2004 yılında Little Rock, Arkansas'ta kurulan Robbins Engineering, yüksek rakımlı bir havalimanında kasırga kuvvetindeki rüzgar hızlarına sahip bir ortamda iş havacılığı müşterileri için bu FBO (Sabit Üs Operatörü) terminalini 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 ağırlıklı olarak rüzgar yüklerine maruz kalır.
Tasarım ekibi, örgülü birleşik kolonlar üzerine oturan kemerli kafes kirişlere karar vermeden önce çeşitli seçenekleri inceledi (Şekil 1). Her biri 4 fitlik aralıkla yerleştirilmiş, aralarında yuvarlak çubuk X-bağlantıları ve W8 payandaları bulunan ikiz W24x192 kolonlar, 4 adet birleşik kolonun her birini oluşturmaktadır. Kemerli kafes kirişler, WT12x88 başlıkları ve çift açılı gövde elemanları 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-bağlantıları ile hem üst hem de alt başlık düzlemlerindeki açılı örgüler, her bir birleşik kolon çifti arasında uzaysal bir kafes sistem oluşturmaktadır. Bu durum, uzun doğrultuda moment çerçevesini meydana getirmektedir. Her örgülü kolon çifti, dik eksende konsol düşey kafes kirişler olarak işlev görmektedir. Uzun doğrultuda kolonları birbirine bağlayan betonarme bağ kirişleri, ağırlık yükleri altında kemerlerin yatay itkisine karşı koyar.
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 süreci çözdü. Bu sayede, global analiz modelimi geliştirirken bile ek birleşimini hem alın plakaları hem de bindirmeli kesme plakaları ile hızla kontrol edebildim ve çift kesme kuvvetindeki bindirmeli plakalar şeklindeki 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 uzanan alın plakası moment birleşimi, diğer yazılımların analiz edemediği bir diğer kritik unsurdu. StatiCa, gereksiz takviye levhalarını güvenle elememe ve malzemeyi en çok ihtiyaç duyulan yerlere koymama olanak tanıdı. Kaynaklardaki düzgün olmayan gerilme dağılımı, tekdüzelik varsayımları veya olası gerilme yoğunlaşmalarını sarmaya çalışan keyfi artış katsayıları yerine doğrudan hesaba katıldığından, kaynak boyutları güvenle belirlenebildi.
Bir kolon takviye levhası plakası üzerine oturan açık gövdeli çelik kafes kirişe ilişkin bu örnek, diğer yazılımların yetersiz kaldığı bir diğer durumdur. Genel varsayım, takviye levhası plakasının yalnızca yapının yanal ötelemesi sırasında kirişten kolona aktarılan başlık kuvvetlerinden kaynaklanan çekme veya basınca maruz kaldığı yönündedir. Ancak Idea Statica, bu örnekteki gibi düzlem içi basınç ile düzlem dışı eğilimin etkileşimine ya da 4 yönlü moment birleşimlerinin güçlü eksen süreklilik plakalarını iki eksenli çekmeye maruz bıraktığı bir diğer yaygın duruma olanak tanır.
Aşağıda, projenin FBO (Sabit Üs Operatörü) bina bölümündeki görece küçük bir W-kolona yapılan rüzgar bağlantı birleşimi görülmektedir. Bağlantı yükü rüzgardan kaynaklanmakta olup deprem kaynaklı değildir ve bu birleşim noktasında görece küçük bir değere sahiptir. 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 olduğunu basit bir doğrulamayla ortaya koyar.
Sonuç olarak, ekstra kolon takviye levhaları olmadan imalatı da daha kolay olan çok temiz bir birleşim elde edilmiştir. Daha sonra, binanın başka bir bölümünde biraz daha ağır bir kolon üzerinde bu birleşimin başka bir potansiyel uygulaması ortaya çıktı; ancak bu sefer bağlantı yükü 5 kat daha fazlaydı. İlk durumdan bir şablon oluşturmuştum ve bunu yeni konuma hızla uygulayarak aynı konfigürasyonun, yine takviye levhası olmaksızın, işe yaradığını doğrulayabildim. Üstelik bu şablon artık diğer projelerde de yeniden kullanılabilir durumda.
Sonuç
REC, IDEA StatiCa Connection'a sahip olmanın birçok faydasını gördü. Diğer birleşim tasarımı yazılımlarını da kullanmamıza karşın, hiçbiri bu kadar esnek değildir. Hepsi formül tabanlıdır ve dolayısıyla çeşitli yönetmelik ve standartlarda türetilmiş, ardından yazılım geliştiricisi tarafından programlanmış formüllerle sınırlıdır. Ancak IDEA StatiCa, programcının önceden öngöremeyeceği karmaşık konfigürasyonlara ulaşmak için birleşimleri temel bileşenlerden oluşturabilmesi sayesinde diğerlerinin hiçbir zaman ulaşamayacağı daha yüksek bir seviyeden başlar. CBFEM hesaplamaları desteklediğinden, bir programcının önceden hayal edebilecekleriyle sınırlı kalmıyorum. Asimetrik kesitler ve cıvata düzenleri, karmaşık takviye levhası konfigürasyonları, "eksik" bileşenlere sahip mevcut birleşimlerin yeterliliğinin belirlenmesi – tüm bunlar, diğer programların simetrik düzenlemeler, farklı bölümler arasında etkileşim olmaksızın basit parçalı analiz gibi programlanmış varsayımlarla sınırlı kaldığı yerde Idea Statica ile mümkündür.