Robbins Engineering, založená v roce 2004 v Little Rock, Arkansas, navrhla tento terminál FBO (Fixed Base Operator) a hangár pro klienty z oblasti obchodního letectví na vysokohorském letišti s větry o síle hurikánu.
Nejnápadnější částí tohoto jedinečného projektu byly obloukové příhradové nosníky s rozpětím 132 stop bez mezilehlých podpor, nesoucí 40 stop vysoký přístřešek pro letadla.
Konstrukce a návrh
Přístřešek byl navržen jako konstrukce, pod kterou mohou letadla zajet při nastupování a vystupování cestujících. Tento typ konstrukce však představuje velkou plochu a je namáhán především větrem.
Projektový tým prověřil několik variant, než se rozhodl pro obloukové příhradové nosníky podepřené složenými mřížovými sloupy (obrázek 1). Každý ze 4 složených sloupů tvoří dvojice sloupů W24x192 vzdálených 4 stopy od sebe s křížovým ztužením z kulatiny a vzpěrami W8 mezi nimi. Obloukové příhradové nosníky mají hloubku 6 stop, přičemž pásy jsou z profilů WT12x88 a stojiny z dvojitých úhelníků.
Obrázek 1. Model RAM Elements vysokého přístřešku pro letadla.
Rozpětí 132 stop bez mezilehlých podpor má jedno montážní šroubované místo spojení v blízkosti středu rozpětí. Každý konec každého příhradového nosníku je připojen k vnitřní přírubě sloupu W24 pomocí šroubovaných přípojů čelní deskou s přenosem momentu (obrázek 2). Konzolové sekce příhradových nosníků délky 10 a 20 stop jsou obdobně připojeny k vnějším přírubám sloupů. Svislé křížové ztužení instalované mezi každým párem příhradových nosníků, spolu s úhelníkovým mřížováním v rovině horního i dolního pásu, tvoří prostorový příhradový nosník mezi každým párem složených sloupů. Tím vzniká rámová konstrukce v podélném směru. Každý pár mřížových sloupů funguje jako konzolový svislý příhradový nosník v kolmé ose. Betonové táhlové trámy spojují sloupy v podélném směru, aby přenášely vodorovný tlak oblouků od svislého zatížení.
Obrázek 2. Pás příhradového nosníku WT připojený ke sloupu W24 pomocí čelních desek analyzovaný v IDEA StatiCa
Connection. Konzola vlevo od sloupu, zpětné pole vpravo.
Celý článek napsaný Jasonem McCoolem je dostupný na webových stránkách časopisu STRUCTURE Magazine.
Použití aplikace IDEA StatiCa
Jason McCool, projektový inženýr ve společnosti Robbins Engineering, PLLC:
Jiný primární software pro navrhování přípojů, který jsme běžně používali, nebyl schopen posoudit montážní styk příhradového nosníku s profily WT. Protože jsem pro pásy našich obloukových přístřešků použil profily WT12x88, aplikace IDEA StatiCa vyřešila to, co by jinak znamenalo zdlouhavé ruční výpočty nebo pracné sestavování tabulek. S její pomocí jsem rychle posoudil montážní styk s čelními deskami i překrytými smykovými plechy a iteroval k výslednému optimalizovanému řešení překrytých plechů v dvojném smyku, a to ještě v době, kdy jsem stále vyvíjel globální analytický model. Bohužel pro software, který jsme použili pro globální model, neexistuje BIM propojení, takže jsem nemohl využít tyto funkce pro přenos geometrie a informací o zatížení, ale samotná možnost rychle prozkoumávat nestandardní varianty a průběžně je upravovat byla obrovskou pomocí.
Přípoj čelní deskou s přenosem momentu z pásů WT ke sloupům byl pro nás dalším klíčovým prvkem, který jiný software nedokázal analyzovat. IDEA StatiCa mi umožnila s jistotou eliminovat zbytečné výztuhy a umístit více materiálu tam, kde byl nejužitečnější. Svary bylo možné dimenzovat s vědomím, že nerovnoměrné napětí ve svarech je přímo zohledněno, namísto běžných předpokladů o rovnoměrnosti nebo použití libovolných zvyšujících součinitelů, které se snaží pokrýt případné koncentrace napětí.
Tento příklad ocelového příhradového nosníku s otevřenou stojinou uloženého na výztuze sloupu je dalším případem, kde jiný software nestačí. Typický předpoklad je, že výztuha je namáhána pouze tahem nebo tlakem vzniklým od sil v přírubách nosníku přenášených do sloupu při rámovém přetvoření konstrukce. IDEA StatiCa však umožňuje zohlednit interakční účinky, jako je tlak v rovině a ohyb mimo rovinu, jako v tomto případě, nebo jiný běžný případ čtyřstranných momentových přípojů, kdy jsou průběžné plechy v ose silné osy namáhány dvojosým tahem.
Níže je uveden přípoj větrového ztužidla k relativně malému sloupu W na části budovy FBO (Fixed Base Operator) projektu. Zatížení ztužidla je od větru, nikoli od seismicity, a v tomto styčníku je relativně malé. Jedná se však o další konfiguraci přípoje, která jednoduše není řešena naším jiným softwarem pro navrhování přípojů. Namísto zdlouhavých ručních výpočtů nebo „snadné" cesty v podobě rychlého přidání zbytečných výztuh nebo použití velmi silné čelní desky s velkou rezervou na straně bezpečnosti umožňuje IDEA StatiCa Connection jednoduché ověření, že navržený přípoj je více než dostačující.
Výsledkem je velmi čistý styčník, který je také snazší na výrobu bez přídavných výztuh sloupu. Později se na jiné části budovy na mírně těžším sloupu objevila další potenciální aplikace tohoto přípoje, tentokrát však s pětinásobným zatížením ztužidla. Vytvořil jsem šablonu z prvního případu a byl jsem schopen ji rychle aplikovat na nové místo a potvrdit, že stejná konfigurace funguje, opět bez výztuh. Navíc je tato šablona nyní k dispozici pro opětovné použití na dalších projektech.
Závěr
Společnost REC získala používáním IDEA StatiCa Connection několik výhod. Přestože používáme i jiný software pro navrhování přípojů, žádný z nich není tak otevřený. Všechny jsou založeny na vzorcích, a tedy omezeny na vzorce odvozené v různých normách a standardech, které pak naprogramoval vývojář softwaru. IDEA StatiCa však skutečně začíná na vyšší úrovni, než ostatní mohou kdy dosáhnout, protože umožňuje sestavovat styčníky ze základních komponent do složitých konfigurací, které by programátor nebyl schopen předem předvídat. S CBFEM jako základem výpočtů nejsem zdaleka tak omezen tím, co si programátor dokázal předem představit. Nesymetrické průřezy a rozmístění šroubů, složitá uspořádání výztuh, posouzení dostatečnosti realizovaných styčníků s „chybějícími" komponenty – to vše je možné v IDEA StatiCa, zatímco jiné programy mají naprogramované předpoklady jako symetrická uspořádání, jednoduché dílčí analýzy bez vzájemného působení různých částí atd.