Robbins Engineering, fondée en 2004 à Little Rock, Arkansas, a conçu ce terminal FBO (Fixed Base Operator) et ce hangar pour des clients d'aviation d'affaires sur un aéroport en haute altitude soumis à des vitesses de vent de force ouragan.
L'élément le plus marquant de ce projet unique était des fermes arquées à portée libre de 132 pieds soutenant l'auvent de 40 pieds de haut pour les avions.
Structure et conception
L'auvent a été conçu comme une structure sous laquelle les avions s'engagent pour l'embarquement et le débarquement des passagers. Mais ce type de structure représente une grande surface et est sollicité principalement par le vent.
L'équipe de conception a étudié plusieurs options avant de retenir des fermes arquées supportées par des poteaux composés à treillis (Figure 1). Des poteaux jumelés W24x192, espacés de 4 pieds, avec un contreventement en croix par barres rondes et des entretoises W8 entre eux, forment chacun des 4 poteaux composés. Les fermes arquées ont une hauteur de 6 pieds, avec des membrures WT12x88 et des âmes en cornières doubles.
Figure 1. Modèle RAM Elements de l'auvent élevé pour avions.
La portée libre de 132 pieds comporte un point de jonction boulonné sur site près de la mi-portée. Chaque extrémité de chaque ferme est fixée à l'aile intérieure du poteau W24 via des assemblages moment boulonnés à platine d'extrémité (Figure 2). Des sections de fermes en porte-à-faux de 10 et 20 pieds sont fixées de manière similaire aux ailes extérieures des poteaux. Un contreventement vertical en croix installé entre chaque paire de fermes, ainsi qu'un treillis en cornières dans les plans des membrures supérieure et inférieure, forme une ferme spatiale entre chaque paire de poteaux composés. Cela crée le portique à moment dans le sens longitudinal. Chaque paire de poteaux à treillis fonctionne comme des fermes verticales en porte-à-faux dans l'axe orthogonal. Des poutres de liaison en béton relient les poteaux dans le sens longitudinal pour résister à la poussée des arches sous charges gravitaires.
Figure 2. Membrure de ferme WT connectée au poteau W24 via des platines d'extrémité analysées dans Idea Statica
Connection. Porte-à-faux à gauche du poteau, travée arrière à droite.
L'article complet écrit par Jason McCool est accessible sur le site web du STRUCTURE Magazine.
Utilisation de l'application IDEA StatiCa
Jason McCool, ingénieur de projet chez Robbins Engineering, PLLC :
Le principal autre logiciel d'assemblages que nous utilisions habituellement n'était pas capable de vérifier un joint de rabout de poutre avec des sections WT. Comme j'ai utilisé des WT12x88 pour les membrures de nos fermes arquées d'auvent, l'application IDEA StatiCa a résolu ce qui aurait été autrement des calculs manuels lents ou la création fastidieuse de feuilles de calcul. Avec son aide, j'ai rapidement vérifié le joint de rabout à la fois avec des platines d'extrémité et des platines d'âme à recouvrement en cisaillement, et j'ai itéré jusqu'à la solution finale optimisée de platines à recouvrement en double cisaillement, alors même que je développais encore mon modèle d'analyse global. Malheureusement, il n'existe pas de lien BIM pour le logiciel que nous avons utilisé pour le modèle global, donc je n'ai pas pu profiter de ces fonctionnalités pour transférer la géométrie et les informations de charge, mais le simple fait de pouvoir explorer rapidement des options non typiques et de les ajuster selon les besoins a été d'une grande aide.
L'assemblage moment par platine d'extrémité reliant les membrures WT aux poteaux était un autre élément critique pour nous que d'autres logiciels ne pouvaient pas analyser. StatiCa m'a permis d'éliminer avec confiance les raidisseurs inutiles et de placer davantage de matière là où elle était le plus utile. Les soudures pouvaient être dimensionnées en sachant que la contrainte non uniforme dans les soudures était directement prise en compte, plutôt que de recourir aux hypothèses habituelles d'uniformité ou à l'application de coefficients d'augmentation arbitraires visant à englober toute concentration de contrainte potentielle.
Cet exemple d'une poutrelle à âme ouverte en acier reposant sur une platine de raidisseur de poteau est un autre cas où les autres logiciels sont insuffisants. L'hypothèse habituelle est que la platine de raidisseur n'est soumise qu'à la traction ou à la compression créée par les efforts des ailes de la poutre se transférant dans le poteau lorsque la structure se déforme. Mais Idea Statica permet de prendre en compte des effets d'interaction tels que la compression dans le plan et la flexion hors plan, comme dans ce cas, ou un autre cas courant d'assemblages moment à 4 directions mettant les platines de continuité de l'axe fort en traction biaxiale.
Ci-dessous se trouve un assemblage de contreventement au vent sur un poteau W relativement petit, dans la partie bâtiment FBO (Fixed Base Operator) du projet. L'effort de la diagonale est dû au vent et non au séisme, et est relativement faible à ce nœud. Mais il s'agit là encore d'une configuration d'assemblage qui n'est simplement pas traitée par nos autres logiciels de conception d'assemblages. Plutôt que de passer du temps à faire des calculs manuels fastidieux ou de prendre la voie « facile » consistant à ajouter rapidement des platines de raidisseur inutiles ou à utiliser une platine d'extrémité très épaisse pour se placer largement du côté conservateur, IDEA StatiCa Connection permet une vérification simple confirmant que l'assemblage proposé est plus que suffisant.
Le résultat est un assemblage très épuré, également plus facile à fabriquer sans les platines de raidisseur de poteau supplémentaires. Plus tard, une autre application potentielle de cet assemblage s'est présentée sur une autre partie du bâtiment, sur un poteau légèrement plus lourd, mais cette fois avec 5 fois l'effort de la diagonale. J'avais créé un modèle à partir du premier cas et j'ai pu rapidement l'appliquer au nouvel emplacement et confirmer que la même configuration fonctionnait, à nouveau sans raidisseurs. De plus, ce modèle est désormais disponible pour être réutilisé sur d'autres projets.
Conclusion
REC a bénéficié de plusieurs manières en disposant d'IDEA StatiCa Connection. Bien que nous utilisions d'autres logiciels de conception d'assemblages, aucun n'est aussi ouvert. Ils sont tous basés sur des formules, et donc limités à ce que les formules dérivées dans les différents codes et normes puis programmées par l'éditeur du logiciel permettent. Mais IDEA StatiCa se situe véritablement à un niveau supérieur que les autres ne pourront jamais atteindre, en permettant de construire des assemblages à partir de composants de base pour former des configurations complexes que le programmeur n'aurait pas pu anticiper au préalable. Avec le CBFEM en appui des calculs, je ne suis plus autant limité par ce qu'un programmeur aurait pu envisager à l'avance. Sections et dispositions de boulons asymétriques, arrangements complexes de raidisseurs, détermination de la conformité d'assemblages existants avec des composants « manquants » – tout cela est possible avec Idea Statica, là où d'autres programmes ont intégré des hypothèses figées comme des arrangements symétriques, des analyses simplifiées et fragmentées sans interaction entre les différentes parties, etc.
