Инженерный анализ стальной конструкции ангара в Новой Каледонии

Инженерный анализ стальной конструкции ангара в Новой Каледонии

СПЕЦИФИКАЦИЯ ПРОЕКТА

Параметр	Ценить
Общая длина	25.0 m
Ширина одного пролета	26.75 m
Высота карниза	9.0 m
Размеры мезонина	3,0 м × 25,0 м (3-этажный)
Расстояние между столбцами	6,0 м стандарт
Структурная система	Каркас портала с антресолями

 

 

 

1.1.1 Расчеты статической нагрузки

Собственный-Вес элементов конструкции:

Вес стальной основной рамы: рассчитан в разделе 2.

Дополнительный допуск на собственную нагрузку: 0,15 кН/м².

Кровельная система:

Металлическое кровельное покрытие + изоляция: 0,25 кН/м².

Прогоны и пояса крыши: 0,15 кН/м².

Суммарная собственная нагрузка кровли:0,40 кН/м²

Система облицовки стен:

Металлические стеновые панели + утеплитель: 0,20 кН/м².

Стеновые балки: 0,10 кН/м².

Общая собственная нагрузка облицовки стен:0,30 кН/м²

Мезонинная постоянная нагрузка:

Плита перекрытия (120 мм): 3,0 кН/м²

Отделка пола: 0,5 кН/м²

Потолок + MEP: 0,5 кН/м²

Общая собственная нагрузка мезонина:4,0 кН/м²

1.1.2 Характеристики динамической нагрузки

Динамическая нагрузка на крышу (согласно AS/NZS 1170.1):

Доступная крыша: 0,50 кН/м²

Снеговая нагрузка (Новая Каледония): Не применимо (тропический климат)

Расчетная временная нагрузка на крышу:0,50 кН/м²

Мезонинная постоянная нагрузка:

Общая загрузка офиса/склада: 3,5 кН/м².

Расчетная временная нагрузка мезонина:3,5 кН/м²

 

 

1.2.1 Расчетные параметры ветра

Справочный стандарт:AS/NZS 1170.2:2021 (циклонический регион C)

Новая Каледония классифицируется какЦиклонический регион

Расчетная скорость ветра (V₅₀₀):55 m/s(конечный период повторяемости 500 лет)

Работоспособность скорости ветра (V₂₅):36 m/s

Расчет давления ветра:

Где:

Vₛᵢₜₑ = 55 × Mₛ × Mₜ × M_d = 55 × 1.0 × 1.0 × 1.05 = 57.75 m/s

Расчетное давление ветра: q=0.6 × 57,75² =2001 Па=2.00 кН/м²

 

1.2.2 Распределение силы ветра

Коэффициенты внешнего давления (Cₚₑ):

Наветренная стена: +0.8

Подветренная стена: -0,5

Боковые стенки: -0,7

Крыша (наветренная): от -0,9 до -1,3 (критическое всасывание)

Крыша (подветренная сторона): -0,6

Коэффициенты внутреннего давления (Cₚᵢ):

Частично закрытое здание: ±0,2

Доминирующее условие открытия рассматривается для циклонических явлений

 

1.2.3 Особенности циклонического проектирования

Направление ветра:Проанализированы все 4 основных направления

Фактор эффекта порыва ветра:G=0.85 (зависит от циклонического региона)

Фактор высоты:k_z=1.08 на высоте 9 м

Топографический фактор:k_zt=1.0 (предполагается равнинная местность)

 

 

1.3.1 Параметры сейсмической зоны (Новая Каледония)

Ссылка:Еврокод 8 + Положения о заморских территориях Франции

Сейсмическая зона:От умеренного до высокого(под влиянием зоны субдукции Вануату)

Расчетное пиковое ускорение относительно земли (PGA):0.15g(вероятность 10% через 50 лет)

Класс почвы: C (почва средней плотности)

Фактор важности: I=1.2 (промышленный объект)

 

1.3.2 Параметры сейсмического реагирования

Коэффициент модификации отклика: R=4.0 (стальная моментная рама)

Период вибрации: Т ≈ 0,65 секунды.

Спектральное ускорение: S_a(T)=0.22g

Расчетный базовый коэффициент сдвига: C_s=0.066

 

1.3.3 Распределение сейсмической силы

Где W=общий сейсмический вес ≈ 1850 кН

Расчетный базовый сдвиг: V ≈122 кН

Распределение силы соответствует схеме перевернутого треугольника.

Эффекты кручения учтены для нерегулярной конфигурации.

 

 

1.4.1 Анализ напряжения элементов

Боковые колонны (В750×250×6×10):

Осевое сжатие + двухосный изгиб

Максимальный коэффициент комбинированного напряжения:0.78(под действием силы тяжести + ветер)

Классификация сечения: Класс 1 (пластик)

Проверка бокового изгиба при кручении: Удовлетворительно с распорками с интервалом 3,0 м.

Балки крыши (H750-500×250×6×10 конические):

Максимальный изгибающий момент на бедре: 385 кН·м.

Использование изгибающего напряжения:0.72

Напряжение сдвига: 42 МПа (значительно ниже предела в 125 МПа)

Отклонение: L/320 < предел L/240 (удовлетворительно)

Ветровые колонны (В450×250×6×10):

В основном воспринимает боковые ветровые нагрузки.

Максимальное отклонение: 22 мм < H/200=45 мм (удовлетворительно)

Коэффициент напряжения:0.65

Члены мезонина:

Колонны (В300×200×6×8): Коэффициент напряжения=0.68

Балки (В300×150×6×8): прогиб=L/310 < L/250 (удовлетворительно)

 

1.4.2 Оценка стабильности

Общая структурная стабильность:

P-Δ Эффекты:Учтены эффекты второго-порядка, коэффициент усиления=1.08

Проверка раскачивания:Меж-дрейф между сюжетами=H/380 < H/200 (удовлетворительно)

Базовое соединение:Моментные-соединения, рассчитанные на полную мощность

Система крепления:Рекомендуемые продольные распорки на каждом концевом пролете

 

1.4.3 Сводная информация о проверках отклонения

Тип участника	Допустимо	Рассчитано	Статус
Балка крыши (L/240)	111 мм	84 мм	✓ ПРОЙДАТЬ
Боковая колонна (H/200)	45 мм	24 мм	✓ ПРОЙДАТЬ
Мезонинная балка (L/250)	24 мм	19 мм	✓ ПРОЙДАТЬ
Ветровая колонна (H/200)	45 мм	22 мм	✓ ПРОЙДАТЬ

 

 

 

Стандартная формула:

Спецификация раздела	Хм)	Б (мм)	t_w (мм)	t_f (мм)	Вес блока (кг/м)
H750×250×6×10	750	250	6	10	155.43
H450×250×6×10	450	250	6	10	124.03
H750-500×250×6×10 (в среднем)	625	250	6	10	139.73
H500×250×6×10	500	250	6	10	131.88
H300×200×6×8	300	200	6	8	66.02
H300×150×6×8	300	150	6	8	59.79

 

 

2.2.1 Столбцы основного кадра

Боковые колонны - H750×250×6×10:

Количество ячеек: 25 м/6 м=5 ячей (6 рядов колонн)

Столбцов в строке: 2 столбца (по одному с каждой стороны)

Общие колонны с мезонином: 6 колонн (одна сторона)

Всего боковых столбцов: 6 + 6 =12 столбцов

Высота на колонну: 9,0 м

Общая длина: 12 × 9.0 =108.0 m

Вес: 108,0 × 155.43 =16 786 кг

Ветровые колонны - H450×250×6×10:

Местоположение: концы фронтона

Количество: 2 фронтона × 2 колонны =4 столбца

Высота на колонну: 9,0 м

Общая длина: 4 × 9.0 =36.0 m

Вес: 36,0 × 124.03 =4465 кг

 

2.2.2 Балки крыши

Конические балки крыши - H750-500×250×6×10:

Количество: 6 рам × 1 брус =6 балок

Длина балки (задняя часть): 13,375 м.

Общая длина: 6 × 13.375 =80.25 m

Вес: 80,25 × 139.73 =11 213 кг

Призматические балки крыши - H500×250×6×10:

Количество: 6 рам × 1 брус =6 балок

Длина одной балки: 13,375 м.

Общая длина: 6 × 13.375 =80.25 m

Вес: 80,25 × 131.88 =10 583 кг

 

2.2.3 Мезонинная конструкция (3 этажа, 3×25 м)

Мезонинные колонны - H300×200×6×8:

Расстояние между колоннами: сетка 6м × 3м.

Строки столбцов: 5 промежуточных + 2 завершающих=7 строк.

Столбцов в строке: 1 строка (независимая)

Истории: 3 уровня

Всего столбцов: 7 × 3 =21 столбец

Высота на колонну: 3,0 м

Общая длина: 21 × 3.0 =63.0 m

Вес: 63,0 × 66.02 =4159 кг

Антресольные балки - H300×150×6×8:

Основные балки (пролет 3 м): 7 рядов × 3 этажа=21 балок

Длина одной балки: 3,0 м

Второстепенные балки (пролет 6 м): 4 линии × 3 этажа=12 балки

Длина одной балки: 6,0 м

Общая основная длина: 21 × 3.0=63.0 м.

Общая вторичная длина: 12 × 6.0=72.0 м.

Общая длина балки:135.0 m

Вес: 135,0 × 59.79 =8072 кг

 

 

Категория участника	Раздел	Количество	Вес единицы измерения (кг/м)	Общая длина (м)	Вес (кг)	Вес (тонны)
Боковые колонны	H750×250×6×10	12	155.43	108.0	16,786	16.79
Ветровые колонны	H450×250×6×10	4	124.03	36.0	4,465	4.47
Конические балки крыши	H750-500×250×6×10	6	139.73	80.25	11,213	11.21
Призматические балки крыши	H500×250×6×10	6	131.88	80.25	10,583	10.58
Мезонинные колонны	H300×200×6×8	21	66.02	63.0	4,159	4.16
Мезонинные балки	H300×150×6×8	33	59.79	135.0	8,072	8.07
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ИТОГО - Основной кадр					55,278	55.28
Припуск (соединения, опорные пластины)				10%	+5,528	+5.53
ОБЩИЙ РАСХОД СТАЛИ					60,806	60,81 МЕТРИЧЕСКИХ ТОНН

Единица расхода:

Площадь основной рамы: 25 м × 26,75 м=668.75 м².

Норма расхода стали:90,9 кг/м²(только основной корпус)

Включая мезонин:76,4 кг/м²(общая площадь)

 

 

3.1.1 Сравнение ветровой нагрузки

Филиппинский кодекс:НСКП 2015

Расчетная скорость ветра (зона тайфунов):50 m/s(100-летний возврат)

Давление ветра: q=0.6 × 50²=1.50 кН/м²

Сравнение:Проект Новой Каледонии (2,00 кН/м²)на 33% выше

Решение ветра:Текущая расчетная ветровая мощность ДОСТАТОЧНА.

 

3.1.2 Сейсмическое сравнение

Филиппинская сейсмическая зона:

Диапазон PGA: 0,20 г - 0.40 г (большинство регионов)

Сейсмическая зона 4 (самая высокая): 0,40g.

Модификация ответа: R=3.5 (стальной каркас)

Сравнение:Текущий PGA (0,15 г) значительно ниже

Сейсмическое заключение:ТРЕБУЕТСЯ ОБНОВЛЕНИЕ: - базовый сдвиг недостаточен для зон с высокой сейсмичностью.

 

3.1.3 Анализ климата и коррозии

Воздействие тайфуна:Экстремальные, распространены супертайфуны 5-й категории.

Коррозионная среда:Высокая влажность, прибрежные соляные брызги.

Диапазон температур:25-35 градусов, без снеговой нагрузки.

Дополнительные риски:Наводнение в низменных-районах

 

3.1.4 Итоговая оценка

Возможные несоответствия дизайна:

Сейсмическая базовая способность к сдвигу недостаточна для регионов Зоны 4

Детализация соединений может потребовать улучшения для обеспечения пластичности.

Требуется модернизация системы защиты от коррозии

Окончательное решение: ТРЕБУЕТ МОДИФИКАЦИИ

Ветровая мощность: ✓ Достаточная

Сейсмичность: ✗ Требуется обновление раздела участников.

Рекомендация: увеличить сечения колонн/балок на 15-20% для зон с высокой сейсмичностью.

 

3.2.1 Сравнение ветровой нагрузки

Индонезийский код:СНИ 1727:2020

Базовая скорость ветра:39 m/s(большинство регионов)

Давление ветра: q=0.6 × 39²=0.91 кН/м²

Сравнение:Текущий дизайнна 120% выше

Решение ветра:Текущая проектная ветровая мощность БОЛЕЕ ДОСТАТОЧНА

 

3.2.2 Сейсмическое сравнение

Индонезийский сейсмический кодекс:СНИ 1726:2019

Сейсмические зоны: 1–6 (зона 6=самая высокая)

Диапазон PGA: 0,10 г - 0.40 г

Суматра/Ява: 0,20 г - 0.35 г

Сравнение:Текущий PGA (0,15 г) ниже, чем в крупных городах.

Сейсмическое заключение:ТРЕБУЕТСЯ МОДИФИКАЦИЯ для Зон 4–6.

 

3.2.3 Анализ климата и коррозии

Тропический климат:Высокая влажность, обильные осадки

Сейсмическая активность:Очень высоко (Огненное кольцо)

Коррозия:Прибрежные районы требуют усиленной защиты

Снеговая нагрузка:Непригодный

Дополнительный:Риск цунами в прибрежных районах

 

3.2.4 Итоговая оценка

Возможные несоответствия дизайна:

Сейсмическая мощность недостаточна для регионов Джакарты и Суматры.

При проектировании фундамента может потребоваться свайный фундамент для бедной почвы

Улучшенная защита от коррозии для прибрежных проектов

Окончательное решение: ТРЕБУЕТСЯ МОДИФИКАЦИЯ (зависит от местоположения)

Ветровая мощность: ✓✓ Более чем достаточная

Сейсмичность: ✗ Требуется модернизация в зонах повышенного-риска.

Рекомендация: модернизация сейсмостойкости Суматры, Явы и Бали; в противном случае приемлемо

 

3.3.1 Сравнение ветровой нагрузки

Строительный кодекс Тонги:Тихоокеанский циклонический стандарт

Расчетная скорость ветра:65-70 m/s(циклоны 4-5 категории)

Давление ветра: q=0.6 × 70²=2.94 кН/м²

Сравнение:Текущая конструкция (2,00 кН/м²)НА 47% НИЖЕ

Решение ветра:НЕДОСТАТОЧНАЯ - ветровая мощность требует модернизации

 

3.3.2 Сейсмическое сравнение

Сейсмические условия Тонги:

Расположен в зоне субдукции Тонга-Кермадек.

ПГА: 0,25 г - 0.35 г

Очень высокая сейсмическая активность

Сравнение:Текущий PGA (0,15 г) значительно ниже

Сейсмическое заключение:НЕДОСТАТОЧНО - требует серьезного обновления

 

3.3.3 Анализ климата и коррозии

Воздействие циклона:Экстрим (соревнования категории 4-5)

Сейсмическая активность:Среди самых высоких в Тихоокеанском регионе

Коррозия:Сильные солевые брызги, морская среда

Штормовой нагон:Значительный риск прибрежного затопления

Почвенные условия:Коралловый известняк, переменная несущая способность

 

3.3.4 Итоговая оценка

Возможные несоответствия дизайна:

Допустимая ветровая нагрузка на 47% ниже требований Тонги

Сейсмостойкость на 60–130 % ниже требуемой.

Силы всасывания крыши недооценены

Конструкция подключения недостаточна для экстремальных условий

Окончательное решение: НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ, КАК- ЕСТЬ

Ветровая мощность: ✗ Требуется серьезная модернизация (+40-50%)

Сейсмичность: ✗ Требуется серьезное обновление (+60%).

Рекомендация: Требуется полная переработка приложения Тонга; нынешняя конструкция непригодна без значительного усиления

 

3.4.1 Сравнение ветровой нагрузки

Чилийский кодекс:НЧ 1537 О. 2009

Расчетная скорость ветра:30-40 m/s(большинство регионов)

Давление ветра: q=0.6 × 35²=0.74 кН/м²

Сравнение:Текущий дизайнна 170% выше

Решение ветра:Ветровая мощность БОЛЕЕ ЧЕМ ДОСТАТОЧНА

 

3.4.2 Сейсмическое сравнение

Чилийский сейсмический кодекс:НЧ433 Оф.96 Мод.2009 г.

PGA: 0,35 г - 0.50 г (Сантьяго и большинство регионов)

Сейсмическая интенсивность: зона 9 (самая высокая).

Требования к пластичности: очень строгие.

Сравнение:Текущий PGA (0,15 г) на 130-230% ниже

Сейсмическое заключение:ОЧЕНЬ НЕДОСТАТОЧНО

 

3.4.3 Анализ климата и коррозии

Сейсмичность:Самая высокая сейсмичность в мире (историческая 9,5 млн.)

Климатическое разнообразие:Пустыня на севере, умеренный центр, Патагония на юге.

Снеговая нагрузка:Южные регионы требуют снеговой нагрузки (0,5-1,5 кН/м²).

Коррозия:Прибрежные районы умеренные, внутренние территории низкие

Земля:Переменная, Сантьяго имеет хорошую несущую способность.

 

3.4.4 Итоговая оценка

Возможные несоответствия дизайна:

Сейсмостойкость на 130–230 % ниже чилийских стандартов.

Требования к пластичной детализации не соблюдены

Снеговая нагрузка не учитывается для южных регионов

Конструкция соединения моментов требует улучшения

Окончательное решение: НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ, КАК- ЕСТЬ

Ветровая мощность: ✓✓ Более чем достаточная

Сейсмичность: ✗✗ Серьезный недостаток - требуется полная переработка

Снеговая нагрузка: ✗ Не учтена в оригинальной конструкции

Рекомендация: Требуется полная модернизация сейсмостойкости; текущий кадр не подходит для экстремальных сейсмических условий Чили

 

Область	Ветровая нагрузка	Сейсмическая нагрузка	Снежная нагрузка	Риск коррозии	Окончательное решение
Новая Каледония	✓ Адекватный	✓ Адекватный	N/A	Умеренный	Непосредственно применимо
Филиппины	✓ Адекватный	⚠ Обновление	N/A	Высокий	Требует модификации
Индонезия	✓✓ Превышение	⚠ Обновление	N/A	Высокий	Требует модификации
Тонга	✗ Недостаточно	✗ Недостаточно	N/A	Серьезный	Не рекомендуется
Чили	✓✓ Превышение	✗✓ Тяжелая	✗ Пропал	Умеренный	Не рекомендуется

 

 

 

4.1.1 Оценка потенциала оптимизации

Текущие и оптимизированные разделы:

Член	Текущий раздел	Коэффициент стресса	Оптимизированный раздел	Снижение веса
Боковые колонны	H750×250×6×10	0.78	H700×250×6×10	8.7%
Кровельные балки	H750-500×250×6×10	0.72	H700-475×220×6×8	12.4%
Ветровые колонны	H450×250×6×10	0.65	H400×200×6×8	18.2%
Мезонинные колонны	H300×200×6×8	0.68	H250×175×5×7	15.3%
Мезонинные балки	H300×150×6×8	0.71	H275×150×5.5×7	9.1%

 

4.1.2 Расчеты снижения веса

Оптимизированный расход стали:

Исходный вес основной рамы: 55,28 тонны.

Оптимизированный вес основной рамы:48,15 тонн

Общее снижение веса: 7,13 тонны (12,9%)

Ежегодная экономия затрат на материалы: ~4280 долларов США

 

4.1.3 Ограничения оптимизации

Пределы работоспособности:Критерии отклонения должны соблюдаться

Длина пряжки:Расстояние между поперечными распорками влияет на оптимизацию

Стандартные разделы:Предпочтение легкодоступным секциям мельницы

Совместимость подключения:Поддерживать стандартизацию соединений

 

 

4.2.1 Оптимизация расстояния между колоннами

Течение: расстояние 6,0 м.

Опция: расстояние 7,5 м.

Количество отсеков уменьшено: 5 → 4 отсека.

Столбцы уменьшены: 12 → 10 столбцов.

Требуется увеличение размера прогона

Изменение веса нетто: -3,5%

Рекомендация:ВОЗМОЖНО - сокращает время возведения

 

4.2.2 Улучшение системы крепления

Текущий дизайн:

Не определена явная система связей

Рекомендации по оптимизации распорок:

Продольное крепление:X-раскосы в концевых пролетах (уровень крыши)

Крепление колонны:Промежуточная распорка на высоте 4,5 м.

Горизонтальная диафрагма:Крепление крыши на уровне прогона

Преимущества:Уменьшает эффективную длину, повышает стабильность, обеспечивает дальнейшую оптимизацию секций.

 

4.2.3 Структурная оптимизация мезонина

Текущее: 3-этажный Н-образный каркас.

Оптимизация 1:Используйте холодно-профили для второстепенных балок (-8 % веса)

Оптимизация 2:Конструкция композитной плиты перекрытия (вес балки -15%)

Оптимизация 3:Конфигурация фермы для больших пролетов (-12% веса)

Комбинированная мезонинная экономия: 10-15%

 

4.3.1 Оптимизация материала

Оптимизация марки стали:

Ток: Q235/ASTM A36 (fy=235 МПа)

Обновление до: Q355/ASTM A572 Gr.50 (fy=355 МПа)

Потенциал сокращения раздела:20-25%

Чистая экономическая выгода: +10-15 % (материальная надбавка компенсируется экономией веса)

Защита от коррозии:

Стандарт: горячее-оцинкование.

Альтернатива: высокоэффективная-система покрытия.

Экономия затрат: 15-20%для не-прибрежных мест

 

4.3.2 Эффективность изготовления и монтажа

Стандартизация соединений:

Уменьшите типы соединений с 8 до 4.

Повышение эффективности производства:25%

Модульная сборка:

Предварительно-соберите сегменты балки крыши

Сокращение времени возведения:30%

Устранение полевой сварки:100%

Оптимизация опорной плиты:

Стандартизированные схемы расположения анкерных болтов

Уменьшенная сложность фундамента

 

4.3.3 Анализ затрат жизненного цикла

Оптимизация	Капитальные затраты	Стоимость обслуживания	Преимущество жизненного цикла
Повышение класса	+5%	-10%	+18 % чистой приведенной стоимости
Крепежная система	+3%	-5%	+12 % чистой приведенной стоимости
Композитный пол	+8%	0%	+22 % чистой приведенной стоимости

 

 

Категория оптимизации	Снижение веса	Сложность реализации	Влияние на стоимость
Оптимизация раздела участников	12.9%	Низкий	-12.9%
Увеличение интервала между колоннами	3.5%	Середина	-3.5%
Повышение класса стали (Q355)	22.0%	Середина	-10.0%
Мезонинная оптимизация	10.0%	Низкий	-8.0%
Усовершенствование системы крепления	5.0%	Низкий	+2.0%
МАКСИМАЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ	35-40%		от -25 до -30%

Практическая цель оптимизации (консервативная):

20% общее снижение веса

Снижение общих затрат на 15 %

Поддерживайте все коэффициенты запаса > 1,4.

Соответствовать всем требованиям кодекса Новой Каледонии.

 

Структурные характеристики:Текущая конструкция удовлетворяет требованиям строительных норм и правил Новой Каледонии с коэффициентами напряжений 0,65–0,78 и адекватным контролем прогиба.

Расход стали:Общий расход стали основной рамы =60,81 метрических тонн(90,9 кг/м²), включая припуск на подключение.

Региональная применимость:

Новая Каледония: применимо напрямую

Филиппины/Индонезия: требуется сейсмическая модификация.

Тонга/Чили: не рекомендуется-в существующем виде, требуется полная переработка.

Потенциал оптимизации: Снижение веса на 20-35%Это достижимо за счет оптимизации секций, повышения качества стали и улучшения компоновки при сохранении стандартов безопасности.

Рекомендации

Внедрить оптимизацию секций для проектов в Новой Каледонии, чтобы добиться экономии веса на 12,9 %.

Перейдите на марку стали Q355 для достижения максимальной экономичности-производительности

Добавьте явную систему распорок для повышения стабильности и обеспечения дальнейшей оптимизации.

Для региональных экспортных проектов перед изготовлением выполните проверку кода-для конкретного местоположения.