Popis materijala za projekt čelične krovne rešetke u Peruu i analiza strukturnog opterećenja

Huachipa, projekt čelične krovne rešetke u Limi - popis materijala i analiza strukturnog opterećenja

 

 

Ovaj projekt se nalazi u Huachipi, Lima, Peru, fokusirajući se na dizajn i konstrukciju čeličnog krovnog rešetkastog sustava (isključujući čelične stupove i zidne komponente). Krov je opremljen solarnim pločama, a dizajn je strogo u skladu s lokalnim građevinskim propisima Perua. Ključni parametri projekta su sažeti kako slijedi:

Ukupna građevinska površina: 8.900 ㎡

Ukupna dužina: 109 m

Ukupna širina: 85 m (nepravilan tlocrt s više raspona)

Veličine raspona (duž smjera od 85 m, nejednaki rasponi): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (maksimalni raspon: 28 m)

Razmak rešetki (Razmak nizova): Približno 22 m

Konfiguracija krova: Opremljen s približno 4400 ㎡ solarnih panela (fotonaponski sustav)

Konstrukcijski opseg: Samo krovni sustav rešetki (konstrukcije, ukrućenje, spojne šipke, grede), isključujući čelične stupove i zidne okvire

Primjenjivi propisi: peruanski lokalni građevinski propisi

 

 

Analiza opterećenja temelji se na stvarnim uvjetima okoliša Huachipa, Lima, i strogo slijedi peruanske kodove E.030 (Seizmički kod), E.050 (Kod opterećenja vjetrom) i E.070 (Kod opterećenja snijegom). Sva opterećenja izračunata su u skladu sa stupnjem važnosti industrijskih zgrada (faktor važnosti U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima nalazi se u seizmičkoj zoni 4 u Peruu, koja je seizmičko područje visokog-intenziteta. Specifični seizmički parametri su sljedeći:

Seizmička zona: Zona 4, Z=0.45g (vršno ubrzanje tla)

Vrsta tla na gradilištu: S1 (tvrdo tlo), koeficijent na gradilištu S=1.0

Seizmički utjecaj: Sustav krovnih nosača zahtijeva dovoljnu seizmičku krutost da se odupre horizontalnim seizmičkim silama. Veze rešetki i sustav ukrućenja moraju biti projektirani konzervativno kako bi se osigurala strukturalna stabilnost pod seizmičkim djelovanjem.

 

 

Lima je obalni grad, a područje Huachipa je pod utjecajem obalnih vjetrova. Parametri opterećenja vjetrom određuju se na sljedeći način:

Osnovni tlak vjetra: 0,55–0,65 kN/㎡

Učinak vjetra: Solarni paneli na krovu povećavaju usisavanje vjetra i učinak vibracija vjetra. Koeficijent oblika krova je na odgovarajući način pojačan kako bi se uzeo u obzir utjecaj solarnih panela na raspodjelu opterećenja vjetrom.

Zahtjevi za otpornost na vjetar: krovni nosači, grede i sustav ukrućenja moraju biti u stanju odoljeti usisu vjetra i pozitivnom pritisku vjetra, osiguravajući da nema strukturalnih oštećenja ili prekomjernih deformacija.

 

 

Huachipa, Lima ima tropsku obalnu klimu bez snijega tijekom cijele godine. Stoga se osnovno opterećenje snijegom određuje na sljedeći način:

Osnovno opterećenje snijegom S₀: ≈ 0 kN/㎡

Napomena: Dodatno opterećenje snijegom nije uzeto u obzir u strukturnom projektu, ali je krovni sustav odvodnje dizajniran da spriječi nakupljanje vode (ekvivalent djelomičnom ravnomjernom opterećenju).

 

 

Ukupno opterećenje krova je zbroj vlastitog opterećenja, opterećenja solarnih panela i živog opterećenja, što je znatno veće od opterećenja običnih industrijskih radionica. Specifični izračun je sljedeći:

Snažno opterećenje krova (vlastita -težina krovnog pokrivača + grede): ≈ 0,30 kN/㎡

Opterećenje solarnog panela (solarni paneli + nosači): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Živo opterećenje održavanja: 0,50 kN/㎡ (u skladu s peruanskim standardima industrijske gradnje)

Ukupno krovno opterećenje: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Napomena: Otklon krovnih nosača i greda mora se kontrolirati unutar L/200 (L je raspon rešetki ili greda) kako bi se osigurala stabilnost sustava solarnih ploča.

 

Odabir materijala temelji se na peruanskim lokalnim standardima čelika i projektnim zahtjevima opterećenja, s fokusom na izdržljivost, seizmičku izvedbu i -cenovnu učinkovitost. Detaljan popis materijala je sljedeći:

 

 

Vrsta čelika: kineski standard Q355B/Q235B (ekvivalentno A36 u ASTM standardu), dobre čvrstoće i duktilnosti, pogodan za područja s visokom seizmikom.

Vrsta odjeljka:

Gornji pojas i donji pojas: H-čelični profil - odabran prema rasponu i opterećenju, s rasponom veličina presjeka: H300×150×6×8 do H400×200×8×10 (prilagođeno na temelju različitih raspona: 13m/17m/25m/28m).

Web članovi: Kutni čelični ili I{0}}čelični - raspon veličina presjeka: L75×5 do L100×8 (za raspone od 13m/17m); L100×8 do L125×10 (za raspone od 25m/28m).

Metoda spajanja: Vijci visoke-čvrstoće (10,9 stupnja) za spajanje, osiguravajući pouzdanu vezu i seizmičku otpornost.

Obrada: temeljnom bojom bogatom epoksi cinkom- u 80 μm

 

 

Vrsta čelika: kineski standard Q235B

Tip presjeka: Okrugli čelik (φ16–φ22) ili kutni čelik (L63×5–L80×6), koji se koristi za otpor horizontalnim silama (seizmika, vjetar) i održavanje stabilnosti rešetkastog sustava.

Raspored: ukrućenje se postavlja u intervalima od 2-3 rešetke, s poprečnim-i dijagonalnim ukrućenjem raspoređenim naizmjenično kako bi se formirao stabilan bočni-sustav otpora sili.

Obrada: temeljnom bojom bogatom epoksi cinkom- u 80 μm

 

 

Vrsta čelika: kineski standard Q235B

Tip presjeka: Okrugla čelična (φ20–φ25) ili čelična cijev (φ89×4–φ114×4), koristi se za prijenos vodoravne napetosti između rešetki i osigurava ukupnu stabilnost krova.

Obrada: temeljnom bojom bogatom epoksi cinkom- u 80 μm

 

 

Vrsta čelika: kineski standard Q235B

Vrsta presjeka: čelični C-profil ili čelični Z-profil (ojačani tip, pogodan za opterećenje solarnih panela), raspon veličina presjeka: C160×60×20×2,5 do C220×70×20×3,0 (prilagođeno prema razmaku greda i opterećenju solarnog panela).

Razmak: Približno 1,5–2,0 m, čime se osigurava da grede mogu podnijeti kombinirano opterećenje krovnog pokrivača i solarnih panela bez pretjerane deformacije.

Obrada: Galvanizacija 275kg/m³

 

 

Vijci visoke-čvrstoće: stupanj 10.9, koji odgovara veličini presjeka rešetki i ukrućenja, s-tretmanom protiv korozije (vruće-cinčavanje potapanjem).

Samorezni-vijci i zakovice: nehrđajući-čelik otporan na koroziju (razred 304), koristi se za spajanje greda i krovnog pokrivača, kao i nosača solarnih ploča.

Anti{0}}premaza od korozije: vruće-cinčavanje (debljina sloja cinka veća ili jednaka 80 μm) za sve čelične komponente, kako bi se prilagodili obalnom vlažnom okruženju Lime i osigurali vijek trajanja.

 

Na temelju projektnih parametara, analize opterećenja i odabira materijala, potrošnja čelika za (samo) krovni rešetkasti sustav procjenjuje se kako slijedi, uzimajući u obzir visoke seizmičke zahtjeve Huachipa, Lima i dodatno opterećenje solarnih panela.

 

 

U kombinaciji s uvjetima maksimalnog raspona od 28 m, razmaka nosača od 22 m, velikog opterećenja solarnih panela i visokog seizmičkog intenziteta u Limi, indeks potrošnje čelika za sustav krovnih nosača određen je na sljedeći način:

Krovni nosači + ukručenje + spone: 18–22 kg/㎡

Krovne grede (ojačani tip): 8–11 kg/㎡

Indeks ukupne potrošnje čelika: 26–33 kg/㎡ (usvajanje konzervativne srednje-gornje vrijednosti od 30 kg/㎡ za procjenu, u skladu sa zahtjevima peruanskog kodeksa)

 

 

Ukupna potrošnja čelika=Ukupna površina zgrade × Indeks potrošnje čelika ÷ 1000

Izračun: 8900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tona

 

 

Ekonomični optimizirani dizajn (malo opterećenje, profinjena optimizacija): ≈ 230 tona

Konvencionalni konzervativni dizajn (u skladu s peruanskim kodovima i seizmičkim zahtjevima Lime): ≈ 265–270 tona

Visoko opterećenje/visoka seizmičnost/striktni dizajn velikog-raspona: ≈ 290 tona

 

 

Gornja potrošnja čelika uključuje samo krovni sustav (konstrukcije, ukrućenje, spone, grede), isključujući čelične stupove, zidne okvire i nosače solarnih panela.

Ako se dodaju čelični stupovi, ukupna potrošnja čelika povećat će se za 10-13 kg/㎡, a ukupna potrošnja čelika bit će približno 340-400 tona.

Stvarna potrošnja čelika može imati fluktuaciju od ±10% nakon završetka detaljnog projekta, na što uglavnom utječe detaljna prilagodba veličina presjeka i načina spajanja.

Seizmičko projektiranje: Sustav krovnih nosača mora biti projektiran u skladu s peruanskim kodeksom E.030 (Seizmička zona 4), a pretjerana optimizacija nije dopuštena kako bi se osigurala seizmička sigurnost.

Opterećenje solarnog panela: grede i gornje tetive rešetki u području solarnog panela moraju biti ojačane, a kontrola otklona mora biti stroža (unutar L/200) kako bi se izbjeglo oštećenje sustava solarnog panela.

Zahtjevi protiv-korozije: Sve čelične komponente bolje je pocinčati-potapanjem kako bi se prilagodile obalnom vlažnom okruženju Lime i produljile životni vijek strukture.

Usklađenost s kodovima: Svi radovi na projektiranju i izgradnji moraju biti u skladu s peruanskim lokalnim kodovima RNE / E.030, E.050, E.070 i relevantnim industrijskim standardima.

 

 

Detaljna potrošnja čelika podijeljena je prema četiri nejednaka raspona (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), u kombinaciji s razmakom rešetki od 22 m i opterećenjem solarne ploče, a indeks potrošnje čelika prilagođen je prema veličini raspona (što je veći raspon, to je veći indeks). Konkretna raščlamba je sljedeća:

Veličina raspona	Duljina raspona (m)	Odgovarajuće područje (približno, ㎡)	Indeks potrošnje čelika (kg/㎡)	Procijenjena potrošnja čelika (tona)	Primjedbe
1. raspon	13	2400	25	60	Najmanji raspon, najmanje opterećenje; djelomična pokrivenost solarnim panelom
2. raspon	17	2450	28	68.6	Srednji raspon, umjereno opterećenje; djelomična pokrivenost solarnim panelom
3. raspon	25	2250	32	72	Veliki raspon, veliko opterećenje; područje pokrivenosti glavnog solarnog panela
4. raspon	28	1800	35	63	Maksimalni raspon, najveće opterećenje; područje pokrivenosti glavnog solarnog panela
Ukupno	83 (zbroj raspona)	8900 (ukupna površina zgrade)	30 (prosječni indeks)	263.6	Neznatno odstupanje od ukupne procjene (±2%) zbog zaokruživanja

Napomena: Odgovarajuća površina svakog raspona procijenjena je na temelju ukupne površine od 8900 ㎡ i udjela svakog raspona u ukupnoj širini (85 m), što je samo za referencu. Stvarna površina i potrošnja čelika podliježu detaljnim projektnim nacrtima.

 

Glavne primarne krovne grede (H-presjeci)

- Š200×750×12×6 mm

- Š250×750×25×6 mm

- Š350×750×25×9 mm

- Š200×400×16×6 mm

 

Sekundarni članovi

- Podrožnice: Z305×76×19×3,0 mm

- Vodoravna/bočna ukrućenja: čelični kutnik 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Glavna krovna konstrukcija

- Sustav rešetki:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 tona**

- Sustav H-grede (duboki presjeci, razmak od 22 m, PV opterećenje):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tona**

 

2.2 Sustav podupirača

- Nosač:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 tona**

- H-greda:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 tona**

*Razlog: H-grede imaju manju prirodnu torzijsku krutost; potrebno dodatno učvršćenje.*

 

2.3 Purlins

- Oba sustava:

Z305 grede, isto opterećenje i razmak

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 tona**

*Gotovo identično za krovove od rešetki i H-grede.*

 

2.4 Usporedba ukupne težine čelika

- Krovni krov ukupno:

254 – 329 tona

-Krov H-grede ukupno:

316 – 409 tona

 

 

3.1 Sustav rešetki

- Ponašanje: Triangulirane aksijalne sile (samo napetost/sabijanje).

- Krutost: visoka geometrijska krutost, dobra za velike raspone i kontrolu otklona (kritično za PV).

- Stabilnost: Manje ovisi o podupiračima; inherentna stabilnost iz trokutastog uzorka.

- Seizmička izvedba: dobra disipacija energije, lagana, niža inercija.

- Učinkovitost raspona: Izuzetno učinkovit za **25–28m raspona**.

 

3.2 Sustav H-grede

- Ponašanje: savijanje + smicanje + aksijalne sile.

- Krutost: Niža učinkovitost savijanja po kg; dublji/teži dijelovi potrebni za usklađivanje s progibom rešetke.

- Stabilnost: Sklon bočnom torzijskom izvijanju; zahtijeva češće podupiranje.

- Seizmička izvedba: Veća vlastita težina povećava seizmičke zahtjeve.

- Mogućnost izgradnje: jednostavnija izrada i montaža, ali teže komponente.

 

 

 

Sličnosti

- Oba podržavaju ista krovna opterećenja (mrtvo + PV + živo + vjetar).

- Veličina grede, razmak i težina su identični.

- Oba moraju zadovoljiti peruanska ograničenja otklona (L/200 za PV).

- Oba slijede E.030, E.050, E.070 za Huachipa, Lima.

 

razlike

1. Mehanizam sile:

- Nosač: samo aksijalne sile → vrlo učinkovit.

- H-greda: regulirano savijanjem → manje materijalno učinkovito.

2. Potrošnja čelika:

- Glavna struktura: H-greda koristi +25% do +40% čelika.

- Ukrućenje: H-greda treba +30% do +40% više ukrućenja.

- Purlins: Gotovo isto.

3. Izvedba raspona:

- Rešetka: vrhunska za raspone od 25–28 m.

- H-greda: Zahtijeva teške dijelove za kontrolu otklona.

4. Seizmičko ponašanje:

- Nosač: lakši, manja inercija, bolja izvedba u zoni 4.

- H-greda: Teže, veće seizmičko opterećenje.

5. Troškovi i izgradnja:

- Nosač: više rada, manje materijala.

- H-greda: Manje rada, više materijala.

 

 

- Sustav rešetki:

Učinkovitija, lakša upotreba čelika, bolja za velike raspone i visoke seizmičke zone.

Ukupni čelik: 254 – 329 tona.

 

-Sustav H-grede:

Lakša konstrukcija, ali znatno teža.

Ukupni čelik: 316 – 409 tona.