Marquesina del aeropuerto metropolitano de las Montañas Rocosas
Robbins Engineering, fundada en 2004 en Little Rock, Arkansas, diseñó esta terminal y hangar para clientes de aviación de negocios en un aeropuerto de gran altitud con vientos huracanados.
La parte más destacada de este singular proyecto fueron las cerchas arqueadas de 132 pies de luz libre que soportaban la marquesina de 40 pies de altura para los aviones.
La marquesina se ha diseñado como estructura para que los aviones pasen por debajo para cargar y descargar pasajeros. Pero este tipo de estructura representa una gran superficie y se ve sometida principalmente a los esfuerzos del viento.
El equipo de diseño investigó varias opciones antes de decidirse por las cerchas arqueadas apoyadas en pilares de encaje (figura 1). Cada uno de los cuatro pilares adosados está formado por columnas gemelas W24x192, separadas entre sí 1,2 m, con barras redondas en X y puntales W8 entre ellas. Las cerchas arqueadas tienen 1,8 m de profundidad, con cordones WT12x88 y almas de doble ángulo.
Figura 1. Modelo de elementos RAM de la marquesina alta para aviones.
La luz libre de 132 pies tiene un punto de empalme atornillado cerca de la mitad de la luz. Cada extremo de cada celosía está unido al ala interior de la columna W24 mediante conexiones de momento atornilladas (Figura 2). Las secciones de celosía en voladizo de 10 y 20 pies se fijan de forma similar a las alas exteriores de los pilares. Los refuerzos verticales en X instalados entre cada par de celosías, así como los refuerzos angulares en los planos de los cordones superior e inferior, forman una celosía espacial entre cada par de pilares. De este modo se crea el marco de momentos en la dirección longitudinal. Cada par de pilares arriostrados funciona como celosía vertical en voladizo en el eje ortogonal. Las vigas de anclaje de hormigón unen los pilares en la dirección longitudinal para resistir el empuje de los arcos bajo cargas gravitatorias.
Figura 2. Cordón de celosía WT conectado al pilar W24 mediante placas extremas analizadas en Idea Statica.
Conexión. Voladizo a la izquierda de la columna, trasdosado a la derecha.
Uso de la aplicación IDEA StatiCa
Jason McCool, ingeniero de proyectos de Robbins Engineering, PLLC:
Otro software de conexión primaria que solíamos utilizar no era capaz de comprobar una junta de empalme de viga con secciones WT. Dado que utilizaba WT12x88 para los cordones de nuestras cerchas arqueadas, la aplicación IDEA StatiCa solucionó lo que, de otro modo, habría sido un lento cálculo manual o una tediosa creación de hojas de cálculo. Con su ayuda, comprobé rápidamente la junta de empalme tanto con placas extremas como con placas de cizalladura solapadas e iteré hasta la solución final optimizada de placas solapadas en cizalladura doble, incluso cuando aún estaba desarrollando mi modelo de análisis global. Por desgracia, el software que utilizamos para el modelo global no dispone de un enlace BIM, así que no pude aprovechar esas funciones para transferir información sobre geometría y cargas, pero el mero hecho de poder explorar rápidamente opciones atípicas y ajustarlas según fuera necesario fue de gran ayuda.
La conexión de momento de la placa final desde los cordones WT a los pilares era otra pieza crítica para nosotros que otros programas no podían analizar. StatiCa me permitió eliminar con confianza rigidizadores innecesarios y colocar más material donde era más útil. Las soldaduras podían dimensionarse sabiendo que la tensión no uniforme en las soldaduras se tenía en cuenta directamente en lugar de las suposiciones comunes de uniformidad o la aplicación de factores de aumento arbitrarios que intentan envolver cualquier concentración potencial de tensión.
Este ejemplo de una viga de acero de alma abierta apoyada sobre una placa rigidizadora de un pilar es otro caso en el que otros programas informáticos se quedan cortos. La suposición típica es que la placa rigidizadora está sometida únicamente a la tensión o compresión creada por las fuerzas del ala de la viga que se transfieren al pilar a medida que la estructura se inclina. Sin embargo, Idea Statica permite efectos de interacción como la compresión en el plano y la flexión fuera del plano, como en este caso, u otro caso común de conexiones de momento de 4 vías que ponen las placas de continuidad del eje fuerte en tensión biaxial.
A continuación se muestra una conexión de la riostra de viento a una columna W relativamente pequeña en la parte del edificio FBO (Fixed Base Operator) del proyecto. La carga de la riostra es de viento y no sísmica y es relativamente pequeña en esta unión. Pero esta es otra configuración de conexión que simplemente no está contemplada por nuestro otro software de diseño de conexiones. En lugar de dedicar tiempo a realizar tediosos cálculos manuales o tomar el camino "fácil" de añadir rápidamente placas rigidizadoras innecesarias o utilizar una placa extrema muy gruesa para errar mucho en el lado conservador, IDEA StatiCa Connection permite una simple verificación de que la conexión propuesta es más que adecuada.
El resultado es una unión muy limpia que, además, es más fácil de fabricar sin las placas rigidizadoras adicionales de los pilares. Más tarde, surgió otra posible aplicación de esta conexión en otra parte del edificio, en un pilar ligeramente más pesado, pero esta vez con una carga de arriostramiento 5 veces mayor. Había creado una plantilla a partir del primer caso y pude aplicarla rápidamente a la nueva ubicación y confirmar que la misma configuración funcionaba, de nuevo sin rigidizadores. Además, esa plantilla está ahora disponible para reutilizarla en otros proyectos.
Conclusión
REC se benefició de varias maneras al disponer de IDEA StatiCa Connection. Aunque utilizamos otros programas de diseño de conexiones, ninguno es tan abierto. Todos se basan en fórmulas y, por lo tanto, se limitan a las fórmulas derivadas de distintos códigos y normas y programadas por el desarrollador del software. Sin embargo, IDEA StatiCa parte de un nivel superior al que los demás pueden alcanzar, ya que es capaz de construir uniones a partir de componentes básicos hasta configuraciones complejas que el programador no habría podido prever de antemano. Con CBFEM respaldando los cálculos, no estoy tan limitado a lo que un programador podría prever de antemano. Secciones asimétricas y patrones de atornillado, disposiciones complejas de rigidizadores, determinación de la adecuación de las uniones as-built con componentes "ausentes" - todo esto es posible con Idea Statica donde otros programas han programado supuestos como disposiciones simétricas, simple análisis por partes sin interacción entre las diferentes porciones, etc.