Marquesina de paso del Aeropuerto Metropolitano de Rocky Mountain
Robbins Engineering*, fundada en 2004 en Little Rock, Arkansas, diseñó esta terminal FBO (Operador de Base Fija) y hangar para clientes de aviación de negocios en un aeropuerto de gran altitud con velocidades de viento de fuerza de huracán.
La parte más destacada de este singular proyecto fueron las cerchas arqueadas de 132 pies de luz libre que soportan la marquesina de 40 pies de altura para aeronaves.
Estructura y diseño
La marquesina ha sido diseñada como una estructura bajo la cual los aviones pueden situarse para el embarque y desembarque de pasajeros. Sin embargo, este tipo de estructura presenta una gran superficie y está solicitada principalmente por el viento.
El equipo de diseño estudió varias opciones antes de decidirse por cerchas arqueadas apoyadas en columnas compuestas con celosía (Figura 1). Dos columnas W24x192, separadas 4 pies con arriostramiento en X de barra redonda y montantes W8 entre ellas, forman cada una de las 4 columnas compuestas. Las cerchas arqueadas tienen 6 pies de canto, con cordones WT12x88 y almas de doble angular.
Figura 1. Modelo RAM Elements de la marquesina de gran altura para aeronaves.
La luz libre de 132 pies tiene un punto de empalme atornillado en campo cerca del centro del vano. Cada extremo de cada cercha se conecta al ala interior de la columna W24 mediante uniones de placa de testa con momento atornilladas (Figura 2). Secciones de cercha en voladizo de 10 y 20 pies se conectan de forma similar a las alas exteriores de las columnas. El arriostramiento vertical en X instalado entre cada par de cerchas, así como el celosía angular en los planos de los cordones superior e inferior, forman una cercha espacial entre cada par de columnas compuestas. Esto crea el pórtico resistente a momento en la dirección longitudinal. Cada par de columnas con celosía funciona como cerchas verticales en voladizo en el eje ortogonal. Vigas de atado de hormigón unen las columnas en la dirección longitudinal para resistir el empuje de los arcos bajo cargas gravitatorias.
Figura 2. Cordón de cercha WT conectado a la columna W24 mediante placas de testa analizadas en IDEA StatiCa
Connection. Voladizo a la izquierda de la columna, vano trasero a la derecha.
El artículo completo escrito por Jason McCool está disponible en el sitio web de STRUCTURE Magazine.
Uso de la aplicación IDEA StatiCa
Jason McCool, Ingeniero de Proyecto en Robbins Engineering, PLLC:
El otro software principal de diseño de uniones que solíamos utilizar no era capaz de verificar una unión de empalme de viga con secciones WT. Dado que utilicé WT12x88 para los cordones de nuestras cerchas arqueadas de la marquesina, la aplicación IDEA StatiCa resolvió lo que de otro modo habrían sido lentos cálculos manuales o la tediosa creación de hojas de cálculo. Con su ayuda, verifiqué rápidamente la unión de empalme con placas de testa y placas de cortante solapadas, e iteré hasta la solución final optimizada de placas solapadas en doble cortante, incluso mientras seguía desarrollando mi modelo de análisis global. Lamentablemente, no existe un enlace BIM para el software que utilizamos para el modelo global, por lo que no pude aprovechar esas funciones para transferir la geometría y la información de cargas; pero simplemente poder explorar rápidamente opciones no convencionales y ajustarlas según fuera necesario fue de gran ayuda.
La unión de placa de testa con momento de los cordones WT a las columnas fue otro elemento crítico para nosotros que otros programas no podían analizar. StatiCa me permitió eliminar con confianza rigidizadores innecesarios y colocar más material donde resultaba más útil. Las soldaduras pudieron dimensionarse sabiendo que la tensión no uniforme en las mismas se tenía en cuenta directamente, en lugar de recurrir a suposiciones habituales de uniformidad o a la aplicación de factores de incremento arbitrarios que intentan envolver cualquier posible concentración de tensiones.
Este ejemplo de una vigueta de alma abierta de acero apoyada sobre una placa rigidizadora de columna es otro caso en el que otros programas se quedan cortos. La suposición habitual es que la placa rigidizadora está sometida únicamente a la tracción o compresión generada por las fuerzas del ala de la viga que se transfieren a la columna cuando la estructura se deforma. Sin embargo, IDEA StatiCa permite considerar efectos de interacción, como compresión en el plano y flexión fuera del plano, como en este caso, u otro caso habitual de uniones de momento en cuatro direcciones que someten las placas de continuidad de eje fuerte a tracción biaxial.
A continuación se muestra una unión de arriostramiento de viento a una columna W relativamente pequeña en la parte del edificio FBO (Operador de Base Fija) del proyecto. La carga del arriostramiento es de viento y no sísmica, y es relativamente pequeña en esta junta. Sin embargo, esta es otra configuración de unión que simplemente no está contemplada en nuestro otro software de diseño de uniones. En lugar de dedicar tiempo a tediosos cálculos manuales o tomar el camino "fácil" de añadir rápidamente placas rigidizadoras innecesarias o utilizar una placa de testa muy gruesa para estar muy del lado de la seguridad, IDEA StatiCa Connection permite una verificación sencilla de que la unión propuesta es más que adecuada.
El resultado es una junta muy limpia que también es más fácil de fabricar sin las placas rigidizadoras adicionales en la columna. Posteriormente, surgió otra posible aplicación de esta unión en otra parte del edificio sobre una columna ligeramente más pesada, pero esta vez con 5 veces la carga de arriostramiento. Había creado una plantilla a partir del primer caso y pude aplicarla rápidamente a la nueva ubicación y confirmar que la misma configuración funcionaba, de nuevo sin rigidizadores. Además, esa plantilla está ahora disponible para su reutilización en otros proyectos.
Conclusión
REC se benefició de varias maneras al disponer de IDEA StatiCa Connection. Aunque utilizamos otro software de diseño de uniones, ninguno es tan abierto. Todos están basados en fórmulas y, por tanto, limitados a las fórmulas que se han derivado en diferentes normas y estándares y que luego han sido programadas por el desarrollador del software. Pero IDEA StatiCa realmente parte de un nivel superior al que los demás nunca pueden llegar, al ser capaz de construir uniones a partir de componentes básicos en configuraciones complejas que el programador no habría podido anticipar de antemano. Con CBFEM respaldando los cálculos, no estoy tan limitado a lo que un programador podría prever con antelación. Secciones y patrones de tornillos asimétricos, disposiciones complejas de rigidizadores, determinación de la adecuación de uniones ejecutadas con componentes "faltantes": todo esto es posible con IDEA StatiCa, donde otros programas tienen suposiciones programadas como disposiciones simétricas, análisis parcial simple sin interacción entre diferentes partes, etc.
*Actualización de atribución del proyecto
Este proyecto fue completado originalmente mientras Jason McCool, PE, estaba empleado en Robbins Engineering Consultants (REC), que cesó sus operaciones en 2024. El trabajo se atribuye ahora a la firma actual del autor, Cool Country Engineering, con reconocimiento de REC como la organización original bajo la cual se realizó el proyecto.