than another floor of armoured concrete with a thickness of 0,5 meter will be poured-in-place on top of the floor with a thickness of 1 meter, and also in this floor the anchors will be fixed. At this stage there's an open construction pit of 8,5 meter deep. In this pit has to be made two parkingfloors, with a deck on top of it. These three floors consist of pre-cast columns, beams and floors. This total pre-cast structure will be placed on the floor on level -3 on the bottom of the pit. When the floors are assembled, these floors will form the supports of the walls. The construction of the parking garage will start in week 37 2002. Technical questions to be solved One of the technical questions which is solved with ESAPrima Win is the performance of the armoured concrete floor with a thickness of 1 meter. There are many combinations made of the loads on this floor in the building stage and the final stage. This file handles about the final stage in which the loads out of the floors level -1 and -2 and the deck are active and directed downwards in combination with the upwards-directed pressure of the ground water. The floor is placed on subsoil (spring support) which can only produce pressure. The floor can't pull on the ground. So the downwards-directed loads are supported bye the subsoil (spring support). Because the pressure under the columns will be higher than under the surface between the columns, the sub grade reaction modules is calculated to be higher. Under the nodes where the forces out of the columns are placed, a surface is defined with the higher modules of sub grade reaction. In the total floor plate a grid of 3-meter square is defined in which the grouted anchors will be coupled. These anchors can only deliver a tensile force. It's not possible to attach a support in a node with only a tensile reaction force. To solve this problem an 'infinite' stiff member is placed between the floor and each node with the support. These members are marked with the non-linear function "only tensile force". In this way an "only tensile force node support" is created. The diaphragm wall is coupled with the floor and has also a linear spring support. The result is that becomes clear which part of the floor in the final stage is pressed on the soil underneath, and which part is anchored with the grouted anchors. The soil pressure can be determined, the tensile force in the anchors, the reaction on the diaphragm wall and the 2D stresses in the concrete to determine what armouring is needed. Also the deformations of the floor can be determined. Use of ESA-Prima Win Experience with ESA-Prima Win when realising the project: ESA-Prima Win makes it possible to combine different nonlinear supports into one file. A surface spring support with only pressure, a linear spring support with only pressure, and a self-defined node support with only tensile forces. Modules used: Base Dutch language 2D Frame 2D Grid 3D Frame Document Physical nonlinear conditions (very important) 2D Plate 2D Wall 3D Shell 15 SCIA User Contest Catalog
Quels sont les principales activités de votre société ? Ingénierie et assistance technique. Depuis sa création en 1969 à Dunkerque, le groupe ATEIM s'est développé régulièrement pour devenir leader dans son activité au Nord de la France. Il intervient aujourd'hui tant au niveau national qu'international. D'une vocation d'origine sidérurgique et pétrolière, le groupe a pour ambition de se diversifier au travers d'industries aussi variées que la métallurgie, la chimie, la pétrochimie, le verre, la construction automobile, ferroviaire et aéronautique, l'agroalimentaire, la pharmacie, les installations générales, le bâtiment. L'expérience acquise, le savoir-faire, les moyens, les missions du groupe permettent de proposer une large palette de services dans les domaines de l'ingénierie, des études techniques, des études de produits et de la communication. Situé en bordure de la Mer du Nord à Dunkerque, premier port maritime français. Au cœur d'une zone en liaison directe avec toute l'Europe. 16 Category A-typical annual turnover: €30 000 000 number of employees: 430 Support en col de signe de pivot GROUPE ATEIM (DUNKERQUE) Route Express 59430 FORT MARDYCK France tél. +33 (0)3 28 24 34 00 fax +33 (0)3 28 60 18 93 e-mail: [email protected] www.ateim.fr Personne à contacter: Tikouirt e-mail: [email protected] tél: +33 (0)3 28.24.34.00 fax: +33 (0)3 28.60.18.93
Le GROUPE ATEIM est situé à : · 40 Km de Calais · 45 Km du Tunnel sous la Manche · 100 Km de l'aéroport de Lille- Lesquin · 2h de TGV de l'aéroport de Roissy/Charles De Gaulle Secteurs d'activités: Sidérurgie- Métallurgie, Automobile, Bâtiment, Raffinage, Chimie, Installations générales, Industries du verre, Industries pharmaceutiques Zones d'action: Régionale, Nationale, Internationale Votre projet Fiche technique du projet Longueur : 4.03 m Largeur: 1.38m Hauteur : 0.90m Masse : 5.00 T Nom du projet : Support en col de cygne de pivot Pivot support de gaine Lieu de la construction: Isbergues Fait pour: Ugine groupe Usinor Architecte: Ugine et Ateim Bureau d'études: Ateim Entrepreneur général: Langlet Les études sont faites en deux parties et en éléments finis. Le support du pivot est existant par contre le pivot est un ensemble neuf. Une augmentation de capacité dans des gaines est prévue: La première étude concerne le pivot seul, il reprend une gaine composée de deux éléments. Le pivot à une rotation de 120° autour d'un axe qui est solidaire du support. La deuxième étude concerne le support sur lequel est fixé l'axe de rotation et qui est encastré sur l'ossature principale du bâtiment. · L'utilisation intensive du pivot pour permettre la rotation des gaines de 3.00 m de diamètre impose une vérification à la fatigue, et une étude en éléments finis permet de localiser les sollicitations en tout point du support. La localisation des contraintes dans les cordons de soudure nous permet de vérifier les soudures à la fatigue. Qu'est-ce qui rend ce projet intéressant et important ? Une modélisation tel que construit permet une approche très pointue sur les sollicitations et les déformations et ce mode de calcul nous permettait d'aborder le problème de fatigue en plus des vérifications des contraintes et des déformations. Les contraintes positives et négatives en tout point des plaques nous permettent d'optimiser les renforcements éventuels. Pourquoi est-ce un projet spécial ? C'est la première fois qu'une vérification en éléments finis à été fait pour ce type de pièce. Du fait que le pivot tourne sur un rayon de 120°, les actions sur le support dépendent de la position du pivot. La masse du pivot et de la gaine qu'il supporte est de 22000 daN avec en plus un effet dynamique. Le pivot est une pièce neuve, par contre le support est existant. Pour optimiser les renforcements éventuels une vérification en éléments finis était nécessaire. Usage de ESA-Prima Win Description des problèmes techniques résolus avec ESA-Prima Win: A partir d'un support en mécano-soudé existant soumis a des sollicitations différentes de celles prévues initialement, la modélisation tel que construit en éléments finis nous permettait d'optimiser les renforcement éventuels. Description de votre impression et expérience de l'emploi de ESA-Prima Win dans la réalisation de ce projet: Utilisation du logiciel très convivial. Modules utilisés: Eléments finis coques et plaque 17 SCIA User Contest Catalog
Quels sont les principales activités de votre société? Ingénierie et assistance technique Depuis sa création en 1969 à Dunkerque, le groupe ATEIM s'est développé régulièrement pour devenir leader dans son activité au Nord de la France. Il intervient aujourd'hui tant au niveau national qu'international. D'une vocation d'origine sidérurgique et pétrolière, le groupe a pour ambition de se diversifier au travers d'industries aussi variées que la métallurgie, la chimie, la pétrochimie, le verre, la construction automobile, ferroviaire et aéronautique, l'agroalimentaire, la pharmacie, les installations générales, le bâtiment. L'expérience acquise, le savoir-faire, les moyens, les missions du groupe permettent de proposer une large palette de services dans les domaines de l'ingénierie, des études techniques, des études de produits et de la communication. Situé en bordure de la Mer du Nord à Dunkerque, premier port maritime français. Au cœur d'une zone en liaison directe avec toute l'Europe. 18 Category A-typical annual turnover: €30 000 000 number of employees: 430 Tourniquet porte poches d'aciérie GROUPE ATEIM (DUNKERQUE) Route Express 59430 FORT MARDYCK France tél. +33 (0)3 28 24 34 00 fax +33 (0)3 28 60 18 93 e-mail: [email protected] www.ateim.fr Personne à contacter: Tikouirt e-mail: [email protected] tél: +33 (0)3 28.24.34.00 fax: +33 (0)3 28.60.18.93
Le GROUPE ATEIM est situé à: 40 Km de Calais 45 Km du Tunnel sous la Manche Km de l'aéroport de Lille- Lesquin 2h de TGV de l'aéroport de Roissy/Charles De Gaulle Secteurs d'activités: Sidérurgie- Métallurgie, Automobile, Bâtiment, Raffinage, Chimie, Installations générales, Industries du verre, Industries pharmaceutiques Zones d'action: Régionale, Nationale, Internationale Votre projet Fiche technique du projet Longueur: 17.00 m Largeur: 7.10 m Hauteur: 3.55m Volume: 428 m3 Masse: 100 T Nom du projet: TOURNIQUET PORTE POCHES D'ACIERIE Lieu de la construction: SOLLAC DUNKERQUE Fait pour: SOLLAC groupe USINOR Architecte: SOLLAC Bureau d'études: ATEIM L'étude est faite en éléments finis d'un ensemble mécanosoudé existant pour une augmentation de capacité: L'utilisation intensive du tourniquet impose une vérification à la fatigue, et une étude en éléments finis permet de localiser les sollicitations en tout point du tourniquet. Qu'est-ce qui rend ce projet intéressant et important? Une modélisation tel que construit permet une approche très pointue sur les sollicitations et les déformations et ce mode de calcul nous permettait d'aborder le problème de fatigue en plus des vérifications des contraintes et des déformations. Les contraintes positives et négatives en tout point des plaques nous permet d'optimiser les renforcements éventuels. Pourquoi est-ce un projet spécial? C'est la première fois qu'une vérification en éléments finis à été fait pour ce type de pièce. 19 SCIA User Contest Catalog
Quels sont les principales activités de votre société? Civil Engineering CCAI regroupent 3 bureaux d'ingénieurs et totalisent une vingtaine de collaborateurs internes et externes. Fiechter Ingénierie SA Bureau d'ingénieurs Michel Chatelain David Perez Engineering David Perez Position: Directeur des études et projets informatiques Avec 19 ans d'expérience en calcul statique et de calcul sur ordinateur Dont 5 ans d'expérience sur ESA-Prima Win Votre projet Fiche technique du projet Lengeur: 60 m (immeuble) Largeur: 15 m 20 Category A-typical annual turnover: N.A. number of employees: 20 Résidence Parc Mussard Centre de calcul pour Architectes et Ingénieurs CCAI Rue François Perréard, 14 1225 Chêne-Bourg - Suisse tel: +41 (0)22.349.38.69 fax: +41 (0)22.349.38.27 Personne à contacter: M. David Perez e-mail: [email protected] tel: +41 (0)78.707.36.15 fax: +41 (0)22.700.25.36 CCAI
Hauteur: 28 m Volume: 35'000 m3 (avec garages et sous-sol) Project titre: Résidence Parc Mussard Location: 25-31 chemin de Pont-Ceard VERSOIX GENEVE Fait pour: Soplaim S.A. - Planification Immobilière - Route de Malagnou 38 1208 Genève Architecte: ArchiMADE - Malcolm Burford Rte de Sauverny 58 1290 Versoix/Genève Tél. 022 779 08 79 e-mail: [email protected] Bureau d'études: Fiechter Ingénierie SA 14 rue François Perréard 1225 Chêne-Bourg Tél 022 349 38 69 e-mail: [email protected] Entrepreneur général: D'Orlando Qu'est-ce qui rend ce projet intéressant et important? Immeuble No 29 - 10 appartements 60 pièces Immeuble No 31 - 15 appartements 65 pièces Utilisation de ESA-Prima Win Description des problèmes techniques résolus avec ESA-Prima Win: Un des points les plus intéressant de ce projet est que le bâtiment sur situe sur 3 niveaux de terrain différents. Les fondations sont toutes continues et liées entre elles à tous les niveaux. Il était important d'évaluer les conséquences sur la structure dues aux tassements différentiels du fait des grandes différences de masse entre chaque bloc de la construction. La déformée générale montre un effet "bras de levier" sur la partie haute qui subit un soulèvement au lieu d'un tassement ! Description de votre impression et expérience de l'emploi de ESA-Prima Win dans la réalisation de ce projet: ESA-Prima Win révèle un problème qui pourrait être sousestimé lors d'un calcul traditionnel sans programme de calcul par éléments finis. ESA-Prima Win permet grâce à ses outils de "rendering" de faire ressortir des détails révélateurs et peuvent ensuite être analysé exactement. Remarque concernant le calcul: Pour parvenir à la performance obtenue: 36'000 éléments 2D en 7 minutes! J'ai utilisé un Pentium IV 2,26 GHZ avec 512 Mo de mémoire sous XP pro 21 SCIA User Contest Catalog
Activités conception, calcul et dessin de charpentes métalliques Votre projet Le projet d'ossature métallique pour ascenseurs panoramiques a été réalisé cet été pour le compte de l'entreprise LAINE - DELAU située à Nanterre (93) en France. Le maître d'œuvre de ce projet est Monsieur Claude VASCONI. Cet ouvrage fait parti de l'immeuble de bureaux PERISUD actuellement en construction au sud de Paris donnant sur le boulevard périphérique. Ce pylône est composé de 4 colonnes d'ascenseurs: 2 colonnes sont de chaque coté de l'ossature et séparées par des planchers intermédiaires. Ces ascenseurs permettent de desservir l'immeuble du rez-de-jardin jusqu'au septième étage. Les parois sont entièrement vitrées et l'ossature tubulaire apparente entre dans l'esthétique de la structure. 22 Category A-typical annual turnover: €230 000 number of employees: 4 Ascenseurs panoramiques Bureau d'études DUBERSEUIL et Cie 2, square les Clématites 95470 SURVILLIERS - FRANCE Tél: +33 1 34 68 60 10 fax: +33 1 34 68 31 30 personne à contacter: Laurent Traulé e-mail: [email protected] DUBERSEUIL& Cie
Fiche technique du projet D'une masse de 47 tonnes, cet ouvrage a pour dimensions: Longueur: 10,57 m. Largeur: 5,2 m. Hauteur: 36,75 m. Ce projet est réalisé en profils tubulaires sauf aux niveaux des planchers où sont employés des profils IPE. La géométrie a pu être exécutée rapidement grâce à la copie d'éléments. De plus, des modifications de structure ont eu lieu durant l'étude, me permettant ainsi de déplacer des éléments sans que le chargement disparaisse. La mise en charge de la structure a été réalisée suivant les réglementations en vigueur concernant les surcharges climatiques. Les efforts des ascenseurs nous ont été communiqués par l'entreprise OTIS. Ce type de structure faisant également l'objet d'une analyse au second ordre, des éléments non linéaires travaillant uniquement en compression comme les poteaux ont été sélectionnés. Une étude du flambement des poteaux a également été effectuée. Lors de l'étude de cette structure, j'ai fait appel à l'assistance ESA-Prima Win car certains résultats m'ont surpris, à savoir le déplacement vertical des poteaux dû à la compression. En effet, le chargement étant important, un léger tassement de mes poteaux s'est produit. Le support technique m'a aidé à comprendre ce déplacement qui finalement est normal. Hypothèse de calcul CHARGES 1 Charges permanentes Poids propre des éléments Toiture: vitrage 50 daN/m² Local poulie: caillebotis 30 daN/m² garde-corps 10 daN/m² Façade: vitrage ép. 14 mm 35 daN/m² vitrage ép. 26 mm 65 daN/m² ossature secondaire 15 daN/m² Palier: bac collaborant + dalle ép. 12 cm 213 daN/m² chape ép. 3 cm 60 daN/m² revêtement marbre ép. 3 cm 84 daN/m² faux-plafond 20 daN/m² garde-corps en verre 30 daN/m² luminaires + divers 8 daN/m² 2 Surcharges climatiques Neige: zone 1A altitude < 200 m pente toiture = 1 % Pn = 35 daN/m² coefficient neige extrême 1,71 Vent: zone 2 site normal q10 = 60 daN/m² hauteur H = 32,4 m ks = 1 km = 1 qH = 81,8 daN/m² 3 Surcharges d'exploitation Toiture: personnel 150 daN/m² Palier: personnel 250 daN/m² Local poulie: personnel 150 daN/m² P 21 1625 daN P 22 1150 daN P 23 3250 daN P 24 1500 daN Réactions cabine: Fk 4364,8 daN Fx 172 daN Fy 144,6 daN REGLEMENTS CM 66 NV 65 modifiées 99 DEPLACEMENTS ET CONTRAINTE Déplacements: poteaux 1/350 ème éléments de plancher 1/300 ème Contrainte: limite élastique 23,5 daN/mm² Nota: en toiture, les surcharges de neige et d'exploitation étant incompatibles (R1-1,16 CM 66), nous avons pris en compte dans les calculs uniquement la surcharge d'exploitation, celle-ci étant la plus défavorable. 23 SCIA User Contest Catalog
Activités conception, calcul et dessin de charpentes métalliques Votre projet Le projet de la tour de contrôle a été réalisé en octobre 2001 pour le compte de l'entreprise SERFI située à Sarcelles (95) en France. Cet ouvrage, entièrement démontable, est destiné pour des aérodromes régionaux dans les pays tropicaux (DOM - TOM, Madagascar, Asie du sud-est). Cette tour se trouve ainsi exposée à des risques de cyclones, et doit résister à des vents violents. L'effet du séisme, probable dans les lieux où sera édifiée la tour, a également été pris en compte dans les calculs. Au rez-de-chaussée se trouve le local entretien et un escalier permettant l'accès à la salle de contrôle. Les parois de cette salle sont en panneau sandwich et en double - vitrage. Un chemin périphérique extérieur permet de faire le tour de la salle. Un accès en toiture est également prévu afin de permettre l'entretien des antennes et des panneaux solaires qui s'y trouvent. 24 Category A-typical annual turnover: €230 000 number of employees: 4 Tour de contrôle Bureau d'études DUBERSEUIL et Cie 2, square les Clématites 95470 SURVILLIERS - FRANCE tél: +33 1 34 68 60 10 fax: +33 1 34 68 31 30 e-mail: [email protected] personne à contacter: Laurent Traulé DUBERSEUIL& Cie
Fiche technique du projet D'une masse de 11 tonnes, cet ouvrage a pour dimensions: Longueur: 7,7 m. Largeur: 4,15 m. Hauteur: 6,8 m. Ce projet est réalisé avec des profilés courants du commerce. Cette structure, d'aspect confus, répond aux besoins des différents aménagements demandés et nécessite une partie dégagée, avec un minimum d'ossature pour permettre la visibilité de par son utilisation (salle de contrôle extérieur) La géométrie de la charpente a été étudiée pour répondre aux exigences du maître d'ouvrage. La mise en charge de la structure a été réalisée suivant les réglementations en vigueur. Ce type de structure faisant l'objet d'une analyse au second ordre, des éléments non linéaires travaillant uniquement en traction comme les contreventements ont été sélectionnés. Selon les résultats, les profils de structure adéquats ont été mis en place pour répondre aux sollicitations. Les assemblages ont été calculés indépendamment du logiciel ESA-Prima Win. Aucun problème particulier n'a été rencontré lors de l'étude de cette structure. Hypothèse de calcul CHARGES 4 Charges permanentes Poids propre des éléments Toiture: bandeau: bac acier 10 daN/m² chemin d'accès: caillebotis ép. 30 mm. 29,5 daN/m² garde-corps 10 daN/m appareils: aérotherme 50 daN panneau solaire 50 daN couverture: panneau sandwich ép. 80 mm. 14,7 daN/m² faux-plafond 15 daN/m² Salle de contôle: plancher: platelage aluminium ép. 20 mm. 58 daN/m² façade: vitrage ép. 24 mm. 60 daN/m² panneau sandwich ép. 100 mm. 14,3 daN/m² chemin périphérique: caillebotis ép. 30 mm. 29,5 daN/m² garde-corps 10 daN/m 5 Surcharge climatique Vent: zone: 5 site: exposé q10 = 120 daN/m² hauteur H = 7 m ks = 1,2 km = 1 qH = 134,3 daN/m² 6 Surcharges d'exploitation Toiture: chemin d'accès: 150 daN/m² Salle de contrôle: intérieur: 250 daN/m² chemin périphérique: 150 daN/m² REGLEMENTS CM 66 NV 65 modifiées 99 PS 92 DEPLACEMENTS ET CONTRAINTE · Déplacements: en tête des poteaux: 1/250 ème éléments de couverture: 1/200 ème éléments de plancher: 1/300 ème Contrainte: limite élastique: 23,5 daN/mm² PARAMETRES SISMIQUES Classe d'ouvrage: classe B Zone de sismicité: zone Ib Classification du sol: site S1: sol de résistance mécanique moyenne en épaisseur inférieure à 15 m. Action sismique: coefficient de masse partielle f = 0,20 (article 6.21) Nota: a construction étant située en milieu tropical, aucune surcharge de neige n'a été prise en compte dans les calculs. Conformément à l'article 8.1 des Règles PS 92, l'action du vent n'est pas prise en compte avec celle du séisme. 25 SCIA User Contest Catalog
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