8 stāvu daudzfunkcionālas saliekamās ēkas strukturālais projekts un analīze Filipīnu klientam

8 stāvu daudzfunkcionālas ēkas konstrukcijas projektēšana un analīze Filipīnu klientam

 

 

Šis projekts ir 8 stāvu daudzfunkcionāla ēka, kas atrodas Manilā, Filipīnās, ar kopējo izmēru 20 m × 20 m. Katra stāva augstums projektēts šādi: 1.stāvs (autostāvvieta) plus starpstāvs kopā 6m; 2.stāvs (noliktava) ir 6m augsts; 3. un 4. stāvs (biroju telpas) atrodas attiecīgi 4,5 m un 3,4 m; 5. līdz 7. stāvs (dzīvojamie rajoni) katrs ir 3,4 m augsts; 8.stāvs (jumta publiskā telpa) plus jumta augstums ir 2,8m. Telpas optimizēšanai ir izvietotas tikai 3 strukturālo kolonnu rindas: A asij kopā ir 4 kolonnas, atstatums starp A un B asi ir 13,2 m, un atstatums starp B un C asi ir 6,8 m. Attālums starp 4 ass A kolonnām ir attiecīgi 5,9 m (1–2 ass), 8,2 m (2–3 ass) un 5,9 m (3–4 asis).

 

 

 

Filipīnu nacionālais strukturālais kodekss (NSCP) 2015: reglamentē vispārējo konstrukcijas projektu, slodzes aprēķinus, materiālu veiktspēju un drošības prasības.

Filipīnu būvniecības kodekss (PBC) 2004: regulē ēku izmantošanu, ugunsdrošību un konstrukciju izturību, kas atbilst daudzfunkcionālām ēkām (autostāvvieta, noliktava, birojs, dzīvojamā, publiskā telpa).

Seismiskās projektēšanas kritēriji: Manila atrodas mērenā seismiskā zonā ar maksimālo zemes paātrinājumu (PGA) 0,15 g; konstrukcijas projekts izmanto seismisko intensitāti 7 (0,15 g), lai veiktu anti--seismisku pārbaudi.

Vēja slodzes kritēriji: Pamata vēja ātrums Manilā ir 45 m/s (3. kategorija); vēja slodzes aprēķins seko NSCP 2015 28. nodaļai, ņemot vērā vēja spiediena sadalījumu un strukturālo vēja pretestības koeficientu.

 

 

Slodze (DL): Saskaņā ar NSCP 2015, apvienota ar ēkas funkciju: jumts (2,5 kN/m²), dzīvojamā stāvs (2,0 kN/m²), biroja grīda (2,5 kN/m²), noliktavas grīda (5,0 kN/m²), autostāvvieta (4,0 kN/m²), starpstāvs (3,0 kN/m²); Tērauda konstrukcijas elementu pašsvars tiek aprēķināts, pamatojoties uz faktisko sekcijas izmēru.

Dzīvā slodze (LL): dzīvojamais rajons (2,5 kN/m²), biroju zona (3,0 kN/m²), noliktava (10,0 kN/m²), autostāvvieta (2,5 kN/m² vienam transportlīdzeklim, plus 1,0 kN/m² gājējiem), jumta publiskā telpa (2,0 kN/m²).

Seismiskā slodze (EL): Aprēķināts, izmantojot reakcijas spektra metodi, ņemot vērā konstrukcijas masas sadalījumu, stingrības raksturlielumus un slāpēšanas koeficientu (tērauda konstrukcijām 0,05).

Vēja slodze (WL): Aprēķināts kā vēja spiediens (w=0.613 × V², V=45 m/s) un sadalīts katrā stāvā atbilstoši augstumam un konstrukcijas formai; vēja -izraisītā vibrācija tiek pārbaudīta augstu-stāvu daļām (5-8 stāvi).

Citas slodzes: sniega slodze netiek ņemta vērā (Manila ir tropu reģions); zemestrīces{0}}izraisītās sekundārās slodzes (piemēram, P-Δ efekts) un temperatūras spriegums ir iekļauti konstrukcijas pārbaudē.

 

 

Ņemot vērā ēkas funkciju, telpas prasības un vietējā kodeksa prasības, tiek pieņemta tērauda karkasa konstrukcija, kuras priekšrocības ir viegls svars, augsta izturība, laba elastība un ātra konstrukcija. Īpašais strukturālais izkārtojums ir šāds:

Kolonnas: tiek izmantotas tērauda H-sijas; kolonnu sekcijas tiek noteiktas atbilstoši katra stāva nestspējai-. 1.-2.stāvs (autostāvvieta + noliktava) lielās slodzes dēļ ir 600×250×8×12 mm; 3.-4.stāvs (birojs) ir 500×200×7×10 mm; 5.-8.stāvs (dzīvojamais + jumts) ir 400×200×6×8 mm.

Sijas: tērauda H{0}}sijas tiek izmantotas grīdas sijām un jumta sijām. Sijas starp asi A un B (13,2 m laidums) izmanto H500 × 200 × 7 × 10 mm (1.–2. stāvs) un H450 × 180 × 6 × 9 mm (3.–8. stāvs); sijas starp B un C asi (6,8 m laidums) ir H400 × 180 × 6 × 8 mm (visi stāvi); starpstāvu sijas ir H300 × 150 × 6 × 8 mm.

Grīdas plātne: tiek izmantota kompozītmateriāla grīdas plātne (tērauda klājs + betons) ar betona biezumu 120 mm (dzīvojamā/birojā), 150 mm (noliktava/stāvvieta) un 100 mm (mezonīns/jumts); tērauda klāja modelis ir B-120, kura biezums ir 1,2 mm.

Sānu pretestības sistēma: pats tērauda rāmis nodrošina sānu stingrību; turklāt ēkas stūros (ass A-1, A-4, C-1, C-4) ir izvietoti diagonāli stiprinājumi, lai uzlabotu sānu pretestību pret vēju un seismisko slodzi.

 

 

Tērauda patēriņš ietver visas galvenās konstrukcijas sastāvdaļas: kolonnas, sijas, grīdas tērauda klājus, diagonālās stiprinājumus un savienojumu sastāvdaļas (bultskrūves, metināšanas materiāli utt.). Savienojumu komponentiem (bultskrūves, metināšana utt.) tiek pievienota 10% pielaide, pamatojoties uz galveno elementu svaru, kas atbilst parastajam tērauda konstrukciju projektu aprēķinu standartam.

 

 

Strukturālā sastāvdaļa	Specifikācija	Daudzums	Vienības svars (kg/m)	Kopējais garums (m)	Kopējais svars (kg)
Kolonnas (1.-2.stāvs)	H600×250×8×12	12 (3 rindas × 4 kolonnas)	118.5	144 (12 kolonnas × 12 m kopējais augstums 1.–2. stāvam)	17064
Kolonnas (3.-4.stāvs)	H500×200×7×10	12	84.3	90 (12 kolonnas × 7,5 m kopējais augstums 3.–4. stāvam)	7587
Kolonnas (5.-8. stāvs)	H400×200×6×8	12	62.1	134,4 (12 kolonnas × 11,2 m kopējais augstums 5.–8. stāvam)	8346.24
Sijas (A-B ass, 1.–2. stāvs)	H500×200×7×10	24 (4 laidumi × 6 stāvi, 1.-2. stāvs)	84.3	316,8 (24 sijas × 13,2 m laidums)	26706.24
Sijas (A-B ass, 3.–8. stāvs)	H450×180×6×9	48 (4 laidumi × 12 stāvi, 3.-8. stāvs)	70.2	633,6 (48 sijas × 13,2 m laidums)	44478.72
Sijas (B-C ass, visi stāvi)	H400×180×6×8	72 (4 laidumi × 18 stāvi, visi 8 stāvi)	58.5	489,6 (72 sijas × 6,8 m laidums)	28641.6
Starpstāvu sijas	H300×150×6×8	12 (4 laidumi × 3 rindas)	40.2	120 (12 sijas × 10 m vidējais laidums)	4824
Diagonālās breketes	H200×150×6×8	32 (4 stūri × 8 stāvi)	30.1	179,2 (32 skavas × 5,6 m vidējais garums)	5393.92
Grīdas tērauda klājs	B-120 (1,2 mm)	1 komplekts (visi stāvi)	12 kg/m²	2880 m² (20m × 20m × 7,2 stāvi, izņemot jumtu)	34560
Jumta tērauda klājs	B-120 (1,2 mm)	1 komplekts	12 kg/m²	400 m² (20m×20m)	4800
Galvenie dalībnieki kopā	-	-	-	-	182407.72
Savienojuma pabalsts (10%)	-	-	-	-	18240.77
Kopējais tērauda patēriņš	-	-	-	-	200648,49 kg (≈200,65 tonnas)

 

Kopējais tērauda patēriņš: aptuveni 200,65 metriskās tonnas (ieskaitot 10% pieslēguma pabalstu).

Vienības tērauda patēriņš: 200,65 tonnas / (20m×20m×8 stāvi)=62.7 kg/m² (aprēķināts, pamatojoties uz kopējo grīdas platību 3200 m²).

Vienības tērauda patēriņš ir saprātīgā diapazonā (60-80 kg/m²) tērauda karkasa daudzfunkcionālām ēkām, kas atbilst līdzīgu projektu projektēšanas standartiem Manilā.

 

 

Šajā analīzē ir novērtēta pašreizējā strukturālā projekta (pamatojoties uz Manilas vietējiem kodiem) pielietojamība CBC galvenajos tirgos, piemēram, Tongā, Jaunkaledonijā, Papua-Jaungvinejā, Čīlē un Peru, koncentrējoties uz atšķirībām vietējās seismiskās, vēja slodzes un būvnormatīvu prasībās.

 

 

Seismiskie apstākļi: Tonga atrodas augsta seismiskā zonā (Klusā okeāna uguns gredzens) ar PGA 0,30–0,40 g, kas ir daudz augstāka nekā Manilas 0,15 g.

Vēja slodze: Pamata vēja ātrums ir 55-60 m/s (cikloniskais reģions), kas ir ievērojami lielāks nekā Manilas 45 m/s.

Koda prasības: atbilst Tonga Building Code (TBC) 2018, kurā ir stingrākas prasības attiecībā uz sānu pretestību un konstrukcijas elastību.

Piemērojamības spriedums: nav ieteicams. Pašreizējā konstrukcijas stingrība un seismiskā pretestība ir nepietiekama, lai izturētu Tongas augstās seismiskās un vēja slodzes; kolonnas-siju sekcijas un sānu stiprinājumu sistēma ir būtiski jānostiprina, un tērauda patēriņš palielināsies par 30–40%.

 

 

Seismiskie apstākļi: mērena seismiskā zona ar PGA 0,20 g, nedaudz augstāka par Manilas 0,15 g.

Vēja slodze: pamata vēja ātrums ir 50 m/s (tropiskā ciklona{1}}apgabals), kas ir lielāks nekā Manilas 45 m/s.

Koda prasības: atbilst Francijas aizjūras teritoriju būvniecības kodeksam (RTC) 2020, kas ir līdzīgs Eiropas standartiem un kuram ir stingras prasības attiecībā uz konstrukcijas izturību un vēja pretestību.

Piemērojamības spriedums: nepieciešamas izmaiņas. Pašreizējo dizainu var pielāgot pēc daļējām korekcijām: nostiprināt sānu stiprinājumu sistēmu, palielināt kolonnas-siju atloku biezumu par 2-3 mm un pielāgot seismisko aprēķinu parametrus; tērauda patēriņš palielināsies par 15-20%.

 

Seismiskie apstākļi: augsta seismiskā zona ar PGA 0,25–0,35 g, augstāka nekā Manilas 0,15 g; seismiskā aktivitāte ir bieža un intensīva.

Vēja slodze: Pamata vēja ātrums ir 48-52 m/s, nedaudz lielāks par Manilas 45 m/s.

Koda prasības: pieņemts Papua-Jaungvinejas Nacionālais būvniecības kodekss (PNG NBC) 2015, kurā ir uzsvērta seismiskā pretestība un konstrukcijas elastība augstceltnēm.

Piemērojamības spriedums: nepieciešamas izmaiņas. Galvenie pielāgojumi ietver: kolonnas-siju sekcijas izmēra palielināšanu (īpaši 1.–2. stāvā), vairāku sānu stiprinājumu pievienošanu un seismiskās enerģijas izkliedes sistēmas optimizāciju; tērauda patēriņš palielināsies par 25-30%.

 

 

Seismiskie apstākļi: viena no augstākajām seismiskajām zonām pasaulē ar PGA 0,40-0,50 g, ievērojami pārsniedzot Manilas 0,15 g; bieži notiek lielas zemestrīces.

Vēja slodze: Pamata vēja ātrums ir 40-45 m/s, līdzīgi Manilas 45 m/s.

Koda prasības: atbilst Čīles būvnormatīviem (NCh 433 Of. 2017), kam ir visstingrākie seismiskās projektēšanas standarti pasaulē, kam nepieciešama augsta konstrukcijas elastība un enerģijas izkliedes spēja.

Piemērojamības spriedums: nav ieteicams. Pašreizējā strukturālā sistēma nespēj izpildīt Čīles īpaši augstās seismiskās prasības; ir jāpārveido jauna seismiski -izturīga sistēma (piemēram, tērauda karkasa-stieņu-enerģijas izkliedētāja sistēma), un tērauda patēriņš palielināsies par 50% vai vairāk.

 

 

Seismiskie apstākļi: augsta seismiskā zona ar PGA 0,25-0,30 g, augstāka nekā Manilas 0,15 g; seismiskā intensitāte atšķiras atkarībā no reģiona (piekrastes zonas ir smagākas).

Vēja slodze: Pamata vēja ātrums ir 42-48 m/s, nedaudz mazāks par Manilas 45 m/s vai līdzīgs tam.

Kodeksa prasības: pieņemts Peru Būvniecības kodekss (E070) 2017, kurā ir noteiktas stingras prasības augstceltņu- seismiskajai konstrukcijai un konstrukcijas stabilitātei.

Piemērojamības spriedums: nepieciešamas izmaiņas. Galvenie pielāgojumi ietver: kolonnu -siju savienojumu nostiprināšanu, konstrukcijas sānu stingrības palielināšanu un seismiskās slodzes aprēķina optimizēšanu; tērauda patēriņš palielināsies par 20-25%.

 

 

Reģions	Seismiskā PGA (g)	Pamata vēja ātrums (m/s)	Piemērojamības spriedums	Nepieciešamas galvenās izmaiņas
Manila (Filipīnas)	0.15	45	Pilnībā piemērojams	Nav
Tonga	0.30-0.40	55-60	Nav ieteicams	Visaptveroša konstrukcijas sistēmas pārprojektēšana, ievērojams sekcijas izmēra palielinājums un sānu stiprinājumi
Jaunkaledonija	0.20	50	Nepieciešama modifikācija	Stiprināt sānu stiprinājumus, palielināt atloka biezumu, pielāgot seismiskos parametrus
Papua-Jaungvineja	0.25-0.35	48-52	Nepieciešama modifikācija	Palieliniet kolonnas{0}}siju sekcijas izmēru, pievienojiet sānu stiprinājumus, optimizējiet enerģijas izkliedes sistēmu
Čīle	0.40-0.50	40-45	Nav ieteicams	Pārprojektējiet seismiski{0}}izturīgu sistēmu, pievienojiet enerģijas izkliedētājus, ievērojami palieliniet struktūras stingrību
Peru	0.25-0.30	42-48	Nepieciešama modifikācija	Stiprināt kolonnu{0}}siju savienojumus, palielināt sānu stingrību, optimizēt seismiskos aprēķinus

 

Ņemot vērā Manilas vietējo likumu ievērošanu un konstrukciju drošības nodrošināšanu, var veikt šādus optimizācijas pasākumus, lai samazinātu tērauda patēriņu, uzlabotu konstrukcijas efektivitāti un samazinātu projekta izmaksas, neietekmējot ēkas funkcijas un telpas prasības.

 

 

Kolonnas: 5.-8. stāvam (dzīvojamais rajons, neliela slodze) kolonnu sekciju var optimizēt no H400 × 200 × 6 × 8 mm līdz H350 × 180 × 6 × 8 mm. Sprieguma attiecības pārbaude parāda, ka optimizētā sekcija joprojām atbilst nestspējas prasībām, samazinot tērauda patēriņu par aptuveni 8% šīm kolonnām.

Sijas: sijām starp B un C asi (6,8 m laidums, neliela slodze) sekciju var optimizēt no H400 × 180 × 6 × 8 mm līdz H350 × 180 × 6 × 8 mm, samazinot tērauda patēriņu par aptuveni 6% šīm sijām.

 

 

Pašreizējās diagonālās breketes ir izvietotas visos 8 stāvos; tos var optimizēt izvietošanai ar intervāliem (ik pēc 2 stāviem) 5.-8.stāvam (dzīvojamais rajons, neliela sānu slodze). Šī regulēšana var samazināt bikštu skaitu augšējos stāvos par 50%, vienlaikus nodrošinot sānu stingrību atbilstību prasībām, samazinot tērauda patēriņu par aptuveni 5% stiprinājumu sistēmai.

 

 

Pašreizējais dizains izmanto Q235B un Q355B tēraudu; to var aizstāt ar visu Q355B vai augstas -izturības tēraudu galvenajām kolonnām un sijām (1.-4. stāvs, liela slodze). tāpēc sekcijas izmēru var atbilstoši samazināt, vienlaikus saglabājot to pašu nestspēju. Šī optimizācija var samazināt tērauda patēriņu par aptuveni 10-12% galvenajiem elementiem.

 

 

5.-7. stāvā (dzīvojamā rajonā) salikto grīdas plātņu betona biezumu var samazināt no 120 mm līdz 100 mm, bet tērauda klāja biezumu var saglabāt 1,2 mm. Šī regulēšana var samazināt grīdas pašslodzi, tādējādi samazinot kolonnu un siju nestspējas prasības un netieši samazinot tērauda patēriņu par aptuveni 3-4%.

 

 

Pēc visaptverošas optimizācijas kopējo tērauda patēriņu var samazināt par 15-20%, no sākotnējām 200,65 tonnām līdz 160,52-170,55 tonnām. Vienības tērauda patēriņš tiks samazināts līdz 50,16-53,30 kg/m², kas joprojām ir saprātīgā diapazonā un var efektīvi samazināt projekta izmaksas, vienlaikus nodrošinot konstrukcijas drošību un ievērojot vietējās prasības.

 

8 -stāvu daudzfunkcionālās ēkas konstrukcija atbilst Manilas vietējo kodeksu (NSCP 2015, PBC 2004) un slodzes prasībām, un kopējais tērauda patēriņš ir aptuveni 200,65 tonnas un vienības tērauda patēriņš 62,7 kg/m². Citiem reģioniem: tas ir pilnībā piemērojams Manilā; nepieciešamas modifikācijas Jaunkaledonijā, Papua-Jaungvinejā un Peru (ar atbilstošu tērauda patēriņa pieaugumu); un nav ieteicama Tongā un Čīlē (īpaši augsto seismiskās/vēja slodzes prasību dēļ). Veicot sekciju optimizāciju, materiālu nomaiņu un sistēmas pielāgošanu, tērauda patēriņu var samazināt par 15-20%, neietekmējot konstrukcijas drošību, kam ir ievērojams ekonomisks ieguvums.