รายการวัสดุโครงโครงหลังคาเหล็กเปรูและการวิเคราะห์โหลดโครงสร้าง

โครงการโครงหลังคาเหล็ก Huachipa, Lima - รายการวัสดุและการวิเคราะห์โหลดโครงสร้าง

 

 

โครงการนี้ตั้งอยู่ในเมือง Huachipa เมืองลิมา ประเทศเปรู โดยมุ่งเน้นการออกแบบและก่อสร้างระบบโครงหลังคาเหล็ก (ไม่รวมเสาเหล็กและส่วนประกอบผนัง) หลังคาติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ และการออกแบบเป็นไปตามหลักเกณฑ์อาคารท้องถิ่นของเปรูอย่างเคร่งครัด พารามิเตอร์ที่สำคัญของโครงการสรุปได้ดังนี้:

พื้นที่อาคารทั้งหมด: 8,900 ตร.ม

ความยาวรวม: 109 ม

ความกว้างทั้งหมด: 85 ม. (เค้าโครงไม่ปกติและมีหลายช่วง)

ขนาดช่วง (ตามทิศทาง 85 ม. ช่วงไม่เท่ากัน): 13m, 17m, 25m, 28m (ช่วงสูงสุด: 28m)

ระยะห่างของโครง (ระยะห่างระหว่างอ่าว): ประมาณ 22ม

โครงสร้างหลังคา: ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ขนาดประมาณ 4,400 ตร.ม. (ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์)

ขอบเขตโครงสร้าง: เฉพาะระบบโครงหลังคา (โครงถัก เหล็กค้ำยัน เหล็กยึด แป) ไม่รวมเสาเหล็กและโครงผนัง

รหัสที่ใช้บังคับ: รหัสอาคารท้องถิ่นของเปรู

 

 

การวิเคราะห์ปริมาณโหลดจะขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่แท้จริงของเมืองอัวชิปปา ลิมา และปฏิบัติตามรหัสเปรู E.030 (รหัสแผ่นดินไหว), E.050 (รหัสปริมาณลม) และ E.070 (รหัสปริมาณหิมะ) อย่างเคร่งครัด น้ำหนักบรรทุกทั้งหมดคำนวณตามระดับความสำคัญของอาคารอุตสาหกรรม (ปัจจัยความสำคัญ U=1.0)

 

 

อัวชิปปา ลิมาตั้งอยู่ในเขตแผ่นดินไหวที่ 4 ของประเทศเปรู ซึ่งเป็นพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหวรุนแรง- พารามิเตอร์แผ่นดินไหวเฉพาะมีดังนี้:

เขตแผ่นดินไหว: โซน 4, Z=0.45g (ความเร่งภาคพื้นดินสูงสุด)

ประเภทของดินไซต์: S1 (ดินแข็ง), ค่าสัมประสิทธิ์ของไซต์ S=1.0

ผลกระทบจากแผ่นดินไหว: ระบบโครงหลังคาต้องมีความแข็งจากแผ่นดินไหวเพียงพอที่จะต้านทานแรงแผ่นดินไหวในแนวนอน การเชื่อมต่อโครงถักและระบบค้ำยันจะต้องได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของโครงสร้างภายใต้แรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว

 

 

ลิมาเป็นเมืองชายฝั่ง และพื้นที่อัวชีปาได้รับผลกระทบจากลมชายฝั่ง พารามิเตอร์โหลดลมถูกกำหนดดังนี้:

แรงดันลมพื้นฐาน: 0.55–0.65 กิโลนิวตัน/ตรม

ผลกระทบจากลม: แผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาช่วยเพิ่มการดูดลมและเอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนของลม ค่าสัมประสิทธิ์รูปทรงของหลังคาได้รับการขยายอย่างเหมาะสมเพื่อคำนึงถึงผลกระทบของแผงโซลาร์เซลล์ต่อการกระจายแรงลม

ข้อกำหนดด้านความต้านทานลม: โครงหลังคา แป และระบบค้ำยันจะต้องสามารถต้านทานแรงดูดลมและแรงดันลมเชิงบวก เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีความเสียหายต่อโครงสร้างหรือการเสียรูปมากเกินไป

 

 

อัวชีปา ลิมามีภูมิอากาศแบบชายฝั่งเขตร้อนโดยไม่มีหิมะตกตลอดทั้งปี ดังนั้นปริมาณหิมะพื้นฐานจึงถูกกำหนดดังนี้:

ปริมาณหิมะพื้นฐาน S₀: อยู่ที่ 0 กิโลนิวตัน/ตร.ม

หมายเหตุ: การออกแบบโครงสร้างไม่คำนึงถึงปริมาณหิมะเพิ่มเติม แต่ระบบระบายน้ำบนหลังคาได้รับการออกแบบเพื่อป้องกันการสะสมของน้ำ (เทียบเท่ากับภาระบางส่วนที่สม่ำเสมอ)

 

 

โหลดหลังคาทั้งหมดคือผลรวมของโหลดที่ไม่ทำงาน โหลดของแผงโซลาร์เซลล์ และโหลดที่ใช้งานอยู่ ซึ่งสูงกว่าโหลดของโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไปอย่างมาก การคำนวณเฉพาะมีดังนี้:

น้ำหนักบรรทุกตายของหลังคา (น้ำหนักตัวเอง-ของวัสดุคลุมหลังคา + แป): ความเข้มข้น 0.30 กิโลนิวตัน/ตารางเมตร

โหลดแผงโซลาร์เซลล์ (แผงโซลาร์เซลล์ + ส่วนรองรับ): ครบถ้วน 0.18–0.22 กิโลนิวตัน/ตรม

โหลดขณะบำรุงรักษา: 0.50 kN/ตารางเมตร (สอดคล้องกับมาตรฐานอาคารอุตสาหกรรมของเปรู)

โหลดหลังคาทั้งหมด: อยู่ที่ 0.98–1.02 กิโลนิวตัน/ตรม

หมายเหตุ: การโก่งตัวของโครงหลังคาและแปจะต้องได้รับการควบคุมภายใน L/200 (L คือช่วงของโครงถักหรือแป) เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของระบบแผงโซลาร์เซลล์

 

การเลือกใช้วัสดุจะขึ้นอยู่กับมาตรฐานเหล็กในท้องถิ่นของเปรูและข้อกำหนดในการรับน้ำหนักของโครงการ โดยเน้นไปที่ความทนทาน ประสิทธิภาพแผ่นดินไหว และ-ความคุ้มทุน รายการวัสดุโดยละเอียดมีดังนี้:

 

 

เกรดเหล็ก: มาตรฐานจีน Q355B/Q235B (เทียบเท่ากับ A36 ในมาตรฐาน ASTM) มีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดี เหมาะสำหรับพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหวสูง

ประเภทส่วน:

คอร์ดบนและคอร์ดล่าง: เหล็กท่อน H- - เลือกตามช่วงและน้ำหนักบรรทุก โดยมีช่วงขนาดท่อน: H300×150×6×8 ถึง H400×200×8×10 (ปรับตามช่วงต่างๆ: 13m/17m/25m/28m)

สมาชิกเว็บ: เหล็กฉากหรือเหล็กหน้าตัด I- - ช่วงขนาดหน้าตัด: L75×5 ถึง L100×8 (สำหรับช่วง 13ม./17ม.); L100×8 ถึง L125×10 (สำหรับช่วง 25 ม./28 ม.)

วิธีเชื่อมต่อ: สลักเกลียวกำลังสูง- (เกรด 10.9) สำหรับการเชื่อมต่อ ทำให้มั่นใจในการเชื่อมต่อและต้านทานแผ่นดินไหว

การบำบัด: ด้วยสีรองพื้นอีพ็อกซี่ซิงค์-เข้มข้นในขนาด 80μm

 

 

เกรดเหล็ก: มาตรฐานจีน Q235B

ประเภทส่วน: เหล็กกลม (φ16–φ22) หรือเหล็กฉาก (L63×5–L80×6) ใช้เพื่อต้านทานแรงในแนวนอน (แผ่นดินไหว ลม) และรักษาเสถียรภาพของระบบโครงถัก

การจัดเรียง: การค้ำยันถูกกำหนดไว้เป็นระยะ 2–3 โครง โดยมีการค้ำยันแบบกากบาท-และค้ำยันแนวทแยงที่จัดเรียงสลับกันเพื่อสร้างระบบต้านทานแรงด้านข้าง-ที่มั่นคง

การบำบัด: ด้วยสีรองพื้นอีพ็อกซี่ซิงค์-เข้มข้นในขนาด 80μm

 

 

เกรดเหล็ก: มาตรฐานจีน Q235B

ประเภทส่วน: เหล็กกลม (φ20–φ25) หรือท่อเหล็ก (φ89×4–φ114×4) ใช้ในการถ่ายเทแรงตึงแนวนอนระหว่างโครงถักและรับประกันความเสถียรโดยรวมของหลังคา

การบำบัด: ด้วยสีรองพื้นอีพ็อกซี่ซิงค์-เข้มข้นในขนาด 80μm

 

 

เกรดเหล็ก: มาตรฐานจีน Q235B

ประเภทส่วน: เหล็กส่วน C- หรือเหล็กส่วน Z- (ชนิดเสริมความแข็งแรง เหมาะสำหรับโหลดแผงโซลาร์เซลล์) ช่วงขนาดส่วน: C160×60×20×2.5 ถึง C220×70×20×3.0 (ปรับตามระยะห่างแปและโหลดแผงโซลาร์เซลล์)

ระยะห่าง: ประมาณ 1.5–2.0 ม. เพื่อให้มั่นใจว่าแปสามารถรับน้ำหนักรวมของวัสดุคลุมหลังคาและแผงโซลาร์เซลล์ได้โดยไม่เสียรูปมากเกินไป

การบำบัด: การชุบสังกะสี 275กก./ลบ.ม

 

 

สลักเกลียวความแข็งแรงสูง-: เกรด 10.9 ตรงกับขนาดหน้าตัดของโครงถักและค้ำยัน พร้อม-การป้องกันการกัดกร่อน (การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-)

สกรูและหมุดย้ำ-ในตัว: สแตนเลสสตีล-ที่ทนต่อการกัดกร่อน (เกรด 304) ใช้สำหรับเชื่อมต่อแปและแผ่นปิดหลังคา รวมถึงส่วนรองรับแผงโซลาร์เซลล์

การเคลือบป้องกันการกัดกร่อน-: การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน- (ความหนาของชั้นสังกะสีมากกว่าหรือเท่ากับ 80μm) สำหรับส่วนประกอบเหล็กทั้งหมด เพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมชื้นชายฝั่งของลิมาและรับประกันอายุการใช้งาน

 

จากพารามิเตอร์ของโครงการ การวิเคราะห์โหลด และการเลือกวัสดุ ปริมาณการใช้เหล็กของระบบโครงหลังคา (เท่านั้น) ได้รับการประมาณดังนี้ โดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านแผ่นดินไหวในระดับสูงของ Huachipa, Lima และโหลดเพิ่มเติมของแผงโซลาร์เซลล์

 

 

เมื่อรวมกับเงื่อนไขของช่วงสูงสุด 28 ม. ระยะห่างของโครงถัก 22 ม. แผงโซลาร์เซลล์รับภาระหนัก และความรุนแรงของแผ่นดินไหวสูงในลิมา ดัชนีการใช้เหล็กของระบบโครงหลังคาจะถูกกำหนดดังนี้:

โครงหลังคา + เหล็กค้ำยัน + เหล็กยึด: 18–22 กก./ตร.ม

แปหลังคา (แบบเสริมความแข็งแรง): 8–11 กก./ตร.ม

ดัชนีการบริโภคเหล็กทั้งหมด: 26–33 กก./ตร.ม. (ใช้ค่ากลางอนุรักษ์นิยม-ที่ 30 กก./ตร.ม. เพื่อการประมาณค่า ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดของรหัสเปรู)

 

 

ปริมาณการใช้เหล็กทั้งหมด=พื้นที่อาคารทั้งหมด × ดัชนีปริมาณการใช้เหล็ก 1000

การคำนวณ: 8,900 ตารางเมตร × 30 กิโลกรัม/ตารางเมตร ۞ 1000=267 ตัน

 

 

การออกแบบที่ประหยัดที่สุด (น้ำหนักเบา การเพิ่มประสิทธิภาพขั้นสูง): 230 ตัน

การออกแบบอนุรักษ์นิยมแบบดั้งเดิม (สอดคล้องกับรหัสเปรูและข้อกำหนดแผ่นดินไหวลิมา): 265–270 ตัน

รับน้ำหนักสูง / แผ่นดินไหวสูง / การออกแบบช่วงขนาดใหญ่-ที่เข้มงวด: 290 ตัน

 

 

ปริมาณการใช้เหล็กข้างต้นรวมเฉพาะระบบโครงหลังคา (โครงถัก เหล็กค้ำยัน เหล็กยึด แป) ไม่รวมเสาเหล็ก โครงผนัง และส่วนรองรับแผงโซลาร์เซลล์

หากเพิ่มเสาเหล็ก ปริมาณการใช้เหล็กทั้งหมดจะเพิ่มขึ้น 10–13 กก./ตร.ม. และปริมาณการใช้เหล็กทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 340–400 ตัน

ปริมาณการใช้เหล็กจริงอาจมีความผันผวน ±10% หลังจากการออกแบบโดยละเอียดเสร็จสิ้น ซึ่งส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากการปรับขนาดส่วนและวิธีการเชื่อมต่อโดยละเอียด

การออกแบบแผ่นดินไหว: ระบบโครงหลังคาต้องได้รับการออกแบบตามรหัสเปรู E.030 (โซนแผ่นดินไหว 4) และไม่อนุญาตให้เพิ่มประสิทธิภาพมากเกินไปเพื่อความปลอดภัยจากแผ่นดินไหว

โหลดแผงโซลาร์เซลล์: แปและคอร์ดด้านบนของโครงถักในพื้นที่แผงโซลาร์เซลล์จะต้องได้รับการเสริมกำลัง และการควบคุมการโก่งตัวจะต้องเข้มงวดมากขึ้น (ภายใน L/200) เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อระบบแผงโซลาร์เซลล์

ข้อกำหนดในการป้องกันการกัดกร่อน-: ส่วนประกอบที่เป็นเหล็กทั้งหมดควรจุ่มร้อน-ด้วยสังกะสีจุ่มร้อน เพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมชื้นชายฝั่งของลิมา และยืดอายุการใช้งานของโครงสร้าง

การปฏิบัติตามรหัส: งานออกแบบและการก่อสร้างทั้งหมดต้องเป็นไปตามรหัสท้องถิ่นของเปรู RNE / E.030, E.050, E.070 และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

 

 

ปริมาณการใช้เหล็กโดยละเอียดจะถูกแบ่งตามช่วงสี่ช่วงที่ไม่เท่ากัน (13 ม., 17 ม., 25 ม., 28 ม.) รวมกับระยะห่างโครงถัก 22 ม. และโหลดแผงโซลาร์เซลล์ และดัชนีการใช้เหล็กจะถูกปรับตามขนาดช่วง (ยิ่งช่วงใหญ่ ดัชนีก็จะยิ่งสูงขึ้น) รายละเอียดเฉพาะมีดังนี้:

ขนาดช่วง	ความยาวช่วง (ม.)	พื้นที่ที่สอดคล้องกัน (ประมาณ., ตารางเมตร)	ดัชนีการบริโภคเหล็ก (กก./ตร.ม.)	ปริมาณการใช้เหล็กโดยประมาณ (ตัน)	หมายเหตุ
ช่วงที่ 1	13	2400	25	60	ช่วงที่เล็กที่สุด โหลดที่เบาที่สุด ความครอบคลุมแผงโซลาร์เซลล์บางส่วน
ช่วงที่ 2	17	2450	28	68.6	ช่วงปานกลาง โหลดปานกลาง ความครอบคลุมแผงโซลาร์เซลล์บางส่วน
ช่วงที่ 3	25	2250	32	72	ช่วงขนาดใหญ่ภาระหนัก พื้นที่ครอบคลุมแผงโซลาร์เซลล์หลัก
ช่วงที่ 4	28	1800	35	63	ช่วงสูงสุด โหลดหนักที่สุด พื้นที่ครอบคลุมแผงโซลาร์เซลล์หลัก
ทั้งหมด	83 (ผลรวมของช่วง)	8900 (พื้นที่อาคารทั้งหมด)	30 (ดัชนีเฉลี่ย)	263.6	การเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากการประมาณค่าทั้งหมด (±2%) เนื่องจากการปัดเศษ

หมายเหตุ: พื้นที่ที่สอดคล้องกันของแต่ละช่วงจะประมาณตามพื้นที่ทั้งหมด 8900 ตร.ม. และสัดส่วนของแต่ละช่วงในความกว้างทั้งหมด (85 ม.) ซึ่งมีไว้เพื่อการอ้างอิงเท่านั้น พื้นที่จริงและปริมาณการใช้เหล็กจะต้องเป็นไปตามแบบการออกแบบโดยละเอียด

 

คานหลังคาหลักหลัก (ส่วน H)

- ก200×750×12×6 มม

- ก250×750×25×6 มม

- ก350×750×25×9 มม

- ก200×400×16×6 มม

 

สมาชิกรอง

- แป: Z305×76×19×3.0 มม

- เหล็กค้ำยันแนวนอน/ด้านข้าง: มุมเหล็ก 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 โครงสร้างหลังคาหลัก

- ระบบมัด:

18–22 กก./ตร.ม. → **160.2 – 195.8 ตัน**

- ระบบลำแสง H (ส่วนลึก ระยะห่าง 22 ม. โหลด PV):

24–30 กก./ตร.ม. → **213.6 – 267.0 ตัน**

 

2.2 ระบบค้ำยัน

- โครงถัก:

2.5–4.0 กก./ตร.ม. → **22.3 – 35.6 ตัน**

- เอชบีม:

3.5–5.0 กก./ตร.ม. → **31.2 – 44.5 ตัน**

*เหตุผล: คานรูปตัว H มีความแข็งเกร็งจากการบิดตามธรรมชาติน้อยกว่า จำเป็นต้องมีการค้ำยันเพิ่มเติม*

 

2.3 แป

- ทั้งสองระบบ:

แป Z305 โหลดและระยะห่างเท่ากัน

8–11 กก./ตร.ม. → **71.2 – 97.9 ตัน**

*เกือบเหมือนกันทั้งสำหรับหลังคาโครงและหลังคาเอชบีม*

 

2.4 การเปรียบเทียบน้ำหนักเหล็กรวม

- หลังคาโครงทั้งหมด:

254 – 329 ตัน

-ยอดรวมหลังคาคาน H:

316 – 409 ตัน

 

 

3.1 ระบบมัด

- พฤติกรรม: แรงตามแนวแกนรูปสามเหลี่ยม (แรงดึง/แรงอัดเท่านั้น)

- ความแข็ง: ความแข็งทางเรขาคณิตสูง เหมาะสำหรับช่วงยาวและการควบคุมการโก่งตัว (สำคัญสำหรับ PV)

- ความเสถียร: ขึ้นอยู่กับการค้ำยันน้อยลง ความมั่นคงโดยธรรมชาติจากลวดลายสามเหลี่ยม

- ประสิทธิภาพของแผ่นดินไหว: กระจายพลังงานได้ดี น้ำหนักเบา ความเฉื่อยต่ำกว่า

- ประสิทธิภาพช่วง: มีประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับช่วง **25–28m**

 

3.2 ระบบเอชบีม

- พฤติกรรม: การดัด + แรงเฉือน + แรงตามแนวแกน

- ความแข็ง: ประสิทธิภาพการดัดงอลดลงต่อกิโลกรัม; ส่วนที่ลึก/หนักกว่าจำเป็นเพื่อให้ตรงกับการโก่งตัวของโครง

- ความเสถียร: มีแนวโน้มที่จะเกิดการโก่งงอด้านข้าง; ต้องมีการค้ำยันบ่อยขึ้น

- ประสิทธิภาพแผ่นดินไหว: น้ำหนักตัวเองที่สูงขึ้นจะเพิ่มความต้องการแผ่นดินไหว

- ความสามารถในการก่อสร้าง: การสร้างและการประกอบที่เรียบง่ายกว่า แต่มีส่วนประกอบที่หนักกว่า

 

 

 

ความคล้ายคลึงกัน

- ทั้งสองรองรับน้ำหนักหลังคาเท่ากัน (เดด + PV + ไลฟ์ + ลม)

- ขนาดแป ระยะห่าง และน้ำหนักเท่ากัน

- ทั้งสองต้องเป็นไปตามขีดจำกัดการโก่งตัวของเปรู (L/200 สำหรับ PV)

- ทั้งสองเป็นไปตาม E.030, E.050, E.070 สำหรับ Huachipa, Lima

 

ความแตกต่าง

1. กลไกการบังคับ:

- โครงถัก: แรงตามแนวแกนเท่านั้น → มีประสิทธิภาพสูง

- ลำแสง H: ควบคุมการดัด → ประหยัดวัสดุน้อยลง

2. ปริมาณการใช้เหล็ก:

- โครงสร้างหลัก: คาน H ใช้เหล็ก +25% ถึง +40%

- การค้ำยัน: H-beam ต้องการการค้ำยันเพิ่มขึ้น +30% ถึง +40%

- แป: เกือบจะเหมือนกัน

3. ประสิทธิภาพช่วง:

- Truss: เหนือกว่าสำหรับช่วง 25–28m

- ลำแสง H: ต้องใช้ส่วนที่หนักเพื่อควบคุมการโก่งตัว

4. พฤติกรรมแผ่นดินไหว:

- โครงถัก: เบากว่า ความเฉื่อยต่ำกว่า ประสิทธิภาพดีกว่าในโซน 4

- คาน H: แรงแผ่นดินไหวที่หนักกว่าและสูงกว่า

5. ต้นทุนและการก่อสร้าง:

- โครงถัก: ใช้แรงงานมากขึ้น ใช้วัสดุน้อยลง

- เอชบีม: ใช้แรงงานน้อยลง ใช้วัสดุมากขึ้น

 

 

- ระบบมัด:

การใช้เหล็กที่มีประสิทธิภาพและเบากว่า ดีกว่าสำหรับช่วงยาวและบริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวสูง

เหล็กรวม: 254 – 329 ตัน

 

-ระบบเอชบีม:

โครงสร้างง่ายกว่าแต่หนักกว่ามาก

เหล็กรวม: 316 – 409 ตัน