Перелік матеріалів проекту сталевої ферми даху в Перу та аналіз структурного навантаження

Huachipa, Lima Steel Roof Struss Project - Список матеріалів і аналіз структурних навантажень

 

 

Цей проект розташований в Уачіпі, Ліма, Перу, зосереджений на проектуванні та будівництві сталевої кроквяної системи даху (за винятком сталевих колон і стінових компонентів). Дах обладнано сонячними батареями, а дизайн суворо відповідає місцевим будівельним нормам Перу. Основні параметри проекту підсумовані таким чином:

Загальна площа забудови: 8900 ㎡

Загальна довжина: 109 м

Загальна ширина: 85 м (нерегулярне планування з кількома прольотами)

Розміри прольоту (вздовж напрямку 85 м, нерівні прольоти): 13 м, 17 м, 25 м, 28 м (максимальний проліт: 28 м)

Відстань між фермами (відстань між рядами): приблизно 22 м

Конфігурація даху: оснащено приблизно 4400 ㎡ сонячними панелями (фотоелектрична система)

Обсяг конструкцій: лише кроквяна система даху (ферми, кріплення, зв’язувальні стрижні, прогони), за винятком сталевих колон і каркасів стін

Застосовні норми: місцеві будівельні норми Перу

 

 

Аналіз навантаження базується на фактичних умовах навколишнього середовища в Уачіпі, Ліма, і суворо дотримується перуанських кодів E.030 (Код сейсмічних навантажень), E.050 (Код вітрових навантажень) і E.070 (Код снігових навантажень). Усі навантаження розраховуються відповідно до рівня важливості промислових будівель (коефіцієнт важливості U=1.0).

 

 

Уачіпа, Ліма, розташована в сейсмічній зоні 4 Перу, яка є сейсмічної зоною високої -інтенсивності. Конкретні сейсмічні параметри такі:

Сейсмічна зона: зона 4, Z=0.45g (пікове прискорення землі)

Тип ґрунту ділянки: S1 (твердий ґрунт), коефіцієнт місця розташування S=1.0

Сейсмічний вплив: кроквяна система даху вимагає достатньої сейсмічної жорсткості, щоб протистояти горизонтальним сейсмічним силам. З’єднання ферм і кріпильна система повинні бути розроблені консервативно, щоб забезпечити стійкість конструкції під сейсмічним впливом.

 

 

Ліма є прибережним містом, а район Уачіпа страждає від прибережних вітрів. Параметри вітрового навантаження визначаються наступним чином:

Базовий тиск вітру: 0,55–0,65 кН/㎡

Ефект вітру: сонячні батареї на даху посилюють всмоктування вітру та ефект вітрової вібрації. Коефіцієнт форми даху відповідно посилено, щоб врахувати вплив сонячних панелей на розподіл вітрового навантаження.

Вимоги до вітростійкості: ферми даху, обрешітки та система кріплень повинні бути здатні протистояти всмоктуванню вітру та позитивному вітровому тиску, забезпечуючи відсутність структурних пошкоджень або надмірної деформації.

 

 

Уачіпа, Ліма, має тропічний прибережний клімат без снігопадів протягом року. Отже, основне снігове навантаження визначається наступним чином:

Базове снігове навантаження S₀: ≈ 0 кН/㎡

Примітка: Додаткове снігове навантаження не враховується в структурному проекті, але дренажна система даху розроблена для запобігання накопиченню води (еквівалент часткового рівномірного навантаження).

 

 

Загальне навантаження на дах - це сума власного навантаження, навантаження сонячної панелі та постійного навантаження, яке значно вище, ніж у звичайних промислових цехах. Конкретний розрахунок такий:

Власне навантаження на дах (власна-вага покрівельного покриття + балки): ≈ 0,30 кН/㎡

Навантаження сонячної панелі (сонячні панелі + опори): ≈ 0,18–0,22 кН/м²

Технічне навантаження при технічному обслуговуванні: 0,50 кН/м² (відповідно до стандартів перуанського промислового будівництва)

Загальне навантаження на дах: ≈ 0,98–1,02 кН/м²

Примітка. Для забезпечення стабільності системи сонячних панелей прогин кроквяних ферм і балок покрівлі повинен контролюватися в межах L/200 (L — проліт ферм або балок).

 

Вибір матеріалів ґрунтується на перуанських місцевих стандартах сталі та вимогах до проектного навантаження, зосереджуючись на довговічності, сейсмозахисних показниках і-рентабельності. Детальний перелік матеріалів виглядає наступним чином:

 

 

Марка сталі: китайський стандарт Q355B/Q235B (еквівалент A36 за стандартом ASTM), з хорошою міцністю та пластичністю, підходить для зон із високим сейсмічним рівнем.

Тип розділу:

Верхній і нижній пояси: H-сталевий профіль - вибирається відповідно до прольоту та навантаження, з діапазоном розмірів перетину: H300×150×6×8 до H400×200×8×10 (коригується на основі різних прольотів: 13 м/17 м/25 м/28 м).

Веб-учасники: кутова сталь або двотавровий профіль - діапазон розмірів секцій: від L75×5 до L100×8 (для прольотів 13/17 м); L100×8 до L125×10 (для прольотів 25/28м).

Спосіб з’єднання: високо{0}}болти (клас 10,9) для з’єднання, що забезпечує надійне з’єднання та сейсмостійкість.

Обробка: Епоксидна цинк-ґрунтовна фарба 80 мкм

 

 

Марка сталі: китайський стандарт Q235B

Тип профілю: кругла сталь (φ16–φ22) або кутова сталь (L63×5–L80×6), яка використовується для протистояння горизонтальним силам (сейсмічні, вітер) і підтримки стабільності кроквяної системи.

Розташування: розкоси встановлюються з інтервалом у 2–3 ферми, причому поперечні та діагональні розкоси розташовуються по черзі, щоб утворити стабільну систему протидії бічній силі-.

Обробка: Епоксидна цинк-ґрунтовна фарба 80 мкм

 

 

Марка сталі: китайський стандарт Q235B

Тип профілю: кругла сталева (φ20–φ25) або сталева труба (φ89×4–φ114×4), яка використовується для передачі горизонтального натягу між фермами та забезпечення загальної стабільності даху.

Обробка: Епоксидна цинк-ґрунтовна фарба 80 мкм

 

 

Марка сталі: китайський стандарт Q235B

Тип профілю: C-сталева або Z-профільна сталь (посилений тип, придатний для навантаження на сонячну панель), діапазон розмірів секції: від C160×60×20×2,5 до C220×70×20×3,0 (регулюється відповідно до відстані між обрешітками та навантаженням сонячної панелі).

Відстань: приблизно 1,5–2,0 м, що гарантує, що прогони можуть витримувати сумарне навантаження покриття даху та сонячних панелей без надмірної деформації.

Обробка: гальванізація 275 кг/м³

 

 

Високоміцні-болти: клас 10,9, що відповідають розміру перерізу ферм і скріпок, з анти-корозійною обробкою (гаряче-цинкування).

Само-гвинти та заклепки: стійка до корозії нержавіюча сталь (марка 304), яка використовується для з’єднання прогонів і покриття даху, а також для опор сонячних панелей.

-Антикорозійне покриття: гаряче{1}}цинкування (товщина цинкового шару більше або дорівнює 80 мкм) для всіх сталевих компонентів, щоб адаптуватися до прибережного вологого середовища Ліми та забезпечити термін служби.

 

Виходячи з параметрів проекту, аналізу навантаження та вибору матеріалу, споживання сталі для кроквяної системи даху (тільки) оцінюється наступним чином, враховуючи високі сейсмічні вимоги в Уачіпі, Лімі та додаткове навантаження сонячних панелей.

 

 

У поєднанні з умовами максимального прольоту 28 м, відстані між фермами 22 м, великого навантаження на сонячні панелі та високої сейсмічної інтенсивності в Лімі індекс споживання сталі для кроквяної системи даху визначається наступним чином:

Ферми даху + кріплення + тяги: 18–22 кг/м²

Прогони даху (посилений тип): 8–11 кг/м²

Загальний індекс споживання сталі: 26–33 кг/㎡ (прийняття консервативного середнього-верхнього значення 30 кг/㎡ для оцінки, відповідно до вимог кодексу Перу)

 

 

Загальне споживання сталі=Загальна площа будівлі × Індекс споживання сталі ÷ 1000

Розрахунок: 8900 ㎡ × 30 кг/㎡ ÷ 1000=267 тонн

 

 

Економічна оптимізована конструкція (легке навантаження, вдосконалена оптимізація): ≈ 230 тонн

Традиційний консервативний проект (відповідає нормам Перу та сейсмічним вимогам Ліми): ≈ 265–270 тонн

Високе навантаження/висока сейсмічна стійкість/сувора конструкція з великим-прольотом: ≈ 290 тонн

 

 

Вищевказане споживання сталі включає лише систему кроквяної конструкції даху (ферми, кріплення, зв’язувальні стрижні, балки), за винятком сталевих колон, каркасів стін і опор сонячних панелей.

Якщо додати сталеві колони, загальне споживання сталі збільшиться на 10–13 кг/м², а загальне споживання сталі становитиме приблизно 340–400 тонн.

Фактичне споживання сталі може мати коливання ±10% після завершення детального проектування, на що в основному впливає детальне коригування розмірів секцій і методів з’єднання.

Сейсмічна конструкція: кроквяна система даху повинна бути розроблена відповідно до Перуанського кодексу E.030 (сейсмічна зона 4), і надмірна оптимізація не допускається для забезпечення сейсмічної безпеки.

Навантаження на сонячну панель: обрешітки та верхні пояси ферм у зоні сонячної панелі мають бути посилені, а контроль відхилення має бути суворішим (у межах L/200), щоб уникнути пошкодження системи сонячної панелі.

Вимоги до-захисту від корозії: усі сталеві компоненти краще оцинковувати-зануренням, щоб адаптуватися до прибережного вологого середовища Ліми та подовжити термін служби конструкції.

Відповідність нормам: усі проектні та будівельні роботи мають відповідати перуанським місцевим нормам RNE / E.030, E.050, E.070 та відповідним промисловим стандартам.

 

 

Детальне споживання сталі розподілено відповідно до чотирьох нерівних прольотів (13 м, 17 м, 25 м, 28 м), у поєднанні з відстанню між фермами 22 м і навантаженням сонячної панелі, а індекс споживання сталі коригується відповідно до розміру прольоту (чим більший проліт, тим вищий індекс). Конкретна розбивка така:

Розмір прольоту	Довжина прольоту (м)	Відповідна площа (прибл., ㎡)	Індекс споживання сталі (кг/㎡)	Розрахункове споживання сталі (тонни)	Зауваження
1-й проліт	13	2400	25	60	Найменший проліт, найменше навантаження; часткове покриття сонячними панелями
2-й проліт	17	2450	28	68.6	Середній розмах, помірне навантаження; часткове покриття сонячними панелями
3-й проліт	25	2250	32	72	Великий проліт, велике навантаження; основна зона покриття сонячних панелей
4-й проліт	28	1800	35	63	Максимальний проліт, найбільше навантаження; основна зона покриття сонячних панелей
Всього	83 (сума прольотів)	8900 (загальна площа забудови)	30 (середній показник)	263.6	Незначне відхилення від загальної оцінки (±2%) через округлення

Примітка. Відповідна площа кожного прольоту оцінюється на основі загальної площі 8900 ㎡ і частки кожного прольоту в загальній ширині (85 м), яка є лише для довідки. Фактична площа та споживання сталі залежать від детальних проектних креслень.

 

Основні первинні балки даху (H‑секції)

- Ш200×750×12×6 мм

- Ш250×750×25×6 мм

- Ш350×750×25×9 мм

- Ш200×400×16×6 мм

 

Другорядні члени

- Прогони: Z305×76×19×3,0 мм

- Горизонтальна/бічна розтяжка: сталевий кутник 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Основна конструкція даху

- Кроквяна система:

18–22 кг/м² → ​​**160,2 – 195,8 тонн**

- Система двотаврової балки (глибокі секції, відстань 22 м, фотоелектричне навантаження):

24–30 кг/м² → ​​**213,6 – 267,0 т**

 

2.2 Система кріплення

- Ферма:

2,5–4,0 кг/м² → ​​**22,3 – 35,6 т**

- двотаврова балка:

3,5–5,0 кг/м² → ​​**31,2 – 44,5 т**

*Причина: двотаврові балки мають меншу природну жорсткість на кручення; потрібні додаткові кріплення.*

 

2.3 Прогони

- Обидві системи:

Прогони Z305, однакове навантаження та відстань

8–11 кг/м² → ​​**71,2 – 97,9 тонн**

*Майже ідентичні як для кроквяних, так і для двотаврових дахів.*

 

2.4 Порівняння загальної ваги сталі

- Загальна кількість кроквяної даху:

254 – 329 тонн

-Загальна кількість даху двотаврової балки:

316 – 409 тонн

 

 

3.1 Кроквяна система

- Поведінка: трикутні осьові сили (лише розтяг/стиск).

- Жорсткість: висока геометрична жорсткість, підходить для великих прольотів і контролю прогину (критично для PV).

- Стабільність: Менше залежить від кріплень; властива стабільність трикутного візерунка.

- Сейсмічні характеристики: гарне розсіювання енергії, легкість, менша інерція.

- Ефективність прольоту: надзвичайно ефективний для прольотів **25–28 м**.

 

3.2 Система двотаврових балок

- Поведінка: вигин + зсув + осьові сили.

- Жорсткість: нижча ефективність на згинання на кг; глибші/важчі секції, необхідні для відповідності прогину ферми.

- Стійкість: схильність до бокового вигинання; вимагає більш частого кріплення.

- Сейсмічні характеристики: вища власна вага збільшує сейсмічні вимоги.

- Конструктивність: простіше виготовлення та монтаж, але важчі компоненти.

 

 

 

Подібності

- Обидва витримують однакові навантаження на дах (мертвий + PV + живий + вітер).

- Розмір балки, відстань і вага ідентичні.

- Обидва мають відповідати обмеженням прогину Перу (L/200 для PV).

- Обидва слідують E.030, E.050, E.070 для Huachipa, Ліма.

 

відмінності

1. Силовий механізм:

- Ферма: лише осьові сили → високоефективний.

- Двотаврова балка: регулюється вигин → менш ефективний матеріал.

2. Споживання сталі:

- Основна конструкція: двотаврова балка використовує від +25% до +40% сталі.

- Розкоси: для двотаврової балки потрібно +30% до +40% більше розкосів.

- Прогони: майже однакові.

3. Продуктивність діапазону:

- Ферма: чудова для прольотів 25–28 м.

- Двотаврова балка: потрібні важкі секції для контролю прогину.

4. Сейсмічна поведінка:

- Ферма: легша, менша інерція, краща продуктивність у зоні 4.

- двотавровий балка: важче, вищий сейсмічний навантаження.

5. Вартість і будівництво:

- Ферма: більше праці, менше матеріалів.

- Двутаврова балка: менше праці, більше матеріалу.

 

 

- Кроквяна система:

Більш ефективне, легше використання сталі, краще для великих прольотів і зон високої сейсмічної активності.

Всього сталі: 254 – 329 тонн.

 

-Система двотаврової балки:

Простіша конструкція, але значно важча.

Всього сталі: 316 – 409 тонн.