Copertină drive-through la Aeroportul Metropolitan Rocky Mountain
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 de mare altitudine cu viteze ale vântului de forță uraganică.
Cea mai proeminentă parte a acestui proiect unic a fost reprezentată de ferme arcuite cu deschidere liberă de 132 de picioare, care susțin copertina de 40 de picioare înălțime pentru aeronave.
Structură și proiectare
Copertina a fost proiectată ca o structură sub care avioanele pot intra pentru îmbarcarea și debarcarea pasagerilor. Acest tip de structură reprezintă însă 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, distanțați la 4 picioare, cu contravântuiri din bare rotunde în X și grinzi W8 între ei, formează fiecare dintre cei 4 stâlpi compuși. Fermele arcuite au o înălțime de 6 picioare, utilizând tălpi WT12x88 și inimi din corniere duble.
Figura 1. Model RAM Elements al copertinei înalte pentru aeronave.
Deschiderea liberă de 132 de picioare are un punct de înnădire cu buloane pe teren, amplasat în apropierea mijlocului deschiderii. Fiecare capăt al fiecărei ferme este atașat la talpa interioară a stâlpului W24 prin îmbinări cu moment rezistent realizate cu plăci de capăt și buloane (Figura 2). Tronsoane de fermă în consolă de 10 și 20 de picioare sunt atașate în mod similar la tălpile exterioare ale stâlpilor. Contravântuirile verticale în X montate între fiecare pereche de ferme, precum și zăbrelele din corniere în planele tălpilor superioare și inferioare, formează o fermă spațială între fiecare pereche de stâlpi compuși. Aceasta creează cadrul cu moment rezistent în direcția longitudinală. Fiecare pereche de stâlpi cu zăbrele funcționează ca ferme verticale în consolă pe axa ortogonală. Grinzi de legătură din beton unesc stâlpii în direcția longitudinală pentru a prelua împingerea arcelor sub încărcări gravitaționale.
Figura 2. Talpă de fermă WT îmbinată cu stâlpul W24 prin plăci de capăt, analizată în IDEA StatiCa
Connection. Consolă în stânga stâlpului, deschidere principală 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 le foloseam nu puteau verifica o îmbinare de continuitate a fermei cu secțiuni WT. Deoarece am folosit WT12x88 pentru tălpile fermelor arcuite ale copertinei noastre, aplicația IDEA StatiCa a rezolvat ceea ce altfel ar fi însemnat calcule manuale laborioase sau crearea unor foi de calcul complicate. Cu ajutorul său, am verificat rapid îmbinarea de continuitate cu plăci de capăt și plăci de forfecare suprapuse și am iterat până la soluția finală optimizată cu plăci suprapuse în forfecare dublă, chiar în timp ce îmi dezvoltam în continuare modelul de analiză globală. Din păcate, nu există o legătură BIM pentru programul pe care l-am folosit pentru modelul global, astfel că nu am putut profita de acele funcționalități pentru transferul geometriei și al informațiilor despre încărcări, dar simplul fapt de a putea explora rapid opțiuni neconvenționale și de a le ajusta după necesități a fost un ajutor enorm.
Îmbinarea cu moment rezistent cu placă de capăt dintre tălpile WT și stâlpi a reprezentat 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 distribuția neuniformă a tensiunilor în suduri era luată în calcul în mod direct, în loc să se recurgă la ipoteze comune de uniformitate sau la aplicarea unor factori de majorare arbitrari care încearcă să acopere eventualele concentrări de tensiuni.
Acest exemplu de grindă cu inimă deschisă din oțel rezemată pe o placă de rigidizare a stâlpului reprezintă un alt caz în care alte programe sunt insuficiente. Ipoteza tipică este că placa de rigidizare este supusă doar la întindere sau compresiune generate de forțele din tălpile grinzii care se transferă în stâlp pe măsură ce structura se deformează lateral. 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 frecvent al îmbinărilor cu moment rezistent în 4 direcții, care supun plăcile de continuitate pe axa principală la întindere biaxială.
Mai jos este prezentată o îmbinare de contravântuire la vânt pe un stâlp W relativ mic al clădirii FBO (Fixed Base Operator) din cadrul proiectului. Încărcarea din contravântuire este dată de vânt și nu de seism și este relativ mică la acest nod. Totuși, aceasta este o altă configurație de îmbinare care pur și simplu nu este tratată de celelalte programe de proiectare a îmbinărilor pe care le folosim. În loc să pierdem timp cu calcule manuale laborioase 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 excesiv de conservativi, IDEA StatiCa Connection permite o verificare simplă că îmbinarea propusă este mai mult decât adecvată.
Rezultatul este un nod foarte curat, care este și mai ușor de fabricat fără plăcile suplimentare de rigidizare ale stâlpului. Ulterior, o altă aplicație potențială a acestei îmbinări a apărut pe o altă parte a clădirii, pe un stâlp ușor mai greu, dar de această dată cu o încărcare din contravântuire de 5 ori mai mare. Creasem un șablon din primul caz și am putut să îl aplic rapid la noua locație și să confirm că aceeași configurație a funcționat, din nou fără elemente de rigidizare. În plus, acel șablon este acum disponibil pentru reutilizare pe 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 nu este la fel de deschis. Toate sunt bazate pe formule și, prin urmare, limitate la formulele derivate din diferite coduri și standarde și apoi programate de dezvoltatorul software. Dar IDEA StatiCa pornește cu adevărat de la un nivel superior față de celelalte, prin capacitatea de a construi noduri din componente de bază în configurații complexe pe care programatorul nu le-ar fi putut anticipa în prealabil. Cu CBFEM la baza calculelor, nu sunt aproape deloc limitat de ceea ce un programator ar fi putut prevedea în avans. Secțiuni și modele de buloane asimetrice, aranjamente complexe de elemente de rigidizare, determinarea adecvării îmbinărilor executate cu componente „lipsă" – toate acestea sunt posibile cu IDEA StatiCa, acolo unde alte programe au ipoteze programate precum aranjamente simetrice, analiză simplă pe componente separate fără interacțiune între diferite porțiuni etc.
*Actualizare privind atribuirea proiectului
Acest proiect a fost finalizat inițial în perioada în care Jason McCool, PE, era angajat la Robbins Engineering Consultants (REC), care și-a încetat activitatea în 2024. Lucrarea este acum atribuită firmei actuale a autorului, Cool Country Engineering, cu recunoașterea REC ca organizația originală în cadrul căreia a fost realizat proiectul.
