Перечень материалов проекта стальной фермы крыши в Перу и анализ структурной нагрузки

Уачипа, Лима, Проект стальной фермы крыши - Список материалов и анализ структурных нагрузок

 

 

Этот проект расположен в Уачипе, Лима, Перу, и сосредоточен на проектировании и строительстве стальной стропильной системы крыши (за исключением стальных колонн и компонентов стен). Крыша оснащена солнечными батареями, а конструкция строго соответствует местным строительным нормам Перу. Ключевые параметры проекта резюмируются следующим образом:

Общая площадь здания: 8900 кв.м.

Общая длина: 109 м.

Общая ширина: 85 м (неправильная многопролетная планировка)

Размеры пролетов (в направлении 85м, неравные пролеты): 13м, 17м, 25м, 28м (максимальный пролет: 28м)

Расстояние между фермами (расстояние между пролетами): около 22 м.

Конфигурация крыши: оснащена солнечными панелями мощностью около 4400 м² (фотоэлектрическая система)

Конструктивный объем: Только стропильная система крыши (фермы, раскосы, стяжки, прогоны), за исключением стальных колонн и стеновых каркасов.

Применимые нормы и правила: местные строительные нормы и правила Перу.

 

 

Анализ нагрузки основан на реальных условиях окружающей среды в Уачипе, Лима, и строго соответствует перуанским нормам E.030 (сейсмические нормы), E.050 (нормы ветровой нагрузки) и E.070 (нормы снеговой нагрузки). Все нагрузки рассчитываются в соответствии с уровнем важности промышленных зданий (коэффициент важности U=1.0).

 

 

Уачипа, Лима, расположен в сейсмической зоне 4 Перу, которая представляет собой сейсмическую зону высокой-интенсивности. Конкретные сейсмические параметры следующие:

Сейсмическая зона: зона 4, Z=0.45g (пиковое ускорение грунта).

Тип почвы площадки: S1 (твердая почва), коэффициент площадки S=1.0

Сейсмическое воздействие: стропильная система крыши требует достаточной сейсмической устойчивости, чтобы противостоять горизонтальным сейсмическим силам. Соединения ферм и система связей должны быть спроектированы консервативно, чтобы обеспечить устойчивость конструкции при сейсмическом воздействии.

 

 

Лима — прибрежный город, а район Уачипа подвержен влиянию прибрежных ветров. Параметры ветровой нагрузки определяются следующим образом:

Базовое давление ветра: 0,55–0,65 кН/㎡

Эффект ветра: солнечные панели на крыше усиливают всасывание ветра и эффект вибрации ветра. Коэффициент формы крыши соответствующим образом увеличен, чтобы учесть влияние солнечных панелей на распределение ветровой нагрузки.

Требование к ветроустойчивости: фермы крыши, прогоны и система распорок должны выдерживать всасывание ветра и положительное давление ветра, гарантируя отсутствие структурных повреждений или чрезмерную деформацию.

 

 

В Уачипе, Лима, тропический прибрежный климат, без снега в течение всего года. Поэтому основная снеговая нагрузка определяется следующим образом:

Базовая снеговая нагрузка S₀: ≈ 0 кН/㎡

Примечание. При проектировании конструкции не учитывается дополнительная снеговая нагрузка, но водосточная система с крыши спроектирована таким образом, чтобы предотвратить накопление воды (эквивалент частичной равномерной нагрузки).

 

 

Общая нагрузка на крышу представляет собой сумму собственной нагрузки, нагрузки от солнечных батарей и динамической нагрузки, что значительно выше, чем у обычных промышленных цехов. Конкретный расчет следующий:

Собственная нагрузка на крышу (собственный-вес кровельного покрытия + прогоны): ≈ 0,30 кН/㎡

Нагрузка на солнечную панель (солнечные панели + опоры): ≈ 0,18–0,22 кН/㎡

Временная нагрузка при обслуживании: 0,50 кН/㎡ (в соответствии с перуанскими стандартами промышленного строительства)

Общая нагрузка на крышу: ≈ 0,98–1,02 кН/㎡

Примечание. Прогиб ферм и прогонов крыши должен контролироваться в пределах L/200 (L — пролет ферм или прогонов), чтобы обеспечить устойчивость системы солнечных батарей.

 

Выбор материала основан на местных перуанских стандартах стали и требованиях к проектной нагрузке с упором на долговечность, сейсмостойкость и экономическую-эффективность. Подробный список материалов выглядит следующим образом:

 

 

Марка стали: китайский стандарт Q355B/Q235B (эквивалент A36 в стандарте ASTM), с хорошей прочностью и пластичностью, подходит для зон с высокой сейсмичностью.

Тип раздела:

Верхний и нижний пояс: стальной профиль H--, выбранный в соответствии с пролетом и нагрузкой, с диапазоном размеров сечения: от H300×150×6×8 до H400×200×8×10 (регулируется в зависимости от различных пролетов: 13 м/17 м/25 м/28 м).

Для веб-пользователей: стальной уголок или двутавровый стальной профиль -, диапазон размеров сечения: от L75×5 до L100×8 (для пролетов 13 м/17 м); От L100×8 до L125×10 (для пролетов 25/28 м).

Способ соединения: Высокопрочные-болты (категория 10,9) для соединения, обеспечивающие надежное соединение и сейсмостойкость.

Обработка: эпоксидная грунтовка с содержанием цинка-толщиной 80 мкм.

 

 

Марка стали: Китайский стандарт Q235B

Тип сечения: круглая сталь (φ16–φ22) или угловая сталь (L63×5–L80×6), используемая для противодействия горизонтальным силам (сейсмическим, ветровым) и поддержания устойчивости ферменной системы.

Расположение: раскосы устанавливаются с интервалом в 2–3 фермы, при этом поперечные-раскосы и диагональные раскосы располагаются поочередно, образуя устойчивую систему, противодействующую боковым-силам.

Обработка: эпоксидная грунтовка с содержанием цинка-толщиной 80 мкм.

 

 

Марка стали: Китайский стандарт Q235B

Тип сечения: круглая сталь (φ20–φ25) или стальная труба (φ89×4–φ114×4), используется для передачи горизонтального напряжения между фермами и обеспечения общей устойчивости крыши.

Обработка: эпоксидная грунтовка с содержанием цинка-толщиной 80 мкм.

 

 

Марка стали: Китайский стандарт Q235B

Тип профиля: стальной профиль C- или стальной профиль Z- (усиленный тип, подходит для нагрузки от солнечных панелей), диапазон размеров сечения: от C160×60×20×2,5 до C220×70×20×3,0 (регулируется в зависимости от расстояния между прогонами и нагрузки на солнечные панели).

Расстояние: примерно 1,5–2,0 м, что гарантирует, что прогоны смогут выдержать совместную нагрузку от кровельного покрытия и солнечных панелей без чрезмерной деформации.

Обработка: Гальванизация 275кг/м³

 

 

Высокопрочные-болты: класс 10,9, соответствующие размеру сечения ферм и раскосов, с анти-антикоррозионной обработкой (горячее-оцинкование).

Саморезы-винты и заклепки: коррозионностойкая-нержавеющая сталь (марка 304), используются для соединения прогонов и кровельного покрытия, а также опор солнечных батарей.

Анти-коррозионное покрытие: горячее-цинкование погружением (толщина слоя цинка не менее 80 мкм) для всех стальных компонентов, чтобы адаптироваться к влажной прибрежной среде Лимы и обеспечить срок службы.

 

На основе параметров проекта, анализа нагрузок и выбора материалов расход стали для стропильной системы крыши (только) оценивается следующим образом, учитывая высокие сейсмические требования Уачипы, Лимы и дополнительную нагрузку солнечных панелей.

 

 

В сочетании с условиями максимального пролета 28 м, расстоянием между фермами 22 м, большой нагрузкой на солнечные панели и высокой сейсмической интенсивностью в Лиме индекс потребления стали стропильной системы крыши определяется следующим образом:

Фермы крыши + раскосы + тяги: 18–22 кг/㎡

Прогоны крыши (усиленного типа): 8–11 кг/㎡

Индекс общего потребления стали: 26–33 кг/м2 (принято для оценки консервативное среднее-верхнее значение 30 кг/м2 в соответствии с требованиями перуанского кодекса)

 

 

Общее потребление стали=Общая площадь здания × Индекс потребления стали ÷ 1000

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

 

 

Экономичная оптимизированная конструкция (легкая нагрузка, усовершенствованная оптимизация): ≈ 230 тонн.

Традиционная консервативная конструкция (соответствующая перуанским нормам и сейсмическим требованиям Лимы): ≈ 265–270 тонн.

Конструкция с высокой нагрузкой/высокой сейсмичностью/строгим большим-пролетом: ≈ 290 тонн

 

 

Вышеуказанный расход стали включает только стропильную систему крыши (фермы, раскосы, стяжки, прогоны), исключая стальные колонны, стеновые рамы и опоры солнечных панелей.

Если добавить стальные колонны, общий расход стали увеличится на 10–13 кг/м², а общий расход стали составит примерно 340–400 тонн.

Фактический расход стали может колебаться в пределах ±10% после завершения детального проектирования, что в основном зависит от детальной настройки размеров секций и методов соединения.

Сейсмический расчет: стропильная система крыши должна быть спроектирована в соответствии с перуанскими нормами E.030 (сейсмическая зона 4), чрезмерная оптимизация не допускается для обеспечения сейсмической безопасности.

Нагрузка на солнечную панель: прогоны и верхние пояса ферм в зоне солнечной панели должны быть усилены, а контроль отклонения должен быть более строгим (в пределах L/200), чтобы избежать повреждения системы солнечных панелей.

Требование к защите от-коррозии: все стальные компоненты должны быть оцинкованы горячим-погружением, чтобы адаптироваться к влажной прибрежной среде Лимы и продлить срок службы конструкции.

Соответствие нормам: Все проектные и строительные работы должны соответствовать местным нормам и правилам Перу RNE/E.030, E.050, E.070 и соответствующим промышленным стандартам.

 

 

Подробное потребление стали разделено по четырем неравным пролетам (13 м, 17 м, 25 м, 28 м) в сочетании с расстоянием между фермами 22 м и нагрузкой на солнечные панели, а индекс потребления стали корректируется в соответствии с размером пролета (чем больше пролет, тем выше индекс). Конкретная разбивка следующая:

Размер пролета	Длина пролета (м)	Соответствующая площадь (прибл., ㎡)	Индекс потребления стали (кг/㎡)	Расчетное потребление стали (тонны)	Примечания
1-й пролет	13	2400	25	60	Наименьший пролет, наименьшая нагрузка; частичное покрытие солнечных батарей
2-й пролет	17	2450	28	68.6	Средний пролет, умеренная нагрузка; частичное покрытие солнечных батарей
3-й пролет	25	2250	32	72	Большой пролет, большая нагрузка; основная зона покрытия солнечной панели
4-й пролет	28	1800	35	63	Максимальный пролет, самая тяжелая нагрузка; основная зона покрытия солнечной панели
Общий	83 (сумма пролетов)	8900 (общая площадь здания)	30 (средний показатель)	263.6	Незначительное отклонение от общей оценки (±2%) из-за округления

Примечание. Соответствующая площадь каждого пролета оценивается на основе общей площади 8900 м2 и доли каждого пролета в общей ширине (85 м), что приведено только для справки. Фактическая площадь и расход стали определяются детальными проектными чертежами.

 

Основные основные балки крыши (Н-образные сечения)

- Ш200×750×12×6 мм

- Ш250×750×25×6 мм

- Ш350×750×25×9 мм

- Ш200×400×16×6 мм

 

Второстепенные члены

- Прогоны: Z305×76×19×3,0 мм

- Горизонтальные/боковые раскосы: стальной уголок 2×2×3/16 дюйма.

 

 

2.1 Основная конструкция крыши

- Ферменная система:

18–22 кг/м² → ​​**160,2–195,8 тонн**

- Система двутавровых балок (глубокие секции, расстояние 22 м, фотоэлектрическая нагрузка):

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

 

2.2 Крепежная система

- Ферма:

2,5–4,0 кг/м² → ​​**22,3–35,6 тонн**

- двутавровая балка:

3,5–5,0 кг/м² → ​​**31,2–44,5 тонн**

*Причина: двутавровые балки имеют меньшую естественную жесткость на кручение; требуется дополнительная фиксация.*

 

2.3 Прогоны

- Обе системы:

Прогоны Z305, та же нагрузка и расстояние

8–11 кг/м² → ​​**71,2–97,9 тонн**

*Почти одинаково для крыш из ферм и двутавровых балок.*

 

2.4 Сравнение общего веса стали

- Всего ферменной крыши:

254 – 329 тонн

-Всего двутавровая крыша:

316 – 409 тонн

 

 

3.1 Ферменная система

- Поведение: триангулированные осевые силы (только растяжение/сжатие).

- Жесткость: высокая геометрическая жесткость, подходит для длинных пролетов и контроля прогиба (критично для фотоэлектрических систем).

- Стабильность: меньше зависит от распорок; стабильность, присущая треугольному узору.

- Сейсмические характеристики: хорошее рассеивание энергии, легкий вес, низкая инерция.

- Эффективность пролета: Чрезвычайно эффективен для **пролетов 25–28 м**.

 

3.2 Система двутавровых балок

- Поведение: изгиб + сдвиг + осевые силы.

- Жесткость: более низкая эффективность изгиба на кг; более глубокие/тяжелые секции, необходимые для компенсации прогиба фермы.

- Устойчивость: склонность к боковому скручиванию; требует более частой фиксации.

- Сейсмические характеристики: более высокий собственный вес увеличивает требования к сейсмичности.

- Конструктивность: более простое изготовление и монтаж, но более тяжелые компоненты.

 

 

 

Сходства

- Оба выдерживают одинаковые нагрузки на крышу (постоянные + фотоэлектрические + живые + ветровые).

- Размер, расстояние и вес прогонов идентичны.

- Оба должны соответствовать перуанским ограничениям на прогиб (L/200 для фотоэлектрических систем).

- Оба следуют по маршрутам E.030, E.050, E.070 до Уачипы, Лима.

 

Различия

1. Силовой механизм:

- Ферма: только осевые силы → высокая эффективность.

- Двутавровая балка: регулируемый изгиб → менее экономичен с точки зрения использования материала.

2. Расход стали:

- Основная конструкция: двутавровая балка изготовлена ​​из стали от +25% до +40%.

- Раскосы: двутавровой балке требуется на +30 %–+40 % больше раскосов.

- Прогоны: Почти то же самое.

3. Производительность:

- Ферма: превосходный вариант для пролетов 25–28 м.

- H-балка: требуются тяжелые секции для контроля прогиба.

4. Сейсмическое поведение:

- Ферма: легче, меньшая инерция, лучшие характеристики в зоне 4.

- Двутавровая балка: более тяжелая, более высокая сейсмическая нагрузка.

5. Стоимость и конструкция:

- Ферма: больше труда, меньше материала.

- Двутавровая балка: меньше труда, больше материала.

 

 

- Ферменная система:

Более эффективное и легкое использование стали, лучше подходит для длинных пролетов и зон с высокой сейсмичностью.

Всего стали: 254 – 329 тонн.

 

-Система двутавровых балок:

Более простая конструкция, но значительно тяжелее.

Всего стали: 316 – 409 тонн.