Robbins Engineering, fondată în 2004 în Little Rock, Arkansas, a proiectat acest terminal FBO (Fixed Base Operator) și hangar pentru clienți de aviație de afaceri la un aeroport situat la altitudine mare, cu viteze ale vântului de forța uraganului.
Cea mai proeminentă parte a acestui proiect unic au fost fermele arcuite cu deschidere liberă de 132 de picioare, care susțin copertina de 40 de picioare înălțime pentru avioane.
Structură și proiectare
Copertina a fost proiectată ca o structură sub care avioanele să tragă pentru încărcarea și descărcarea pasagerilor. Dar acest tip de structură reprezintă o suprafață mare și este solicitată în principal de vânt.
Echipa de proiectare a analizat mai multe opțiuni înainte de a decide asupra fermelor arcuite susținute de stâlpi compuși cu zăbrele (Figura 1). Câte doi stâlpi W24x192, la o distanță de 4 picioare unul de celălalt, cu contravântuiri în X din bare rotunde și pantaloni W8 între ei, formează fiecare dintre cei 4 stâlpi compuși. Fermele arcuite au o înălțime de 6 picioare, folosind tălpi WT12x88 și inimi din corniere duble.
Figura 1. Model RAM Elements al copertinei înalte pentru avioane.
Deschiderea liberă de 132 de picioare are un punct de îmbinare cu șuruburi montat pe șantier, aproape de mijlocul deschiderii. Fiecare capăt al fiecărei ferme este atașat de talpa interioară a stâlpului W24 prin îmbinări rigide cu placă de capăt înșurubată (Figura 2). Secțiunile de fermă în consolă de 10 și 20 de picioare sunt atașate în mod similar de tălpile exterioare ale stâlpilor. Contravântuirile verticale în X instalate între fiecare pereche de ferme, precum și zăbrelele din corniere în planurile atât ale tălpilor superioare, cât și ale celor inferioare, formează o fermă spațială între fiecare pereche de stâlpi compuși. Aceasta creează cadrul rigid pe direcția lungă. Fiecare pereche de stâlpi cu zăbrele funcționează ca ferme verticale în consolă pe axa ortogonală. Grinzi de legătură din beton unesc stâlpii pe direcția lungă pentru a prelua împingerea arcelor sub încărcările gravitaționale.
Figura 2. Talpa fermei WT conectată la stâlpul W24 prin plăci de capăt, analizată în Idea Statica
Connection. Consolă în stânga stâlpului, deschidere de retur în dreapta.
Articolul complet scris de Jason McCool este accesibil pe site-ul revistei STRUCTURE Magazine.
Utilizarea aplicației IDEA StatiCa
Jason McCool, inginer de proiect la Robbins Engineering, PLLC:
Alte programe principale de proiectare a îmbinărilor pe care obișnuiam să le folosim nu erau capabile să verifice o îmbinare de continuitate a grinzii cu secțiuni WT. Deoarece am folosit profile WT12x88 pentru tălpile fermelor arcuite ale copertinei noastre, aplicația IDEA StatiCa a rezolvat ceea ce altfel ar fi însemnat calcule manuale lente sau crearea obositoare de foi de calcul. Cu ajutorul ei, am verificat rapid îmbinarea de continuitate atât cu plăci de capăt, cât și cu plăci de forfecare suprapuse, și am iterat până la soluția optimizată finală cu plăci suprapuse în forfecare dublă, chiar în timp ce încă dezvoltam modelul meu global de analiză. Din păcate, nu există o legătură BIM pentru software-ul pe care l-am folosit pentru modelul global, așa că nu am putut profita de acele funcții pentru a transfera informații despre geometrie și încărcări, dar simplul fapt de a putea explora rapid opțiuni netipice și de a le ajusta după cum era necesar a fost de mare ajutor.
Îmbinarea rigidă cu placă de capăt de la tălpile WT la stâlpi a fost un alt element critic pentru noi, pe care alte programe nu îl puteau analiza. StatiCa mi-a permis să elimin cu încredere elementele de rigidizare inutile și să plasez mai mult material acolo unde era cel mai util. Sudurile au putut fi dimensionate știind că tensiunea neuniformă din suduri era luată în considerare direct, în loc de ipotezele obișnuite de uniformitate sau aplicarea unor factori de majorare arbitrari care încearcă să acopere orice concentrare potențială de tensiuni.
Acest exemplu al unei grinzi cu zăbrele metalice cu inimă deschisă, reazemată pe o placă de rigidizare a stâlpului, este un alt caz în care alte programe se dovedesc insuficiente. Ipoteza tipică este că placa de rigidizare este solicitată doar de întindere sau compresiune creată de forțele din tălpile grinzii, transferate în stâlp pe măsură ce structura se deformează. Dar Idea Statica permite luarea în considerare a efectelor de interacțiune, cum ar fi compresiunea în plan și încovoierea în afara planului, ca în acest caz, sau un alt caz comun al îmbinărilor rigide cu moment pe 4 direcții, care supun plăcile de continuitate pe axa tare la întindere biaxială.
Mai jos este o îmbinare de contravântuire la vânt la un stâlp W relativ mic, pe porțiunea clădirii FBO (Fixed Base Operator) a proiectului. Încărcarea din contravântuire provine din vânt, nu din seism, și este relativ mică în acest nod. Dar aceasta este o altă configurație de îmbinare care pur și simplu nu este acoperită de celelalte programe de proiectare a îmbinărilor pe care le folosim. În loc să petrecem timp cu calcule manuale obositoare sau să alegem calea „ușoară” de a adăuga rapid plăci de rigidizare inutile sau de a folosi o placă de capăt foarte groasă pentru a fi în mod excesiv de partea sigură, IDEA StatiCa Connection permite o verificare simplă că îmbinarea propusă este mai mult decât adecvată.
Rezultatul este un nod foarte curat, care este de asemenea mai ușor de fabricat fără plăcile suplimentare de rigidizare a stâlpului. Ulterior, a apărut o altă aplicație potențială a acestei îmbinări într-o altă parte a clădirii, pe un stâlp puțin mai greu, dar de această dată cu o încărcare din contravântuire de 5 ori mai mare. Am creat un șablon din primul caz și am reușit să îl aplic rapid la noua locație și să confirm că aceeași configurație funcționează, din nou fără elemente de rigidizare. În plus, acel șablon este acum disponibil pentru reutilizare la alte proiecte.
Concluzie
REC a beneficiat în mai multe moduri de pe urma utilizării IDEA StatiCa Connection. Deși folosim și alte programe de proiectare a îmbinărilor, niciunul dintre ele nu este la fel de deschis. Toate se bazează pe formule și sunt, prin urmare, limitate la orice formule au fost derivate în diferitele coduri și standarde și apoi programate de dezvoltatorul software-ului. Dar IDEA StatiCa pornește cu adevărat de la un nivel mai înalt decât pot atinge celelalte vreodată, fiind capabilă să construiască noduri din componente de bază, ajungând la configurații complexe pe care programatorul nu le-ar fi putut anticipa în prealabil. Cu CBFEM susținând calculele, nu mai sunt aproape deloc limitat la ceea ce ar fi putut anticipa un programator în avans. Secțiuni asimetrice și dispuneri de șuruburi, aranjamente complexe de elemente de rigidizare, determinarea adecvării nodurilor existente cu componente „lipsă” – toate acestea sunt posibile cu Idea Statica, în timp ce alte programe au ipoteze programate precum aranjamente simetrice, analize simple, fragmentate, fără interacțiune între diferitele porțiuni etc.
