Tall building cross section shape effect on structural efficiency

Praca analizuje wpływ formy przekroju poprzecznego wieżowców na efektywność ich konstrukcji w warunkach dynamicznego obciążenia wiatrem. Przedmiotem badań są dwa typy przekrojów poprzecznych: rury i krzyże. Rury obejmują formy koła, kwadratu i trójkąta. Wśród krzyży jest krzyż kwadratowy i trójkątny. Analizowane są trzy typy sylwet wieżowców: piramidy, prostokąty i beczki. Miarą efektywności konstrukcji wieżowca jest podstawowa częstość giętnych drgań własnych. Obliczenia częstości drgań wykonano metodą elementów skończonych. Ustalono hierarchię form przekrojów poprzecznych dla różnych sylwet wieżowców, obejmującą piętnaście przypadków. Stwierdzono, że rury są lepsze od krzyży dla wszystkich sylwet budynków. Najlepszą kombinacją formy przekroju poprzecznego i sylwety jest kołowa piramida. Najgorsze są krzyże o sylwecie baryłki. Praca winna wesprzeć architektów w konceptualnej fazie projektowania, zestawiając ze sobą piętnaście konkurencyjnych projektów budynków wysokich o rożnej efektywności konstrukcyjnej.The paper analyses the effect of the cross section shape of tall buildings on their structural efficiency under dynamic wind loading. Two types of thin-walled cross sections are investigated: closed tubes and open crosses. The tubes include circular, square, and triangular shapes. The crosses are square and triangular. Tall buildings with three types of silhouettes are studied: pyramids, rectangles, and barrels. The structural quality measure is the fundamental frequency of free bending vibrations. The fundamental frequencies are found numerically using the finite element method. A hierarchy of cross section shapes is established for the various silhouettes, involving fifteen cases. Tubes are found superior to crosses for all silhouettes. The best cross-section-silhouette combination is the circular pyramid. The worst are crosses with barrel silhouettes. The paper should assist architects in the conceptual design phase by putting side-by-side fifteen competing tall building design ideas with different structural merit