High Rise Buildings in Steel

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1

High Rise Buildings in Steel - from Past to Present

Prof.  Dr.  –Ing.  Christoph  Odenbreit    ArcelorMi:al  Chair  of  Steel  and  Façade  Engineering    University  of  Luxembourg  

ArcelorMittal Chair of Steel and Façade Engineering

Journée  Construc-on  Acier  2015  –    Mardi  10  novembre    

2

Historical    Considerations  

The  First  High  Rise  Buildings  

Newest    Trends  and  Research    

High  Rise  Buildings  in  Steel  

from  Past  to  Present  

Development    Of  Enhanced  

Bracing    Systems    

3

Historical    Considerations  

The  First  High  Rise  Buildings  

Development    Of  Enhanced  

Bracing    Systems    

High  Rise  Buildings  in  Steel  

from  Past  to  Present  

Newest    Trends  and  Research    

4

The  Tower  of  Babel    ca.  700  B.C.    Drawing  of    Peter  Bruegel  Sen.    (1525-­‐1569)  

 

5

Towers  of  Bologna    12th  Century      Hight    ca.  97  m  

6

The  City  of  Shebam,  South  of  Jemen      ca.  1500  A.D  500  buildings    Max.  9  storeys    Buildings  out  of      Timber  and  Clay  

7

Pre-­‐Requisitions  for  the  Modern  High  Rise  Building:    

 (1)  Building  Material  

8

Henry  Bessemer    (1813  –  1898)  England    

Inventor  of  the  Bessemer  Converter  &  Process  Patent  in  1885  

The  Bessemer  Process  

Air  

9

Pre-­‐Requisitions  for  the  Modern  High  Rise  Building:    

 (1)  Building  Material    (2)  Elevator  

10

Otis    Elevator  with    Steam-­‐Powered  Engine.  

Elisha  Grave  Otis  1811-­‐1861    Inventor  of  the  Elevator  

The  Elevator  

11

Development    Of  Enhanced  

Bracing    Systems    

High  Rise  Buildings  in  Steel  

from  Past  to  Present  

Historical    Considerations  

The  First  High  Rise  Buildings  

Newest    Trends  and  Research    

12

The  «Home  Insurance  Building»      1885  Chicago    Hight  42  m    The  building  is  seen  as  the  first    High  Rise  Building    Architect:    William  Le  Baron  Jenny  Construction:    Steel  frame  and  two  reinforced    concrete  walls        

The  First  High  Rise  Building  –  

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Steel  Profiles  Rivets  No  Welding  

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The  «Empire  State  Building»    1930-­‐1931  New  York      Hight  443  m      (for  nearly  40  years  the    world’s  highest  building)  

 Architects  :  William  F.  Lamb  of  “Shreve,  Lamb  and  Harmon”  

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Steel  Consumption  

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Khan  (1959)  :      Premium-­‐For-­‐Hight  

18

Khan  (1959)  :      Premium-­‐For-­‐Hight  

Vertical  Load  +  Horizontal  Bracing    

Only  Verical  Load  Take  Down    

122    kg/m2  

317  kg/m2  

19

Newest    Research    and  Trends  

High  Rise  Buildings  in  Steel  

from  Past  to  Present  

Historical    Considerations  

The  First  High  Rise  Buildings  

Development    Of  Enhanced  

Bracing    Systems    

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

21

Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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Staggered  Truss  Bracing    Godfrey  Hotel,  Chicago    2014    Hight:  16  storeys    Architect  :  Valerio  Dewalt  Train  Structural  Engineer  :  Structural  Affiliates  International    

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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 30  St.  Mary  Axe,  London  2004    Hight:  180  m    Architects  :  Ken  Shuttleworth          &  Norman  Foster  

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Tour  D2      Paris,  La  Défense  2014    Hight:  171  m    Architects  :  Anthony  Béchu  /    Tom  Sheehan  

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30

Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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Tube  System  with  External  X-­‐Bracing    John  Hancock  Center    1968-­‐1970  Chicago      Hight:  344  m  (100  storeys)    Architects  :  &  Engineers  :    Skidmore,  Owings  &  Merrill    (F.  Khan)    Construction:  Braced  Tube    (Steel  frame  &  Megastructure  X-­‐bracing)  

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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Bundled  Tubes    Sears  Tower  (Willis  Tower)    Chicago  1973    Architects  &  Engineers  :  SOM  (Skidmore,  Owings  &  Merrill)  Bruce  Graham,  Fazlur  Khan    Hight:  442  m,  108  storeys    Construction:      Bundled  Tube  System  with  Steel  Frames.  

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Fazlur  Khan  

Fazlur  Khan  with  his  doughter,    Yasmin  Sabina  Khan  

40

Bundled    Tubes  

41

Double  -­‐T-­‐SecOon  with    Flange    and  Web  

42

43

22.85  m  

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45

Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  

Outigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

46

Tube  System  with  Shear  Frames    World  Trade  Center,  NY  1970  Hight:  417  m    

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames    

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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Outrigger  System    First  Wisconsin  Center,  Milwaukee,  Wisconsin    1972    Hight:  183  m    SOM  and  Fitzhugh  Scott  Architects  

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Effect  in  Terms  of  Deflection  

52

Compression  

Tension  

M3  

M2  

M1  

M3  

M2  

M1  

Effect  in  Terms  of    Bending  Moments  

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

54

Tube  in  Tube  Bracing    Petronas  Towers    Kuala  Lumpur,  1999    Hight:  452    Architect:  Cesar  Pelli  &  Associates,  New  Haven,  Structural  Engineering  :  Thornton  Thomasetti    Construction:    Mixed  Steel-­‐Concrete  Structure  

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Shear  Wall/Truss  –  Frame  Interac-on  Forces    Fazlur  Khan  

57

Shear  Wall/Truss  –  Frame  Interac-on  Forces    Fazlur  Khan  

58

Shear  Wall/Truss  –  Frame  Interac-on  Forces    Fazlur  Khan  

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Staggered  Truss  Bracing  

Diagrid  Structure  

Tube  System  with  External  X-­‐Bracing  

Bundled  Tubes  

Tube  System  with  Shear  Frames  (Shear  Walls)  

Outrigger  System  

Tube  in  Tube  Bracing  

Space  Truss  Bracing  

   

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Space  Truss  Bracing    Bank  of  China,  Hong  Kong    Hong  Kong,  1999    Hight:  315  m      Architect:  I.M  Pei  and  Partners    Structural  Engineering  :    Leslie  E.  Robertson  Associates    Structures  :    Steel  /  Steel-­‐Composite  

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+   ~  

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High  Rise  Buildings  in  Steel  

from  Past  to  Present  

Historical    Considerations  

The  First  High  Rise  Buildings  

Development    Of  Enhanced  

Bracing    Systems    

Newest    Trends  and    Research    

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Research  on  Super  Columns  :    ArcelorMittal        China  Academy  of      Building  Research    Tsinghua  University    Beijing  

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Principle  

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Core  (Concrete/Composite)  

Outrigger  &  Shear  Trusses    

Super  Columns  

Belt  Truss  

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Projects  

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Combined      Core  +  Super  Columns  +  Outrigger  System    International  Finance  Center    Hong  Kong      2003    Hight  412  m    Architect  7  Engineers:    Cesar  Pelli  /  Ove  Arup    

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Super  Columns  +    Outrigger  +  Super  Frames    Ping  Anh  Finance  Center  Shenzen      Under  Construction    Hight  660  m    Architect  &  Engineers:      Kohn  Pedersen  Fox  &    Thornton  Thomasetti  

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High Rise Buildings in Steel - from Past to Present

Prof.  Dr.  –Ing.  Christoph  Odenbreit    ArcelorMi:al  Chair  of  Steel  and  Façade  Engineering    University  of  Luxembourg  

ArcelorMittal Chair of Steel and Façade Engineering

Journée  Construc-on  Acier  2015  –    Mardi  10  novembre    

                           Thank  You  for  Your  Attention  

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