Efnislisti fyrir verkefnalista úr stálþaki og byggingarálagsgreiningu í Perú

Huachipa, Lima Steel Roof Truss Project - Efnislisti og burðarálagsgreining

 

 

Þetta verkefni er staðsett í Huachipa, Lima, Perú, með áherslu á hönnun og smíði á stálþaki (að undanskildum stálsúlum og vegghlutum). Þakið er búið sólarrafhlöðum og hönnunin er í fullu samræmi við byggingarreglur Perú. Helstu þættir verkefnisins eru dregnir saman sem hér segir:

Heildarbyggingarsvæði: 8.900 ㎡

Heildarlengd: 109 m

Heildarbreidd: 85 m (óreglulegt skipulag með mörgum breiddum)

Spennustærðir (meðfram 85m stefnu, ójöfn span): 13m, 17m, 25m, 28m (hámarksbreidd: 28m)

Truss Spacing (Bay Spacing): Um það bil 22m

Þakstilling: Útbúin með um það bil 4.400 ㎡ sólarrafhlöðum (ljósvökvakerfi)

Byggingarsvið: Einungis kerfi fyrir þakfesti (kylfur, spelkur, bönd, stangir), að undanskildum stálsúlum og vegggrindum

Gildandi kóðar: Perúska byggingarreglur

 

 

Álagsgreiningin er byggð á raunverulegum umhverfisaðstæðum í Huachipa, Lima, og fylgir nákvæmlega Perú kóðanum E.030 (skjálftakóði), E.050 (vindálagskóði) og E.070 (kóða snjóhleðslu). Allt álag er reiknað í samræmi við mikilvægi iðnaðarbygginga (mikilvægisstuðull U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima er staðsett á skjálftasvæði 4 í Perú, sem er skjálftasvæði með mikilli-styrkleika. Sérstakar jarðskjálftabreytur eru sem hér segir:

Jarðskjálftasvæði: svæði 4, Z=0.45g (hámarkshröðun á jörðu niðri)

Jarðvegsgerð: S1 (harður jarðvegur), svæðisstuðull S=1.0

Jarðskjálftaáhrif: Þakfestingarkerfið krefst nægilegrar jarðskjálftastífleika til að standast lárétta jarðskjálftakrafta. Truss tengingar og spelkukerfi verða að vera hönnuð með varfærni til að tryggja stöðugleika burðarvirkisins við jarðskjálftavirkni.

 

 

Lima er strandborg og Huachipa-svæðið verður fyrir áhrifum af strandvindum. Vindálagsbreytur eru ákvarðaðar sem hér segir:

Grunnvindþrýstingur: 0,55–0,65 kN/㎡

Vindáhrif: Sólarplöturnar á þakinu auka vindsogið og vind titringsáhrifin. Lögunarstuðull þaksins er magnaður á viðeigandi hátt til að gera grein fyrir áhrifum sólarrafhlöðna á dreifingu vindálags.

Krafa um vindviðnám: Þakstoðin, grindirnar og spelkukerfið verða að vera fær um að standast vindsog og jákvæðan vindþrýsting og tryggja engar skemmdir á byggingu eða óhóflega aflögun.

 

 

Huachipa, Lima hefur suðrænt strandloftslag án snjókomu allt árið. Þess vegna er grunnsnjóálag ákvarðað sem hér segir:

Grunn snjóálag S₀: ≈ 0 kN/㎡

Athugið: Ekki er tekið tillit til viðbótarsnjóálags í burðarvirkishönnuninni, en frárennsliskerfi þaksins er hannað til að koma í veg fyrir vatnssöfnun (jafngildir einsleitu álagi að hluta).

 

 

Heildarþakálag er summan af eigin hleðslu, sólarplötuhleðslu og lifandi hleðslu, sem er umtalsvert hærra en á venjulegum iðnaðarverkstæðum. Sérstakur útreikningur er sem hér segir:

Þakálag (sjálfs-þyngd þakklæðningar + grindar): ≈ 0,30 kN/㎡

Hleðsla sólarplötur (sólarplötur + stoðir): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Lifandi álag viðhalds: 0,50 kN/㎡ (í samræmi við perúska iðnaðarbyggingarstaðla)

Heildarþakálag: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Athugið: Beygingu þakgrindanna og stinganna verður að vera stjórnað innan L/200 (L er breidd hólfanna eða stinganna) til að tryggja stöðugleika sólarplötukerfisins.

 

Efnisvalið er byggt á perúskum staðbundnum stálstöðlum og kröfum um hleðslu verkefna, með áherslu á endingu, jarðskjálftavirkni og kostnaðar-hagkvæmni. Nákvæm efnislisti er sem hér segir:

 

 

Stálgráða: Kínverskur staðall Q355B/Q235B (jafngildir A36 í ASTM staðli), með góðan styrk og sveigjanleika, hentugur fyrir háskjálftasvæði.

Tegund hluta:

Efsti strengur og botnstrengur: H-hólfsstál - valið í samræmi við span og hleðslu, með stærðarsviði hluta: H300×150×6×8 til H400×200×8×10 (stillt miðað við mismunandi span: 13m/17m/25m/28m).

Vefmeðlimir: Hornstál eða I-hlutastál - hlutastærðarsvið: L75×5 til L100×8 (fyrir 13m/17m span); L100×8 til L125×10 (fyrir 25m/28m spann).

Tengingaraðferð: Há-styrkir boltar (10,9 gráður) fyrir tengingu, sem tryggir áreiðanlega tengingu og jarðskjálftaviðnám.

Meðferð: Með Epoxý sink-ríkri grunnmálningu í 80μm

 

 

Stálgráða: Kínverskur staðall Q235B

Hlutagerð: Kringlótt stál (φ16–φ22) eða hornstál (L63×5–L80×6), notað til að standast lárétta krafta (skjálfta, vind) og viðhalda stöðugleika trusskerfisins.

Fyrirkomulag: Leikur er stilltur á millibili 2–3, með kross-spelkum og skáspelkum til skiptis til að mynda stöðugt hliðarkraft-viðnámskerfi.

Meðferð: Með Epoxý sink-ríkri grunnmálningu í 80μm

 

 

Stálgráða: Kínverskur staðall Q235B

Hlutagerð: Hringlaga stál (φ20–φ25) eða stálpípa (φ89×4–φ114×4), notað til að flytja lárétta spennu milli burðarvirkja og tryggja heildarstöðugleika þaksins.

Meðferð: Með Epoxý sink-ríkri grunnmálningu í 80μm

 

 

Stálgráða: Kínverskur staðall Q235B

Tegund hlutar: C-hlutastál eða Z-hlutastál (styrkt gerð, hentugur fyrir hleðslu á sólarplötur), hlutastærðarbil: C160×60×20×2,5 til C220×70×20×3,0 (stillt í samræmi við bil á milli og sólarplötuhleðslu).

Bil: Um það bil 1,5–2,0m, sem tryggir að grindirnar þoli samanlagt álag á þakklæðningu og sólarplötur án óhóflegrar aflögunar.

Meðferð: Galvaniserun 275kg/m³

 

 

Hár-styrkir boltar: 10,9 stig, passa við hlutastærð burðarvirkja og spelkur, með -tæringarvörn (heit-galvaniserun).

Sjálf-tærandi skrúfur og hnoð: Tæringarþolið- ryðfríu stáli (304 gráðu), notað til að tengja saman grind og þakklæðningu, sem og sólarplötur.

Anti-tæringarhúð: heit-galvaniserun (sinklagsþykkt Stærri en eða jöfn 80μm) fyrir alla stálíhluti, til að laga sig að raka umhverfinu í Lima og tryggja endingartíma.

 

Byggt á breytum verkefnisins, álagsgreiningu og efnisvali, er stálnotkun þakfestikerfisins (aðeins) metin sem hér segir, miðað við miklar jarðskjálftaþörf Huachipa, Lima og viðbótarálag sólarplötur.

 

 

Ásamt skilyrðum um 28m hámarksbreidd, 22m millibili, mikið álag á sólarplötur og háan jarðskjálftastyrk í Lima, er stálnotkunarvísitala þakfestikerfisins ákvarðaður sem hér segir:

Þakstangir + spelkur + stangir: 18–22 kg/㎡

Þakstangir (styrkt gerð): 8–11 kg/㎡

Heildarstálnotkunarvísitala: 26–33 kg/㎡ (samþykkja íhaldssamt mið-efra gildi 30 kg/㎡ til að meta, í samræmi við kröfur Perú-kóða)

 

 

Heildarstálnotkun=Heildarbyggingarsvæði × Stálneysluvísitala ÷ 1000

Útreikningur: 8.900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tonn

 

 

Hagkvæm bjartsýni hönnun (létt álag, fáguð hagræðing): ≈ 230 tonn

Hefðbundin íhaldssöm hönnun (uppfyllir Peruvian kóða og Lima jarðskjálftakröfur): ≈ 265–270 tonn

Mikið álag / mikil skjálftavirkni / ströng stór-hönnun: ≈ 290 tonn

 

 

Ofangreind stálnotkun felur aðeins í sér þakstólakerfið (klífar, spelkur, bindistangir, stangir), að undanskildum stálsúlum, vegggrindum og sólarplötustoðum.

Ef stálsúlum er bætt við eykst heildarstálnotkun um 10–13 kg/㎡ og heildarstálnotkun verður um 340–400 tonn.

Raunveruleg stálnotkun getur haft ±10% sveiflur eftir að nákvæmri hönnun er lokið, sem hefur aðallega áhrif á nákvæma aðlögun hlutastærða og tengiaðferða.

Skjálftahönnun: Þakfestingarkerfið verður að vera hannað í samræmi við Peruvian Code E.030 (Seismic Zone 4), og óhófleg hagræðing er ekki leyfð til að tryggja jarðskjálftaöryggi.

Hleðsla á sólarplötur: Styrkja verður grindirnar og efstu strengina á sólarplötusvæðinu og sveigjastýringin verður að vera strangari (innan L/200) til að forðast skemmdir á sólarplötukerfinu.

Kröfur gegn-tæringu: Öllum stálíhlutum er betra að vera heitt-galvaniseruðu til að laga sig að raka umhverfinu í Lima og lengja endingartíma mannvirkisins.

Samræmi við kóða: Öll hönnun og byggingarvinna verður að vera í samræmi við perúska staðbundna kóða RNE / E.030, E.050, E.070 og viðeigandi iðnaðarstaðla.

 

 

Nákvæmri stálnotkun er skipt í samræmi við fjórar ójöfn spann (13m, 17m, 25m, 28m), ásamt 22m millibili og sólarplötuhleðslu, og stálnotkunarvísitalan er leiðrétt í samræmi við spanstærð (því stærra sem spanið er, því hærra er vísitalan). Sérstök sundurliðun er sem hér segir:

Span Stærð	Spenndarlengd (m)	Samsvarandi svæði (u.þ.b. ㎡)	Stálneysluvísitala (kg/㎡)	Áætluð stálnotkun (tonn)	Athugasemdir
1. span	13	2400	25	60	Minnsta span, léttasta álag; sólarrafhlöðuþekju að hluta
2. span	17	2450	28	68.6	Miðlungs span, miðlungs álag; sólarrafhlöðuþekju að hluta
3. span	25	2250	32	72	Stór span, mikið álag; aðalþekjusvæði sólarplötur
4. span	28	1800	35	63	Hámarks span, þyngsta álag; aðalþekjusvæði sólarplötur
Samtals	83 (summa spanna)	8900 (heildarbyggingarsvæði)	30 (meðalvísitala)	263.6	Örlítið frávik frá heildarmati (±2%) vegna námundunar

Athugið: Samsvarandi flatarmál hvers spannar er áætlað miðað við heildarflatarmálið 8900 ㎡ og hlutfall hvers spannar af heildarbreiddinni (85m), sem er aðeins til viðmiðunar. Raunverulegt flatarmál og stálnotkun skulu háð nákvæmum hönnunarteikningum.

 

Aðalþakbitar (H-hlutar)

- B200×750×12×6 mm

- B250×750×25×6 mm

- B350×750×25×9 mm

- B200×400×16×6 mm

 

Aukafélagar

- Purlins: Z305×76×19×3,0 mm

- Lárétt/hliða spelkur: 2"×2"×3/16" stálhorn

 

 

2.1 Aðalþakbygging

- Truss kerfi:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 tonn**

- H-geislakerfi (djúpir hlutar, 22m bil, PV álag):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tonn**

 

2.2 Spelkukerfi

- Truss:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 tonn**

- H-geisli:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 tonn**

*Ástæða: H-geislar hafa minni náttúrulega snúningsstífni; meiri spelku krafist.*

 

2.3 Purlins

- Bæði kerfin:

Z305 purlins, sama hleðsla og bil

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 tonn**

*Næstum eins fyrir bæði burðarvirki og H-bjálkaþök.*

 

2.4 Samanburður á heildarþyngd stáls

- Heildarstærð þaks:

254 – 329 tonn

-H-beam þak samtals:

316 – 409 tonn

 

 

3.1 Truss kerfi

- Hegðun: Þríhyrningslaga áskraftar (aðeins spenna/þjöppun).

- Stífleiki: Hár rúmfræðilegur stífleiki, góður fyrir langa breidd og sveigjustjórnun (mikilvægt fyrir PV).

- Stöðugleiki: Minna háður spelkum; eðlislægur stöðugleiki frá þríhyrningslaga mynstri.

- Jarðskjálftavirkni: Góð orkudreifing, léttur, minni tregða.

- Spannvirkni: Einstaklega duglegur fyrir **25–28m span**.

 

3.2 H-geislakerfi

- Hegðun: Beygja + klippa + áskraftar.

- Stífleiki: Minni beygjunýting á hvert kg; dýpri/þyngri hlutar sem þarf til að passa við sveigju í truss.

- Stöðugleiki: Tilhneigingu til að beygja sig til hliðar; krefst tíðari spelku.

- Jarðskjálftavirkni: Meiri eigin þyngd eykur eftirspurn eftir jarðskjálfta.

- Byggingarhæfni: Einfaldari tilbúningur og uppsetning, en þyngri íhlutir.

 

 

 

Líkindi

- Bæði standa undir sömu þakhleðslu (dauður + PV + lifandi + vindur).

- Purlin stærð, bil og þyngd eru eins.

- Bæði verða að uppfylla sveigjumörk frá Perú (L/200 fyrir PV).

- Bæði fylgja E.030, E.050, E.070 fyrir Huachipa, Lima.

 

Mismunur

1. Þvingunarbúnaður:

- Truss: Aðeins áskraftar → mjög skilvirkir.

- H-geisli: Beygja stjórnað → minna efnishagkvæmt.

2. Stálnotkun:

- Aðalbygging: H-geisli notar +25% til +40% stál.

- Spelkur: H-geisli þarf +30% til +40% meiri spelku.

- Purlins: Næstum það sama.

3. Frammistaða á spani:

- Truss: Superior fyrir 25–28m span.

- H-geisli: Krefst þungra hluta til að stjórna sveigju.

4. Jarðskjálftahegðun:

- Truss: Léttari, minni tregðu, betri árangur á svæði 4.

- H-geisli: Þyngri, hærra jarðskjálftaálag.

5. Kostnaður og smíði:

- Truss: Meiri vinnu, minna efni.

- H-geisli: Minni vinnu, meira efni.

 

 

- Truss kerfi:

Skilvirkari, léttari stálnotkun, betri fyrir langa breidd og há jarðskjálftasvæði.

Heildarstál: 254 – 329 tonn.

 

-H-geislakerfi:

Auðveldari smíði en verulega þyngri.

Heildarstál: 316 – 409 tonn.