Rocky Mountain Metropolitan Airport drive-through luifel
Robbins Engineering, opgericht in 2004 in Little Rock, Arkansas, ontwierp deze FBO (Fixed Base Operator) terminal en hangar voor klanten uit de zakenluchtvaart op een hooggelegen luchthaven met windsnelheden van orkaankracht.
Het meest opvallende onderdeel van dit unieke project waren de boogspanten met een vrije overspanning van 132 voet die de 40 voet hoge luifel voor de vliegtuigen ondersteunden.
Opbouw en ontwerp
De luifel is ontworpen als een constructie waar vliegtuigen onderdoor kunnen voor het laden en lossen van passagiers. Maar dit type constructie vertegenwoordigt een groot oppervlak en wordt voornamelijk door de wind belast.
Het ontwerpteam onderzocht verschillende opties voordat het koos voor boogspanten die worden ondersteund door opgetrokken kolommen (figuur 1). Dubbele W24x192 kolommen, 4 voet uit elkaar met ronde X-balken en W8 drukstaven ertussen, vormen elk van de 4 opgebouwde kolommen. De boogspanten zijn 6 voet diep, met WT12x88-koorden en dubbele hoekliggers.
Figuur 1. RAM Elements model van de hoge luifel voor vliegtuigen.
De vrije overspanning van 132 voet heeft in het midden één verbindingspunt met bouten. Elk uiteinde van elke spant is bevestigd aan de binnenflens van de W24-kolom via geboute momentverbindingen (figuur 2). De 10- en 20-voet uitkragende spantdelen zijn op dezelfde manier bevestigd aan de buitenflensen van de kolommen. Verticale X-balken tussen elk paar vakwerkliggers en hoekverbindingen in de vlakken van de bovenste en onderste koorden vormen een ruimtevakwerk tussen elk paar opgebouwde kolommen. Hierdoor ontstaat het momentframe in de lengterichting. Elk paar gelaste kolommen functioneert als uitkragende verticale spanten in de loodrechte as. Betonnen trekliggers verbinden de kolommen in de lengterichting om de druk van de bogen onder zwaartekrachtbelasting te weerstaan.
Figuur 2. WT-spantbalk verbonden met de W24-kolom via eindplaten geanalyseerd in Idea Statica
Verbinding. Uitkraging links van de kolom, backspan rechts.
Het complete artikel van Jason McCool is te lezen op de website van STRUCTURE Magazine.
Gebruik van de IDEA StatiCa-applicatie
Jason McCool, Project Ingenieur bij Robbins Engineering, PLLC:
Andere primaire verbindingssoftware die we gewend waren te gebruiken was niet in staat om een balkverbinding met WT-profielen te controleren. Aangezien ik WT12x88s gebruikte voor de koorden van onze boogvormige luifelspanten, loste de IDEA StatiCa-toepassing op wat anders trage handberekeningen of vervelende spreadsheets zouden zijn geweest. Met haar hulp controleerde ik snel de lasverbinding met zowel eindplaten als gelapte afschuifplaten en ging ik door naar de uiteindelijke geoptimaliseerde oplossing van gelapte platen in dubbele afschuiving, terwijl ik nog bezig was met de ontwikkeling van mijn globale analysemodel. Helaas is er geen BIM-link voor de software die we gebruikten voor het globale model, dus ik kon geen gebruik maken van die functies om geometrie- en belastingsinformatie over te dragen, maar het was een enorme hulp om snel niet-typische alternatieven te verkennen en zo nodig aan te passen.
De eindplaat moment verbinding van de WT koorden naar de kolommen was een ander kritisch stuk voor ons dat andere software niet kon analyseren. StatiCa stelde me in staat om onnodige verstijvers te elimineren en meer materiaal te plaatsen waar het het meest nuttig was. Lasnaden konden worden gedimensioneerd terwijl men wist dat er direct rekening werd gehouden met niet-uniforme spanning in de lasnaden in plaats van de gebruikelijke aannames van uniformiteit of de toepassing van willekeurige verhogingsfactoren die mogelijke spanningsconcentraties proberen te omhullen.
Dit voorbeeld van een stalen balk met een open lijf op een verstijvingsplaat van een kolom is een ander geval waarin andere software tekortschiet. De typische veronderstelling is dat de verstijvingsplaat alleen de spanning of compressie ondergaat die ontstaat door de flenskrachten in de ligger die overgaan in de kolom als de constructie rekt. Maar Idea Statica houdt rekening met interactie-effecten zoals druk in het vlak en buiging uit het vlak, zoals in dit geval, of een ander veel voorkomend geval van 4-voudige momentverbindingen die de sterke-as continuïteitsplaat in biaxiale spanning brengen.
Hieronder ziet u een windschoorverbinding met een relatief kleine W-kolom op het FBO-gedeelte (Fixed Base Operator) van het project. De schoorbelasting komt door de wind en niet door aardbevingen en is relatief klein bij deze verbinding. Maar dit is een andere verbindingsconfiguratie die eenvoudigweg niet wordt behandeld door onze andere software voor het ontwerpen van verbindingen. In plaats van tijd te besteden aan vervelende handberekeningen of de "gemakkelijke" weg te kiezen van het snel toevoegen van onnodige verstijvingsplaten of het gebruik van een zeer dikke eindplaat om zich ver aan de conservatieve kant te houden, maakt IDEA StatiCa Connection een eenvoudige verificatie mogelijk dat de voorgestelde verbinding meer dan voldoende is.
Het resultaat is een zeer nette verbinding die ook gemakkelijker te maken is zonder de extra kolomverstijvingsplaten. Later deed zich een andere potentiële toepassing van deze verbinding voor op een ander deel van het gebouw op een iets zwaardere kolom, maar dit keer met 5 keer de schoorbelasting. Ik had een sjabloon gemaakt van het eerste geval en kon dat snel toepassen op de nieuwe locatie en bevestigen dat dezelfde configuratie werkte, opnieuw zonder verstijvers. Bovendien is die sjabloon nu beschikbaar voor hergebruik bij andere projecten.
Conclusie
REC heeft op verschillende manieren baat gehad bij IDEA StatiCa Connection. Hoewel wij andere software voor het ontwerpen van verbindingen gebruiken, is geen daarvan zo open. Ze zijn allemaal formulegestuurd en dus beperkt tot de formules die uit verschillende codes en normen zijn afgeleid en vervolgens door de softwareontwikkelaar zijn geprogrammeerd. Maar IDEA StatiCa begint echt op een hoger niveau dan de anderen ooit kunnen bereiken door in staat te zijn verbindingen te bouwen van basiscomponenten tot complexe configuraties die de programmeur vooraf niet had kunnen voorzien. Met CBFEM ter ondersteuning van de berekeningen ben ik lang niet zo beperkt tot wat een programmeur van tevoren kon bedenken. Asymmetrische secties en boutpatronen, complexe arrangementen van verstijvers, het bepalen van de geschiktheid van as-built verbindingen met "ontbrekende" componenten - dit is allemaal mogelijk met Idea Statica terwijl andere programma's geprogrammeerde veronderstellingen hebben zoals symmetrische arrangementen, eenvoudige stuksgewijze analyse zonder interactie tussen verschillende delen, enz.
