Přístřešek na letišti Rocky Mountain Metropolitan Airport
Společnost Robbins Engineering, založená v roce 2004 v Little Rocku v Arkansasu, navrhla tento průjezdní přístřešek pro obchodní letadla na letišti s vysokou nadmořskou výškou a a s rizikem větru, jehož rychlost může dosahovat až síly hurikánu.
Nejvýraznější součástí tohoto jedinečného projektu byly obloukové příhradové nosníky o světlém rozpětí 132 stop (40 m), které podpírají 40 stop (12 m) vysoký přístřešek pro letadla.
Návrh konstrukce
Střecha byla navržena jako konstrukce, pod kterou mohou letadla zajíždět při nastupování a vystupování cestujících. Tento typ konstrukce však představuje velkou plochu a je namáhán především větrem.
Projekční tým prozkoumal několik možností, než se rozhodl pro obloukové příhradové vazníky podepřené příhradovými sloupy (obrázek 1). Každý ze 4 sloupů tvoří zdvojené profily W24x192, vzdálené od sebe 4 stopy (1.2 m), s diagonálami z kruhových tyčí a příčlemi profilu W8. Obloukové příhradové vazníky mají šířku 6 stop (1.8 m) a pásy tvoří profily WT12x88 a dvojité úhelníky.
Obrázek 1. RAM model konstrukce
Světlé rozpětí o délce 132 stop má jeden šroubovaný montážní spoj v blízkosti poloviny rozpětí. Konec každého příhradového nosníku je připevněn k vnitřnímu pásu sloupu W24 pomocí šroubových momentových přípojů čelními deskami (obr. 2). Podobně jsou k vnějším přírubám sloupů připojeny i 10 a 20 stopé konzolové části příhradových vazníků. Svislé X-zavětrování instalované v každé z dvojic příhradovin spolu s výpletem z úhelníků v rovinách horních a spodních pásů vytváří prostorový příhradový vazník u každé dvojice sloupů. Tím se vytvoří momentový rám v podélném směru. Každá dvojice příhradových sloupů funguje jako konzolová svislá příhrada v kolmé ose. Betonové vazné trámy spojují sloupy v podélném směru, aby odolaly tahu oblouků při svislém zatížení.
Obrázek 2. Pás příhradového nosníku WT připojený ke sloupu W24 prostřednictvím čelních desek posouzenými v programu IDEA StatiCa Connection. Konzola vlevo od sloupu, zadní část vpravo.
Celý článek, který napsal Jason McCool, je k dispozici na webových stránkách časopisu STRUCTURE.
Použití aplikace IDEA StatiCa
Jason McCool, projektový inženýr společnosti Robbins Engineering, PLLC, popsal, které části projektu byly nejobtížnější, a jak je vyřešili:
Software pro přípoje, který jsme dosud byli zvyklí používat, nebyl schopen zkontrolovat spoj nosníku s WT profily. Protože jsem pro pasy našich obloukových příhradových vazníků použil WT12x88, aplikace IDEA StatiCa vyřešila to, co by jinak znamenalo pomalé ruční výpočty nebo zdlouhavé vytváření tabulkových šablon. S její pomocí jsem rychle zkontroloval styčníkový spoj s čelními deskami i s nakloněnými smykovými plechy a iteroval ke konečnému optimalizovanému řešení, i přesto, že jsem stále upravoval svůj globální analytický model. Bohužel pro software, který jsme použili pro globální model, neexistuje propojení s BIM, takže jsem nemohl využít těchto funkcí pro přenos informací o geometrii a zatížení, ale už jen možnost rychle prozkoumat netypické možnosti a upravit je podle potřeby byla velkou pomocí.
Dalším kritickým prvkem, který jiný software nedokázal analyzovat, byl momentový přípoj čelní desky mezi WT pásem a sloupem. IDEA StatiCa mi umožnila s jistotou eliminovat zbytečné výztuhy a dát více materiálu tam, kde byl nejužitečnější. Svařence bylo možné dimenzovat s vědomím, že nerovnoměrné napětí ve svarech je již zohledněno, namísto běžných předpokladů o rovnoměrnosti nebo použití libovolných přídavných součinitelů, které se pokoušejí zahrnout případné koncentrace napětí.
Tento příklad ocelového nosníku s otevřeným pásem, který spočívá na desce výztuhy sloupu, je dalším případem, kdy původní software slehával. Typickým předpokladem je, že ztužující deska je vystavena pouze tahu nebo tlaku, který vzniká v důsledku přírubových sil v nosníku přenášejících se do sloupu, tak jak se konstrukce deformuje. IDEA StatiCa však umožňuje interakční efekty, jako je tlak v rovině a ohyb mimo rovinu, jako je tento případ, nebo další běžný případ čtyřosých momentových přípojů, které namáhají plechy spojitosti uložené ve směru tuhé osi spojité desky v hlavní ose dvouosým tahem.
Níže je znázorněno připojení zavětrování k relativně malému W-sloupku na vedlejší budově. Zatížení výztuhy je větrem, nikoliv seismicitou, a je v tomto spoji relativně malé. Jedná se však o další konfiguraci přípoje, kterou náš původní software pro návrh přípojů neumí řešit. Namísto toho, abyste trávili čas zdlouhavými ručními výpočty nebo šli "snadnou" cestou rychlého přidání zbytečných výztuh nebo použitím velmi tlusté čelní desky (a byli velmi konzervativní), umožňuje IDEA StatiCa Connection jednoduché ověření, že navržený spoj je více než vhodný.
Výsledkem je velmi čistý spoj, který se navíc snáze vyrobí, jelikož je bez přídavných plechů pro vyztužení sloupu. Později se objevila další možnost použití tohoto přípoje na jiné části budovy na o něco těžším sloupu, tentokrát však s pětinásobným zatížením. Vytvořil jsem šablonu z prvního případu a mohl ji rychle použít na nové místo a prokázat, že stejná konfigurace funguje, opět bez výztuh. Navíc je nyní tato šablona k dispozici pro opakované použití na dalších projektech.
Závěr
Společnost REC získala díky IDEA StatiCa Connection několik výhod. Ačkoli používáme i jiný software pro návrh přípojů, žádný z nich není tak otevřený. Všechny jsou založeny na vzorcích, a tudíž jsou omezeny tím, jaké vzorce byly odvozeny z různých předpisů a norem, a následně naprogramovány vývojářem. IDEA StatiCa však začíná skutečně na vyšší úrovni, než na jakou se kdy mohou dostat ostatní, protože dokáže ze základních komponent sestavit přípoj ve složité konfiguraci, kterou nemohl programátor předem předpokládat. S metodou výpočtu CBFEM nejsem zdaleka tak omezen jen na to, co si programátor dokázal předem představit.
IDEA StatiCa Connection nalezne své uplatnění zejména tam, kde jiné programy mají naprogramované předpoklady, jako je symetrické uspořádání, jednoduchá analýza po částech bez interakce mezi různými částmi atd. Tedy pokud jde o asymetrické průřezy a rozvržení šroubů, složité uspořádání výztuh, určení únosnosti již provedených spojů s "chybějícími" součástmi - to vše jsou situace, které je možné s aplikacemi IDEA StatiCa řešit.
