Peru tērauda jumta kopņu projekta materiālu saraksts un strukturālās slodzes analīze

Huachipa, Lima tērauda jumta kopņu projekts - Materiālu saraksts un strukturālās slodzes analīze

 

 

Šis projekts atrodas Huačipā, Limā, Peru, koncentrējoties uz tērauda jumta kopņu sistēmas projektēšanu un būvniecību (izņemot tērauda kolonnas un sienu sastāvdaļas). Jumts ir aprīkots ar saules paneļiem, un dizains stingri atbilst Peru vietējiem būvnormatīviem. Projekta galvenie parametri ir apkopoti šādi:

Kopējā ēkas platība: 8900 ㎡

Kopējais garums: 109 m

Kopējais platums: 85 m (neregulārs izkārtojums ar vairākiem laidumiem)

Platuma izmēri (85 m virzienā, nevienlīdzīgi laidumi): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (maksimālais laidums: 28 m)

Attālums starp kopnēm (līčas): aptuveni 22 m

Jumta konfigurācija: aprīkots ar aptuveni 4400 ㎡ saules paneļiem (fotoelektriskā sistēma)

Struktūras darbības joma: tikai jumta kopņu sistēma (kopnes, stiprinājumi, stieņi, stieņi), izņemot tērauda kolonnas un sienu karkasus

Piemērojamie kodi: Peru vietējie būvnormatīvi

 

 

Slodzes analīze ir balstīta uz faktiskajiem vides apstākļiem Huačipas pilsētā Limā, un tā stingri ievēro Peru kodus E.030 (seismiskais kods), E.050 (vēja slodzes kods) un E.070 (sniega slodzes kods). Visas slodzes tiek aprēķinātas atbilstoši rūpniecisko ēku svarīguma pakāpei (svarīguma koeficients U=1.0).

 

 

Huačipa, Lima, atrodas Peru 4. seismiskajā zonā, kas ir augstas-intensitātes seismiskā zona. Īpašie seismiskie parametri ir šādi:

Seismiskā zona: 4. zona, Z=0.45g (maksimālais paātrinājums uz zemes)

Vietnes augsnes tips: S1 (cieta augsne), vietas koeficients S=1.0

Seismiskā ietekme: jumta kopņu sistēmai ir nepieciešama pietiekama seismiskā stingrība, lai tā izturētu horizontālos seismiskos spēkus. Kopņu savienojumi un stiprinājumu sistēma jāprojektē konservatīvi, lai nodrošinātu konstrukcijas stabilitāti seismiskas iedarbības apstākļos.

 

 

Lima ir piekrastes pilsēta, un Huačipas apgabalu ietekmē piekrastes vēji. Vēja slodzes parametrus nosaka šādi:

Pamata vēja spiediens: 0,55–0,65 kN/㎡

Vēja efekts: Saules paneļi uz jumta palielina vēja iesūkšanas un vēja vibrācijas efektu. Jumta formas koeficients ir atbilstoši palielināts, lai ņemtu vērā saules paneļu ietekmi uz vēja slodzes sadalījumu.

Vēja pretestības prasība: Jumta kopnēm, spārniem un stiprinājumu sistēmai jāspēj izturēt vēja iesūkšanu un pozitīvu vēja spiedienu, nodrošinot, ka nav strukturālu bojājumu vai pārmērīgas deformācijas.

 

 

Huačipa, Lima, ir tropisks piekrastes klimats bez sniegputenēm visa gada garumā. Tāpēc pamata sniega slodze tiek noteikta šādi:

Pamata sniega slodze S₀: ≈ 0 kN/㎡

Piezīme: Konstrukcijas projektā nav ņemta vērā papildu sniega slodze, bet jumta drenāžas sistēma ir paredzēta, lai novērstu ūdens uzkrāšanos (līdzvērtīga daļējai vienmērīgai slodzei).

 

 

Kopējā jumta slodze ir pašslodzes, saules paneļu slodzes un dzīvās slodzes summa, kas ir ievērojami lielāka nekā parastajām rūpnieciskajām darbnīcām. Konkrēts aprēķins ir šāds:

Jumta pašslodze (jumta seguma pašsvars-+segumi): ≈ 0,30 kN/㎡

Saules paneļa slodze (saules paneļi + balsti): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Uzturēšana dzīvā slodze: 0,50 kN/㎡ (saskaņā ar Peru industriālo ēku standartiem)

Kopējā jumta slodze: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Piezīme. Lai nodrošinātu saules paneļu sistēmas stabilitāti, jumta kopņu un stieņu novirze jākontrolē L/200 robežās (L ir kopņu vai kopņu laidums).

 

Materiālu izvēle ir balstīta uz Peru vietējiem tērauda standartiem un projekta slodzes prasībām, koncentrējoties uz izturību, seismisko veiktspēju un izmaksu{0}}efektivitāti. Detalizēts materiālu saraksts ir šāds:

 

 

Tērauda klase: Ķīnas standarts Q355B/Q235B (atbilst A36 ASTM standartā), ar labu izturību un lokanību, piemērots augstu seismisko spēku zonām.

Sadaļas veids:

Augšējais akords un apakšējais akords: H-profila tērauds -, kas atlasīts atbilstoši laidumam un slodzei, ar sekcijas izmēru diapazonu: H300×150×6×8 līdz H400×200×8×10 (pielāgots, pamatojoties uz dažādiem laidumiem: 13 m/17 m/25 m/28 m).

Tīmekļa elementi: leņķa tērauds vai I{0}}profila tērauds - sekcijas izmēru diapazons: L75×5 līdz L100×8 (13 m/17 m laidumam); L100×8 līdz L125×10 (25 m/28 m laidumam).

Savienojuma metode: augstas -stiprības skrūves (10,9 klase) savienošanai, nodrošinot drošu savienojumu un seismisko izturību.

Apstrāde: ar epoksīda cinka-gruntēšanas krāsu 80 μm

 

 

Tērauda klase: Ķīnas standarts Q235B

Profila tips: apaļais tērauds (φ16–φ22) vai leņķa tērauds (L63 × 5–L80 × 6), ko izmanto, lai izturētu horizontālos spēkus (seismiskos, vēja) un uzturētu kopņu sistēmas stabilitāti.

Izkārtojums: stiprinājumi tiek iestatīti ar intervālu 2–3 kopnes, ar krustenisko- un diagonālo stiprinājumu pārmaiņus, veidojot stabilu sānu spēku-pretestības sistēmu.

Apstrāde: ar epoksīda cinka-gruntēšanas krāsu 80 μm

 

 

Tērauda klase: Ķīnas standarts Q235B

Sekcijas tips: apaļa tērauda (φ20–φ25) vai tērauda caurule (φ89 × 4–φ114 × 4), ko izmanto, lai pārnestu horizontālo spriegumu starp kopnēm un nodrošinātu jumta vispārējo stabilitāti.

Apstrāde: ar epoksīda cinka-gruntēšanas krāsu 80 μm

 

 

Tērauda klase: Ķīnas standarts Q235B

Sekcijas tips: C-profila tērauds vai Z-profila tērauds (stiprināts tips, piemērots saules paneļa slodzei), sekcijas izmēru diapazons: C160×60×20×2,5 līdz C220×70×20×3,0 (pielāgots atkarībā no zaru atstatuma un saules paneļa slodzes).

Atstatums: aptuveni 1,5–2,0 m, nodrošinot, ka čaulas var izturēt jumta seguma un saules paneļu kopējo slodzi bez pārmērīgas deformācijas.

Apstrāde: Galvanizācija 275kg/m³

 

 

Augstas -stiprības skrūves: 10,9 klase, kas atbilst kopņu un stiprinājumu sekcijas izmēram, ar pret-korozijas apstrādi (karstā-cinkošana).

Pašvītņojošās-skrūves un kniedes: pret koroziju-izturīgs nerūsējošais tērauds (304. klase), ko izmanto, lai savienotu lokus un jumta segumu, kā arī saules paneļu balstus.

Pretkorozijas pārklājums: karstā-cinkošana (cinka slāņa biezums, lielāks vai vienāds ar 80 μm) visām tērauda sastāvdaļām, lai pielāgotos Limas piekrastes mitrajai videi un nodrošinātu kalpošanas laiku.

 

Pamatojoties uz projekta parametriem, slodzes analīzi un materiālu izvēli, jumta kopņu sistēmas tērauda patēriņš (tikai) tiek lēsts šādi, ņemot vērā Huačipas, Limas augstās seismiskās prasības un saules paneļu papildu slodzi.

 

 

Apvienojumā ar 28 m maksimālo laidumu, 22 m atstatumu starp kopnēm, saules paneļu lielu slodzi un augstu seismisko intensitāti Limā, jumta kopņu sistēmas tērauda patēriņa indekss tiek noteikts šādi:

Jumta kopnes + stiprinājumi + stieņi: 18–22 kg/㎡

Jumta stieņi (stiprināts): 8–11 kg/㎡

Kopējais tērauda patēriņa indekss: 26–33 kg/㎡ (aprēķiniem izmantojot konservatīvu vidējo -augšējo vērtību 30 kg/㎡ atbilstoši Peru kodeksa prasībām)

 

 

Kopējais tērauda patēriņš=kopējā ēkas platība × tērauda patēriņa indekss ÷ 1000

Aprēķins: 8900 ㎡ × 30 kg/㎡÷ 1000=267 t

 

 

Ekonomisks optimizēts dizains (viegla slodze, rafinēta optimizācija): ≈ 230 tonnas

Parastais konservatīvais dizains (atbilst Peru kodeksiem un Limas seismiskajām prasībām): ≈ 265–270 tonnas

Liela slodze/augsta seismiska/stingra liela{0}}laiduma konstrukcija: ≈ 290 tonnas

 

 

Iepriekš minētais tērauda patēriņš ietver tikai jumta kopņu sistēmu (kopnes, stiprinājumus, stieņus, lokus), izņemot tērauda kolonnas, sienu karkasus un saules paneļu balstus.

Ja tiek pievienotas tērauda kolonnas, kopējais tērauda patēriņš palielināsies par 10–13 kg/㎡, un kopējais tērauda patēriņš būs aptuveni 340–400 tonnas.

Faktiskais tērauda patēriņš pēc detalizētā projekta pabeigšanas var svārstīties ±10%, ko galvenokārt ietekmē detalizēta sekciju izmēru un savienojuma metožu pielāgošana.

Seismiskā konstrukcija: Jumta kopņu sistēma jāprojektē saskaņā ar Peru kodeksu E.030 (seismiskā zona 4), un nav pieļaujama pārmērīga optimizācija, lai nodrošinātu seismisko drošību.

Saules paneļa slodze: Saules paneļa zonā ir jānostiprina kopņu loki un augšējie akordi, un novirzes kontrolei jābūt stingrākai (L/200 robežās), lai izvairītos no saules paneļu sistēmas bojājumiem.

Pretkorozijas-prasība: visas tērauda detaļas labāk cinkot-, lai pielāgotos Limas piekrastes mitrajai videi un pagarinātu konstrukcijas kalpošanas laiku.

Koda atbilstība: visiem projektēšanas un būvniecības darbiem jāatbilst Peru vietējiem kodiem RNE / E.030, E.050, E.070 un attiecīgajiem rūpniecības standartiem.

 

 

Detalizētais tērauda patēriņš ir sadalīts atbilstoši četriem nevienlīdzīgiem laidumiem (13m, 17m, 25m, 28m), apvienojumā ar fermu atstarpi 22m un saules paneļa slodzi, un tērauda patēriņa indekss tiek pielāgots atbilstoši laiduma izmēram (jo lielāks laidums, jo augstāks indekss). Konkrēts sadalījums ir šāds:

Laipnes izmērs	Laipnes garums (m)	Atbilstošais apgabals (apm., ㎡)	Tērauda patēriņa indekss (kg/㎡)	Paredzamais tērauda patēriņš (tonnās)	Piezīmes
1. laidums	13	2400	25	60	Mazākais laidums, mazākā slodze; daļējs saules paneļa pārklājums
2. laidums	17	2450	28	68.6	Vidējs laidums, mērena slodze; daļējs saules paneļa pārklājums
3. laidums	25	2250	32	72	Liels laidums, liela slodze; galvenā saules paneļa pārklājuma zona
4. laidums	28	1800	35	63	Maksimālais laidums, lielākā slodze; galvenā saules paneļa pārklājuma zona
Kopā	83 (laidumu summa)	8900 (kopējā ēkas platība)	30 (vidējais rādītājs)	263.6	Neliela novirze no kopējā vērtējuma (±2%) noapaļošanas dēļ

Piezīme: Katra laiduma atbilstošā platība ir aprēķināta, pamatojoties uz kopējo platību 8900 ㎡ un katra laiduma proporciju kopējā platumā (85 m), kas ir tikai atsaucei. Faktisko platību un tērauda patēriņu nosaka detalizētie projekta rasējumi.

 

Galvenās primārās jumta sijas (H sekcijas)

- P200 × 750 × 12 × 6 mm

- P250 × 750 × 25 × 6 mm

- P350 × 750 × 25 × 9 mm

- P200 × 400 × 16 × 6 mm

 

Sekundārie deputāti

- Apmales: Z305 × 76 × 19 × 3,0 mm

- Horizontālais/sānu stiprinājums: 2"×2" × 3/16" tērauda leņķis

 

 

2.1. Galvenā jumta konstrukcija

- Kopņu sistēma:

18–22 kg/m² → **160,2–195,8 tonnas**

- H-siju sistēma (dziļi posmi, 22 m atstatums, PV slodze):

24–30 kg/m² → **213,6–267,0 tonnas**

 

2.2. Stiprinājuma sistēma

- Kopnes:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3–35,6 tonnas**

- H stars:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2–44,5 tonnas**

*Iemesls: H sijām ir mazāka dabiskā vērpes stingrība; nepieciešams vairāk stiprinājumu.*

 

2.3 Uzturmalas

- Abas sistēmas:

Z305 purlini, vienāda slodze un atstarpes

8–11 kg/m² → **71,2–97,9 tonnas**

*Gandrīz identisks gan kopņu, gan H veida siju jumtiem.*

 

2.4. Kopējā tērauda svara salīdzinājums

- Kopējais jumts:

254 – 329 tonnas

-H-siju jumta kopsumma:

316 – 409 tonnas

 

 

3.1. Kopņu sistēma

- Uzvedība: trīsstūrveida aksiālie spēki (tikai spriedze/saspiešana).

- Stingrība: augsta ģeometriskā stingrība, piemērota lieliem laidumiem un novirzes kontrolei (kritiska PV).

- Stabilitāte: mazāk atkarīga no stiprinājuma; raksturīgā stabilitāte no trīsstūrveida raksta.

- Seismiskā veiktspēja: laba enerģijas izkliede, viegls svars, mazāka inerce.

- Laituma efektivitāte: īpaši efektīva **25–28 m laidumiem**.

 

3.2 H-staru sistēma

- Uzvedība: liece + bīde + aksiālie spēki.

- Stingrība: zemāka lieces efektivitāte uz kg; dziļākas/smagākas sekcijas, kas vajadzīgas, lai saskaņotu kopnes novirzi.

- Stabilitāte: tieksme uz sānu vērpes izliekšanos; nepieciešama biežāka stiprināšana.

- Seismiskā veiktspēja: lielāks pašsvars palielina seismisko pieprasījumu.

- Konstruējamība: vienkāršāka izgatavošana un uzstādīšana, bet smagāki komponenti.

 

 

 

Līdzības

- Abi atbalsta vienas un tās pašas jumta slodzes (beigts + PV + dzīvs + vējš).

- Stieples izmērs, atstarpes un svars ir identiski.

- Abiem ir jāatbilst Peru novirzes ierobežojumiem (L/200 PV).

- Abi seko E.030, E.050, E.070 Huachipa, Lima.

 

Atšķirības

1. Spēka mehānisms:

- Kopnes: tikai aksiālie spēki → ļoti efektīva.

- H sija: kontrolēta liece → mazāk efektīva materiāla izmantošana.

2. Tērauda patēriņš:

- Galvenā struktūra: H-siju izmanto +25% līdz +40% tērauda.

- Stiprināšana: H-sijai ir nepieciešams no +30% līdz +40% vairāk stiprinājuma.

- Purlins: Gandrīz tas pats.

3. Personāla veiktspēja:

- Fermas: izcila 25–28 m laidumam.

- H sija: nepieciešamas smagas sekcijas, lai kontrolētu novirzi.

4. Seismiskā uzvedība:

- Kopne: vieglāka, mazāka inerce, labāka veiktspēja 4. zonā.

- H stars: smagāka, lielāka seismiskā slodze.

5. Izmaksas un būvniecība:

- Fermas: vairāk darba, mazāk materiālu.

- H sija: mazāk darba, vairāk materiālu.

 

 

- Kopņu sistēma:

Efektīvāka, vieglāka tērauda izmantošana, labāka gariem laidumiem un augstām seismiskajām zonām.

Kopējais tērauda svars: 254 – 329 tonnas.

 

-H-staru sistēma:

Vieglāka konstrukcija, bet ievērojami smagāka.

Kopējais tērauda svars: 316 – 409 tonnas.