Robbins Engineering, fondata nel 2004 a Little Rock, Arkansas, ha progettato questo terminal FBO (Fixed Base Operator) e hangar per clienti dell'aviazione d'affari in un aeroporto ad alta quota con velocità del vento paragonabili a quelle di un uragano.
La parte più significativa di questo progetto unico erano le capriate ad arco con luce libera di 132 piedi, a sostegno della tettoia alta 40 piedi per gli aerei.
Struttura e progettazione
La tettoia è stata progettata come struttura sotto la quale gli aerei possono transitare per l'imbarco e lo sbarco dei passeggeri. Ma questo tipo di struttura rappresenta una superficie ampia ed è sollecitata principalmente dal vento.
Il team di progettazione ha valutato diverse opzioni prima di optare per capriate ad arco sostenute da colonne composte reticolari (Figura 1). Ciascuna delle 4 colonne composte è formata da due colonne W24x192, distanziate di 4 piedi, con controventi a X in barra rotonda e puntoni W8 tra loro. Le capriate ad arco hanno un'altezza di 6 piedi, con correnti WT12x88 e diagonali a doppio angolare.
Figura 1. Modello RAM Elements della tettoia alta per aerei.
La luce libera di 132 piedi presenta un giunto bullonato in campo vicino alla mezzeria. Ciascuna estremità di ogni capriata è collegata all'ala interna della colonna W24 tramite collegamenti a momento bullonati con piastra d'estremità (Figura 2). Le sezioni a mensola delle capriate, di 10 e 20 piedi, sono collegate in modo simile alle ali esterne delle colonne. I controventi verticali a X installati tra ogni coppia di capriate, insieme ai calastrelli angolari nei piani sia del corrente superiore che inferiore, formano una capriata spaziale tra ogni coppia di colonne composte. Ciò crea il telaio a momento nella direzione lunga. Ciascuna coppia di colonne reticolari funziona come capriata verticale a mensola nell'asse ortogonale. Travi di collegamento in calcestruzzo uniscono le colonne nella direzione lunga per resistere alla spinta degli archi sotto i carichi gravitazionali.
Figura 2. Corrente della capriata WT collegato alla colonna W24 tramite piastre d'estremità analizzato in Idea Statica
Connection. Mensola a sinistra della colonna, campata di ritorno a destra.
L'articolo completo scritto da Jason McCool è disponibile sul sito web di STRUCTURE Magazine.
Utilizzo dell'applicazione IDEA StatiCa
Jason McCool, Project Engineer presso Robbins Engineering, PLLC:
Gli altri software principali per i collegamenti che eravamo abituati a usare non erano in grado di verificare un giunto di giunzione trave con sezioni WT. Poiché ho utilizzato sezioni WT12x88 per i correnti delle nostre capriate ad arco della tettoia, l'applicazione IDEA StatiCa ha risolto quello che altrimenti sarebbe stato un calcolo manuale lento o la tediosa creazione di un foglio di calcolo. Con il suo aiuto, ho verificato rapidamente il giunto di giunzione sia con piastre d'estremità che con piastre a taglio sovrapposte, iterando fino alla soluzione finale ottimizzata di piastre sovrapposte a doppio taglio, anche mentre stavo ancora sviluppando il mio modello di analisi globale. Sfortunatamente, non esiste un collegamento BIM per il software che abbiamo usato per il modello globale, quindi non sono stato in grado di sfruttare quelle funzionalità per trasferire le informazioni di geometria e carico, ma poter semplicemente esplorare rapidamente opzioni non tipiche e adattarle secondo necessità è stato di grande aiuto.
Il collegamento a momento con piastra d'estremità dai correnti WT alle colonne è stato un altro elemento critico per noi che altri software non erano in grado di analizzare. StatiCa mi ha permesso di eliminare con sicurezza gli irrigidimenti non necessari e di collocare più materiale dove era più utile. Le saldature potevano essere dimensionate sapendo che la tensione non uniforme nelle saldature era direttamente considerata, invece delle comuni ipotesi di uniformità o dell'applicazione di fattori di incremento arbitrari che tentano di comprendere qualsiasi potenziale concentrazione di tensione.
Questo esempio di un giunto reticolare in acciaio con anima aperta che appoggia su una piastra di irrigidimento della colonna è un altro caso in cui altri software risultano insufficienti. L'ipotesi tipica è che la piastra di irrigidimento sia soggetta solo alla trazione o alla compressione generate dalle forze delle ali della trave che si trasferiscono nella colonna mentre la struttura si deforma. Ma Idea Statica consente effetti di interazione come la compressione nel piano e la flessione fuori piano, come in questo caso, oppure un altro caso comune di collegamenti a momento a 4 vie che sottopongono le piastre di continuità dell'asse forte a trazione biassiale.
Di seguito è riportato un collegamento di controvento al vento su una colonna a W relativamente piccola nella porzione dell'edificio FBO (Fixed Base Operator) del progetto. Il carico del controvento è dovuto al vento e non è sismico, ed è relativamente piccolo in questo giunto. Ma questa è un'altra configurazione di collegamento che semplicemente non viene affrontata dal nostro altro software di progettazione dei collegamenti. Invece di dedicare tempo a tediosi calcoli manuali o di seguire la via "facile" di aggiungere rapidamente piastre di irrigidimento non necessarie o di usare una piastra d'estremità molto spessa per essere ampiamente cautelativi, IDEA StatiCa Connection consente una semplice verifica che il collegamento proposto sia più che adeguato.
Il risultato è un giunto molto pulito, anche più facile da realizzare senza le piastre di irrigidimento aggiuntive della colonna. Successivamente, è emersa un'altra potenziale applicazione di questo collegamento in un'altra parte dell'edificio su una colonna leggermente più pesante, ma questa volta con un carico del controvento 5 volte superiore. Avevo creato un modello dal primo caso e sono stato in grado di applicarlo rapidamente alla nuova posizione, confermando che la stessa configurazione funzionava, ancora senza irrigidimenti. Inoltre, quel modello è ora disponibile per essere riutilizzato in altri progetti.
Conclusione
REC ha beneficiato in diversi modi dall'avere IDEA StatiCa Connection. Sebbene utilizziamo anche altri software di progettazione dei collegamenti, nessuno di essi è così aperto. Sono tutti basati su formule, e quindi limitati a qualsiasi formula sia stata derivata nei diversi codici e norme e poi programmata dallo sviluppatore del software. Ma IDEA StatiCa parte davvero da un livello superiore a quello che gli altri possono mai raggiungere, essendo in grado di costruire giunti da componenti di base in configurazioni complesse che il programmatore non avrebbe potuto prevedere in anticipo. Con il CBFEM a supporto dei calcoli, non sono affatto limitato a ciò che un programmatore avrebbe potuto immaginare in anticipo. Sezioni asimmetriche e disposizioni dei bulloni, disposizioni complesse di irrigidimenti, determinare l'adeguatezza di giunti as-built con componenti "mancanti" – tutto questo è possibile con Idea Statica, dove altri programmi hanno ipotesi programmate come disposizioni simmetriche, semplici analisi frammentarie senza interazione tra le diverse porzioni, ecc.
