Robbins Engineering ก่อตั้งขึ้นในปี 2004 ที่ Little Rock, Arkansas ได้ออกแบบอาคารผู้โดยสาร FBO (Fixed Base Operator) และโรงเก็บเครื่องบินนี้สำหรับลูกค้าธุรกิจการบินที่สนามบินซึ่งตั้งอยู่บนพื้นที่สูงและมีความเร็วลมระดับพายุเฮอริเคน
ส่วนที่โดดเด่นที่สุดของโครงการเฉพาะนี้คือโครงถักโค้งช่วงพาดยาว 132 ฟุตแบบไม่มีเสารองรับ ที่รองรับหลังคาคลุมสำหรับเครื่องบินซึ่งมีความสูง 40 ฟุต
โครงสร้างและการออกแบบ
หลังคาคลุมนี้ได้รับการออกแบบให้เป็นโครงสร้างสำหรับเครื่องบินที่ขับเข้ามาจอดเพื่อขึ้นและลงผู้โดยสาร แต่โครงสร้างประเภทนี้มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และรับแรงเค้นหลักจากแรงลม
ทีมออกแบบได้พิจารณาทางเลือกหลายแบบก่อนตัดสินใจเลือกใช้โครงถักโค้งที่รองรับด้วยเสาแบบประกอบขึ้นรูปโดยมีเหล็กยึดโยง (รูปที่ 1) เสาแบบประกอบทั้ง 4 ต้นแต่ละต้นประกอบด้วยเสาคู่ W24x192 ห่างกัน 4 ฟุต พร้อมเหล็กเส้นกลมค้ำแบบกากบาท (X-bracing) และเหล็กค้ำยัน W8 ระหว่างเสาทั้งสอง โครงถักโค้งมีความลึก 6 ฟุต ใช้คอร์ด WT12x88 และเหล็กมุมคู่เป็นเว็บ
รูปที่ 1. แบบจำลอง RAM Elements ของหลังคาคลุมความสูงสำหรับเครื่องบิน
ช่วงพาดยาว 132 ฟุตแบบไม่มีเสารองรับมีจุดต่อแบบยึดด้วยสลักเกลียวในสนามหนึ่งจุดใกล้กึ่งกลางช่วง ปลายแต่ละด้านของโครงถักแต่ละอันยึดกับปีกด้านในของเสา W24 ผ่านการเชื่อมต่อแบบแผ่นปลายรับโมเมนต์ที่ยึดด้วยสลักเกลียว (รูปที่ 2) ส่วนโครงถักยื่นยาว 10 และ 20 ฟุตยึดกับปีกด้านนอกของเสาในลักษณะเดียวกัน เหล็กค้ำแบบกากบาทแนวตั้งที่ติดตั้งระหว่างโครงถักแต่ละคู่ รวมถึงเหล็กมุมยึดโยงในระนาบของคอร์ดบนและล่าง ก่อตัวเป็นโครงถักปริภูมิ (space truss) ระหว่างเสาแบบประกอบแต่ละคู่ สิ่งนี้สร้างเฟรมรับโมเมนต์ในทิศทางยาว เสาแบบประกอบที่มีเหล็กยึดโยงแต่ละคู่ทำหน้าที่เป็นโครงถักแนวตั้งแบบยื่นในแกนตั้งฉาก คานผูก Concrete เชื่อมเสาในทิศทางยาวเพื่อต้านทานแรงผลักของโครงโค้งภายใต้แรงกระทำจากน้ำหนัก
รูปที่ 2. คอร์ดโครงถัก WT ที่เชื่อมต่อกับเสา W24 ผ่านแผ่นปลาย วิเคราะห์ด้วย Idea Statica
Connection ส่วนยื่นอยู่ทางซ้ายของเสา ส่วนช่วงหลังอยู่ทางขวา
บทความฉบับเต็มเขียนโดย Jason McCool สามารถอ่านได้ที่เว็บไซต์ STRUCTURE Magazine.
การใช้งาน IDEA StatiCa application
Jason McCool วิศวกรโครงการที่ Robbins Engineering, PLLC:
ซอฟต์แวร์ตรวจสอบการเชื่อมต่ออื่นๆ ที่เราเคยใช้งานไม่สามารถตรวจสอบจุดต่อรอยต่อคานแบบ splice ที่มีหน้าตัด WT ได้ เนื่องจากผมใช้ WT12x88 เป็นคอร์ดของโครงถักโค้งหลังคาคลุมของเรา IDEA StatiCa application จึงช่วยแก้ปัญหาที่มิฉะนั้นแล้วจะต้องใช้การคำนวณด้วยมือที่ช้าหรือการสร้างสเปรดชีตที่น่าเบื่อ ด้วยความช่วยเหลือของโปรแกรมนี้ ผมสามารถตรวจสอบจุดต่อ splice ได้อย่างรวดเร็วทั้งแบบแผ่นปลายและแผ่นเฉือนแบบซ้อนทับ (lapped shear plates) และทำการวนซ้ำจนได้แนวทางแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุดคือแผ่นซ้อนทับแบบรับแรงเฉือนสองด้าน (double shear) แม้ในขณะที่ผมยังคงพัฒนาแบบจำลองการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวมอยู่ก็ตาม น่าเสียดายที่ไม่มีการเชื่อมโยง BIM สำหรับซอฟต์แวร์ที่เราใช้สำหรับแบบจำลองโดยรวม ดังนั้นผมจึงไม่สามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเหล่านั้นในการถ่ายโอนข้อมูลรูปทรงและแรงกระทำได้ แต่เพียงแค่สามารถสำรวจตัวเลือกที่ไม่ปกติได้อย่างรวดเร็วและปรับเปลี่ยนตามความจำเป็นก็ช่วยได้อย่างมากแล้ว
การเชื่อมต่อแบบแผ่นปลายรับโมเมนต์จากคอร์ด WT ไปยังเสาเป็นอีกส่วนสำคัญสำหรับเราที่ซอฟต์แวร์อื่นไม่สามารถวิเคราะห์ได้ StatiCa ช่วยให้ผมสามารถตัดแผ่นเสริมความแข็งที่ไม่จำเป็นออกได้อย่างมั่นใจ และนำวัสดุไปใช้ในจุดที่เป็นประโยชน์มากที่สุด สามารถกำหนดขนาดรอยเชื่อมได้โดยรู้ว่าความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอในรอยเชื่อมได้รับการพิจารณาโดยตรง แทนที่จะใช้สมมติฐานทั่วไปเรื่องความสม่ำเสมอ หรือการใช้ตัวคูณเพิ่มค่าตามอำเภอใจที่พยายามครอบคลุมความเข้มข้นของความเค้นที่อาจเกิดขึ้น
ตัวอย่างของคานเหล็กแบบ open web steel joist ที่วางบนแผ่นเสริมความแข็งของเสานี้เป็นอีกกรณีหนึ่งที่ซอฟต์แวร์อื่นไม่สามารถวิเคราะห์ได้ดีพอ สมมติฐานทั่วไปคือแผ่นเสริมความแข็งรับเฉพาะแรงดึงหรือแรงอัดที่เกิดจากแรงในปีกของคานที่ถ่ายเข้าสู่เสาขณะที่โครงสร้างเกิดการเอียง (racking) แต่ Idea Statica ช่วยให้สามารถพิจารณาผลกระทบร่วม (interaction effects) เช่น แรงอัดในระนาบและการดัดนอกระนาบดังในกรณีนี้ หรืออีกกรณีทั่วไปคือการเชื่อมต่อรับโมเมนต์แบบ 4 ทิศทางที่ทำให้แผ่นต่อเนื่องแกนแข็ง (strong-axis continuity plates) รับแรงดึงสองแกน
ด้านล่างนี้คือการเชื่อมต่อค้ำยันต้านลมไปยังเสา W ขนาดค่อนข้างเล็กในส่วนอาคาร FBO (Fixed Base Operator) ของโครงการ แรงในค้ำยันนี้เกิดจากลมไม่ใช่แผ่นดินไหว และมีค่าค่อนข้างน้อยที่จุดต่อนี้ แต่นี่ก็เป็นอีกรูปแบบการเชื่อมต่อหนึ่งที่ซอฟต์แวร์ออกแบบการเชื่อมต่ออื่นของเราไม่สามารถรองรับได้เลย แทนที่จะเสียเวลาคำนวณด้วยมือที่น่าเบื่อ หรือเลือกวิธี "ง่าย" โดยเพิ่มแผ่นเสริมความแข็งที่ไม่จำเป็นอย่างรวดเร็ว หรือใช้แผ่นปลายที่หนามากเพื่อความปลอดภัยแบบอนุรักษนิยมสุดโต่ง IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ ช่วยให้สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่าการเชื่อมต่อที่เสนอนั้นเพียงพอมากกว่าที่จำเป็น
ผลลัพธ์ที่ได้คือจุดต่อที่สะอาดตามาก และยังง่ายต่อการผลิตขึ้นรูปโดยไม่ต้องใช้แผ่นเสริมความแข็งของเสาเพิ่มเติม ต่อมา มีการนำการเชื่อมต่อลักษณะนี้ไปประยุกต์ใช้ในอีกส่วนหนึ่งของอาคารบนเสาที่หนักกว่าเล็กน้อย แต่ครั้งนี้มีแรงในค้ำยันมากกว่าเดิมถึง 5 เท่า ผมได้สร้างแม่แบบจากกรณีแรกไว้แล้วและสามารถนำไปใช้กับตำแหน่งใหม่ได้อย่างรวดเร็ว และยืนยันได้ว่าการจัดวางแบบเดียวกันนี้ใช้ได้ผล โดยไม่ต้องใช้แผ่นเสริมความแข็งอีกเช่นกัน นอกจากนี้ แม่แบบดังกล่าวยังพร้อมนำไปใช้ซ้ำในโครงการอื่นๆ ได้อีกด้วย
บทสรุป
REC ได้รับประโยชน์หลายด้านจากการมี IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ แม้ว่าเราจะใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ ด้วย แต่ไม่มีซอฟต์แวร์ใดที่เปิดกว้างเท่านี้ ซอฟต์แวร์เหล่านั้นล้วนขับเคลื่อนด้วยสูตรคำนวณ (formula-driven) และจึงถูกจำกัดอยู่เพียงสูตรที่ได้มาจากมาตรฐานและ Code ต่างๆ แล้วถูกเขียนโปรแกรมโดยผู้พัฒนาซอฟต์แวร์ แต่ IDEA StatiCa เริ่มต้นในระดับที่สูงกว่าที่ซอฟต์แวร์อื่นจะไปถึงได้ ด้วยความสามารถในการสร้างจุดต่อจากส่วนประกอบพื้นฐานไปสู่การจัดวางที่ซับซ้อนซึ่งผู้เขียนโปรแกรมไม่สามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้ ด้วยการรองรับการคำนวณด้วยวิธี Component-Based Finite Element ผมจึงไม่ถูกจำกัดอยู่เพียงสิ่งที่ผู้เขียนโปรแกรมจะจินตนาการล่วงหน้าได้มากนัก หน้าตัดและรูปแบบสลักเกลียวที่ไม่สมมาตร การจัดวางแผ่นเสริมความแข็งที่ซับซ้อน การตรวจสอบความเพียงพอของจุดต่อที่สร้างขึ้นจริงซึ่งมีส่วนประกอบ "ขาดหาย" ไป - ทั้งหมดนี้เป็นไปได้ด้วย Idea Statica ในขณะที่โปรแกรมอื่นถูกเขียนขึ้นโดยมีสมมติฐาน เช่น การจัดวางแบบสมมาตร การวิเคราะห์แบบแยกส่วนอย่างง่ายโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนต่างๆ เป็นต้น
