Листа материјала за пројекат челичних кровних решетки за Перу и анализа оптерећења конструкције

Хуацхипа, пројекат челичних кровних решетки Лима - Листа материјала и анализа оптерећења конструкције

 

 

Овај пројекат се налази у Хуацхипа, Лима, Перу, фокусирајући се на дизајн и конструкцију челичних кровних решетки (искључујући челичне стубове и зидне компоненте). Кров је опремљен соларним панелима, а дизајн је стриктно у складу са перуанским локалним грађевинским прописима. Кључни параметри пројекта су сумирани на следећи начин:

Укупна грађевинска површина: 8.900 ㎡

Укупна дужина: 109 м

Укупна ширина: 85 м (неправилан распоред са више распона)

Величине распона (дуж 85м правца, неједнаки распони): 13м, 17м, 25м, 28м (максимални распон: 28м)

Размак међу решеткама (размак између лежишта): приближно 22 м

Конфигурација крова: Опремљен са приближно 4.400 ㎡ соларних панела (фотонапонски систем)

Обим конструкције: Само систем кровних решетки (попречни носачи, подупирачи, споне, греде), искључујући челичне стубове и зидне оквире

Применљиви кодови: Перуански локални грађевински кодови

 

 

Анализа оптерећења је заснована на стварним условима животне средине Хуацхипа, Лима, и стриктно прати перуанске кодове Е.030 (Сеизмичка шифра), Е.050 (Код оптерећења ветром) и Е.070 (Код оптерећења снега). Сва оптерећења су израчуната у складу са нивоом важности индустријских зграда (фактор важности У=1.0).

 

 

Хуачипа, Лима се налази у сеизмичкој зони 4 у Перуу, која је-сеизмичка област високог интензитета. Специфични сеизмички параметри су следећи:

Сеизмичка зона: Зона 4, З=0.45г (вршно убрзање тла)

Тип земљишта локације: С1 (тврдо земљиште), коефицијент локације С=1.0

Сеизмички утицај: Систем кровних решетки захтева довољну сеизмичку крутост да би издржао хоризонталне сеизмичке силе. Референтни спојеви и систем учвршћења морају бити пројектовани конзервативно како би се осигурала стабилност конструкције под утицајем сеизмичког дејства.

 

 

Лима је приморски град, а област Хуачипа је под утицајем обалних ветрова. Параметри оптерећења ветром одређују се на следећи начин:

Основни притисак ветра: 0,55–0,65 кН/㎡

Ефекат ветра: Соларни панели на крову повећавају усис ветра и ефекат вибрација ветра. Коефицијент облика крова је на одговарајући начин појачан да се узме у обзир утицај соларних панела на расподелу оптерећења ветром.

Захтеви за отпорност на ветар: кровне решетке, греде и систем учвршћења морају бити у стању да издрже усис ветра и позитиван притисак ветра, обезбеђујући да нема оштећења структуре или прекомерне деформације.

 

 

Хуацхипа, Лима има тропску обалну климу без снежних падавина током целе године. Дакле, основно оптерећење снега се одређује на следећи начин:

Основно оптерећење снега С₀: ≈ 0 кН/㎡

Напомена: У конструкцијском пројекту није узето у обзир додатно оптерећење снега, али је систем за одводњавање крова пројектован тако да спречи акумулацију воде (еквивалентно делимичном равномерном оптерећењу).

 

 

Укупно оптерећење крова је збир мртвог оптерећења, оптерећења соларног панела и живог оптерећења, што је знатно веће него у обичним индустријским радионицама. Конкретна калкулација је следећа:

Кровно оптерећење (сопствена-тежина кровног покривача + греде): ≈ 0,30 кН/㎡

Оптерећење соларног панела (соларни панели + носачи): ≈ 0,18–0,22 кН/㎡

Оптерећење при одржавању: 0,50 кН/㎡ (у складу са перуанским стандардима индустријске зграде)

Укупно оптерећење крова: ≈ 0,98–1,02 кН/㎡

Напомена: Деформација кровних решетки и греда мора се контролисати унутар Л/200 (Л је распон решетки или греда) како би се осигурала стабилност система соларних панела.

 

Избор материјала је заснован на перуанским локалним стандардима челика и захтевима за оптерећење пројекта, фокусирајући се на издржљивост, сеизмичке перформансе и исплативост{0}}. Детаљна листа материјала је следећа:

 

 

Квалитет челика: кинески стандард К355Б/К235Б (еквивалент А36 у АСТМ стандарду), са добром чврстоћом и дуктилношћу, погодан за подручја са високом сеизмиком.

Тип одељка:

Горњи и доњи акорд: Х-челик пресека - изабран према распону и оптерећењу, са опсегом величине пресека: Х300×150×6×8 до Х400×200×8×10 (прилагођено на основу различитих распона: 13м/17м/25м/28м).

Чланови веба: Угаони челик или И-челични профили - Опсег величине пресека: Л75×5 до Л100×8 (за распоне 13м/17м); Л100×8 до Л125×10 (за распоне 25м/28м).

Начин повезивања: Вијци високе{0}}врсте (10.9) за повезивање, обезбеђујући поуздану везу и сеизмичку отпорност.

Третман: епоксидном цинком{0}}бојом богатом прајмером у 80 μм

 

 

Квалитет челика: кинески стандард К235Б

Тип пресека: округли челик (φ16–φ22) или угаони челик (Л63×5–Л80×6), који се користи за отпор хоризонталним силама (сеизмичке силе, ветар) и одржавање стабилности решеткастог система.

Распоред: Укрућење је постављено у интервалима од 2–3 решетке, са попречним-упрегама и дијагоналним укрућењима постављеним наизменично да формирају стабилан систем отпора бочној сили-.

Третман: епоксидном цинком{0}}бојом богатом прајмером у 80 μм

 

 

Квалитет челика: кинески стандард К235Б

Тип пресека: Округла челична (φ20–φ25) или челична цев (φ89×4–φ114×4), која се користи за пренос хоризонталне напетости између решетки и обезбеђивање укупне стабилности крова.

Третман: епоксидном цинком{0}}бојом богатом прајмером у 80 μм

 

 

Квалитет челика: кинески стандард К235Б

Тип пресека: Ц-челик профила или З-челик (појачани тип, погодан за оптерећење соларног панела), опсег величина пресека: Ц160×60×20×2,5 до Ц220×70×20×3,0 (прилагођено у зависности од размака међу гредама и оптерећења соларног панела).

Размак: Приближно 1,5–2,0 м, осигуравајући да греде могу да поднесу комбиновано оптерећење кровног покривача и соларних панела без прекомерне деформације.

Третман: Галванизација 275кг/м³

 

 

Завртњи-високе чврстоће: степен 10,9, који одговарају величини пресека решетки и учвршћења, са антикорозионим третманом (вруће-поцинковање).

Само{0}}шрафови и заковице: нерђајући челик отпоран на корозију- (класа 304), који се користи за повезивање греда и кровног покривача, као и носача соларних панела.

Антикорозивни премаз: вруће-поцинковање (дебљина слоја цинка већа од или једнака 80 μм) за све челичне компоненте, како би се прилагодили влажном окружењу у Лими и обезбедили радни век.

 

На основу параметара пројекта, анализе оптерећења и избора материјала, потрошња челика за систем кровних решетки (само) процењује се на следећи начин, с обзиром на високе сеизмичке захтеве Хуацхипа, Лима и додатно оптерећење соларних панела.

 

 

У комбинацији са условима максималног распона од 28м, размака међу решеткама од 22м, великог оптерећења соларног панела и високог сеизмичког интензитета у Лими, индекс потрошње челика у систему кровних решетки се одређује на следећи начин:

Кровни носачи + подупирачи + споне: 18–22 кг/㎡

Кровни оквири (ојачани тип): 8–11 кг/㎡

Индекс укупне потрошње челика: 26–33 кг/㎡ (узимајући конзервативну средњу-горњу вредност од 30 кг/㎡ за процену, у складу са захтевима перуанског кода)

 

 

Укупна потрошња челика=Укупна грађевинска површина × Индекс потрошње челика ÷ 1000

Прорачун: 8.900 ㎡ × 30 кг/㎡ ÷ 1000=267 тона

 

 

Економичан оптимизован дизајн (мало оптерећење, префињена оптимизација): ≈ 230 тона

Конвенционални конзервативни дизајн (у складу са перуанским прописима и сеизмичким захтевима Лиме): ≈ 265–270 тона

Високо оптерећење/високо сеизмичко стање/строги дизајн великог{0}}распона: ≈ 290 тона

 

 

Горенаведена потрошња челика укључује само систем кровних решетки (попречни носачи, подупирачи, споне, греде), искључујући челичне стубове, зидне оквире и носаче соларних панела.

Ако се додају челични стубови, укупна потрошња челика ће се повећати за 10–13 кг/㎡, а укупна потрошња челика ће бити приближно 340–400 тона.

Стварна потрошња челика може имати ±10% флуктуације након што је детаљан пројекат завршен, на шта углавном утиче детаљно подешавање величина пресека и метода повезивања.

Сеизмичко пројектовање: Систем кровних решетки мора бити пројектован у складу са перуанским кодом Е.030 (Сеизмичка зона 4), а прекомерна оптимизација није дозвољена да би се осигурала сеизмичка сигурност.

Оптерећење соларног панела: Греде и горње струне решетки у подручју соларног панела морају бити ојачане, а контрола угиба мора бити строжа (унутар Л/200) како би се избегло оштећење система соларних панела.

Захтеви против -корозије: боље је да све челичне компоненте буду топло-поцинковане да би се прилагодиле влажном окружењу Лиме и продужиле век трајања конструкције.

Усклађеност са кодексом: Сви пројекти и грађевински радови морају бити у складу са перуанским локалним кодовима РНЕ / Е.030, Е.050, Е.070 и релевантним индустријским стандардима.

 

 

Детаљна потрошња челика је подељена према четири неједнака распона (13м, 17м, 25м, 28м), у комбинацији са размаком решетки од 22м и оптерећењем соларног панела, а индекс потрошње челика се прилагођава према величини распона (што је већи распон, већи је индекс). Конкретна подела је следећа:

Величина распона	Дужина распона (м)	Одговарајућа област (приближно, ㎡)	Индекс потрошње челика (кг/㎡)	Процењена потрошња челика (тоне)	Примедбе
1ст Спан	13	2400	25	60	Најмањи распон, најмање оптерећење; делимична покривеност соларним панелом
2нд Спан	17	2450	28	68.6	Средњи распон, умерено оптерећење; делимична покривеност соларним панелом
3рд Спан	25	2250	32	72	Велики распон, велико оптерећење; подручје покривања главног соларног панела
4тх Спан	28	1800	35	63	Максимални распон, највеће оптерећење; подручје покривања главног соларног панела
Укупно	83 (збир распона)	8900 (укупна површина зграде)	30 (просечан индекс)	263.6	Благо одступање од укупне процене (±2%) због заокруживања

Напомена: Одговарајућа површина сваког распона је процењена на основу укупне површине од 8900 ㎡ и пропорције сваког распона у укупној ширини (85м), што је само за референцу. Стварна површина и потрошња челика подлежу нацртима детаљног пројекта.

 

Главне примарне кровне греде (Х-секције)

- Ш200×750×12×6 мм

- Ш250×750×25×6 мм

- Ш350×750×25×9 мм

- Ш200×400×16×6 мм

 

Секундарни чланови

- Бодови: З305×76×19×3,0 мм

- Хоризонтално/бочно учвршћивање: челични угао 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Главна кровна конструкција

- Систем решетки:

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

- Систем Х-греда (дубоки делови, размак од 22 м, ПВ оптерећење):

24–30 кг/м² → ​​**213,6 – 267,0 тона**

 

2.2 Систем учвршћења

- решетка:

2,5–4,0 кг/м² → ​​**22,3 – 35,6 тона**

- Х-зрака:

3,5–5,0 кг/м² → ​​**31,2 – 44,5 тона**

*Разлог: Х-греде имају мању природну торзиону крутост; потребно је више учвршћења.*

 

2.3 Пурлинс

- Оба система:

З305 греде, исто оптерећење и размак

8–11 кг/м² → ​​**71,2 – 97,9 тона**

*Скоро идентично за кровове са решеткама и за кровове Х-греде.*

 

2.4 Поређење укупне тежине челика

- Укупан број кровних решетки:

254 – 329 тона

-Укупни кров кровних греда:

316 – 409 тона

 

 

3.1 Систем решетки

- Понашање: Триангулисане аксијалне силе (само затезање/компресија).

- Крутост: Висока геометријска крутост, добра за дуге распоне и контролу скретања (критично за ПВ).

- Стабилност: Мање зависи од учвршћења; инхерентна стабилност из троугластог узорка.

- Сеизмичке перформансе: Добра дисипација енергије, лагана, нижа инерција.

- Ефикасност распона: Изузетно ефикасан за **распоне од 25–28 м**.

 

3.2 Х-Беам систем

- Понашање: савијање + смицање + аксијалне силе.

- Крутост: Нижа ефикасност савијања по кг; дубљи/тежи делови потребни да би се ускладили са угибом решетке.

- Стабилност: склон бочно-торзионом извијању; захтева чешће учвршћивање.

- Сеизмичке перформансе: Већа сопствена тежина повећава сеизмичку потражњу.

- Могућност израде: Једноставнија израда и монтажа, али теже компоненте.

 

 

 

Сличности

- Оба подржавају иста оптерећења на крову (мртво + ПВ + напон + ветар).

- Величина оквира, размак и тежина су идентични.

- Оба морају да задовоље перуанске границе угиба (Л/200 за ПВ).

- Оба следе Е.030, Е.050, Е.070 за Хуацхипа, Лима.

 

Разлике

1. Механизам силе:

- Конструкција: само аксијалне силе → високо ефикасна.

- Х-греда: регулисано савијањем → мање ефикасан материјал.

2. Потрошња челика:

- Главна структура: Х-греда користи +25% до +40% челика.

- Учвршћивање: Д-зрака треба +30% до +40% више учвршћења.

- Прлине: Скоро исто.

3. Перформансе распона:

- Носач: супериоран за распоне од 25–28 м.

- Х-греда: Захтева тешке делове за контролу угиба.

4. Сеизмичко понашање:

- Носач: Лакши, нижа инерција, боље перформансе у зони 4.

- Х-зрака: Тежа, веће сеизмичко оптерећење.

5. Цена и изградња:

- Конструкција: Више рада, мање материјала.

- Х-зрака: Мање рада, више материјала.

 

 

- Систем решетки:

Ефикаснија, лакша употреба челика, боља за велике распоне и високе сеизмичке зоне.

Укупни челик: 254 – 329 тона.

 

-Систем Х-зрака:

Лакша конструкција, али знатно тежа.

Укупни челик: 316 – 409 тона.