Списък на материалите на проекта за стоманени покривни ферми в Перу и анализ на структурното натоварване

Хуачипа, проект за стоманени покривни ферми в Лима - Списък на материалите и анализ на структурното натоварване

 

 

Този проект се намира в Хуачипа, Лима, Перу, като се фокусира върху проектирането и изграждането на стоманена покривна система (с изключение на стоманени колони и стенни компоненти). Покривът е оборудван със слънчеви панели, а дизайнът стриктно отговаря на местните строителни норми на Перу. Основните параметри на проекта са обобщени, както следва:

Обща застроена площ: 8900 ㎡

Обща дължина: 109м

Обща ширина: 85 m (неправилно оформление с множество участъци)

Размери на участъците (по посока на 85 м, неравни участъци): 13 м, 17 м, 25 м, 28 м (максимален обхват: 28 м)

Разстояние между фермите (разстояние между лентите): приблизително 22 m

Конфигурация на покрива: Оборудван с приблизително 4400 ㎡ слънчеви панели (фотоволтаична система)

Структурен обхват: Само система за покривни ферми (ферми, скоби, свързващи пръти, греди), с изключение на стоманени колони и стенни рамки

Приложими кодове: Перуански местни строителни норми

 

 

Анализът на натоварването се основава на действителните условия на околната среда на Хуачипа, Лима, и стриктно следва перуанските кодове E.030 (Код за сеизмични условия), E.050 (Код за натоварване от вятър) и E.070 (Код за натоварване от сняг). Всички натоварвания се изчисляват в съответствие с нивото на важност на промишлените сгради (фактор на важност U=1.0).

 

 

Хуачипа, Лима се намира в сеизмична зона 4 на Перу, която е сеизмична област с висок-интензитет. Специфичните сеизмични параметри са както следва:

Сеизмична зона: Зона 4, Z=0.45g (пиково земно ускорение)

Тип почва на площадката: S1 (твърда почва), коефициент на площадка S=1.0

Сеизмично въздействие: Системата на покривните ферми изисква достатъчна сеизмична коравина, за да устои на хоризонталните сеизмични сили. Връзките на фермите и системата за укрепване трябва да бъдат проектирани консервативно, за да осигурят структурна стабилност при сеизмично въздействие.

 

 

Лима е крайбрежен град и районът Хуачипа е засегнат от крайбрежните ветрове. Параметрите на натоварване от вятър се определят, както следва:

Основно налягане на вятъра: 0,55–0,65 kN/㎡

Вятърен ефект: Слънчевите панели на покрива увеличават всмукването на вятъра и ефекта на вибрациите от вятъра. Коефициентът на форма на покрива е подходящо увеличен, за да се отчете въздействието на слънчевите панели върху разпределението на натоварването от вятъра.

Изискване за устойчивост на вятър: Покривните ферми, греди и системата за укрепване трябва да могат да издържат на засмукване от вятър и положително налягане на вятъра, като се гарантира, че няма структурни повреди или прекомерна деформация.

 

 

Хуачипа, Лима има тропически крайбрежен климат без снеговалеж през цялата година. Следователно основното натоварване от сняг се определя, както следва:

Основно натоварване от сняг S₀: ≈ 0 kN/㎡

Забележка: В проектирането на конструкцията не е предвидено допълнително натоварване от сняг, но дренажната система на покрива е проектирана да предотвратява натрупването на вода (еквивалентно на частично равномерно натоварване).

 

 

Общото натоварване на покрива е сумата от мъртво натоварване, натоварване на слънчеви панели и активно натоварване, което е значително по-високо от това на обикновените промишлени работилници. Конкретното изчисление е както следва:

Собствено натоварване на покрива (собствено{0}}тегло на покривното покритие + греди): ≈ 0,30 kN/㎡

Натоварване на соларния панел (соларни панели + опори): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Постоянно натоварване при поддръжка: 0,50 kN/㎡ (в съответствие с перуанските индустриални строителни стандарти)

Общо натоварване на покрива: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Забележка: Деформацията на покривните ферми и греди трябва да се контролира в рамките на L/200 (L е разстоянието на фермите или греди), за да се гарантира стабилността на системата от слънчеви панели.

 

Изборът на материал се основава на перуанските местни стандарти за стомана и изискванията за натоварване на проекта, като се фокусира върху издръжливостта, сеизмичните характеристики и -ефективността на разходите. Подробният списък с материали е както следва:

 

 

Степен на стомана: китайски стандарт Q355B/Q235B (еквивалентен на A36 в стандарта ASTM), с добра здравина и пластичност, подходящ за силно сеизмични зони.

Тип секция:

Горна обшивка и долна обшивка: H{0}}стоманен профил -, избран в зависимост от обхвата и натоварването, с диапазон на размера на сечението: H300×150×6×8 до H400×200×8×10 (коригиран въз основа на различни разстояния: 13m/17m/25m/28m).

Уеб членове: Ъглови стоманени или I{0}}стоманени профили - диапазон на размера на профилите: L75×5 до L100×8 (за 13m/17m разстояния); L100×8 до L125×10 (за 25m/28m разстояния).

Метод на свързване: Болтове с-висока якост (клас 10,9) за свързване, осигуряващи надеждна връзка и сеизмична устойчивост.

Третиране: С епоксидна цинк-богат грунд боя в 80 μm

 

 

Степен на стомана: китайски стандарт Q235B

Тип профил: Кръгла стомана (φ16–φ22) или ъглова стомана (L63×5–L80×6), използвани за устойчивост на хоризонтални сили (сеизмични, вятърни) и поддържане на стабилността на системата от ферми.

Разположение: Скобите се поставят на интервали от 2–3 ферми, с напречни-и диагонални скоби, подредени последователно, за да образуват стабилна система за съпротивление-на странична сила.

Третиране: С епоксидна цинк-богат грунд боя в 80 μm

 

 

Степен на стомана: китайски стандарт Q235B

Тип профил: Кръгла стоманена (φ20–φ25) или стоманена тръба (φ89×4–φ114×4), използвана за прехвърляне на хоризонталното напрежение между фермите и осигуряване на цялостната стабилност на покрива.

Третиране: С епоксидна цинк-богат грунд боя в 80 μm

 

 

Степен на стомана: китайски стандарт Q235B

Тип профил: C-стоманен профил или Z-стоманен профил (усилен тип, подходящ за натоварване на слънчеви панели), диапазон на размера на профилите: C160×60×20×2,5 до C220×70×20×3,0 (коригиран според разстоянието между гредите и натоварването на слънчевия панел).

Разстояние: Приблизително 1,5–2,0 m, което гарантира, че гредините могат да понесат комбинираното натоварване на покривното покритие и слънчевите панели без прекомерна деформация.

Обработка: Поцинковане 275kg/m³

 

 

Болтове с-висока якост: клас 10,9, отговарящи на размера на сечението на фермите и скобите, с анти{2}}корозионна обработка (горещо{3}}цинковане).

Самонарезни-винтове и нитове: Устойчива-на корозия неръждаема стомана (клас 304), използвана за свързване на греди и покривни покрития, както и опори за слънчеви панели.

Анти{0}}корозионно покритие: Горещо{1}}поцинковане (дебелина на цинковия слой по-голяма или равна на 80 μm) за всички стоманени компоненти, за адаптиране към крайбрежната влажна среда на Лима и осигуряване на експлоатационен живот.

 

Въз основа на параметрите на проекта, анализа на натоварването и избора на материал, потреблението на стомана за системата за покривни ферми (само) се оценява, както следва, като се вземат предвид високите сеизмични изисквания на Huachipa, Lima и допълнителното натоварване на слънчевите панели.

 

 

В комбинация с условията на 28 m максимален обхват, 22 m разстояние между фермите, голямо натоварване на слънчевия панел и висока сеизмична интензивност в Лима, индексът на потребление на стомана на системата за покривни ферми се определя, както следва:

Покривни ферми + скоби + щанги: 18–22 kg/㎡

Покривни греди (усилен тип): 8–11 kg/㎡

Общ индекс на консумация на стомана: 26–33 kg/㎡ (приемайки консервативна средна-горна стойност от 30 kg/㎡ за оценка, в съответствие с изискванията на перуанския кодекс)

 

 

Общо потребление на стомана=Обща площ на сградата × Индекс на потребление на стомана ÷ 1000

Изчисление: 8900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 тона

 

 

Икономичен оптимизиран дизайн (лек товар, усъвършенствана оптимизация): ≈ 230 тона

Конвенционален консервативен дизайн (в съответствие с перуанските кодекси и сеизмичните изисквания на Лима): ≈ 265–270 тона

Голямо натоварване / висока сеизмичност / строг дизайн с голям-обхват: ≈ 290 тона

 

 

Посоченото по-горе потребление на стомана включва само системата за покривни ферми (ферми, скоби, свързващи пръти, греди), с изключение на стоманени колони, стенни рамки и опори за слънчеви панели.

Ако се добавят стоманени колони, общото потребление на стомана ще се увеличи с 10–13 kg/㎡, а общото потребление на стомана ще бъде приблизително 340–400 тона.

Действителното потребление на стомана може да има ±10% колебание след завършване на детайлния проект, което се влияе главно от детайлната настройка на размерите на секциите и методите на свързване.

Сеизмично проектиране: Системата на покривните ферми трябва да бъде проектирана в съответствие с перуанския кодекс E.030 (сеизмична зона 4) и не се допуска прекомерна оптимизация, за да се гарантира сеизмична безопасност.

Натоварване на соларния панел: Гредите и горните корди на фермите в зоната на слънчевия панел трябва да бъдат укрепени и контролът на отклонението трябва да бъде по-стриктен (в рамките на L/200), за да се избегне повреда на системата на слънчевия панел.

Изискване против -корозия: Всички стоманени компоненти е по-добре да бъдат горещо поцинковани, за да се адаптират към крайбрежната влажна среда на Лима и да удължат експлоатационния живот на конструкцията.

Съответствие с кода: Всички дейности по проектиране и строителство трябва да отговарят на перуанските местни кодове RNE / E.030, E.050, E.070 и съответните индустриални стандарти.

 

 

Подробната консумация на стомана е разделена според четирите неравни участъка (13m, 17m, 25m, 28m), комбинирани с разстоянието между фермите от 22m и натоварването на соларния панел, а индексът на потребление на стомана се коригира според размера на участъка (колкото по-голям е участъкът, толкова по-висок е индексът). Конкретната разбивка е както следва:

Размер на обхвата	Дължина на обхвата (m)	Съответстваща площ (прибл., ㎡)	Индекс на консумация на стомана (kg/㎡)	Очаквана консумация на стомана (тонове)	Забележки
1-ва педя	13	2400	25	60	Най-малък обхват, най-лек товар; частично покритие на слънчевия панел
2-ри педя	17	2450	28	68.6	Среден обхват, умерено натоварване; частично покритие на слънчевия панел
3-ти педя	25	2250	32	72	Голям обхват, голямо натоварване; зона на покритие на основния слънчев панел
4-та педя	28	1800	35	63	Максимален обхват, най-голямо натоварване; зона на покритие на основния слънчев панел
Общо	83 (сума от интервали)	8900 (обща застроена площ)	30 (среден индекс)	263.6	Леко отклонение от общата оценка (±2%) поради закръгляване

Забележка: Съответстващата площ на всеки участък се изчислява въз основа на общата площ от 8900 ㎡ и дела на всеки участък в общата ширина (85 м), което е само за справка. Действителната площ и потреблението на стомана са предмет на подробните проектни чертежи.

 

Основни първични покривни греди (H-секции)

- Ш200×750×12×6 мм

- W250×750×25×6 mm

- Ш350×750×25×9 mm

- Ш200×400×16×6 мм

 

Второстепенни членове

- Греди: Z305×76×19×3,0 мм

- Хоризонтално/странично укрепване: 2"×2"×3/16" стоманен ъгъл

 

 

2.1 Основна покривна конструкция

- Система от ферми:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 тона**

- Система H-beam (дълбоки секции, разстояние 22 m, PV натоварване):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 тона**

 

2.2 Система за укрепване

- Ферма:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 тона**

- H-греда:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 тона**

*Причина: H-гредите имат по-малка естествена устойчивост на усукване; изисква се повече укрепване.*

 

2.3 Греди

- И двете системи:

Z305 греди, същото натоварване и разстояние

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 тона**

*Почти идентичен както за покриви с ферми, така и за покриви с H-греди.*

 

2.4 Сравнение на общото тегло на стоманата

- Общо фермен покрив:

254 – 329 тона

-Обща покривна греда:

316 – 409 тона

 

 

3.1 Система за ферми

- Поведение: Триъгълни аксиални сили (само опън/компресия).

- Твърдост: Висока геометрична твърдост, подходяща за дълги разстояния и контрол на отклонението (критично за PV).

- Стабилност: По-малко зависима от укрепване; присъща стабилност от триъгълен модел.

- Сеизмични характеристики: Добро разсейване на енергията, леко тегло, по-ниска инерция.

- Ефективност на обхвата: Изключително ефективен за **25–28m разстояния**.

 

3.2 Система H-Beam

- Поведение: Огъване + срязване + аксиални сили.

- Коравина: По-ниска ефективност на огъване на kg; по-дълбоки/по-тежки секции, необходими, за да съответстват на деформацията на фермата.

- Стабилност: Склонност към странично изкълчване при усукване; изисква по-чести скоби.

- Сеизмични характеристики: По-високото собствено тегло увеличава сеизмичните изисквания.

- Конструктивност: По-просто производство и монтаж, но по-тежки компоненти.

 

 

 

Прилики

- И двете поддържат едни и същи натоварвания на покрива (мъртъв + фотоволтаична + жива + вятър).

- Размерът на греди, разстоянието и теглото са идентични.

- И двете трябва да отговарят на границите на отклонение на Перу (L/200 за PV).

- И двете следват E.030, E.050, E.070 за Huachipa, Лима.

 

Разлики

1. Силов механизъм:

- Ферма: Само аксиални сили → високоефективна.

- H-греда: Регулирано огъване → по-малко материално-ефективно.

2. Консумация на стомана:

- Основна структура: H-греда използва +25% до +40% стомана.

- Укрепване: H-греда се нуждае от +30% до +40% повече усилване.

- Purlins: Почти същото.

3. Ефективност на обхвата:

- Ферма: превъзходна за разстояния от 25–28 метра.

- H-греда: Изисква тежки секции за контролиране на деформацията.

4. Сеизмично поведение:

- Ферма: По-лека, по-ниска инерция, по-добра производителност в зона 4.

- H-beam: По-тежко, по-високо сеизмично натоварване.

5. Цена и конструкция:

- Ферма: Повече труд, по-малко материал.

- H-греда: По-малко труд, повече материал.

 

 

- Система от ферми:

По-ефективно, по-леко използване на стомана, по-добро за дълги участъци и силно сеизмични зони.

Общо стомана: 254 – 329 тона.

 

-Система H-beam:

По-лесна конструкция, но значително по-тежка.

Общо стомана: 316 – 409 тона.