Robbins Engineering, được thành lập năm 2004 tại Little Rock, Arkansas, đã thiết kế nhà ga FBO (Nhà khai thác căn cứ cố định) và nhà chứa máy bay này cho các khách hàng hàng không thương mại tại một sân bay ở độ cao lớn với tốc độ gió cấp bão.
Phần nổi bật nhất của dự án độc đáo này là các dàn vòm nhịp thông 132 feet đỡ mái che cao 40 feet cho máy bay.
Kết cấu và Thiết kế
Mái che được thiết kế như một kết cấu cho máy bay kéo vào để đón và trả khách. Tuy nhiên, loại kết cấu này có bề mặt lớn và chịu tải trọng chủ yếu là gió.
Nhóm thiết kế đã xem xét nhiều phương án trước khi quyết định sử dụng dàn vòm được đỡ bởi các cột ghép có thanh giằng (Hình 1). Mỗi trong số 4 cột ghép được tạo thành từ hai cột W24x192 đặt cách nhau 4 feet với giằng chéo thanh tròn và các thanh chống W8 giữa chúng. Các dàn vòm sâu 6 feet, sử dụng thanh cánh WT12x88 và bụng dàn là thép góc đôi.
Hình 1. Mô hình RAM Elements của mái che cao cho máy bay.
Nhịp thông 132 feet có một điểm nối bu-lông ngoài công trường gần giữa nhịp. Mỗi đầu của mỗi dàn được liên kết với mặt bích trong của cột W24 thông qua liên kết moment bản mã đầu dầm bằng bu-lông (Hình 2). Các đoạn dàn console dài 10 và 20 feet được liên kết tương tự với mặt bích ngoài của các cột. Giằng chéo đứng lắp đặt giữa mỗi cặp dàn, cùng với giằng góc trong mặt phẳng của cả cánh trên và cánh dưới, tạo thành một dàn không gian giữa mỗi cặp cột ghép. Điều này tạo ra khung chịu moment theo phương dọc. Mỗi cặp cột ghép hoạt động như các dàn đứng console theo trục vuông góc. Các dầm giằng bê tông nối các cột theo phương dọc để chống lại lực đẩy của vòm dưới tải trọng trọng lực.
Hình 2. Thanh cánh dàn WT liên kết với cột W24 qua bản mã đầu dầm được phân tích trong Idea Statica
Connection. Console ở bên trái cột, nhịp chính ở bên phải.
Bài viết đầy đủ của Jason McCool có thể truy cập trên trang web của Tạp chí STRUCTURE.
Sử dụng ứng dụng IDEA StatiCa
Jason McCool, Kỹ sư Dự án tại Robbins Engineering, PLLC:
Các phần mềm thiết kế liên kết chính khác mà chúng tôi thường dùng không thể kiểm tra liên kết nối dầm với tiết diện WT. Vì tôi sử dụng WT12x88 cho các thanh cánh của dàn vòm mái che, ứng dụng IDEA StatiCa đã giải quyết được vấn đề mà nếu không sẽ phải tính tay chậm chạp hoặc tạo bảng tính tẻ nhạt. Với sự hỗ trợ của nó, tôi đã nhanh chóng kiểm tra liên kết nối với cả bản mã đầu dầm và bản mã cắt chồng, và lặp đến giải pháp tối ưu cuối cùng là bản mã chồng chịu cắt kép, ngay cả khi tôi vẫn đang phát triển mô hình phân tích tổng thể. Thật không may, không có liên kết BIM cho phần mềm chúng tôi dùng cho mô hình tổng thể, nên tôi không thể tận dụng các tính năng đó để truyền thông tin hình học và tải trọng, nhưng chỉ riêng việc có thể nhanh chóng khám phá các phương án không điển hình và điều chỉnh khi cần đã là một sự hỗ trợ rất lớn.
Liên kết moment bản mã đầu dầm từ các thanh cánh WT đến các cột là một phần quan trọng khác mà các phần mềm khác không thể phân tích. StatiCa cho phép tôi tự tin loại bỏ các sườn tăng cứng không cần thiết và đặt thêm vật liệu ở những nơi hữu ích nhất. Đường hàn có thể được định cỡ với sự hiểu biết rằng ứng suất không đều trong đường hàn được tính toán trực tiếp thay vì các giả định thông thường về tính đồng đều hoặc áp dụng các hệ số tăng tùy ý nhằm bao quát các tập trung ứng suất tiềm ẩn.
Ví dụ này về một dầm thép hở tựa lên bản sườn tăng cứng cột là một trường hợp khác mà các phần mềm khác còn hạn chế. Giả định thông thường là bản sườn tăng cứng chỉ chịu kéo hoặc nén tạo ra bởi lực mặt bích trong dầm truyền vào cột khi kết cấu bị lệch. Nhưng Idea Statica cho phép xét các hiệu ứng tương tác như nén trong mặt phẳng và uốn ngoài mặt phẳng như trong trường hợp này, hoặc một trường hợp phổ biến khác là liên kết moment 4 chiều đặt các bản liên tục theo trục mạnh vào trạng thái kéo hai chiều.
Dưới đây là liên kết giằng gió với một cột W tương đối nhỏ trên phần nhà FBO (Nhà khai thác căn cứ cố định) của dự án. Tải trọng giằng là gió chứ không phải động đất và tương đối nhỏ tại nút này. Nhưng đây là một cấu hình liên kết khác đơn giản là không được đề cập bởi các phần mềm thiết kế liên kết khác của chúng tôi. Thay vì mất thời gian tính tay tẻ nhạt hoặc chọn cách "dễ dàng" là nhanh chóng thêm các bản sườn tăng cứng không cần thiết hoặc sử dụng bản mã đầu dầm rất dày để thiên về an toàn, IDEA StatiCa Connection cho phép xác minh đơn giản rằng liên kết đề xuất là hoàn toàn đủ khả năng.
Kết quả là một nút liên kết rất gọn gàng, cũng dễ chế tạo hơn khi không có các bản sườn tăng cứng cột thêm. Sau đó, một ứng dụng tiềm năng khác của liên kết này xuất hiện ở một phần khác của tòa nhà trên một cột nặng hơn một chút, nhưng lần này với tải trọng giằng gấp 5 lần. Tôi đã tạo một mẫu từ trường hợp đầu tiên và có thể nhanh chóng áp dụng nó cho vị trí mới và xác nhận rằng cùng một cấu hình hoạt động được, một lần nữa không cần sườn tăng cứng. Hơn nữa, mẫu đó hiện có sẵn để tái sử dụng cho các dự án khác.
Kết luận
REC đã được hưởng lợi theo nhiều cách khi có IDEA StatiCa Connection. Mặc dù chúng tôi sử dụng các phần mềm thiết kế liên kết khác, nhưng không có phần mềm nào linh hoạt như vậy. Tất cả đều dựa trên công thức, và do đó bị giới hạn bởi bất kỳ công thức nào đã được dẫn xuất trong các tiêu chuẩn và quy phạm khác nhau rồi được lập trình bởi nhà phát triển phần mềm. Nhưng IDEA StatiCa thực sự bắt đầu ở một cấp độ cao hơn những gì các phần mềm khác có thể đạt được, bằng cách có thể xây dựng các nút liên kết từ các cấu kiện cơ bản thành các cấu hình phức tạp mà lập trình viên không thể dự đoán trước. Với CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) hỗ trợ các tính toán, tôi không bị giới hạn nhiều bởi những gì lập trình viên có thể hình dung trước. Các tiết diện và mẫu bu-lông không đối xứng, các bố trí sườn tăng cứng phức tạp, xác định tính đủ khả năng của các nút liên kết đã thi công với các cấu kiện "thiếu" – tất cả đều có thể thực hiện với Idea Statica trong khi các chương trình khác có các giả định được lập trình như bố trí đối xứng, phân tích từng phần đơn giản không có tương tác giữa các phần khác nhau, v.v.