Durchfahrtsüberdachung des Rocky Mountain Metropolitan Airport

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Am Rocky Mountain Metropolitan Airport ist eine Durchfahrts-Flugzeugüberdachung mit einer Windfestigkeit von bis zu 255 Meilen pro Stunde ausgelegt.

Robbins Engineering, 2004 in Little Rock, Arkansas, gegründet, entwarf dieses FBO-Terminal und -Hangar (Fixed Base Operator) für Kunden der Geschäftsluftfahrt auf einem hochgelegenen Flughafen mit Windgeschwindigkeiten von Orkanstärke.

Der herausragendste Teil dieses einzigartigen Projekts waren 13 Meter lange gewölbte Träger mit freier Spannweite, die die 12 Meter hohe Überdachung für Flugzeuge stützten.

Struktur and Bemessung

Die Überdachung wurde als Unterziehkonstruktion für Flugzeuge zum Be- und Entladen von Passagieren konzipiert. Aber diese Art von Struktur stellt eine große Fläche dar und wird hauptsächlich durch Wind beansprucht.

Das Konstruktionsteam untersuchte mehrere Optionen, bevor es sich für Bogenbinder entschied, die von aufgebauten geschnürten Stützen getragen werden (Abbildung 1). Zwei W24x192-Stützen im Abstand von 4 Fuß mit Rundstab-X-Verstrebungen und W8-Streben dazwischen bilden jede der 4 aufgebauten Stützen. Die gewölbten Traversen sind 6 Fuß tief und verwenden WT12x88-Binder und Doppelwinkelstege.

Abb. 1: RAM Elements-Modell der hohen Kabinenhaube für Flugzeuge.

Die 132-Fuß-freie Spannweite hat einen feldverschraubten Laschenpunkt in der Nähe der mittleren Spannweite. Jedes Ende jedes Fachwerkträgers ist über verschraubte Stirnplatten-Momentverbindungen am Innenflansch der W24-stütze befestigt (Abbildung 2). 10 und 20 Fuß lange freitragende Fachwerkabschnitte sind in ähnlicher Weise an den Außenflanschen der Stützen befestigt. Vertikale X-Verstrebungen, die zwischen jedem Traversenpaar installiert sind, sowie Winkelschnürungen in den Ebenen der Ober- und Untergurte bilden einen Raumbinder zwischen jedem Paar aufgebauter Stützen. Dadurch entsteht der Momentrahmen in Längsrichtung. Jedes Paar geschnürter Stützen fungiert als freitragende vertikale Fachwerke in der orthogonalen Achse. Betonbinder verbinden die Stützen in Längsrichtung, um dem Schub der Bögen unter Schwerkraftbelastungen standzuhalten.

Abb. 2: WT-Fachwerkgurt verbunden mit der W24-Stütze über Stirnplatten, analysiert in IDEA Statica

Verbindung. Auskragung links von der Stütze, Rückenspannweite rechts.

Der vollständige Artikel von Jason McCool ist auf der Website des STRUCTURE Magazine verfügbar.

Nutzung der IDEA StatiCa Anwendung

Jason McCool, Projektingenieur bei Robbins Engineering, PLLC:

Andere primäre Verbindungssoftware, die wir gewohnt waren, war nicht in der Lage, eine Trägerverbindung mit WT-Profilen zu überprüfen. Da ich WT12x88s für die Streben unserer gewölbten Baldachin-Traversen verwendet habe, hat die IDEA StatiCa-Anwendung gelöst, was sonst langsame Handberechnungen oder mühsame Tabellenkalkulation gewesen wäre. Mit seiner Hilfe überprüfte ich schnell die Laschenverbindung mit beiden Stirnplatten und überlappenden Scherplatten und iterierte bis zur finalen optimierten Lösung von geläppten Blechen in doppelter Scherung, noch während ich mein globales Analysemodell entwickelte. Leider gibt es keinen BIM-Link für die Software, die wir für das globale Modell verwendet haben, daher konnte ich diese Funktionen nicht nutzen, um Geometrie- und Lastinformationen zu übertragen. Aber nur in der Lage zu sein, untypische Optionen schnell zu entdecken und bei Bedarf anzupassen, war eine große Hilfe.

Die Stirnplatten-Momentverbindungen von den WT-Bindern zu den Stützen war ein weiteres kritisches Stück für uns, das andere Softwareprogramme nicht analysieren konnten. IDEA StatiCa ermöglichte es mir, unnötige Versteifungen souverän zu eliminieren und mehr Material dort zu platzieren, wo es am nützlichsten war. Schweißnähte könnten mit dem Wissen konstruiert werden, dass ungleichmäßige Spannungen in den Schweißnähten direkt berücksichtigt wurden, anstatt übliche Annahmen über die Gleichmäßigkeit oder die Anwendung willkürlicher Erhöhungsfaktoren, die versuchen, potenzielle Spannungskonzentrationen zu umhüllen.

Dieses Beispiel eines offenen Stegstahlträgers auf einer Stützensteifenplatte ist ein weiterer Fall, bei dem andere Softwareprogramme zu kurz kommen. Die typische Annahme ist, dass die Steifenplatte nur unter der Zug- oder Druckspannung steht, die durch die Flanschkräfte im Träger erzeugt wird, die in die Stütze übertragen werden, wenn die Struktur ruht. Aber IDEA Statica ermöglicht Wechselwirkungseffekte wie Druck in der Ebene und Biegung außerhalb der Ebene wie in diesem Fall oder ein anderer häufiger Fall von 4-Wege-Momentverbindungen, die die Kontinuitätsplatten mit starker Achse einer biaxialen Spannung aussetzen.

Unten ist eine Windstrebenverbindung zu einer relativ kleinen W-Stütze im FBO-Gebäudeteil (Fixed Base Operator) des Projekts. Die Stützlast ist wind- und nicht seismisch und an diesem Anschluss relativ gering. Dies ist jedoch eine weitere Verbindungskonfiguration, die von unserer anderen Software zur Verbindungsbemessung einfach nicht berücksichtigt wird. Anstatt Zeit mit mühsamen Handberechnungen zu verschwenden oder den „einfachen“ Weg zu gehen, schnell unnötige Steifenplatten hinzuzufügen oder eine sehr dicke Stirnplatte zu verwenden, um auf der konservativen Seite zu irren, ermöglicht IDEA StatiCa Connection eine einfache Überprüfung, dass die vorgeschlagene Verbindung mehr als angemessen ist.

Das Ergebnis ist eine sehr saubere Verbindung, die auch ohne die zusätzlichen Stützensteifenplatten einfacher herzustellen ist. Später ergab sich eine weitere mögliche Anwendung dieser Verbindung an einem anderen Gebäudeteil auf einer etwas schwereren Stütze, diesmal jedoch mit der 5-fachen Stützlast. Ich hatte eine Vorlage aus dem ersten Fall erstellt und konnte sie schnell an der neuen Stelle anwenden und bestätigen, dass die gleiche Konfiguration funktionierte, wieder ohne Versteifungen. Außerdem steht diese Vorlage jetzt für die Wiederverwendung in anderen Projekten zur Verfügung.

Abschluss

REC profitierte in mehrfacher Hinsicht von der IDEA StatiCa Connection. Obwohl wir andere  Sfotware zur Verbindungsbemessung verwenden, ist keine davon so offen. Sie sind alle formelgesteuert und daher auf Formeln beschränkt, die in verschiedenen Normen und Richtlinien abgeleitet und dann vom Softwareentwickler programmiert wurden. Aber IDEA StatiCa beginnt wirklich auf einem höheren Niveau, als die anderen es jemals erreichen können, indem es in der Lage ist, Verbindungen von Grundkomponenten zu komplexen Konfigurationen zu erstellen, die der Programmierer im Voraus nicht vorhersehen konnte. Da CBFEM die Berechnungen unterstützt, bin ich nicht annähernd so beschränkt auf das, was sich ein Programmierer im Voraus vorstellen könnte. Asymmetrische Querschnitte und Schraubenmuster, komplexe Anordnungen von Steifen, Ermittlung der Angemessenheit von Bestandsverbindungen mit „fehlenden“ Komponenten – all dies ist mit IDEA Statica möglich, wo andere Programme Annahmen programmiert haben wie symmetrische Anordnungen, einfache stückweise Analyse ohne Interaktion zwischen verschiedenen Abschnitten usw.

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