Perú Steel Roof Truss Project Llista de materials i anàlisi de càrrega estructural

Huachipa, Projecte d'armadura d'acer de Lima - Llista de materials i anàlisi de càrrega estructural

 

 

Aquest projecte es troba a Huachipa, Lima, Perú, centrat en el disseny i la construcció d'un sistema d'encavalla de sostre d'acer (excepte columnes d'acer i components de paret). El sostre està equipat amb plaques solars i el disseny compleix estrictament els codis de construcció locals peruans. Els paràmetres clau del projecte es resumeixen de la següent manera:

Superfície total d'edificació: 8.900 ㎡

Longitud total: 109 m

Amplada total: 85 m (disposició irregular amb múltiples vans)

Mides de l'envergadura (al llarg de la direcció de 85 m, llums desiguals): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (envergadura màxima: 28 m)

Espaiat de l'armadura (espai de la badia): aproximadament 22 m

Configuració del sostre: Equipat amb aproximadament 4.400 ㎡ plaques solars (sistema fotovoltaic)

Àmbit estructural: només el sistema d'encavallada del sostre (encavallades, arriostraments, tirants, corretges), excloent les columnes d'acer i els marcs de paret

Codis aplicables: codis de construcció locals peruans

 

 

L'anàlisi de càrrega es basa en les condicions ambientals reals de Huachipa, Lima, i segueix estrictament els codis peruans E.030 (Codi sísmic), E.050 (Codi de càrrega de vent) i E.070 (Codi de càrrega de neu). Totes les càrregues es calculen d'acord amb el nivell d'importància dels edificis industrials (factor d'importància U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima es troba a la Zona Sísmica 4 del Perú, que és una zona sísmica d'alta-intensitat. Els paràmetres sísmics específics són els següents:

Zona sísmica: Zona 4, Z=0.45g (acceleració màxima del terreny)

Tipus de sòl del lloc: S1 (sòl dur), coeficient del lloc S=1.0

Impacte sísmic: el sistema d'encavallada del sostre requereix una rigidesa sísmica suficient per resistir les forces sísmiques horitzontals. Les connexions de l'encavallada i el sistema de reforç s'han de dissenyar de manera conservadora per garantir l'estabilitat estructural sota l'acció sísmica.

 

 

Lima és una ciutat costanera i la zona de Huachipa es veu afectada pels vents costaners. Els paràmetres de càrrega del vent es determinen de la següent manera:

Pressió del vent bàsica: 0,55–0,65 kN/㎡

Efecte del vent: els panells solars al sostre augmenten l'efecte de succió i vibració del vent. El coeficient de forma del sostre s'amplifica adequadament per tenir en compte l'impacte dels panells solars en la distribució de la càrrega del vent.

Requisit de resistència al vent: les encavallades, les corretges i el sistema de reforç del sostre han de ser capaços de resistir la succió del vent i la pressió positiva del vent, garantint que no hi hagi danys estructurals ni deformacions excessives.

 

 

Huachipa, Lima té un clima costaner tropical sense nevades durant tot l'any. Per tant, la càrrega bàsica de neu es determina de la següent manera:

Càrrega bàsica de neu S₀: ≈ 0 kN/㎡

Nota: No es considera cap càrrega de neu addicional en el disseny estructural, però el sistema de drenatge del sostre està dissenyat per evitar l'acumulació d'aigua (equivalent a una càrrega uniforme parcial).

 

 

La càrrega total del sostre és la suma de la càrrega morta, la càrrega del panell solar i la càrrega viva, que és significativament superior a la dels tallers industrials normals. El càlcul específic és el següent:

Càrrega morta del sostre (pes-propi de la coberta del sostre + corredisses): ≈ 0,30 kN/㎡

Càrrega del panell solar (panells solars + suports): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Càrrega viva de manteniment: 0,50 kN/㎡ (d'acord amb els estàndards de construcció industrial peruana)

Càrrega total del sostre: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Nota: La deflexió de les encavallades i les corretges del sostre s'ha de controlar dins de L/200 (L és l'envergadura de les cerques o les corretges) per garantir l'estabilitat del sistema de panells solars.

 

La selecció del material es basa en els estàndards locals peruans d'acer i els requisits de càrrega del projecte, centrant-se en la durabilitat, el rendiment sísmic i la rendibilitat{0}}de costos. La llista detallada del material és la següent:

 

 

Grau d'acer: estàndard xinès Q355B/Q235B (equivalent a A36 a l'estàndard ASTM), amb bona resistència i ductilitat, adequat per a zones sísmiques altes.

Tipus de secció:

Corda superior i corda inferior: H-acer de secció - seleccionat segons la llum i la càrrega, amb un rang de mida de la secció: H300×150×6×8 a H400×200×8×10 (ajustat en funció de diferents llums: 13m/17m/25m/28m).

Membres web: acer angular o acer de secció I-acer de secció - rang de mida de secció: L75×5 a L100×8 (per a llums de 13 m/17 m); L100×8 a L125×10 (per a llums de 25m/28m).

Mètode de connexió:-perns d'alta resistència (grau 10,9) per a la connexió, que garanteixen una connexió fiable i resistència sísmica.

Tractament: amb pintura d'imprimació rica en -epoxi zinc en 80μm

 

 

Qualitat d'acer: estàndard xinès Q235B

Tipus de secció: acer rodó (φ16–φ22) o acer angular (L63×5–L80×6), utilitzat per resistir forces horitzontals (sísmica, vent) i mantenir l'estabilitat del sistema d'armadura.

Disposició: els arriostraments s'estableixen a intervals de 2 a 3 encavallades, amb els arriostraments transversals-i els arriostraments diagonals disposats alternativament per formar un sistema de resistència lateral estable-.

Tractament: amb pintura d'imprimació rica en -epoxi zinc en 80μm

 

 

Qualitat d'acer: estàndard xinès Q235B

Tipus de secció: acer rodó (φ20–φ25) o canonada d'acer (φ89×4–φ114×4), que s'utilitza per transferir la tensió horitzontal entre encavallades i garantir l'estabilitat general del sostre.

Tractament: amb pintura d'imprimació rica en -epoxi zinc en 80μm

 

 

Qualitat d'acer: estàndard xinès Q235B

Tipus de secció: acer de secció C-o acer de secció Z{- (tipus reforçat, adequat per a càrrega de panells solars), rang de mida de la secció: C160 × 60 × 20 × 2,5 a C220 × 70 × 20 × 3,0 (ajustat segons l'espaiat de la correa i la càrrega del panell solar).

Espaiat: aproximadament 1,5-2,0 m, assegurant que les corretges puguin suportar la càrrega combinada de la coberta del sostre i els panells solars sense una deformació excessiva.

Tractament: Galvanització 275kg/m³

 

 

Perns d'alta -resistència: grau 10,9, que coincideix amb la mida de la secció de les encavallades i els arriostraments, amb tractament anticorrosió-(galvanització en calent-).

Cargols i reblons auto-: acer inoxidable-resistent a la corrosió (grau 304), utilitzat per connectar corretges i cobertes de sostre, així com suports de panells solars.

Recobriment anticorrosió: galvanització en calent-(gruix de la capa de zinc superior o igual a 80 μm) per a tots els components d'acer, per adaptar-se a l'entorn humit costaner de Lima i garantir la vida útil.

 

Basant-se en els paràmetres del projecte, l'anàlisi de càrrega i la selecció del material, el consum d'acer del sistema d'encavallada del sostre (només) s'estima de la següent manera, tenint en compte els alts requisits sísmics de Huachipa, Lima i la càrrega addicional de panells solars.

 

 

Combinat amb les condicions de 28 m d'envergadura màxima, 22 m d'espai entre armadures, càrrega pesada del panell solar i alta intensitat sísmica a Lima, l'índex de consum d'acer del sistema d'encavallada del sostre es determina de la següent manera:

Armaris de sostre + tirants + tirants: 18–22 kg/㎡

Corretges de sostre (tipus reforçat): 8–11 kg/㎡

Índex de consum total d'acer: 26–33 kg/㎡ (adoptant un valor mitjà-superior conservador de 30 kg/㎡ per a l'estimació, d'acord amb els requisits del codi peruà)

 

 

Consum total d'acer=Àrea total d'edifici × Índex de consum d'acer ÷ 1000

Càlcul: 8.900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tones

 

 

Disseny econòmic optimitzat (càrrega lleugera, optimització refinada): ≈ 230 tones

Disseny conservador convencional (complint els codis peruans i els requisits sísmics de Lima): ≈ 265–270 tones

Disseny de càrrega alta / sísmica alta / estricte de gran -disseny: ≈ 290 tones

 

 

El consum d'acer anterior només inclou el sistema d'encavallada del sostre (encavallades, arriostraments, tirants, corretges), excloent les columnes d'acer, els marcs de paret i els suports de panells solars.

Si s'afegeixen columnes d'acer, el consum total d'acer augmentarà entre 10 i 13 kg/㎡ i el consum total d'acer serà d'aproximadament 340 a 400 tones.

El consum real d'acer pot tenir una fluctuació del ± 10% després de completar el disseny detallat, que es veu principalment afectat per l'ajust detallat de les mides de la secció i els mètodes de connexió.

Disseny sísmic: el sistema d'encavallada de coberta s'ha de dissenyar d'acord amb el Codi peruà E.030 (Zona sísmica 4), i no es permet una optimització excessiva per garantir la seguretat sísmica.

Càrrega del panell solar: s'han de reforçar les corretges i les cordes superiors de les encavallades a la zona del panell solar i el control de la desviació ha de ser més estricte (dins de L/200) per evitar danys al sistema de panells solars.

Requisit anticorrosió: tots els components d'acer són millor galvanitzats en calent-per adaptar-se a l'entorn humit costaner de Lima i allargar la vida útil de l'estructura.

Compliment del codi: Tots els treballs de disseny i construcció han de complir els codis locals peruans RNE / E.030, E.050, E.070 i les normes industrials pertinents.

 

 

El consum detallat d'acer es divideix segons els quatre trams desiguals (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), combinats amb l'espai de l'armadura de 22 m i la càrrega del panell solar, i l'índex de consum d'acer s'ajusta segons la mida de l'envergadura (com més gran sigui, més gran serà l'índex). El desglossament específic és el següent:

Mida de l'espai	Longitud de l'envergadura (m)	Àrea corresponent (aprox., ㎡)	Índex de consum d'acer (kg/㎡)	Consum estimat d'acer (tones)	Observacions
1r Tram	13	2400	25	60	Menor amplitud, càrrega més lleugera; cobertura parcial del panell solar
2n Tram	17	2450	28	68.6	Envergadura mitjana, càrrega moderada; cobertura parcial del panell solar
3r Tram	25	2250	32	72	Gran amplitud, càrrega pesada; àrea de cobertura principal del panell solar
4t Tram	28	1800	35	63	Envergadura màxima, càrrega més pesada; àrea de cobertura principal del panell solar
Total	83 (suma de trams)	8900 (àrea total de construcció)	30 (índex mitjà)	263.6	Lleu desviació de l'estimació total (±2%) a causa de l'arrodoniment

Nota: l'àrea corresponent de cada amplitud s'estima en funció de l'àrea total de 8900 ㎡ i la proporció de cada amplitud en l'amplada total (85 m), que només és de referència. L'àrea real i el consum d'acer estaran subjectes als plànols de disseny detallats.

 

Bigues de sostre primàries principals (seccions H)

- W200×750×12×6 mm

- W250×750×25×6 mm

- W350×750×25×9 mm

- W200×400×16×6 mm

 

Membres secundaris

- Corretges: Z305×76×19×3,0 mm

- Tirant horitzontal/lateral: angle d'acer de 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Estructura principal de la coberta

- Sistema de truss:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 tones**

- Sistema de bigues H (seccions profundes, espai de 22 m, càrrega fotovoltaica):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tones**

 

2.2 Sistema de tirants

- Truss:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 tones**

- Feix en H:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 tones**

*Motiu: les bigues en H tenen menys rigidesa torsional natural; es requereix més reforç.*

 

2.3 Verlins

- Els dos sistemes:

Corretges Z305, mateixa càrrega i espai

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 tones**

* Gairebé idèntic tant per als sostres d'armadura com per a les bigues H.*

 

2.4 Comparació del pes total de l'acer

- Coberta total:

254 – 329 tones

-Sostre de bigues H total:

316 – 409 tones

 

 

3.1 Sistema de truss

- Comportament: forces axials triangulades (només en tensió/compressió).

- Rigidesa: rigidesa geomètrica alta, bona per a llargs trams i control de deflexió (crític per a PV).

- Estabilitat: depèn menys dels arriostraments; estabilitat inherent del patró triangular.

- Rendiment sísmic: bona dissipació d'energia, lleugeresa, menor inèrcia.

- Eficàcia d'envergadura: extremadament eficient per a trams de **25-28 m**.

 

3.2 Sistema H-Beam

- Comportament: flexió + tallant + forces axials.

- Rigidesa: menor eficiència de flexió per kg; seccions més profundes/pesades necessàries per coincidir amb la deflexió de l'armadura.

- Estabilitat: propens al pandeig de torsió lateral; requereix reforços més freqüents.

- Rendiment sísmic: un pes propi augmenta la demanda sísmica.

- Constructibilitat: fabricació i muntatge més senzilles, però components més pesats.

 

 

 

Similituds

- Tots dos suporten les mateixes càrregues del sostre (mort + PV + viu + vent).

- La mida, l'espaiat i el pes de la correa són idèntics.

- Tots dos han de complir els límits de deflexió peruans (L/200 per a PV).

- Tots dos segueixen E.030, E.050, E.070 per a Huachipa, Lima.

 

Diferències

1. Mecanisme de força:

- Armadura: només forces axials → altament eficient.

- Biga en H: flexió governada → menys eficient en matèria de material.

2. Consum d'acer:

- Estructura principal: la biga H utilitza un +25% a un +40% d'acer.

- Arriovallament: el feix H necessita un +30% a un +40% més de tirant.

- Purlins: gairebé igual.

3. Rendiment d'abast:

- Truss: superior per a llums de 25 a 28 m.

- Feix en H: requereix seccions pesades per controlar la flexió.

4. Comportament sísmic:

- Truss: més lleuger, menor inèrcia, millor rendiment a la Zona 4.

- Feix H: càrrega sísmica més pesada i més elevada.

5. Cost i construcció:

- Truss: més mà d'obra, menys material.

- Biga en H: menys mà d'obra, més material.

 

 

- Sistema de truss:

Ús d'acer més eficient i lleuger, millor per a llargs trams i zones sísmiques altes.

Total d'acer: 254 – 329 tones.

 

-Sistema de bigues H:

Construcció més fàcil però significativament més pesada.

Total d'acer: 316 – 409 tones.