Perun teräskattoristikkoprojektin materiaaliluettelo ja rakennekuormitusanalyysi

Huachipa, Lima teräskattoristikkoprojekti - materiaaliluettelo ja rakennekuormitusanalyysi

 

 

Tämä projekti sijaitsee Huachipassa, Limassa, Perussa, ja se keskittyy teräskattoristikkojärjestelmän suunnitteluun ja rakentamiseen (pois lukien teräspilarit ja seinäkomponentit). Katto on varustettu aurinkopaneeleilla, ja suunnittelu noudattaa tiukasti Perun paikallisia rakennusmääräyksiä. Hankkeen keskeiset parametrit on tiivistetty seuraavasti:

Rakennuksen kokonaispinta-ala: 8 900 ㎡

Kokonaispituus: 109 m

Kokonaisleveys: 85 m (epäsäännöllinen asettelu useilla jänteillä)

Kantavuuskoot (85 m suunnassa, epätasaiset jännevälit): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (suurin jänneväli: 28 m)

Ristikon väli (lahden väli): Noin 22 m

Katon kokoonpano: Varustettu noin 4 400 ㎡ aurinkopaneelilla (valosähköjärjestelmä)

Rakennelaajuus: Vain kattoristikkojärjestelmä (ristikot, jäykistykset, raidetangot, orret), ei teräspylväitä ja seinärunkoja

Sovellettavat koodit: Perun paikalliset rakennusmääräykset

 

 

Kuormitusanalyysi perustuu Liman Huachipan todellisiin ympäristöolosuhteisiin, ja se noudattaa tiukasti Perun koodeja E.030 (seisminen koodi), E.050 (tuulikuormituskoodi) ja E.070 (lumikuormituskoodi). Kaikki kuormat lasketaan teollisuusrakennusten tärkeystason mukaan (tärkeystekijä U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima, sijaitsee Perun seismisellä vyöhykkeellä 4, joka on korkean-intensiteetin seisminen alue. Erityiset seismiset parametrit ovat seuraavat:

Seisminen vyöhyke: vyöhyke 4, Z=0.45g (maakiihtyvyyden huippu)

Alueen maaperätyyppi: S1 (kova maaperä), kasvupaikan kerroin S=1.0

Seisminen vaikutus: Katon ristikkojärjestelmä vaatii riittävän seismisen jäykkyyden kestämään vaakasuorat seismiset voimat. Ristikon liitokset ja jäykistysjärjestelmä on suunniteltava konservatiivisesti, jotta varmistetaan rakenteellinen vakaus seismisessä vaikutuksessa.

 

 

Lima on rannikkokaupunki, ja Huachipan alue kärsii rannikkotuulista. Tuulikuormitusparametrit määritetään seuraavasti:

Tuulen peruspaine: 0,55–0,65 kN/㎡

Tuulen vaikutus: Katolla olevat aurinkopaneelit lisäävät tuulen imua ja tuulen tärinää. Katon muotokerrointa vahvistetaan asianmukaisesti aurinkopaneelien vaikutuksen tuulikuorman jakautumiseen huomioon ottamiseksi.

Tuulenkestävyysvaatimus: Kattoristikoiden, orreiden ja jäykistysjärjestelmän on kestettävä tuulen imua ja positiivista tuulenpainetta, mikä varmistaa, ettei rakenteellisia vaurioita tai liiallisia muodonmuutoksia tule.

 

 

Liman Huachipassa vallitsee trooppinen rannikkoilmasto, jossa ei ole lunta ympäri vuoden. Siksi peruslumikuorma määritetään seuraavasti:

Peruslumikuorma S₀: ≈ 0 kN/㎡

Huomio: Rakennesuunnittelussa ei huomioida ylimääräistä lumikuormaa, vaan kattovesijärjestelmä on suunniteltu estämään veden kertymistä (vastaa osittaista tasaista kuormitusta).

 

 

Katon kokonaiskuorma on kuolokuorman, aurinkopaneelikuorman ja käyttökuorman summa, joka on huomattavasti suurempi kuin tavallisilla teollisuuspajoilla. Erityinen laskelma on seuraava:

Katon omapaino (kattopäällysteen oma-paino + orret): ≈ 0,30 kN/㎡

Aurinkopaneelien kuormitus (aurinkopaneelit + tuet): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Kunnossapito elävä kuormitus: 0,50 kN/㎡ (perun teollisuusrakennusstandardien mukaisesti)

Katon kokonaiskuorma: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Huomautus: Kattoristikoiden ja orien taipuma on säädettävä L/200 (L on ristikoiden tai orien jänneväli) aurinkopaneelijärjestelmän vakauden varmistamiseksi.

 

Materiaalivalinta perustuu Perun paikallisiin terässtandardeihin ja projektin kuormitusvaatimuksiin keskittyen kestävyyteen, seismiseen suorituskykyyn ja kustannustehokkuuteen. Yksityiskohtainen materiaaliluettelo on seuraava:

 

 

Teräsluokka: kiinalainen standardi Q355B/Q235B (vastaa A36:ta ASTM-standardissa), hyvä lujuus ja sitkeys, soveltuu korkeille seismisille alueille.

Osion tyyppi:

Yläjänne ja alajänne: H-profiiliteräs - valittu jänteen ja kuorman mukaan, osan kokoalue: H300×150×6×8 – H400×200×8×10 (säädetty eri jänteiden mukaan: 13m/17m/25m/28m).

Verkkojäsenet: Kulmateräs tai I-profiiliteräs - osien kokoalue: L75×5–L100×8 (jännevälit 13 m/17 m); L100×8 - L125×10 (25 m/28 m jännevälille).

Kytkentätapa: Vahvat -pultit (10,9 luokka) liittämistä varten, mikä varmistaa luotettavan liitoksen ja seismisen kestävyyden.

Käsittely: Epoksisinkki-pohjamaali 80 μm:ssä

 

 

Teräslaatu: kiinalainen standardi Q235B

Osatyyppi: Pyöreä teräs (φ16–φ22) tai kulmateräs (L63×5–L80×6), jota käytetään kestämään vaakasuuntaisia ​​voimia (seismi, tuuli) ja ylläpitämään ristikkojärjestelmän vakautta.

Järjestely: Jäykistys asetetaan 2–3 ristikon välein, poikittais-jäykistys ja diagonaalinen jäykistys on järjestetty vuorotellen muodostamaan vakaan sivuttaisvoiman-vastusjärjestelmän.

Käsittely: Epoksisinkki-pohjamaali 80 μm:ssä

 

 

Teräslaatu: kiinalainen standardi Q235B

Poikkileikkaustyyppi: Pyöreä teräs (φ20–φ25) tai teräsputki (φ89×4–φ114×4), käytetään siirtämään vaakasuuntaista jännitystä ristikoiden välillä ja varmistamaan katon yleinen vakaus.

Käsittely: Epoksisinkki-pohjamaali 80 μm:ssä

 

 

Teräslaatu: kiinalainen standardi Q235B

Poikkileikkauksen tyyppi: C-profiiliteräs tai Z-profiiliteräs (vahvistettu tyyppi, sopii aurinkopaneelikuormitukseen), osan kokoalue: C160 × 60 × 20 × 2,5 - C220 × 70 × 20 × 3,0 (säädetty orreiden välin ja aurinkopaneelien kuormituksen mukaan).

Etäisyys: Noin 1,5–2,0 m, mikä varmistaa, että orret kestävät kattopäällysteen ja aurinkopaneelien yhteiskuormituksen ilman liiallista muodonmuutosta.

Käsittely: Galvanointi 275kg/m³

 

 

Erittäin lujat -pultit: 10,9 luokkaa, jotka vastaavat ristikon ja jäykistyksen poikkileikkauksen kokoa, -korroosionestokäsittely (kuuma-sinkitys).

Itsekierrettävät

Korroosionestopinnoite: Kuumasinkity- (sinkkikerroksen paksuus enintään 80 μm) kaikille teräskomponenteille, jotta ne mukautuvat Liman rannikon kosteaan ympäristöön ja varmistavat käyttöiän.

 

Hankkeen parametrien, kuormitusanalyysin ja materiaalivalinnan perusteella kattoristikkojärjestelmän teräksen kulutus (vain) on arvioitu seuraavasti, ottaen huomioon Huachipan, Liman korkeat seismiset vaatimukset ja aurinkopaneelien lisäkuormituksen.

 

 

Yhdistettynä olosuhteisiin, joissa enimmäisjänneväli on 28 metriä, ristikkoväli 22 metriä, aurinkopaneelien raskas kuorma ja korkea seisminen intensiteetti Limassa, kattoristikkojärjestelmän teräksen kulutusindeksi määritetään seuraavasti:

Kattoristikoita + jäykistys + raidetangot: 18–22 kg/㎡

Kattoorret (vahvistettu tyyppi): 8–11 kg/㎡

Teräksen kokonaiskulutusindeksi: 26–33 kg/㎡ (ottamalla käyttöön konservatiivinen keski-yläarvo 30 kg/㎡ arviota varten Perun koodin vaatimusten mukaisesti)

 

 

Teräksen kokonaiskulutus=Kokonaisrakennusala × Teräksenkulutusindeksi ÷ 1000

Laskelma: 8 900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tonnia

 

 

Taloudellinen optimoitu rakenne (kevyt kuorma, hienostunut optimointi): ≈ 230 tonnia

Perinteinen konservatiivinen suunnittelu (perun sääntöjen ja Liman seismisten vaatimusten mukainen): ≈ 265–270 tonnia

Suuri kuormitus / korkea seisminen / tiukka suuri{0}}jänneväli Suunnittelu: ≈ 290 tonnia

 

 

Yllä oleva teräksenkulutus sisältää vain kattoristikkojärjestelmän (ristikot, jäykistykset, raidetangot, orret), ei sisällä teräspylväitä, seinärunkoja ja aurinkopaneelitukia.

Teräspylväitä lisättäessä teräksen kokonaiskulutus kasvaa 10–13 kg/㎡ ja teräksen kokonaiskulutus on noin 340–400 tonnia.

Teräksen todellisessa kulutuksessa voi olla ±10 % vaihtelua yksityiskohtaisen suunnittelun valmistumisen jälkeen, mihin vaikuttaa pääasiassa profiilikokojen ja liitosmenetelmien yksityiskohtainen säätö.

Seisminen suunnittelu: Kattoristikkojärjestelmä on suunniteltava Perun Coden E.030 (seisminen vyöhyke 4) mukaisesti, eikä liiallinen optimointi ole sallittu seismisen turvallisuuden varmistamiseksi.

Aurinkopaneelin kuormitus: Aurinkopaneelialueen ristikoiden orret ja yläjänteet on vahvistettava, ja taipuman säätelyn on oltava tiukempi (L/200), jotta vältetään aurinkopaneelijärjestelmän vaurioituminen.

Korroosionestovaatimus: Kaikki teräsosat on parempi kuumasinkittää-, jotta ne mukautuvat Liman rannikon kosteaan ympäristöön ja pidentävät rakenteen käyttöikää.

Säännösten noudattaminen: Kaikkien suunnittelu- ja rakennustöiden on oltava Perun paikallisten koodien RNE / E.030, E.050, E.070 ja asiaankuuluvien teollisuusstandardien mukaisia.

 

 

Yksityiskohtainen teräksen kulutus on jaettu neljän epätasaisen jännevälin (13m, 17m, 25m, 28m) mukaan yhdistettynä 22 metrin ristikkoväliin ja aurinkopaneelien kuormitukseen, ja teräksen kulutusindeksiä säädetään jännemitan mukaan (mitä suurempi jänneväli, sitä korkeampi indeksi). Erityinen jakautuminen on seuraava:

Span Koko	Alan pituus (m)	Vastaava alue (noin, ㎡)	Teräksen kulutusindeksi (kg/㎡)	Arvioitu teräksen kulutus (tonnia)	Huomautuksia
1. jänne	13	2400	25	60	Pienin jänneväli, kevyin kuorma; osittainen aurinkopaneelien peitto
2. jänne	17	2450	28	68.6	Keskipitkä jänneväli, kohtalainen kuormitus; osittainen aurinkopaneelien peitto
3. jänne	25	2250	32	72	Suuri jänneväli, raskas kuorma; aurinkopaneelien pääpeittoalue
4. jänne	28	1800	35	63	Suurin jänneväli, raskain kuorma; aurinkopaneelien pääpeittoalue
Kokonais	83 (jännevälien summa)	8900 (rakennusalan kokonaispinta-ala)	30 (keskimääräinen indeksi)	263.6	Pieni poikkeama kokonaisarviosta (±2 %) pyöristyksen vuoksi

Huomautus: Kunkin jännevälin vastaava pinta-ala on arvioitu perustuen 8900 ㎡:n kokonaispinta-alaan ja kunkin jännevälin osuuteen kokonaisleveydestä (85 m), mikä on vain viitteellinen. Todellinen pinta-ala ja teräksen kulutus määräytyvät yksityiskohtaisten suunnittelupiirustusten mukaan.

 

Pääkattopalkit (H-osat)

- Leveys 200 × 750 × 12 × 6 mm

- L 250 × 750 × 25 × 6 mm

- L 350 × 750 × 25 × 9 mm

- Leveys 200 × 400 × 16 × 6 mm

 

Toissijaiset jäsenet

- Orret: Z305 × 76 × 19 × 3,0 mm

- Vaaka-/sivujäykistys: 2"×2" × 3/16" teräskulma

 

 

2.1 Pääkaton rakenne

- Ristikon järjestelmä:

18–22 kg/m² → **160,2–195,8 tonnia**

- H-palkkijärjestelmä (syvät osat, 22 metrin etäisyys, aurinkokuorma):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tonnia**

 

2.2 Tukijärjestelmä

- Ristikko:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3–35,6 tonnia**

- H-säde:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2–44,5 tonnia**

*Syy: H-palkeissa on vähemmän luonnollista vääntöjäykkyyttä; lisää kiinnitystä tarvitaan.*

 

2.3 orret

- Molemmat järjestelmät:

Z305 orret, sama kuorma ja väli

8–11 kg/m² → **71,2–97,9 tonnia**

*Lähes identtinen sekä ristikko- että H-palkkikatoissa.*

 

2.4 Teräksen kokonaispainon vertailu

- Ristikatto yhteensä:

254-329 tonnia

-H-palkkikatto yhteensä:

316-409 tonnia

 

 

3.1 Ristikon järjestelmä

- Käyttäytyminen: Kolmiomaiset aksiaalivoimat (vain jännitys/puristus).

- Jäykkyys: Korkea geometrinen jäykkyys, hyvä pitkille jänteille ja taipuman hallintaan (kriittinen PV).

- Vakaus: vähemmän riippuvainen jäykistöstä; luontainen vakaus kolmiomaisesta kuviosta.

- Seisminen suorituskyky: Hyvä energian haihduttaminen, kevyt, matalampi inertia.

- Säätöjänne: Erittäin tehokas **25–28 metrin jännevälille**.

 

3.2 H-palkkijärjestelmä

- Käyttäytyminen: Taivutus + leikkaus + aksiaalivoimat.

- Jäykkyys: Alempi taivutusteho kilogrammaa kohti; tarvitaan syvempiä/raskeampia osia ristikon taipuman sovittamiseksi.

- Vakaus: altis sivuttais-vääntömäiselle lommahdukselle; vaatii tiheämpää kiinnitystä.

- Seisminen suorituskyky: Suurempi omapaino lisää seismisen kysyntää.

- Rakennettavuus: Yksinkertaisempi valmistus ja pystytys, mutta raskaammat komponentit.

 

 

 

Yhtäläisyydet

- Molemmat tukevat samoja kattokuormia (kuollut + PV + live + tuuli).

- Purin koko, väli ja paino ovat samat.

- Molempien on täytettävä Perun taipumarajat (L/200 PV:lle).

- Molemmat noudattavat E.030, E.050, E.070 Huachipa, Lima.

 

Erot

1. Voimamekanismi:

- Ristikot: Vain aksiaaliset voimat → erittäin tehokas.

- H-palkki: Taivutushallittu → vähemmän materiaalitehokas.

2. Teräksen kulutus:

- Päärakenne: H-palkki käyttää +25% - +40% terästä.

- Jäykistys: H-palkki tarvitsee +30 % - +40 % enemmän jäykistystä.

- Purlins: Melkein sama.

3. Alueen suorituskyky:

- Ristikot: Ylivoimainen 25–28 metrin jännevälille.

- H-palkki: Vaatii raskaita osia taipuman hallitsemiseksi.

4. Seisminen käyttäytyminen:

- Ristikot: Kevyempi, matalampi hitaus, parempi suorituskyky vyöhykkeellä 4.

- H-palkki: raskaampi, suurempi seisminen kuormitus.

5. Kustannukset ja rakentaminen:

- Ristikot: Enemmän työtä, vähemmän materiaalia.

- H-palkki: Vähemmän työtä, enemmän materiaalia.

 

 

- Ristikon järjestelmä:

Tehokkaampi, kevyempi teräksen käyttö, parempi pitkillä jänteillä ja korkeilla seismisellä vyöhykkeellä.

Teräksen kokonaismäärä: 254 – 329 tonnia.

 

-H-palkkijärjestelmä:

Helpompi rakenne, mutta huomattavasti raskaampi.

Teräksen kokonaismäärä: 316 – 409 tonnia.