Peru stalen dakspant projectmateriaallijst en analyse van structurele belasting

Huachipa, Lima stalen dakspantproject - Materiaallijst en analyse van structurele belasting

 

 

Dit project bevindt zich in Huachipa, Lima, Peru, gericht op het ontwerp en de constructie van stalen dakspanten (exclusief stalen kolommen en wandcomponenten). Het dak is uitgerust met zonnepanelen en het ontwerp voldoet strikt aan de Peruaanse lokale bouwvoorschriften. De belangrijkste parameters van het project kunnen als volgt worden samengevat:

Totale bouwoppervlakte: 8.900 ㎡

Totale lengte: 109 m

Totale breedte: 85 m (onregelmatige indeling met meerdere overspanningen)

Overspanningsgroottes (langs 85m richting, ongelijke overspanningen): 13m, 17m, 25m, 28m (maximale overspanning: 28m)

Truss-afstand (baai-afstand): ongeveer 22 meter

Dakconfiguratie: Uitgerust met circa 4.400 ㎡ zonnepanelen (fotovoltaïsch systeem)

Structurele reikwijdte: Alleen dakspanten (spanten, schoren, trekstangen, gordingen), exclusief stalen kolommen en muurframes

Toepasselijke codes: Peruaanse lokale bouwvoorschriften

 

 

De belastingsanalyse is gebaseerd op de werkelijke omgevingsomstandigheden van Huachipa, Lima, en volgt strikt de Peruaanse codes E.030 (Seismische Code), E.050 (Windbelastingcode) en E.070 (Sneeuwbelastingcode). Alle belastingen worden berekend in overeenstemming met het belangrijkheidsniveau van industriële gebouwen (belangfactor U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima ligt in seismische zone 4 van Peru, een seismisch gebied met hoge{1}}intensiteit. De specifieke seismische parameters zijn als volgt:

Seismische zone: Zone 4, Z=0.45g (piekgrondversnelling)

Bodemtype locatie: S1 (harde grond), locatiecoëfficiënt S=1.0

Seismische impact: Het dakspantsysteem vereist voldoende seismische stijfheid om horizontale seismische krachten te weerstaan. De vakwerkverbindingen en het verstevigingssysteem moeten conservatief worden ontworpen om structurele stabiliteit onder aardbevingen te garanderen.

 

 

Lima is een kuststad en het Huachipa-gebied wordt beïnvloed door kustwinden. De windbelastingparameters worden als volgt bepaald:

Basiswinddruk: 0,55–0,65 kN/㎡

Windeffect: De zonnepanelen op het dak vergroten het windzuig- en windtrillingseffect. De vormcoëfficiënt van het dak wordt op passende wijze versterkt om rekening te houden met de impact van zonnepanelen op de verdeling van de windbelasting.

Vereiste windweerstand: De dakspanten, gordingen en verstevigingssysteem moeten bestand zijn tegen windzuiging en positieve winddruk, zodat er geen structurele schade of overmatige vervorming ontstaat.

 

 

Huachipa, Lima heeft een tropisch kustklimaat zonder sneeuwval het hele jaar door. Daarom wordt de basissneeuwbelasting als volgt bepaald:

Basissneeuwbelasting S₀: ≈ 0 kN/㎡

Opmerking: Er wordt geen rekening gehouden met extra sneeuwbelasting in het constructief ontwerp, maar het dakafvoersysteem is ontworpen om waterophoping te voorkomen (equivalent aan gedeeltelijke uniforme belasting).

 

 

De totale dakbelasting is de som van de eigen belasting, de belasting van de zonnepanelen en de belasting, wat aanzienlijk hoger is dan die van gewone industriële werkplaatsen. De specifieke berekening is als volgt:

Eigen gewicht dak (eigen-gewicht van dakbedekking + gordingen): ≈ 0,30 kN/㎡

Zonnepaneelbelasting (zonnepanelen + steunen): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Onderhoud Live Load: 0,50 kN/㎡ (in overeenstemming met Peruaanse industriële bouwnormen)

Totale dakbelasting: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Opmerking: De doorbuiging van de dakspanten en gordingen moet worden gecontroleerd binnen L/200 (L is de overspanning van de spanten of gordingen) om de stabiliteit van het zonnepaneelsysteem te garanderen.

 

De materiaalkeuze is gebaseerd op de Peruaanse lokale staalnormen en projectbelastingsvereisten, waarbij de nadruk ligt op duurzaamheid, seismische prestaties en kosteneffectiviteit. De gedetailleerde materiaallijst is als volgt:

 

 

Staalkwaliteit: Chinese standaard Q355B/Q235B (equivalent aan A36 in ASTM-standaard), met goede sterkte en ductiliteit, geschikt voor hoge seismische gebieden.

Sectietype:

Top Chord & Bottom Chord: H-sectie staal - geselecteerd op basis van overspanning en belasting, met sectiegroottebereik: H300×150×6×8 tot H400×200×8×10 (aangepast op basis van verschillende overspanningen: 13m/17m/25m/28m).

Webleden: hoekstaal of I-profielstaal - sectiegroottebereik: L75×5 tot L100×8 (voor overspanningen van 13 m/17 m); L100×8 tot L125×10 (voor overspanningen van 25m/28m).

Verbindingsmethode: bouten met hoge- sterkte (klasse 10,9) voor verbinding, waardoor een betrouwbare verbinding en seismische weerstand worden gegarandeerd.

Behandeling: met epoxy-zink-rijke primerverf in 80 μm

 

 

Staalkwaliteit: Chinese standaard Q235B

Sectietype: Rond staal (φ16–φ22) of hoekstaal (L63×5–L80×6), gebruikt om horizontale krachten (seismisch, wind) te weerstaan ​​en de stabiliteit van het truss-systeem te behouden.

Opstelling: De verstevigingen worden geplaatst op intervallen van 2 à 3 spanten, waarbij de dwars-verstevigingen en de diagonale verstevigingen afwisselend zijn aangebracht om een ​​stabiel lateraal kracht-weerstandssysteem te vormen.

Behandeling: met epoxy-zink-rijke primerverf in 80 μm

 

 

Staalkwaliteit: Chinese standaard Q235B

Sectietype: Ronde stalen (φ20–φ25) of stalen buis (φ89×4–φ114×4), gebruikt om de horizontale spanning tussen spanten over te brengen en de algehele stabiliteit van het dak te garanderen.

Behandeling: met epoxy-zink-rijke primerverf in 80 μm

 

 

Staalkwaliteit: Chinese standaard Q235B

Sectietype: C-profielstaal of Z-profielstaal (versterkt type, geschikt voor zonnepaneelbelasting), sectiegroottebereik: C160×60×20×2,5 tot C220×70×20×3,0 (aangepast volgens gordingafstand en zonnepaneelbelasting).

Afstand: circa 1,5–2,0 m, zodat de gordingen de gecombineerde belasting van dakbedekking en zonnepanelen kunnen dragen zonder overmatige vervorming.

Behandeling: Galvanisatie 275kg/m³

 

 

Bouten met hoge-sterkte: klasse 10.9, passend bij de sectiegrootte van spanten en verstevigingen, met anti-corrosiebehandeling (thermisch-verzinken).

Zelf-tappende schroeven en klinknagels: corrosie-bestendig roestvrij staal (kwaliteit 304), gebruikt voor het verbinden van gordingen en dakbedekking, evenals voor steunen voor zonnepanelen.

Anti-corrosiecoating: thermisch- galvaniseren (zinklaagdikte groter dan of gelijk aan 80 μm) voor alle stalen componenten, om zich aan te passen aan de vochtige kustomgeving van Lima en de levensduur te garanderen.

 

Op basis van de projectparameters, belastingsanalyse en materiaalkeuze wordt het staalverbruik van het dakspantsysteem (alleen) als volgt geschat, rekening houdend met de hoge seismische vereisten van Huachipa, Lima en de extra belasting van zonnepanelen.

 

 

Gecombineerd met de omstandigheden van een maximale overspanning van 28 meter, een spantafstand van 22 meter, de zware belasting van zonnepanelen en een hoge seismische intensiteit in Lima, wordt de staalverbruiksindex van het dakspantsysteem als volgt bepaald:

Dakspanten + schoren + trekstangen: 18–22 kg/㎡

Dakgordingen (versterkt type): 8–11 kg/㎡

Totale staalconsumptie-index: 26–33 kg/㎡ (waarbij een conservatieve midden-bovenwaarde van 30 kg/㎡ wordt aangehouden voor schatting, in overeenstemming met de Peruaanse codevereisten)

 

 

Totaal staalverbruik=Totaal gebouwoppervlak × Staalverbruikindex ÷ 1000

Berekening: 8.900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 ton

 

 

Economisch geoptimaliseerd ontwerp (lichte belasting, verfijnde optimalisatie): ≈ 230 ton

Conventioneel conservatief ontwerp (voldoet aan de Peruaanse codes en seismische vereisten van Lima): ≈ 265-270 ton

Hoge belasting / hoge seismische waarde / strikt groot-overspanningsontwerp: ≈ 290 ton

 

 

Bovenstaand staalverbruik omvat uitsluitend het dakspantensysteem (spanten, schoren, trekstangen, gordingen), exclusief stalen kolommen, muurframes en zonnepaneelsteunen.

Als er stalen kolommen worden toegevoegd, zal het totale staalverbruik met 10–13 kg/㎡ toenemen en zal het totale staalverbruik ongeveer 340–400 ton bedragen.

Het werkelijke staalverbruik kan een fluctuatie van ±10% hebben nadat het gedetailleerde ontwerp is voltooid, wat voornamelijk wordt beïnvloed door de gedetailleerde aanpassing van sectiegroottes en verbindingsmethoden.

Seismisch ontwerp: Het dakspantsysteem moet worden ontworpen in overeenstemming met de Peruaanse code E.030 (seismische zone 4), en overmatige optimalisatie is niet toegestaan ​​om de seismische veiligheid te garanderen.

Belasting zonnepanelen: De gordingen en topkoorden van spanten in het zonnepaneelgebied moeten worden versterkt en de doorbuigingscontrole moet strenger zijn (binnen L/200) om schade aan het zonnepaneelsysteem te voorkomen.

Anti-corrosievereiste: Alle stalen onderdelen kunnen beter thermisch-gegalvaniseerd zijn om zich aan te passen aan de vochtige kustomgeving van Lima en de levensduur van de constructie te verlengen.

Naleving van de code: Alle ontwerp- en constructiewerkzaamheden moeten voldoen aan de Peruaanse lokale codes RNE / E.030, E.050, E.070 en relevante industriële normen.

 

 

Het gedetailleerde staalverbruik wordt verdeeld op basis van de vier ongelijke overspanningen (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), gecombineerd met de spantafstand van 22 m en de belasting van de zonnepanelen, en de staalverbruikindex wordt aangepast op basis van de overspanning (hoe groter de overspanning, hoe hoger de index). De specifieke verdeling is als volgt:

Spanwijdte	Overspanningslengte (m)	Overeenkomstig gebied (ongeveer, ㎡)	Staalverbruiksindex (kg/㎡)	Geschat staalverbruik (ton)	Opmerkingen
1e span	13	2400	25	60	Kleinste overspanning, lichtste belasting; gedeeltelijke dekking van zonnepanelen
2e span	17	2450	28	68.6	Middelgrote overspanning, gemiddelde belasting; gedeeltelijke dekking van zonnepanelen
3e span	25	2250	32	72	Grote overspanning, zware belasting; belangrijkste dekkingsgebied voor zonnepanelen
4e span	28	1800	35	63	Maximale overspanning, zwaarste belasting; belangrijkste dekkingsgebied voor zonnepanelen
Totaal	83 (som van overspanningen)	8900 (totale bouwoppervlakte)	30 (gemiddelde index)	263.6	Kleine afwijking van de totale schatting (±2%) als gevolg van afronding

Opmerking: het overeenkomstige gebied van elke overspanning wordt geschat op basis van de totale oppervlakte van 8900 ㎡ en het aandeel van elke overspanning in de totale breedte (85 m), wat alleen ter referentie is. De werkelijke oppervlakte en het staalverbruik zijn afhankelijk van de gedetailleerde ontwerptekeningen.

 

Belangrijkste primaire dakbalken (H-secties)

- B200×750×12×6 mm

- B250×750×25×6 mm

- B350×750×25×9 mm

- B200×400×16×6 mm

 

Secundaire leden

- Gordingen: Z305×76×19×3,0 mm

- Horizontale/laterale versteviging: stalen hoek van 2"×2"×3/16".

 

 

2.1 Hoofddakconstructie

- Truss-systeem:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 ton**

- H-balksysteem (diepe secties, 22 m tussenruimte, PV-belasting):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 ton**

 

2.2 Verstevigingssysteem

- Trus:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 ton**

- H-balk:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 ton**

*Reden: H-balken hebben een minder natuurlijke torsiestijfheid; meer versteviging vereist.*

 

2.3 Gordingen

- Beide systemen:

Z305-gordingen, dezelfde belasting en tussenruimte

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 ton**

*Bijna identiek voor zowel spant- als H-balkdaken.*

 

2.4 Vergelijking totaal staalgewicht

- Totaal spantdak:

254 – 329 ton

-H-balkdak totaal:

316 – 409 ton

 

 

3.1 Truss-systeem

- Gedrag: driehoekige axiale krachten (alleen spanning/compressie).

- Stijfheid: hoge geometrische stijfheid, goed voor grote overspanningen en doorbuigingscontrole (cruciaal voor PV).

- Stabiliteit: minder afhankelijk van versteviging; inherente stabiliteit van driehoekig patroon.

- Seismische prestaties: goede energiedissipatie, lichtgewicht, lagere traagheid.

- Overspanningsefficiëntie: Extreem efficiënt voor **25–28m overspanningen**.

 

3.2 H‑Beam-systeem

- Gedrag: buigen + afschuiving + axiale krachten.

- Stijfheid: lagere buigefficiëntie per kg; diepere/zwaardere secties die nodig zijn om de doorbuiging van de spant op te vangen.

- Stabiliteit: gevoelig voor knikken door laterale torsie; vereist vaker versteviging.

- Seismische prestaties: een hoger eigen gewicht verhoogt de seismische vraag.

- Constructeerbaarheid: eenvoudigere fabricage en montage, maar zwaardere componenten.

 

 

 

Overeenkomsten

- Beide ondersteunen dezelfde dakbelastingen (dood + PV + live + wind).

- Gordinggrootte, afstand en gewicht zijn identiek.

- Beide moeten voldoen aan de Peruaanse doorbuigingslimieten (L/200 voor PV).

- Beide volgen E.030, E.050, E.070 voor Huachipa, Lima.

 

Verschillen

1. Krachtmechanisme:

- Truss: alleen axiale krachten → zeer efficiënt.

- H-balk: buiging geregeld → minder materiaalefficiënt.

2. Staalverbruik:

- Hoofdstructuur: H-balk gebruikt +25% tot +40% staal.

- Versteviging: H-balk heeft +30% tot +40% meer versteviging nodig.

- Gordingen: bijna hetzelfde.

3. Overspanningsprestaties:

- Truss: Superieur voor overspanningen van 25–28 m.

- H-balk: vereist zware secties om doorbuiging te beheersen.

4. Seismisch gedrag:

- Truss: lichter, lagere traagheid, betere prestaties in Zone 4.

- H-balk: zwaardere, hogere seismische belasting.

5. Kosten en constructie:

- Truss: meer arbeid, minder materiaal.

- H-balk: minder arbeid, meer materiaal.

 

 

- Truss-systeem:

Efficiënter, lichter staalgebruik, beter voor grote overspanningen en hoge seismische zones.

Totaal staal: 254 – 329 ton.

 

-H-beam-systeem:

Gemakkelijkere constructie, maar aanzienlijk zwaarder.

Totaal staal: 316 – 409 ton.