Auvent de passage du Rocky Mountain Metropolitan Airport
Robbins Engineering*, fondée en 2004 à Little Rock, Arkansas, a conçu ce terminal FBO (Fixed Base Operator) et ce hangar pour des clients de l'aviation d'affaires dans un aéroport en altitude soumis à des vents de force ouragan.
L'élément le plus remarquable de ce projet unique était des fermes arquées à travée libre de 132 pieds supportant l'auvent de 40 pieds de hauteur destiné aux aéronefs.
Structure et conception
L'auvent a été conçu comme une structure permettant aux avions de s'y abriter pour l'embarquement et le débarquement des passagers. Mais ce type de structure représente une grande surface et est principalement sollicité par le vent.
L'équipe de conception a étudié plusieurs options avant de retenir des fermes arquées supportées par des poteaux composites à treillis (Figure 1). Deux poteaux W24x192, espacés de 4 pieds avec contreventements en barres rondes en X et entretoises W8, forment chacun des 4 poteaux composites. Les fermes arquées ont une hauteur de 6 pieds, avec des membrures en WT12x88 et des âmes en cornières doubles.
Figure 1. Modèle RAM Elements de l'auvent de grande hauteur pour aéronefs.
La travée libre de 132 pieds comporte un point d'éclissage boulonné sur chantier près du milieu de la travée. Chaque extrémité de chaque ferme est fixée à la semelle intérieure du poteau W24 via des assemblages à moment par platine d'extrémité boulonnée (Figure 2). Des sections de ferme en porte-à-faux de 10 et 20 pieds sont fixées de manière similaire aux semelles extérieures des poteaux. Un contreventement vertical en X installé entre chaque paire de fermes, ainsi qu'un treillis en cornières dans les plans des membrures supérieure et inférieure, forment une ferme spatiale entre chaque paire de poteaux composites. Cela crée le portique dans la direction longitudinale. Chaque paire de poteaux à treillis fonctionne comme des fermes verticales en porte-à-faux selon l'axe orthogonal. Des longrines en béton relient les poteaux dans la direction longitudinale pour résister à la poussée des arcs sous charges gravitaires.
Figure 2. Membrure de ferme WT raccordée au poteau W24 via des platines d'extrémité analysées dans IDEA StatiCa
Connection. Porte-à-faux à gauche du poteau, travée de retour à droite.
L'article complet rédigé par Jason McCool est accessible sur le site web de STRUCTURE Magazine.
Utilisation de l'application IDEA StatiCa
Jason McCool, ingénieur de projet chez Robbins Engineering, PLLC :
Les autres logiciels d'assemblage que nous utilisions habituellement n'étaient pas en mesure de vérifier un assemblage d'éclissage de poutre avec des profilés WT. Comme j'ai utilisé des WT12x88 pour les membrures de nos fermes arquées, l'application IDEA StatiCa a résolu ce qui aurait autrement nécessité des calculs manuels fastidieux ou la création de tableurs laborieux. Grâce à elle, j'ai rapidement vérifié l'assemblage d'éclissage avec des platines d'extrémité et des platines de cisaillement chevauchées, et j'ai itéré jusqu'à la solution finale optimisée de platines chevauchées en double cisaillement, même pendant que je développais encore mon modèle d'analyse globale. Malheureusement, il n'existe pas de lien BIM pour le logiciel que nous avons utilisé pour le modèle global, je n'ai donc pas pu profiter de ces fonctionnalités pour transférer la géométrie et les informations de charge, mais le simple fait de pouvoir explorer rapidement des options non standard et d'ajuster selon les besoins a été d'une grande aide.
L'assemblage à moment par platine d'extrémité reliant les membrures WT aux poteaux était un autre élément critique pour nous qu'aucun autre logiciel ne pouvait analyser. StatiCa m'a permis d'éliminer en toute confiance des raidisseurs inutiles et de placer davantage de matière là où elle était le plus utile. Les soudures ont pu être dimensionnées en sachant que la contrainte non uniforme dans les soudures était directement prise en compte, plutôt que de recourir aux hypothèses courantes d'uniformité ou à l'application de facteurs d'augmentation arbitraires visant à envelopper les éventuelles concentrations de contraintes.
Cet exemple d'une solive en treillis à âme ouverte prenant appui sur une plaque raidisseur de poteau est un autre cas où les autres logiciels sont insuffisants. L'hypothèse habituelle est que la plaque raidisseur est soumise uniquement à la traction ou à la compression créée par les efforts de semelle dans la poutre se transmettant au poteau lors du racking de la structure. Mais IDEA StatiCa permet de prendre en compte les effets d'interaction tels que la compression dans le plan et la flexion hors plan comme dans ce cas, ou un autre cas courant d'assemblages à moment à 4 directions mettant les platines de continuité à axe fort en traction biaxiale.
Ci-dessous se trouve un assemblage de contreventement au vent sur un poteau W relativement petit de la partie bâtiment FBO (Fixed Base Operator) du projet. La charge de contreventement est due au vent et non sismique, et est relativement faible à ce nœud. Mais il s'agit d'une autre configuration d'assemblage qui n'est tout simplement pas traitée par nos autres logiciels de conception d'assemblages. Plutôt que de passer du temps à faire des calculs manuels fastidieux ou de prendre la voie « facile » en ajoutant rapidement des raidisseurs inutiles ou en utilisant une platine d'extrémité très épaisse pour rester très conservateur, IDEA StatiCa Connection permet une vérification normative simple confirmant que l'assemblage proposé est largement suffisant.
Le résultat est un assemblage très propre, également plus facile à fabriquer sans les plaques raidisseurs de poteau supplémentaires. Par la suite, une autre application potentielle de cet assemblage est apparue sur une autre partie du bâtiment avec un poteau légèrement plus lourd, mais cette fois avec une charge de contreventement 5 fois plus élevée. J'avais créé un modèle à partir du premier cas et j'ai pu l'appliquer rapidement au nouvel emplacement et confirmer que la même configuration fonctionnait, là encore sans raidisseurs. De plus, ce modèle est désormais disponible pour être réutilisé sur d'autres projets.
Conclusion
REC a bénéficié de plusieurs façons en disposant de IDEA StatiCa Connection. Bien que nous utilisions d'autres logiciels de conception d'assemblages, aucun n'est aussi ouvert. Ils sont tous basés sur des formules, et donc limités aux formules dérivées dans différentes normes et codes, puis programmées par le développeur du logiciel. Mais IDEA StatiCa part vraiment d'un niveau supérieur à ce que les autres peuvent atteindre, en permettant de construire des assemblages à partir de composants de base pour aboutir à des configurations complexes que le programmeur n'aurait pas pu anticiper à l'avance. Avec le CBFEM comme base des calculs, je ne suis plus aussi limité par ce qu'un programmeur aurait pu envisager à l'avance. Les sections et les dispositions de boulons asymétriques, les arrangements complexes de raidisseurs, la vérification de l'adéquation des assemblages tels que construits avec des composants « manquants » — tout cela est possible avec IDEA StatiCa là où d'autres programmes ont des hypothèses programmées telles que des dispositions symétriques, une analyse fragmentée simple sans interaction entre les différentes parties, etc.
*Mise à jour de l'attribution du projet
Ce projet a été initialement réalisé alors que Jason McCool, PE, était employé chez Robbins Engineering Consultants (REC), qui a cessé ses activités en 2024. Le travail est désormais attribué au cabinet actuel de l'auteur, Cool Country Engineering, avec la reconnaissance de REC comme l'organisation d'origine sous laquelle le projet a été réalisé.
