Seznam materiálů projektu ocelového střešního nosníku z Peru a analýza zatížení konstrukce

Huachipa, Lima Projekt ocelového příhradového nosníku - Seznam materiálů a analýza zatížení konstrukce

 

 

Tento projekt se nachází v Huachipa, Lima, Peru a zaměřuje se na návrh a konstrukci ocelového střešního příhradového systému (kromě ocelových sloupů a stěnových komponentů). Střecha je vybavena solárními panely a design přísně odpovídá místním peruánským stavebním předpisům. Klíčové parametry projektu jsou shrnuty takto:

Celková stavební plocha: 8 900 ㎡

Celková délka: 109 m

Celková šířka: 85 m (nepravidelné rozmístění s několika poli)

Velikosti rozpětí (ve směru 85 m, nestejná rozpětí): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (maximální rozpětí: 28 m)

Rozteč vazníků (rozteč polí): Přibližně 22 m

Konfigurace střechy: Vybaveno přibližně 4 400 ㎡ solárními panely (fotovoltaický systém)

Konstrukční rozsah: Pouze systém střešních vazníků (vazníky, ztužení, táhla, vaznice), s výjimkou ocelových sloupů a stěnových rámů

Použitelné kódy: Peruánské místní stavební předpisy

 

 

Analýza zatížení je založena na skutečných podmínkách prostředí v Huachipě v Limě a přísně se řídí peruánskými kódy E.030 (seismický kód), E.050 (kód zatížení větrem) a E.070 (kód zatížení sněhem). Všechna zatížení jsou vypočtena v souladu s úrovní důležitosti průmyslových budov (faktor důležitosti U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima se nachází v seismické zóně 4 v Peru, což je oblast s vysokou-intenzitou. Specifické seismické parametry jsou následující:

Seismická zóna: zóna 4, Z=0.45g (špičkové zrychlení země)

Typ půdy na stanovišti: S1 (tvrdá půda), koeficient stanoviště S=1.0

Seismický dopad: Systém střešních vazníků vyžaduje dostatečnou seismickou tuhost, aby odolal horizontálním seismickým silám. Spojení vazníků a ztužení musí být navrženo konzervativně, aby byla zajištěna stabilita konstrukce při seismickém zatížení.

 

 

Lima je pobřežní město a oblast Huachipa je ovlivněna pobřežními větry. Parametry zatížení větrem se určují následovně:

Základní tlak větru: 0,55–0,65 kN/㎡

Vliv větru: Solární panely na střeše zvyšují sání větru a účinek vibrací větru. Tvarový koeficient střechy je vhodně zesílen, aby zohlednil dopad solárních panelů na rozložení zatížení větrem.

Požadavek na odolnost proti větru: Střešní vazníky, vaznice a ztužující systém musí být schopny odolat sání větru a přetlaku větru, aby nedošlo k poškození konstrukce nebo nadměrné deformaci.

 

 

Huachipa v Limě má tropické přímořské klima bez sněžení po celý rok. Proto se základní zatížení sněhem určuje takto:

Základní zatížení sněhem S₀: ≈ 0 kN/㎡

Poznámka: V konstrukčním návrhu není uvažováno žádné dodatečné zatížení sněhem, ale systém odvodnění střechy je navržen tak, aby zabránil hromadění vody (ekvivalent částečného rovnoměrného zatížení).

 

 

Celkové zatížení střechy je součtem vlastního zatížení, zatížení solárních panelů a živého zatížení, které je výrazně vyšší než u běžných průmyslových dílen. Konkrétní výpočet je následující:

Vlastní zatížení střechy (vlastní-váha střešní krytiny + vaznice): ≈ 0,30 kN/㎡

Zatížení solárního panelu (solární panely + podpěry): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Údržba Živé zatížení: 0,50 kN/㎡ (v souladu s normami peruánských průmyslových budov)

Celkové zatížení střechy: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Poznámka: Průhyb střešních vazníků a vaznic musí být řízen v rozmezí L/200 (L je rozpětí vazníků nebo vaznic), aby byla zajištěna stabilita systému solárních panelů.

 

Výběr materiálu je založen na peruánských místních ocelových normách a požadavcích projektového zatížení se zaměřením na odolnost, seismický výkon a-efektivitu nákladů. Podrobný seznam materiálů je následující:

 

 

Třída oceli: Čínský standard Q355B/Q235B (ekvivalent A36 ve standardu ASTM), s dobrou pevností a tažností, vhodný pro oblasti s vysokou seismickou zátěží.

Typ sekce:

Horní pás a spodní pás: H-ocelový profil - vybraný podle rozpětí a zatížení, s rozsahem velikostí profilu: H300×150×6×8 až H400×200×8×10 (upraveno na základě různých rozpětí: 13m/17m/25m/28m).

Webové členy: Úhlová ocel nebo I-ocel s průřezem - rozsah velikostí průřezu: L75×5 až L100×8 (pro rozpětí 13m/17m); L100×8 až L125×10 (pro rozpětí 25m/28m).

Způsob připojení: Vysokopevnostní šrouby (třída 10,9) pro připojení zajišťují spolehlivé spojení a seizmickou odolnost.

Ošetření: S epoxidovou zinkovou-základní barvou v tloušťce 80 μm

 

 

Třída oceli: Čínská norma Q235B

Typ průřezu: Kruhová ocel (φ16–φ22) nebo rohová ocel (L63×5–L80×6), používaná k odolávání vodorovným silám (seismické, vítr) a udržení stability příhradového systému.

Uspořádání: Ztužení je nastaveno v intervalech 2–3 příhradových nosníků, přičemž příčné -výztuhy a diagonální výztuhy jsou uspořádány střídavě tak, aby tvořily stabilní systém odolávající boční síle-.

Ošetření: S epoxidovou zinkovou-základní barvou v tloušťce 80 μm

 

 

Třída oceli: Čínská norma Q235B

Typ sekce: Kruhová ocel (φ20–φ25) nebo ocelová trubka (φ89×4–φ114×4), sloužící k přenosu vodorovného napětí mezi vazníky a zajištění celkové stability střechy.

Ošetření: S epoxidovou zinkovou-základní barvou v tloušťce 80 μm

 

 

Třída oceli: Čínská norma Q235B

Typ průřezu: Ocelový průřez C-nebo Ocelový průřez Z{1}} (vyztužený typ, vhodný pro zatížení solárním panelem), rozsah velikostí průřezu: C160×60×20×2,5 až C220×70×20×3,0 (upraveno podle rozteče vaznic a zatížení solárního panelu).

Rozteč: Přibližně 1,5–2,0 m, což zajišťuje, že vaznice unesou kombinované zatížení střešní krytiny a solárních panelů bez nadměrné deformace.

Úprava: Galvanizace 275 kg/m³

 

 

Vysokopevnostní šrouby: 10,9 třídy, odpovídající velikosti průřezu vazníků a ztužení, s anti-korozní úpravou (žárové-pozinkování).

Samořezné{0}}šrouby a nýty: Nerezová ocel odolná proti korozi- (třída 304), používaná pro spojování vaznic a střešní krytiny a také podpěr solárních panelů.

Antikorozní{0}nátěr: Žárové zinkování (tloušťka zinkové vrstvy větší nebo rovna 80 μm) pro všechny ocelové součásti, aby se přizpůsobilo vlhkému pobřežnímu prostředí Limy a zajistilo se životnost.

 

Na základě parametrů projektu, analýzy zatížení a výběru materiálu se spotřeba oceli (pouze) u systému střešních vazníků odhadne následovně, s ohledem na vysoké seismické požadavky Huachipa, Lima a dodatečné zatížení solárních panelů.

 

 

V kombinaci s podmínkami maximálního rozpětí 28 m, rozteče vazníků 22 m, vysokého zatížení solárních panelů a vysoké seismické intenzity v Limě je index spotřeby oceli systému střešních vazníků určen následovně:

Střešní vazníky + ztužení + táhla: 18–22 kg/㎡

Střešní vaznice (zesílený typ): 8–11 kg/㎡

Index celkové spotřeby oceli: 26–33 kg/㎡ (přijetí konzervativní střední-horní hodnoty 30 kg/㎡ pro odhad, v souladu s požadavky peruánského kódu)

 

 

Celková spotřeba oceli=Celková plocha budovy × Index spotřeby oceli ÷ 1000

Výpočet: 8 900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tun

 

 

Ekonomický optimalizovaný design (nízké zatížení, rafinovaná optimalizace): ≈ 230 tun

Konvenční konzervativní design (v souladu s peruánskými předpisy a seismickými požadavky Limy): ≈ 265–270 tun

Vysoké zatížení / Vysoká seismická / Přísná velká-rozpětí: ≈ 290 tun

 

 

Výše uvedená spotřeba oceli zahrnuje pouze systém střešních vazníků (vazníky, ztužidla, táhla, vaznice) bez ocelových sloupů, stěnových rámů a podpěr solárních panelů.

Pokud se přidají ocelové sloupy, celková spotřeba oceli se zvýší o 10–13 kg/㎡ a celková spotřeba oceli bude přibližně 340–400 tun.

Skutečná spotřeba oceli může mít po dokončení detailního návrhu kolísání ±10 %, což je ovlivněno především detailní úpravou velikostí průřezů a způsobů připojení.

Seismický návrh: Systém střešních vazníků musí být navržen v souladu s peruánským kodexem E.030 (Seismická zóna 4) a není povolena nadměrná optimalizace pro zajištění seismické bezpečnosti.

Zatížení solárního panelu: Vaznice a horní pásy vazníků v oblasti solárního panelu musí být zesíleny a kontrola průhybu musí být přísnější (v rámci L/200), aby nedošlo k poškození systému solárního panelu.

Požadavek proti{0}}korozi: Všechny ocelové součásti musí být žárově pozinkované-, aby se přizpůsobily vlhkému prostředí na pobřeží Limy a prodloužily životnost konstrukce.

Shoda s kodexem: Veškeré projektové a stavební práce musí být v souladu s peruánskými místními předpisy RNE / E.030, E.050, E.070 a příslušnými průmyslovými normami.

 

 

Podrobná spotřeba oceli je rozdělena podle čtyř nestejných rozpětí (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), v kombinaci s roztečí příhradových nosníků 22 m a zatížením solárního panelu, a index spotřeby oceli je upraven podle velikosti rozpětí (čím větší rozpětí, tím vyšší index). Konkrétní rozdělení je následující:

Velikost rozpětí	Délka rozpětí (m)	Odpovídající oblast (cca, ㎡)	Index spotřeby oceli (kg/㎡)	Odhadovaná spotřeba oceli (tuny)	Poznámky
1. rozpětí	13	2400	25	60	Nejmenší rozpětí, nejlehčí zatížení; částečné pokrytí solárním panelem
2. rozpětí	17	2450	28	68.6	Střední rozpětí, střední zatížení; částečné pokrytí solárním panelem
3. rozpětí	25	2250	32	72	Velké rozpětí, velké zatížení; hlavní oblast pokrytí solárním panelem
4. rozpětí	28	1800	35	63	Maximální rozpětí, největší zatížení; hlavní oblast pokrytí solárním panelem
Celkový	83 (součet rozpětí)	8900 (celková plocha budovy)	30 (průměrný index)	263.6	Mírná odchylka od celkového odhadu (±2 %) v důsledku zaokrouhlování

Poznámka: Odpovídající plocha každého rozpětí se odhaduje na základě celkové plochy 8900 ㎡ a podílu každého rozpětí na celkové šířce (85 m), což je pouze pro informaci. Skutečná plocha a spotřeba oceli se řídí podrobnými konstrukčními výkresy.

 

Hlavní primární střešní nosníky (H-profily)

- Š200×750×12×6 mm

- Š250×750×25×6 mm

- Š350×750×25×9 mm

- Š200×400×16×6 mm

 

Sekundární členové

- Vaznice: Z305×76×19×3,0 mm

- Vodorovné/boční vyztužení: ocelový úhelník 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Hlavní střešní konstrukce

- Příhradový systém:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 tun**

- Systém H-paprsku (hluboké sekce, rozestup 22 m, FV zatížení):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tun**

 

2.2 Výztužný systém

- Příhradový nosník:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 tun**

- H-beam:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 tun**

*Důvod: H-nosníky mají menší přirozenou torzní tuhost; vyžaduje více výztuhy.*

 

2.3 Vaznice

- Oba systémy:

Vaznice Z305, stejné zatížení a rozteč

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 tun**

*Téměř identické pro příhradové i H nosníkové střechy.*

 

2.4 Porovnání celkové hmotnosti oceli

- Příhradová střecha celkem:

254 – 329 tun

-H-nosník střechy celkem:

316 – 409 tun

 

 

3.1 Příhradový systém

- Chování: Triangulované axiální síly (pouze tah/tlak).

- Tuhost: Vysoká geometrická tuhost, vhodná pro dlouhé rozpětí a kontrolu průhybu (kritické pro PV).

- Stabilita: Méně závislá na vyztužení; vlastní stabilita z trojúhelníkového vzoru.

- Seismický výkon: Dobrý rozptyl energie, nízká hmotnost, nižší setrvačnost.

- Účinnost rozpětí: Mimořádně účinná pro rozpětí **25–28 m**.

 

3.2 Systém H-Beam

- Chování: Ohyb + smyk + osové síly.

- Tuhost: Nižší ohybová účinnost na kg; hlubší/těžší části potřebné k přizpůsobení průhybu vazníku.

- Stabilita: Náchylný k bočnímu kroucení; vyžaduje častější podepření.

- Seismický výkon: Vyšší vlastní tíha zvyšuje seismickou poptávku.

- Konstrukce: Jednodušší výroba a montáž, ale těžší komponenty.

 

 

 

Podobnosti

- Oba podporují stejné zatížení střechy (mrtvá + FV + živá + vítr).

- Velikost, rozteč a hmotnost vaznice jsou stejné.

- Oba musí splňovat limity peruánské odchylky (L/200 pro PV).

- Oba sledují E.030, E.050, E.070 pro Huachipa, Lima.

 

Rozdíly

1. Mechanismus síly:

- Příhradový nosník: Pouze axiální síly → vysoce účinný.

- H-nosník: Řízený ohyb → méně materiálově efektivní.

2. Spotřeba oceli:

- Hlavní konstrukce: H-nosník používá +25 % až +40 % oceli.

- Ztužení: Paprsek H potřebuje o +30 % až +40 % více vyztužení.

- Vaznice: Téměř stejné.

3. Výkon rozpětí:

- Příhradový nosník: Vynikající pro rozpětí 25–28 m.

- H-beam: Vyžaduje těžké sekce pro ovládání vychýlení.

4. Seismické chování:

- Nosník: Lehčí, nižší setrvačnost, lepší výkon v zóně 4.

- H-beam: Těžší, vyšší seismické zatížení.

5. Náklady a konstrukce:

- Příhradový nosník: Více práce, méně materiálu.

- H-beam: Méně práce, více materiálu.

 

 

- Příhradový systém:

Efektivnější, lehčí použití oceli, lepší pro velká rozpětí a vysoce seismické zóny.

Celková ocel: 254 – 329 tun.

 

-Systém H-beam:

Jednodušší konstrukce, ale výrazně těžší.

Celková ocel: 316 – 409 tun.