Seznam materialov projekta perujske jeklene strešne konstrukcije in analiza strukturne obremenitve

Huachipa, Lima Steel Roof Truss Project - Seznam materialov in analiza strukturne obremenitve

 

 

Ta projekt se nahaja v Huachipi v Limi v Peruju in se osredotoča na načrtovanje in konstrukcijo sistema jeklenih strešnih nosilcev (brez jeklenih stebrov in stenskih komponent). Streha je opremljena s sončnimi kolektorji, zasnova pa je strogo v skladu z lokalnimi perujskimi gradbenimi predpisi. Ključni parametri projekta so povzeti na naslednji način:

Skupna površina stavbe: 8.900 ㎡

Skupna dolžina: 109 m

Skupna širina: 85 m (nepravilen tloris z več razponi)

Velikosti razpona (vzdolž smeri 85 m, neenaki razponi): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (največji razpon: 28 m)

Razmik med nosilci (razmik med gredmi): približno 22 m

Konfiguracija strehe: opremljena s približno 4.400 ㎡ sončnimi paneli (fotovoltaični sistem)

Strukturni obseg: samo sistem strešnih nosilcev (oporniki, oporniki, vezne palice, gredi), razen jeklenih stebrov in stenskih okvirjev

Veljavne kode: perujski lokalni gradbeni predpisi

 

 

Analiza obremenitve temelji na dejanskih okoljskih razmerah v Huachipi v Limi in strogo upošteva perujske kode E.030 (seizmična koda), E.050 (koda obremenitve zaradi vetra) in E.070 (koda obremenitve snega). Vse obremenitve so izračunane glede na stopnjo pomembnosti industrijskih objektov (faktor pomembnosti U=1.0).

 

 

Huachipa v Limi se nahaja v seizmični coni 4 v Peruju, ki je seizmično-območje z visoko intenzivnostjo. Posebni seizmični parametri so naslednji:

Potresna cona: cona 4, Z=0.45g (najvišji pospešek tal)

Vrsta tal na lokaciji: S1 (trda prst), koeficient rastišča S=1.0

Potresni vpliv: Sistem strešnih nosilcev zahteva zadostno potresno togost, da se upre vodoravnim potresnim silam. Nosilne povezave in oporni sistem morajo biti zasnovani konzervativno, da se zagotovi strukturna stabilnost pri potresnih vplivih.

 

 

Lima je obalno mesto, območje Huachipa pa je pod vplivom obalnih vetrov. Parametri vetrne obremenitve so določeni na naslednji način:

Osnovni tlak vetra: 0,55–0,65 kN/㎡

Učinek vetra: sončne celice na strehi povečajo učinek sesanja vetra in vetrnih vibracij. Koeficient oblike strehe je ustrezno povečan, da upošteva vpliv sončnih kolektorjev na porazdelitev obremenitve vetra.

Zahteva za odpornost proti vetru: strešni nosilci, gredi in oporni sistem morajo biti zmožni upreti sesanju vetra in pozitivnemu pritisku vetra, kar zagotavlja, da ni strukturnih poškodb ali čezmernih deformacij.

 

 

Huachipa v Limi ima tropsko obalno podnebje brez snega skozi vse leto. Zato se osnovna snežna obremenitev določi na naslednji način:

Osnovna snežna obremenitev S₀: ≈ 0 kN/㎡

Opomba: Pri projektiranju konstrukcije ni upoštevana nobena dodatna snežna obremenitev, vendar je sistem odvodnjavanja strehe zasnovan tako, da preprečuje kopičenje vode (enakovredno delni enakomerni obremenitvi).

 

 

Celotna obremenitev strehe je vsota lastne obremenitve, obremenitve sončne celice in obremenitve, ki je bistveno višja kot pri običajnih industrijskih delavnicah. Poseben izračun je naslednji:

Lastna obremenitev strehe (lastna-teža strešne kritine + gredi): ≈ 0,30 kN/㎡

Obremenitev sončnega panela (sončni paneli + nosilci): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Življenjska obremenitev vzdrževanja: 0,50 kN/㎡ (v skladu s perujskimi industrijskimi gradbenimi standardi)

Skupna obremenitev strehe: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Opomba: Upogib strešnih nosilcev in gred je treba nadzorovati znotraj L/200 (L je razpon okvirjev ali gred), da se zagotovi stabilnost sistema solarnih panelov.

 

Izbira materiala temelji na perujskih lokalnih standardih za jeklo in zahtevah glede projektne obremenitve, s poudarkom na vzdržljivosti, potresni učinkovitosti in stroškovni-učinkovitosti. Podroben seznam materiala je naslednji:

 

 

Razred jekla: kitajski standard Q355B/Q235B (enakovredno A36 v standardu ASTM), z dobro trdnostjo in duktilnostjo, primerno za visoko potresna območja.

Vrsta razdelka:

Zgornja in spodnja tetev: H-jekleni profil -, izbran glede na razpon in obremenitev, z obsegom velikosti preseka: H300×150×6×8 do H400×200×8×10 (prilagojeno glede na različne razpone: 13 m/17 m/25 m/28 m).

Spletni člani: Kotni jekleni ali I{0}}jekleni profili - obseg velikosti profilov: L75×5 do L100×8 (za razpone 13m/17m); L100×8 do L125×10 (za razpone 25m/28m).

Način povezovanja: -sorniki visoke trdnosti (razred 10,9) za povezavo, ki zagotavljajo zanesljivo povezavo in potresno odpornost.

Obdelava: z epoksidno cinkovo-osnovno barvo v 80 μm

 

 

Razred jekla: kitajski standard Q235B

Vrsta profila: Okroglo jeklo (φ16–φ22) ali kotno jeklo (L63×5–L80×6), ki se uporablja za odpornost proti vodoravnim silam (potres, veter) in ohranjanje stabilnosti nosilnega sistema.

Razporeditev: oporniki so nameščeni v intervalih 2–3 zavojev, pri čemer so prečne-in diagonalne opornice razporejene izmenično, da tvorijo stabilen bočni{3}}sistem za odpor na sile.

Obdelava: z epoksidno cinkovo-osnovno barvo v 80 μm

 

 

Razred jekla: kitajski standard Q235B

Vrsta preseka: Okrogla jeklena (φ20–φ25) ali jeklena cev (φ89×4–φ114×4), ki se uporablja za prenos vodoravne napetosti med nosilci in zagotavlja splošno stabilnost strehe.

Obdelava: z epoksidno cinkovo-osnovno barvo v 80 μm

 

 

Razred jekla: kitajski standard Q235B

Tip profila: C-jekleni profil ali Z-jekleni profil (ojačana vrsta, primerna za obremenitev solarne plošče), razpon velikosti profila: C160×60×20×2,5 do C220×70×20×3,0 (prilagojeno glede na razmik med gredami in obremenitev solarne plošče).

Razmik: Približno 1,5–2,0 m, kar zagotavlja, da lahko nosilci prenesejo skupno obremenitev strešne kritine in sončnih kolektorjev brez pretirane deformacije.

Obdelava: Galvanizacija 275kg/m³

 

 

Vijaki z visoko-trdnostjo: razred 10,9, ki se ujemajo z velikostjo preseka ogrodij in opornikov, s-protikorozijsko obdelavo (vroče-cinkanje).

Samorezni-vijaki in zakovice: nerjaveče-odporno jeklo (razred 304), ki se uporablja za povezovanje gred in strešne kritine, pa tudi za nosilce sončnih kolektorjev.

Pro-korozijski premaz: vroče{1}}cinkanje (debelina cinkove plasti večja ali enaka 80 μm) za vse jeklene komponente, da se prilagodijo obalnemu vlažnemu okolju Lime in zagotovijo življenjsko dobo.

 

Na podlagi projektnih parametrov, analize obremenitev in izbire materiala je poraba jekla (samo) strešnega nosilnega sistema ocenjena na naslednji način, ob upoštevanju visokih seizmičnih zahtev Huachipa, Lima in dodatne obremenitve sončnih kolektorjev.

 

 

V kombinaciji s pogoji največjega razpona 28 m, razmika med nosilci 22 m, velike obremenitve sončne plošče in visoke seizmične intenzivnosti v Limi se indeks porabe jekla za sistem strešnih nosilcev določi na naslednji način:

Strešni nosilci + oporniki + vezni drogovi: 18–22 kg/㎡

Strešni nosilci (ojačani tip): 8–11 kg/㎡

Indeks skupne porabe jekla: 26–33 kg/㎡ (za oceno je sprejeta konzervativna srednja-zgornja vrednost 30 kg/㎡, v skladu z zahtevami perujskega kodeksa)

 

 

Skupna poraba jekla=skupna površina zgradbe × indeks porabe jekla ÷ 1000

Izračun: 8900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 ton

 

 

Varčna optimizirana zasnova (lahka obremenitev, prefinjena optimizacija): ≈ 230 ton

Konvencionalna konzervativna zasnova (v skladu s perujskimi predpisi in seizmičnimi zahtevami Lime): ≈ 265–270 ton

Visoka obremenitev/visoka potresnost/zasnova strogega velikega-razpona: ≈ 290 ton

 

 

Zgornja poraba jekla vključuje samo sistem strešnih nosilcev (oporniki, oporniki, vezne palice, gredi), razen jeklenih stebrov, stenskih okvirjev in nosilcev solarnih panelov.

Če dodamo jeklene stebre, se bo skupna poraba jekla povečala za 10–13 kg/㎡, skupna poraba jekla pa bo približno 340–400 ton.

Dejanska poraba jekla lahko po zaključku podrobnega načrta niha za ±10 %, na kar vpliva predvsem podrobna prilagoditev velikosti odsekov in načinov povezovanja.

Potresna zasnova: Sistem strešnih nosilcev mora biti zasnovan v skladu s perujskim kodeksom E.030 (potresna cona 4), pretirana optimizacija pa ni dovoljena za zagotovitev potresne varnosti.

Obremenitev sončne plošče: grede in zgornje tetive ogrodij v območju solarne plošče je treba okrepiti, nadzor upogiba pa mora biti strožji (znotraj L/200), da preprečite poškodbe sistema solarne plošče.

Pro-zahteva proti koroziji: Vse jeklene komponente je bolje vroče pocinkati, da se prilagodijo obalnemu vlažnemu okolju Lime in podaljšajo življenjsko dobo konstrukcije.

Skladnost s kodo: Vsa projektna in gradbena dela morajo biti v skladu s perujskimi lokalnimi kodami RNE / E.030, E.050, E.070 in ustreznimi industrijskimi standardi.

 

 

Podrobna poraba jekla je razdeljena glede na štiri neenake razpone (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), skupaj z razmikom med nosilci 22 m in obremenitvijo sončne celice, indeks porabe jekla pa je prilagojen glede na velikost razpona (večji kot je razpon, višji je indeks). Posebna razčlenitev je naslednja:

Velikost razpona	Dolžina razpona (m)	Ustrezna površina (pribl., ㎡)	Indeks porabe jekla (kg/㎡)	Ocenjena poraba jekla (tone)	Opombe
1. razpon	13	2400	25	60	Najmanjši razpon, najmanjša obremenitev; delna pokritost s solarnimi paneli
2. razpon	17	2450	28	68.6	Srednji razpon, zmerna obremenitev; delna pokritost s solarnimi paneli
3. Razpon	25	2250	32	72	Velik razpon, velika obremenitev; območje pokrivanja glavne sončne plošče
4. razpon	28	1800	35	63	Največji razpon, največja obremenitev; območje pokrivanja glavne sončne plošče
Skupaj	83 (vsota razponov)	8900 (celotna površina stavbe)	30 (povprečni indeks)	263.6	Rahlo odstopanje od skupne ocene (±2 %) zaradi zaokroževanja

Opomba: Ustrezna površina vsakega razpona je ocenjena na podlagi skupne površine 8900 ㎡ in deleža vsakega razpona v skupni širini (85 m), kar je samo za referenco. Dejanska površina in poraba jekla sta predmet podrobnih načrtov.

 

Glavni primarni strešni nosilci (H-prerezi)

- Š200×750×12×6 mm

- Š250×750×25×6 mm

- Š350×750×25×9 mm

- Š200×400×16×6 mm

 

Sekundarni člani

- Profili: Z305×76×19×3,0 mm

- Vodoravna/bočna opornica: jekleni kotnik 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Glavna strešna konstrukcija

- Nosilni sistem:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 ton**

- Sistem H-nosilcev (globoki odseki, razmik 22 m, PV obremenitev):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 ton**

 

2.2 Oporni sistem

- Nosilec:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 ton**

- H-gremen:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 ton**

*Razlog: H-nosilci imajo manjšo naravno vzvojno togost; potrebno je več opornikov.*

 

2.3 Grede

- Oba sistema:

Z305 gredi, enaka obremenitev in razmik

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 ton**

*Skoraj enako za strehe s nosilci in H-nosilci.*

 

2.4 Primerjava skupne teže jekla

- Skupaj ogrodja strehe:

254 – 329 ton

-Skupaj za streho H-tramov:

316 – 409 ton

 

 

3.1 Nosilni sistem

- Obnašanje: Trikotne osne sile (samo napetost/stisk).

- Togost: visoka geometrijska togost, dobra za dolge razpone in nadzor upogiba (kritičen za PV).

- Stabilnost: manj odvisna od opornikov; inherentna stabilnost iz trikotnega vzorca.

- Potresna zmogljivost: dobro odvajanje energije, lahek, manjša vztrajnost.

- Učinkovitost razpona: izjemno učinkovita za **25–28 m razpone**.

 

3.2 Sistem H-Beam

- Obnašanje: upogibne + strižne + aksialne sile.

- Togost: nižja upogibna učinkovitost na kg; globlji/težji odseki, potrebni za uskladitev z upogibom nosilca.

- Stabilnost: nagnjenost k stranskemu torzijskemu upogibanju; zahteva pogostejše oprijemanje.

- Potresna zmogljivost: večja lastna teža poveča potresno zahtevo.

- Konstruktivnost: enostavnejša izdelava in montaža, vendar težje komponente.

 

 

 

Podobnosti

- Oba podpirata enake obremenitve strehe (mrtvo + PV + živo + veter).

- Velikost, razmik in teža gredi so enaki.

- Oba morata izpolnjevati perujske omejitve upogiba (L/200 za PV).

- Oba sledita E.030, E.050, E.070 za Huachipa, Lima.

 

razlike

1. Mehanizem sile:

- Nosilec: samo aksialne sile → zelo učinkovit.

- H-nosilec: regulirano upogibanje → manj materialno učinkovito.

2. Poraba jekla:

- Glavna struktura: H-nosilec uporablja +25 % do +40 % jekla.

- Oporje: H-nosilec potrebuje +30% do +40% več opornikov.

- Purlins: Skoraj enako.

3. Zmogljivost razpona:

- Nosilec: boljši za razpone 25–28 m.

- H-gremen: zahteva težke odseke za nadzor upogiba.

4. Seizmično obnašanje:

- Nosilec: lažji, nižja vztrajnost, boljša zmogljivost v coni 4.

- H-gremen: težja, večja potresna obremenitev.

5. Stroški in gradnja:

- Nosilec: več dela, manj materiala.

- H-nosilec: Manj dela, več materiala.

 

 

- Nosilni sistem:

Učinkovitejša, lažja uporaba jekla, boljša za dolge razpone in visoko potresna območja.

Skupaj jeklo: 254 – 329 ton.

 

-Sistem H-nosilca:

Lažja konstrukcija, vendar bistveno težja.

Skupaj jeklo: 316 – 409 ton.