A Robbins Engineering, fundada em 2004 em Little Rock, Arkansas, projetou este terminal FBO (Fixed Base Operator) e hangar para clientes de aviação executiva num aeroporto de grande altitude com velocidades de vento equivalentes a furacão.
A parte mais notável deste projeto único foram as asnas em arco com vão livre de 132 pés, suportando a cobertura de 40 pés de altura para aeronaves.
Estrutura e Projeto
A cobertura foi projetada como uma estrutura para os aviões passarem por debaixo durante o carregamento e descarregamento de passageiros. Mas este tipo de estrutura representa uma grande superfície e é solicitada principalmente pelo vento.
A equipa de projeto investigou várias opções antes de decidir por asnas em arco apoiadas em colunas treliçadas compostas (Figura 1). Colunas duplas W24x192, separadas por 4 pés, com contraventamento em X de barras redondas e escoras W8 entre elas, formam cada uma das 4 colunas compostas. As asnas em arco têm 6 pés de altura, utilizando banzos WT12x88 e almas de cantoneiras duplas.
Figura 1. Modelo RAM Elements da cobertura elevada para aeronaves.
O vão livre de 132 pés tem um ponto de emenda aparafusado em obra próximo do meio-vão. Cada extremidade de cada asna está ligada ao banzo interior da coluna W24 através de ligações de momento aparafusadas com placa de extremidade (Figura 2). Secções de asna em consola de 10 e 20 pés são ligadas de forma semelhante aos banzos exteriores das colunas. O contraventamento vertical em X instalado entre cada par de asnas, bem como o contraventamento em cantoneira nos planos dos banzos superior e inferior, forma uma treliça espacial entre cada par de colunas compostas. Isto cria o pórtico de momento na direção longitudinal. Cada par de colunas treliçadas funciona como treliças verticais em consola no eixo ortogonal. Vigas de amarração em betão ligam as colunas na direção longitudinal para resistir ao impulso dos arcos sob cargas gravíticas.
Figura 2. Banzo de asna WT ligado à coluna W24 através de placas de extremidade, analisado na aplicação IDEA StatiCa
Connection. Consola à esquerda da coluna, vão adjacente à direita.
O artigo completo escrito por Jason McCool está disponível no site da revista STRUCTURE.
Utilização da aplicação IDEA StatiCa
Jason McCool, Engenheiro de Projeto na Robbins Engineering, PLLC:
Outro software de ligações principal que costumávamos usar não conseguia verificar uma junta de emenda de viga com secções WT. Como utilizei WT12x88 para os banzos das nossas asnas em arco da cobertura, a aplicação IDEA StatiCa resolveu o que de outra forma teria sido cálculos manuais lentos ou a criação tediosa de folhas de cálculo. Com a sua ajuda, verifiquei rapidamente a junta de emenda com placas de extremidade e placas de corte sobrepostas, e iterei até à solução final otimizada de placas sobrepostas em corte duplo, mesmo enquanto ainda estava a desenvolver o meu modelo de análise global. Infelizmente, não existe uma ligação BIM para o software que utilizámos no modelo global, por isso não consegui aproveitar essas funcionalidades para transferir informação de geometria e cargas, mas apenas o facto de poder explorar rapidamente opções não típicas e ajustá-las conforme necessário já foi uma grande ajuda.
A ligação de momento com placa de extremidade dos banzos WT às colunas foi outra peça crítica para nós que outro software não conseguia analisar. O StatiCa permitiu-me eliminar com confiança enrijecedores desnecessários e colocar mais material onde era mais útil. As soldaduras podiam ser dimensionadas sabendo que a tensão não uniforme nas soldaduras era diretamente considerada, em vez das suposições comuns de uniformidade ou da aplicação de fatores de aumento arbitrários que tentam englobar quaisquer potenciais concentrações de tensão.
Este exemplo de uma viga de alma aberta de aço apoiada numa placa de enrijecedor de coluna é outro caso em que outro software fica limitado. A suposição típica é que a placa de enrijecedor está sujeita apenas à tração ou compressão criada pelas forças no banzo da viga que se transferem para a coluna à medida que a estrutura se deforma. Mas o IDEA StatiCa permite efeitos de interação, como compressão no plano e flexão fora do plano, como neste caso, ou outro caso comum de ligações de momento em 4 direções que colocam as placas de continuidade do eixo forte em tração biaxial.
Abaixo está uma ligação de contraventamento de vento a uma coluna W relativamente pequena, na parte do edifício FBO (Fixed Base Operator) do projeto. A carga do contraventamento é devida ao vento e não à ação sísmica, sendo relativamente pequena nesta junta. Mas esta é outra configuração de ligação que simplesmente não é abordada pelo nosso outro software de projeto de ligações. Em vez de gastar tempo a fazer cálculos manuais tediosos ou a optar pelo caminho "fácil" de adicionar rapidamente placas de enrijecedor desnecessárias ou usar uma placa de extremidade muito espessa para ficar bastante do lado conservador, a aplicação IDEA StatiCa Connection permite uma verificação simples de que a ligação proposta é mais do que adequada.
O resultado é uma junta muito limpa, também mais fácil de fabricar sem as placas de enrijecedor adicionais na coluna. Mais tarde, surgiu outra aplicação potencial desta ligação numa outra parte do edifício, numa coluna ligeiramente mais pesada, mas desta vez com 5 vezes a carga do contraventamento. Tinha criado um modelo a partir do primeiro caso e consegui aplicá-lo rapidamente ao novo local e confirmar que a mesma configuração funcionava, novamente sem enrijecedores. Além disso, esse modelo está agora disponível para reutilização em outros projetos.
Conclusão
A REC beneficiou de várias formas ao ter a aplicação IDEA StatiCa Connection. Embora utilizemos outro software de projeto de ligações, nenhum deles é tão flexível. Todos são baseados em fórmulas e, portanto, limitados às fórmulas que foram derivadas em diferentes códigos e normas e depois programadas pelo desenvolvedor do software. Mas o IDEA StatiCa começa realmente num nível superior ao que os outros conseguem alcançar, sendo capaz de construir juntas a partir de componentes básicos em configurações complexas que o programador não conseguiria ter antecipado antecipadamente. Com o CBFEM a validar os cálculos, deixo de estar tão limitado ao que um programador poderia prever de antemão. Secções assimétricas e padrões de parafusos, arranjos complexos de enrijecedores, determinar a adequação de juntas construídas com componentes "em falta" – tudo isto é possível com a aplicação IDEA StatiCa, onde outros programas programaram suposições como arranjos simétricos, análises simples e fragmentadas sem interação entre diferentes partes, etc.