Rocky Mountain Metropolitan Airport sürüş geçiş gölgeliği
2004 yılında Little Rock, Arkansas'ta kurulan Robbins Engineering*, yüksek irtifada ve kasırga kuvvetinde rüzgar hızlarına sahip bir havalimanında iş havacılığı müşterileri için bu FBO (Sabit Üs Operatörü) terminali ve hangarını tasarlamıştır.
Bu özgün projenin en dikkat çekici kısmı, uçaklar için 40 fit yüksekliğindeki gölgeliği taşıyan 132 fitlik açıklıklı kemerli kafes kirişlerdi.
Yapı ve Tasarım
Gölgelik, uçakların yolcu bindirme ve indirme işlemleri için altına çekebileceği bir yapı olarak tasarlanmıştır. Ancak bu tür yapılar büyük bir yüzey oluşturur ve esas olarak rüzgar yüküne maruz kalır.
Tasarım ekibi, kafesli birleşik kolonlar üzerine oturan kemerli kafes kirişlere karar vermeden önce çeşitli seçenekleri incelemiştir (Şekil 1). Her biri 4 fitlik aralıkla yerleştirilmiş çift W24x192 kolon, aralarında yuvarlak çubuk X-çaprazlaması ve W8 payandalarıyla birlikte 4 adet birleşik kolondan her birini oluşturmaktadır. Kemerli kafes kirişler, WT12x88 başlıkları ve çift köşebent gövdeleri kullanılarak 6 fit derinliğinde tasarlanmıştır.
Şekil 1. Uçak gölgeliğinin RAM Elements modeli.
132 fitlik açıklıkta, orta açıklığa yakın bir noktada sahada cıvatalı bir ek yeri bulunmaktadır. Her kafes kirişin her iki ucu, cıvatalı alın plakası moment birleşimleri aracılığıyla W24 kolonun iç başlığına bağlanmaktadır (Şekil 2). 10 ve 20 fitlik konsol kafes kiriş bölümleri de benzer şekilde kolonların dış başlıklarına bağlanmıştır. Her kafes kiriş çifti arasına yerleştirilen düşey X-çaprazlaması ile hem üst hem de alt başlık düzlemlerindeki köşebent kafes elemanları, her bir birleşik kolon çifti arasında uzaysal bir kafes sistem oluşturmaktadır. Bu durum, uzun doğrultuda moment çerçevesini meydana getirmektedir. Her bir kafesli kolon çifti, dik eksende konsol düşey kafes kirişler olarak işlev görmektedir. Betonarme bağ kirişleri, kemerlerin yerçekimi yükleri altındaki yatay itkisine karşı koymak amacıyla kolonları uzun doğrultuda birbirine bağlamaktadır.
Şekil 2. Idea Statica'da analiz edilen, alın plakaları aracılığıyla W24 kolona bağlanan WT kafes kiriş başlığı
Connection. Kolonun solunda konsol, sağında arka açıklık.
IDEA StatiCa Uygulamasının Kullanımı
Jason McCool, Robbins Engineering, PLLC Proje Mühendisi:
Alışkın olduğumuz diğer birleşim tasarımı yazılımları, WT kesitli kiriş ek birleşimlerini kontrol edemiyordu. Kemerli gölgelik kafes kirişlerimin başlıklarında WT12x88 kullandığım için, IDEA StatiCa uygulaması aksi takdirde uzun sürecek el hesaplarına ya da zahmetli hesap tablosu oluşturmaya dönüşecek olan sorunu çözdü. Bu sayede, global analiz modelimi geliştirirken bile hem alın plakalı hem de bindirmeli kayma plakalı ek birleşimini hızla kontrol edebildim ve çift kesme kuvvetindeki bindirmeli plakalar şeklinde nihai optimize çözüme ulaştım. Ne yazık ki, global model için kullandığımız yazılımla BIM bağlantısı mevcut değildi; bu nedenle geometri ve yük bilgilerini aktarmak için bu özelliklerden yararlanamadım. Ancak alışılmadık seçenekleri hızla keşfedebilmek ve gerektiğinde düzeltmeler yapabilmek büyük bir kolaylık sağladı.
WT başlıklarından kolonlara alın plakası moment birleşimi, diğer yazılımların analiz edemediği bir diğer kritik unsurdu. StatiCa, gereksiz takviye levhalarını güvenle elememe ve malzemeyi en çok ihtiyaç duyulan yere koymama olanak tanıdı. Kaynaklardaki düzgün olmayan gerilmenin, düzgün dağılım varsayımları veya olası gerilme yoğunlaşmalarını sarmaya çalışan keyfi artış katsayıları yerine doğrudan hesaba katıldığı bilinerek kaynak boyutlandırması yapılabildi.
Bir kolon takviye levhası plakası üzerine oturan açık gövdeli çelik kafes kirişe ilişkin bu örnek, diğer yazılımların yetersiz kaldığı bir diğer durumdur. Tipik varsayım, takviye levhası plakasının yalnızca yapının yanal ötelemesi sırasında kirişin başlık kuvvetlerinin kolona aktarılmasından kaynaklanan çekme veya basınç altında olduğu yönündedir. Ancak Idea Statica, bu örnekteki gibi düzlem içi basınç ile düzlem dışı eğilme arasındaki etkileşimi ya da 4 yönlü moment birleşimlerinin güçlü eksen süreklilik plakalarını iki eksenli çekmeye maruz bıraktığı diğer yaygın durumları hesaba katmaktadır.
Aşağıda, projenin FBO (Sabit Üs Operatörü) bina bölümündeki görece küçük bir W-kolona yapılan rüzgar çapraz birleşimi yer almaktadır. Çapraz yükü rüzgardan kaynaklanmakta olup sismik değildir ve bu birleşim noktasında görece küçüktür. Ancak bu, diğer birleşim tasarımı yazılımlarımızın ele almadığı bir birleşim konfigürasyonudur. Zahmetli el hesaplarına zaman harcamak ya da gereksiz takviye levhaları ekleyerek veya aşırı kalın alın plakası kullanarak "kolay" yolu seçmek yerine, IDEA StatiCa Connection önerilen birleşimin fazlasıyla yeterli olduğunun basit bir şekilde doğrulanmasına imkân tanımaktadır.
Sonuç, ekstra kolon takviye levhaları olmadan imalatı da daha kolay olan çok temiz bir birleşim noktasıdır. Daha sonra, bu birleşimin başka bir potansiyel uygulaması binanın başka bir bölümünde biraz daha ağır bir kolonda ortaya çıktı; ancak bu sefer çapraz yükü 5 kat daha fazlaydı. İlk durumdan bir şablon oluşturmuştum ve bunu yeni konuma hızla uygulayarak aynı konfigürasyonun, yine takviye levhası olmadan, işe yaradığını doğrulayabildim. Üstelik bu şablon artık diğer projelerde de yeniden kullanılabilir durumda.
Sonuç
REC, IDEA StatiCa Connection sayesinde çeşitli avantajlar elde etti. Diğer birleşim tasarımı yazılımlarını da kullanmamıza karşın, hiçbiri bu kadar esnek değildir. Hepsi formül tabanlıdır ve dolayısıyla farklı yönetmelik ve standartlarda türetilip yazılım geliştiricisi tarafından programlanan formüllerle sınırlıdır. Ancak IDEA StatiCa, programcının önceden öngöremeyeceği karmaşık konfigürasyonlara ulaşmak için birleşimleri temel bileşenlerden oluşturabilmesiyle diğerlerinin hiçbir zaman ulaşamayacağı daha yüksek bir seviyeden başlamaktadır. CBFEM hesaplamaları desteklediğinden, bir programcının önceden hayal edebilecekleriyle artık o kadar sınırlı değilim. Asimetrik kesitler ve cıvata düzenleri, karmaşık takviye levhası konfigürasyonları, "eksik" bileşenlere sahip mevcut birleşimlerin yeterliliğinin belirlenmesi — bunların hepsi, diğer programların simetrik düzenlemeler, farklı bölümler arasında etkileşim olmaksızın basit parçalı analiz gibi programlanmış varsayımlarla sınırlı kaldığı yerde Idea Statica ile mümkündür.
*Proje Atıf Güncellemesi
Bu proje, başlangıçta Jason McCool, PE'nin 2024 yılında faaliyetlerine son veren Robbins Engineering Consultants (REC)'te çalıştığı dönemde tamamlanmıştır. Çalışma artık yazarın mevcut firması olan Cool Country Engineering'e atfedilmekte olup projenin gerçekleştirildiği özgün kuruluş olarak REC'e de atıfta bulunulmaktadır.
