Beseitigung kritischer Hindernisse bei Verankerungen und Verbindungen für den Air Arabia Hangar
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Die Herausforderung
Das Projekt erforderte eine gelenkige Fußpunktverbindung als vollständiges Gelenk. Die Verbindung besteht aus einem zentralen Stahlstab (dem Bolzen) mit seiner Achse senkrecht zu den aufgebrachten Lasten sowie mehreren Platten mit kreisförmigen Löchern, durch die der Bolzen geführt wird.
Die Bemessung solch komplexer Details erforderte eine Finite-Elemente-Analyse, unterstützt durch normative Gleichungen. Der Auftraggeber schränkte die Verbindungsplanung ein, indem er den Einsatz einer Verbindungssoftware verlangte, die alle Parameter und Toleranzen für Bolzenlöcher nach der Fertigung definieren kann. „Die IDEA StatiCa-Software hat uns dies ermöglicht", erklärt Dr. Seham.
Darüber hinaus erforderte das Projekt die Überprüfung eines Knotens, in dem 13 Bauteile unter unregelmäßigen Winkeln in einem einzigen Knoten zusammenliefen. Neben vielen komplexen Verbindungen würde das Lösen von mehr als 150 ähnlichen Verbindungen und die Datenübertragung zwischen Teams bei Verwendung nur standardmäßiger Werkzeuge sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
Dank ihrer Erfahrung und Professionalität fand das Team von Kirby glücklicherweise Lösungen für alle Herausforderungen des Projekts.
Über das Projekt
Der Air Arabia Hangar ist eine weitgespannte Stahlfachwerkkonstruktion, die für Flugzeugwartungsarbeiten am Internationalen Flughafen Sharjah ausgelegt ist. Die Außenabmessungen des Hangars betragen 136 m Breite × 57 m Tiefe, mit einer Mindestlichtweite von 129,5 m und einer Kranhakenhöhe von 15 m. Er beherbergt drei Laufkrane (6-t-Tragfähigkeit), Zwischengeschosse, Oberlichter, Absturzsicherungssysteme und spezialisierte Hangartore.
Der Korrosionsschutz des Stahls wurde durch einen werkseitig aufgebrachten Grundanstrich sichergestellt, der mit intumeszierendem Brandschutz kompatibel ist. Der Leistungsumfang von Kirby umfasste die Planung und Lieferung der Stahlkonstruktion, die Erstellung von Planungszeichnungen und Berechnungen, die Genehmigung durch den Auftraggeber, Werkstatt- und Fertigungszeichnungen, die Fertigung und Lieferung von vorgefertigten Profilen sowie die Bereitstellung der Montagemethodik.
Lösung einer gelenkigen Fußpunktverbindung – ein Hindernis für den Projektfortschritt
Der Auftraggeber forderte ein gelenkiges Fußpunktverbindungsdetail, das in der Praxis selten verwendet wird. Die Herausforderung verschärfte sich, als eine Verbindungssoftware verlangt wurde, die diese Art von Detail ausführen konnte.
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Glücklicherweise hatte das Team von Kirby sich auf diese Situation vorbereitet. Mithilfe der komponentenbasierten Methode der finiten Elemente (CBFEM) von IDEA StatiCa bemassen sie die gelenkige Fußpunktverbindung unter den tatsächlichen Fertigungsbedingungen. Die Software wertete die Spannungsverteilung und die Interaktion unter realistischer Belastung aus und zeigte, dass die Verbindung sicher und innerhalb akzeptabler Leistungsgrenzen blieb.
Die validierten Ergebnisse, unterstützt durch eine Drittprüfung, gaben dem Auftraggeber die Sicherheit, die Verbindung zu genehmigen.
Wie Knoten mit 13 Bauteilen aufgehört haben, eine Herausforderung zu sein
Eine der anspruchsvollsten Aufgaben im Hangerprojekt war die Überprüfung eines Knotens, in dem 13 Bauteile unter unregelmäßigen Winkeln in einem einzigen Knoten zusammenliefen. Dies war außerordentlich anspruchsvoll, da gleichzeitig Normal-, Querkraft- und Biegewechselwirkungen in einer stark unsymmetrischen 3D-Geometrie berücksichtigt werden mussten. Die manuelle Rekonstruktion der Geometrie und die Berechnung der Spannungswechselwirkungen Ast für Ast wäre äußerst zeitaufwendig und fehleranfällig gewesen.
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Das Team von Kirby stellte sich der Herausforderung und meisterte sie mit Bravour. Mithilfe von BIM-Links über die IDEA StatiCa-App Checkbot integrierte Kirby IDEA StatiCa direkt mit STAAD.Pro. Die Knotentopologie, Querschnitte, Neigungen und Mehrfachdrehungen sowie alle Lastfälle wurden automatisch extrahiert und in IDEA StatiCa übertragen. Dadurch entfiel die manuelle Rekonstruktion und es wurde ein sofortiger, validierter Ausgangspunkt bereitgestellt.
„Es war sehr wichtig, dass wir die Daten direkt aus STAAD.Pro in IDEA StatiCa Checkbot exportieren konnten, was das Fehlerrisiko erheblich reduzierte", erklärt Dr. Seham.
Anstelle von Hüllkurven-Lastfällen analysierte das Team direkt die entsprechenden Lasteffekte, was zu einer wirtschaftlicheren Bemessung führte. IDEA StatiCa erfasste die vollständigen Spannungswechselwirkungen im Knoten und überprüfte die Verbindung mit umfassenden normativen Nachweisen – und erledigte in Stunden, was sonst einen erheblichen Ingenieuraufwand erfordert hätte.
20 % Zeitersparnis bei Wiederholungsarbeiten mit jeder der mehr als 150 ähnlichen Verbindungen
Geringfügige geometrische Variationen im gesamten Hangar bedeuteten, dass viele Knoten ähnlich, aber nicht identisch waren. Ingenieure müssten jede Verbindung separat neu modellieren und neu prüfen, was repetitiv, zeitaufwendig und mit dem Risiko von Inkonsistenzen verbunden wäre.
Kirby fand einen Weg, den Prozess erheblich zu straffen, sodass sie sich auf die anspruchsvolle Arbeit konzentrieren konnten, bei der ihre Fachkompetenz am meisten zählt. Sie nutzten die Funktion „Vorschlagen & Veröffentlichen", modellierten eine Verbindung einmalig in IDEA StatiCa und veröffentlichten sie in ihrer internen Vorlagenbibliothek, um sie überall dort wiederzuverwenden, wo ein ähnlicher Knoten auftritt.
Durch einfaches Vorschlagen der gespeicherten Vorlage für den neuen Standort vermieden sie, von vorne beginnen zu müssen. Dies reduzierte den Ingenieuraufwand erheblich und gewährleistete eine einheitliche Qualität über alle Achslinien hinweg.
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Verkürzung der Zeit für die Weitergabe von Verbindungsentwürfen an das Detaillierungsteam
Üblicherweise würden Ingenieure detaillierte Skizzen für jede Verbindung erstellen und diese an das Detaillierungsteam senden, was zu langen Hin-und-Her-Validierungszyklen und einem hohen Risiko von Fehlinterpretationen beim Übertragen der Entwürfe in Tekla führt.
Wie gewohnt fanden die Ingenieure von Kirby einen Weg, dieses Problem zu lösen: Sie teilten direkte IDEA StatiCa Viewer-Links mit ihrem Detaillierungsteam. Dies ermöglichte es den Detailleuren, die Verbindungsmodelle online zu öffnen, jede Platte, Schweißnaht und Schraube zu prüfen und die Details dann direkt in Tekla zu modellieren. Dadurch entfiel die Skizzenerstellung, wurden Prüfungsschleifen reduziert und die Kommunikation zwischen Ingenieur- und Detaillierungsteams optimiert.
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Die Ingenieure von Kirby
Dr. Seham Ahmed El Saeed verfügt über 20 Jahre Erfahrung im Bereich Stahlkonstruktionen als Planerin, Wissenschaftlerin, Forscherin und aktive Autorin. Sie ist derzeit verantwortliche technische Managerin für Schulung und Entwicklung bei Kirby in den Ingenieurbüros der Region MEA.
Shahul Hameed ist Bauingenieur und Zeichnungsleiter bei Kirby Building Systems & Structures, India Pvt Ltd. Er verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung und ist spezialisiert auf Stahlkonstruktionen und vorgefertigte Gebäudesysteme.
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