Cobertura de passagem do Aeroporto Metropolitano de Rocky Mountain

A Robbins Engineering*, fundada em 2004 em Little Rock, Arkansas, projetou este terminal FBO (Fixed Base Operator) e hangar para clientes de aviação executiva num aeroporto de alta altitude com velocidades de vento de força de furacão. 

A parte mais proeminente deste projeto único foram as treliças arqueadas com vão livre de 132 pés que suportam a cobertura de 40 pés de altura para aeronaves.

Estrutura e Conceção

A cobertura foi projetada como uma estrutura para as aeronaves se posicionarem por baixo durante o embarque e desembarque de passageiros. No entanto, este tipo de estrutura representa uma grande superfície e é solicitada principalmente pelo vento. 

A equipa de projeto analisou várias opções antes de optar por treliças arqueadas suportadas por colunas compostas com montantes em treliça (Figura 1). Dois perfis W24x192, afastados 4 pés com contraventamento em X de barra redonda e montantes W8 entre eles, formam cada uma das 4 colunas compostas. As treliças arqueadas têm 6 pés de altura, utilizando banzos WT12x88 e almas em cantoneiras duplas.

Figura 1. Modelo RAM Elements da cobertura elevada para aeronaves.

O vão livre de 132 pés tem um ponto de emenda aparafusada em obra próximo do meio vão. Cada extremidade de cada treliça está ligada ao banzo interior da coluna W24 através de ligações de momento com placa de extremidade aparafusada (Figura 2). Secções de treliça em consola de 10 e 20 pés estão igualmente ligadas aos banzos exteriores das colunas. O contraventamento vertical em X instalado entre cada par de treliças, bem como os montantes em cantoneira nos planos dos banzos superior e inferior, formam uma treliça espacial entre cada par de colunas compostas. Isto cria o pórtico rígido na direção longitudinal. Cada par de colunas com montantes em treliça funciona como treliças verticais em consola no eixo ortogonal. Vigas de amarração em betão ligam as colunas na direção longitudinal para resistir ao impulso das arcos sob cargas gravíticas.

Figura 2. Banzo de treliça WT ligado à coluna W24 através de placas de extremidade analisadas no IDEA StatiCa

Connection. Consola à esquerda da coluna, vão de retaguarda à direita.

O artigo completo escrito por Jason McCool está acessível no website da revista STRUCTURE.

Utilização da aplicação IDEA StatiCa

Jason McCool, Engenheiro de Projeto na Robbins Engineering, PLLC:

O outro software de ligações que utilizávamos habitualmente não era capaz de verificar uma emenda de viga com secções WT. Como utilizei WT12x88 para os banzos das nossas treliças arqueadas de cobertura, a aplicação IDEA StatiCa resolveu o que de outra forma teria sido cálculo manual moroso ou a criação de folhas de cálculo fastidiosas. Com a sua ajuda, verifiquei rapidamente a emenda com placas de extremidade e chapas de corte sobrepostas, e iterei até à solução final otimizada de chapas sobrepostas em corte duplo, mesmo enquanto ainda estava a desenvolver o meu modelo de análise global. Infelizmente, não existe uma ligação BIM para o software que utilizámos no modelo global, pelo que não pude tirar partido dessas funcionalidades para transferir a geometria e as informações de carga; mas apenas a possibilidade de explorar rapidamente opções não convencionais e ajustar conforme necessário foi uma enorme ajuda.

A ligação de momento com placa de extremidade dos banzos WT às colunas foi outra peça crítica para nós que outro software não conseguia analisar. O StatiCa permitiu-me eliminar com confiança enrijecedores desnecessários e colocar mais material onde era mais útil. As soldaduras puderam ser dimensionadas sabendo que a tensão não uniforme nas soldaduras era diretamente contabilizada, em vez das suposições comuns de uniformidade ou da aplicação de fatores de aumento arbitrários que tentam envolver quaisquer concentrações de tensão potenciais.

Este exemplo de uma viga de alma aberta em aço apoiada numa chapa de enrijecedor de coluna é outro caso em que outro software fica aquém. A suposição típica é que a chapa de enrijecedor está sujeita apenas à tração ou compressão criada pelas forças do banzo da viga que se transferem para a coluna quando a estrutura sofre distorção. Mas o IDEA StatiCa permite efeitos de interação, como compressão no plano e flexão fora do plano, como neste caso, ou outro caso comum de ligações de momento em 4 direções que colocam as chapas de continuidade do eixo forte em tração biaxial.

Abaixo está uma ligação de contraventamento de vento a uma coluna W relativamente pequena na parte do edifício FBO (Fixed Base Operator) do projeto. A carga do contraventamento é de vento e não sísmica, sendo relativamente pequena nesta junta. Mas esta é outra configuração de ligação que simplesmente não é contemplada pelo nosso outro software de dimensionamento de ligações. Em vez de perder tempo com cálculos manuais fastidiosos ou optar pela solução "fácil" de adicionar rapidamente chapas de enrijecedor desnecessárias ou utilizar uma placa de extremidade muito espessa para ficar muito do lado conservador, o IDEA StatiCa Connection permite uma verificação simples de que a ligação proposta é mais do que adequada. 

O resultado é uma junta muito limpa que também é mais fácil de fabricar sem as chapas de enrijecedor de coluna adicionais. Mais tarde, surgiu outra aplicação potencial desta ligação noutra parte do edifício, numa coluna ligeiramente mais pesada, mas desta vez com 5 vezes a carga de contraventamento. Tinha criado um modelo a partir do primeiro caso e pude aplicá-lo rapidamente à nova localização e confirmar que a mesma configuração funcionava, novamente sem enrijecedores. Além disso, esse modelo está agora disponível para reutilização noutros projetos.

Conclusão

A REC beneficiou de várias formas ao dispor do IDEA StatiCa Connection. Embora utilizemos outro software de dimensionamento de ligações, nenhum deles é tão aberto. Todos são baseados em fórmulas e, portanto, limitados às fórmulas que foram derivadas em diferentes normas e regulamentos e depois programadas pelo desenvolvedor do software. Mas o IDEA StatiCa começa realmente num nível superior ao que os outros podem alguma vez atingir, sendo capaz de construir juntas a partir de componentes básicos em configurações complexas que o programador não teria conseguido antecipar previamente. Com o CBFEM a suportar os cálculos, não estou tão limitado ao que um programador poderia imaginar antecipadamente. Secções e padrões de parafusos assimétricos, disposições complexas de enrijecedores, determinação da adequação de juntas construídas com componentes "em falta" – tudo isto é possível com o IDEA StatiCa, onde outros programas têm suposições programadas como disposições simétricas, análise parcelar simples sem interação entre diferentes partes, etc.

*Atualização de Atribuição do Projeto
Este projeto foi originalmente concluído enquanto Jason McCool, PE, estava empregado na Robbins Engineering Consultants (REC), que cessou operações em 2024. O trabalho é agora atribuído à firma atual do autor, Cool Country Engineering, com reconhecimento da REC como a organização original sob a qual o projeto foi realizado.