Robbins Engineering, fundada en 2004 en Little Rock, Arkansas, diseñó esta terminal FBO (Operador de Base Fija) y hangar para clientes de aviación de negocios en un aeropuerto de gran altitud con velocidades de viento propias de huracán.
La parte más destacada de este proyecto único fueron las cerchas arqueadas de 132 pies de luz libre que soportan el dosel de 40 pies de altura para las aeronaves.
Estructura y diseño
El dosel se ha diseñado como una estructura bajo la cual se sitúan los aviones para la carga y descarga de pasajeros. Pero este tipo de estructura representa una gran superficie y está sometida a esfuerzos principalmente por el viento.
El equipo de diseño estudió varias opciones antes de decidirse por cerchas arqueadas apoyadas sobre columnas compuestas enrejadas (Figura 1). Cada una de las 4 columnas compuestas está formada por dos columnas W24x192 separadas 4 pies, con arriostramiento en X de barra redonda y montantes W8 entre ellas. Las cerchas arqueadas tienen 6 pies de canto y utilizan cordones WT12x88 y almas de angulares dobles.
Figura 1. Modelo en RAM Elements del dosel elevado para aeronaves.
La luz libre de 132 pies tiene un punto de empalme atornillado en obra cerca del centro de vano. Cada extremo de cada cercha se conecta al ala interior de la columna W24 mediante uniones a momento con placa de testa atornillada (Figura 2). Los tramos de cercha en voladizo de 10 y 20 pies se conectan de forma similar a las alas exteriores de las columnas. El arriostramiento vertical en X instalado entre cada par de cerchas, junto con el enrejado de angulares en los planos de los cordones superior e inferior, forma una cercha espacial entre cada par de columnas compuestas. Esto crea el pórtico a momento en la dirección longitudinal. Cada par de columnas enrejadas funciona como cerchas verticales en voladizo en el eje ortogonal. Vigas de atado de hormigón unen las columnas en la dirección longitudinal para resistir el empuje de los arcos bajo cargas gravitatorias.
Figura 2. Cordón de cercha WT conectado a la columna W24 mediante placas de testa, analizado en Idea Statica
Connection. Voladizo a la izquierda de la columna, tramo trasero a la derecha.
El artículo completo escrito por Jason McCool está disponible en el sitio web de STRUCTURE Magazine.
Uso de la aplicación IDEA StatiCa
Jason McCool, ingeniero de proyecto en Robbins Engineering, PLLC:
Otro software de unión principal que solíamos usar no era capaz de verificar una unión de empalme de viga con secciones WT. Como utilicé WT12x88 para los cordones de nuestras cerchas arqueadas del dosel, la aplicación IDEA StatiCa resolvió lo que de otro modo habría implicado cálculos manuales lentos o la tediosa creación de hojas de cálculo. Con su ayuda, verifiqué rápidamente la unión de empalme tanto con placas de testa como con placas de cortante solapadas, e iteré hasta llegar a la solución final optimizada de placas solapadas a doble cortante, incluso mientras aún estaba desarrollando mi modelo de análisis global. Lamentablemente, no existe un enlace BIM para el software que usamos en el modelo global, por lo que no pude aprovechar esas funciones para transferir información de geometría y cargas, pero el simple hecho de poder explorar rápidamente opciones no habituales y ajustarlas según fuera necesario supuso una gran ayuda.
La unión a momento con placa de testa entre los cordones WT y las columnas fue otro elemento crítico para nosotros que otro software no podía analizar. StatiCa me permitió eliminar con confianza rigidizadores innecesarios y colocar más material donde resultaba más útil. Las soldaduras pudieron dimensionarse sabiendo que la tensión no uniforme en las soldaduras se tenía en cuenta directamente, en lugar de recurrir a las suposiciones habituales de uniformidad o a la aplicación de factores de incremento arbitrarios que intentan cubrir cualquier posible concentración de tensiones.
Este ejemplo de una vigueta de acero de alma abierta apoyada sobre una placa rigidizadora de columna es otro caso en el que otro software se queda corto. La suposición típica es que la placa rigidizadora está sometida únicamente a la tracción o compresión generada por las fuerzas de ala de la viga que se transfieren a la columna a medida que la estructura se deforma lateralmente. Pero Idea Statica permite considerar efectos de interacción, como compresión en el plano y flexión fuera del plano, como en este caso, u otro caso habitual de uniones a momento en 4 direcciones que someten las placas de continuidad del eje fuerte a tracción biaxial.
A continuación se muestra una unión de arriostramiento de viento a una columna W relativamente pequeña en la parte del edificio FBO (Operador de Base Fija) del proyecto. La carga del arriostramiento es de viento, no sísmica, y es relativamente pequeña en esta junta. Pero esta es otra configuración de unión que simplemente no está contemplada por nuestro otro software de diseño de uniones. En lugar de dedicar tiempo a tediosos cálculos manuales o de optar por la vía "fácil" de añadir rápidamente rigidizadores innecesarios o utilizar una placa de testa muy gruesa para quedarse ampliamente del lado conservador, IDEA StatiCa Connection permite una verificación sencilla de que la unión propuesta es más que adecuada.
El resultado es una junta muy limpia que además resulta más fácil de fabricar sin las placas rigidizadoras adicionales de la columna. Más adelante, surgió otra posible aplicación de esta unión en otra parte del edificio, en una columna ligeramente más pesada, pero esta vez con 5 veces la carga del arriostramiento. Había creado una plantilla a partir del primer caso y pude aplicarla rápidamente a la nueva ubicación y confirmar que la misma configuración funcionaba, de nuevo sin rigidizadores. Además, esa plantilla ya está disponible para reutilizarse en otros proyectos.
Conclusión
REC se benefició de varias maneras al contar con IDEA StatiCa Connection. Aunque utilizamos otro software de diseño de uniones, ninguno es tan abierto. Todos ellos se basan en fórmulas y, por lo tanto, están limitados a las fórmulas que se hayan derivado en los distintos códigos y normas y que luego haya programado el desarrollador del software. Pero IDEA StatiCa realmente parte de un nivel superior al que los demás nunca podrían alcanzar, al ser capaz de construir uniones a partir de componentes básicos hasta configuraciones complejas que el programador no habría podido anticipar de antemano. Con el CBFEM respaldando los cálculos, no estoy ni de lejos tan limitado a lo que un programador pudiera haber previsto de antemano. Secciones y patrones de pernos asimétricos, disposiciones complejas de rigidizadores, determinar la idoneidad de uniones ya construidas con componentes "faltantes": todo esto es posible con Idea Statica, mientras que otros programas tienen incorporadas suposiciones como disposiciones simétricas, análisis parciales simples sin interacción entre las distintas partes, etc.