רשימת חומרים וניתוח עומסים מבניים לפרויקט מסבך פלדה בפרו

Huachipa, Lima Steel Roof Truss Project - רשימת חומרים וניתוח עומסים מבניים

 

 

פרויקט זה ממוקם בהואצ'יפה, לימה, פרו, תוך התמקדות בתכנון ובנייה של מערכת גג פלדה (לא כולל עמודי פלדה ורכיבי קיר). הגג מצויד בפאנלים סולאריים, והעיצוב תואם בקפדנות עם חוקי הבנייה המקומיים של פרו. הפרמטרים המרכזיים של הפרויקט מסוכמים כדלקמן:

שטח בניין כולל: 8,900 ㎡

אורך כולל: 109 מ'

רוחב כולל: 85 מ' (פריסה לא סדירה עם טווחים מרובים)

גודלי טווח (לאורך כיוון 85 מ', טווחים לא שווים): 13 מ', 17 מ', 25 מ', 28 מ' (טווח מרבי: 28 מ')

מרווח מסבך (מרווח מפרץ): כ-22 מ'

תצורת הגג: מצויד בכ-4,400 פאנלים סולאריים (מערכת פוטו-וולטאית)

היקף מבני: מערכת מסבכת גג בלבד (מסבכים, חיזוקים, מוטות קשר, פורלינים), למעט עמודי פלדה ומסגרות קיר

קודים ישימים: חוקי בנייה מקומיים של פרו

 

 

ניתוח העומס מבוסס על תנאי הסביבה בפועל של Huachipa, לימה, ועוקב בקפדנות אחר הקודים הפרואניים E.030 (קוד סייסמי), E.050 (קוד עומס רוח) ו-E.070 (קוד עומס שלג). כל העומסים מחושבים בהתאם לרמת החשיבות של מבני תעשייה (גורם חשיבות U=1.0).

 

 

Huachipa, לימה ממוקמת באזור סייסמי 4 של פרו, שהוא אזור סייסמי בעוצמה גבוהה-. הפרמטרים הסיסמיים הספציפיים הם כדלקמן:

אזור סיסמי: אזור 4, Z=0.45g (שיא תאוצת הקרקע)

סוג אדמת אתר: S1 (אדמה קשה), מקדם אתר S=1.0

השפעה סיסמית: מערכת מסבך הגג דורשת קשיחות סיסמית מספקת כדי להתנגד לכוחות סיסמיים אופקיים. חיבורי המסבך ומערכת החיזוק חייבים להיות מתוכננים באופן שמרני כדי להבטיח יציבות מבנית תחת פעולה סיסמית.

 

 

לימה היא עיר חוף, ואזור Huachipa מושפע מרוחות החוף. פרמטרי עומס הרוח נקבעים כדלקמן:

לחץ רוח בסיסי: 0.55–0.65 קילו-ניין/㎡

אפקט הרוח: הפאנלים הסולאריים על הגג מגבירים את אפקט יניקת הרוח ורטט הרוח. מקדם הצורה של הגג מוגבר כראוי כדי לקחת בחשבון את ההשפעה של פאנלים סולאריים על חלוקת עומס הרוח.

דרישת התנגדות לרוח: מסבכי הגג, הגגונים ומערכת החיזוק חייבים להיות מסוגלים לעמוד בפני יניקה רוח ולחץ רוח חיובי, ולהבטיח ללא נזק מבני או עיוות מוגזם.

 

 

בהואצ'יפה, לימה, יש אקלים חופי טרופי ללא שלג לאורך כל השנה. לכן, עומס השלג הבסיסי נקבע באופן הבא:

עומס שלג בסיסי S₀: ≈ 0 kN/㎡

הערה: לא נחשב עומס שלג נוסף בתכנון המבני, אך מערכת ניקוז הגג נועדה למנוע הצטברות מים (שווה ערך לעומס אחיד חלקי).

 

 

עומס הגג הכולל הוא סכום עומס עצמי, עומס פאנלים סולאריים ועומס חי, שהוא גבוה משמעותית מזה של בתי מלאכה תעשייתיים רגילים. החישוב הספציפי הוא כדלקמן:

עומס עצמי של גג (משקל-עצמי של חיפוי גג + סורגים): ≈ 0.30 kN/㎡

עומס פאנלים סולאריים (פאנלים סולאריים + תומכים): ≈ 0.18–0.22 קילוגרם/㎡

עומס חי תחזוקה: 0.50 kN/㎡ (בהתאמה לסטנדרטים של בנייה תעשייתית פרואנית)

עומס גג כולל: ≈ 0.98–1.02 קילו-ניין/㎡

הערה: יש לשלוט על הסטייה של מסבכי הגג ושל הגגונים בטווח של L/200 (L הוא טווח של מסבכים או פורלינים) כדי להבטיח את יציבות מערכת הפאנלים הסולאריים.

 

בחירת החומרים מבוססת על תקני הפלדה המקומיים של פרו ודרישות העומס של הפרויקט, תוך התמקדות בעמידות, ביצועים סייסמיים ויעילות-עלות. רשימת החומרים המפורטת היא כדלקמן:

 

 

דרגת פלדה: תקן סיני Q355B/Q235B (מקביל ל-A36 בתקן ASTM), בעל חוזק וגמישות טובים, מתאים לאזורים סיסמיים גבוהים.

סוג מדור:

אקורד עליון ואקורד תחתון: H-חתך פלדה - נבחר בהתאם לטווח ולעומס, עם טווח גודל המקטע: H300×150×6×8 עד H400×200×8×10 (מותאם על סמך טווחים שונים: 13m/17m/25m/28m).

חברי אינטרנט: פלדת זווית או I-מקטע פלדה - טווח גודל מקטע: L75×5 עד L100×8 (עבור טווחים של 13 מ'/17 מ'); L100×8 עד L125×10 (עבור טווחים של 25 מ'/28 מ').

שיטת חיבור: ברגים- בחוזק גבוה (דרגה 10.9) לחיבור, המבטיחים חיבור אמין והתנגדות סיסמית.

טיפול: עם אבץ אפוקסי-צבע פריימר עשיר ב-80 מיקרומטר

 

 

דרגת פלדה: תקן סיני Q235B

סוג חתך: פלדה עגולה (φ16–φ22) או פלדה זווית (L63×5–L80×6), משמשת לעמידה בפני כוחות אופקיים (סיסמי, רוח) ושמירה על יציבות מערכת המסבך.

סידור: החיזוק נקבע במרווחים של 2-3 מסבכים, עם חיזוק- צולב וחיזוק אלכסוני מסודרים לסירוגין ליצירת מערכת התנגדות לכוח צדדי-.

טיפול: עם אבץ אפוקסי-צבע פריימר עשיר ב-80 מיקרומטר

 

 

דרגת פלדה: תקן סיני Q235B

סוג חתך: צינור פלדה עגול (φ20–φ25) או צינור פלדה (φ89×4–φ114×4), המשמש להעברת המתח האופקי בין מסבכים ולהבטחת היציבות הכוללת של הגג.

טיפול: עם אבץ אפוקסי-צבע פריימר עשיר ב-80 מיקרומטר

 

 

דרגת פלדה: תקן סיני Q235B

סוג מקטע: פלדה בחתך C- או פלדה בחתך Z- (סוג מחוזק, מתאים לעומס פאנלים סולאריים), טווח גודל מקטע: C160×60×20×2.5 עד C220×70×20×3.0 (מותאם לפי מרווחי פורלין ועומס פאנלים סולאריים).

מרווחים: כ-1.5-2.0 מ', מה שמבטיח שהפורלינים יכולים לשאת את העומס המשולב של חיפוי גגות ופאנלים סולאריים ללא עיוות יתר.

טיפול: גלוון 275 ק"ג/מ"ר

 

 

ברגים חוזק- גבוה: דרגת 10.9, התואמים לגודל החתך של מסבכים וחיזוקים, עם טיפול נגד-קורוזיה (גלוון-חם).

ברגים ומסמרות הקשה עצמית-: פלדת אל חלד עמידה- בפני קורוזיה (דרגה 304), המשמשת לחיבור פורלינס וכיסוי גג, כמו גם תומכים לפנלים סולאריים.

ציפוי נגד-קורוזיה: טבילה חמה-(עובי שכבת אבץ גדולה מ-80 מיקרומטר או שווה ל-80מיקרומטר) עבור כל רכיבי הפלדה, כדי להתאים את עצמם לסביבה הלחה בחופי לימה ולהבטיח חיי שירות.

 

בהתבסס על פרמטרי הפרויקט, ניתוח עומסים ובחירת החומרים, צריכת הפלדה של מערכת מסבך הגג (בלבד) מוערכת באופן הבא, בהתחשב בדרישות הסייסמיות הגבוהות של Huachipa, לימה והעומס הנוסף של פאנלים סולאריים.

 

 

בשילוב עם התנאים של טווח מקסימלי של 28 מ', מרווח מסבך של 22 מ', עומס כבד של פאנלים סולאריים ועוצמה סיסמית גבוהה בלימה, מדד צריכת הפלדה של מערכת מגן הגג נקבע באופן הבא:

קורות גג + חיזוק + מוטות קשר: 18–22 ק"ג/㎡

פורלי גג (סוג מחוזק): 8–11 ק"ג/㎡

אינדקס צריכת פלדה כוללת: 26–33 ק"ג/㎡ (אימוץ ערך בינוני- עליון שמרני של 30 ק"ג/㎡ לצורך הערכה, בהתאם לדרישות הקוד הפרואני)

 

 

צריכת פלדה כוללת=סה"כ שטח בניין × מדד צריכת פלדה ÷ 1000

חישוב: 8,900 ㎡ × 30 ק"ג/㎡ ÷ 1000=267 טון

 

 

עיצוב אופטימלי חסכוני (עומס קל, אופטימיזציה מעודנת): ≈ 230 טון

עיצוב שמרני קונבנציונלי (תואם לקודים פרואניים ולדרישות סיסמיות של לימה): ≈ 265–270 טון

עומס גבוה / סיסמי גבוה / קפדני עיצוב גדול-: ≈ 290 טון

 

 

צריכת הפלדה הנ"ל כוללת רק את מערכת מסבך הגג (מסבכים, חיזוקים, מוטות קשר, פורלינים), למעט עמודי פלדה, מסגרות קיר ותמיכות פאנלים סולאריים.

אם מוסיפים עמודי פלדה, צריכת הפלדה הכוללת תגדל ב-10-13 ק"ג/㎡, וצריכת הפלדה הכוללת תהיה כ-340-400 טון.

לצריכת הפלדה בפועל עשויה להיות תנודה של ±10% לאחר השלמת התכנון המפורט, המושפעת בעיקר מההתאמה המפורטת של גדלי המקטעים ושיטות החיבור.

תכנון סיסמי: מערכת מסבך הגג חייבת להיות מתוכננת בהתאם לקוד פרואני E.030 (אזור סיסמי 4), ואסור לבצע אופטימיזציה מופרזת כדי להבטיח בטיחות סיסמית.

עומס פאנלים סולאריים: יש לחזק את הסורגים והמיתרים העליונים של מסבכים באזור הפאנלים הסולאריים, ובקרת הסטייה חייבת להיות קפדנית יותר (בתוך L/200) כדי למנוע נזק למערכת הפאנלים הסולאריים.

דרישה נגד-קורוזיה: כל רכיבי הפלדה עדיף להיות מגולוונים חמים- כדי להתאים את עצמם לסביבה הלחה בחופי לימה ולהאריך את חיי השירות של המבנה.

תאימות לקוד: כל עבודות התכנון והבנייה חייבות לעמוד בקודים המקומיים של פרואני RNE / E.030, E.050, E.070, ולתקנים תעשייתיים רלוונטיים.

 

 

צריכת הפלדה המפורטת מחולקת לפי ארבעת הטווחים הלא שווים (13 מ', 17 מ', 25 מ', 28 מ'), בשילוב עם מרווח המסבך של 22 מ' ועומס הפאנלים הסולאריים, ומדד צריכת הפלדה מותאם לפי גודל הטווח (ככל שהטווח גדול יותר, כך המדד גבוה יותר). הפירוט הספציפי הוא כדלקמן:

גודל טווח	אורך טווח (מ')	אזור מקביל (בערך, ㎡)	מדד צריכת פלדה (ק"ג/㎡)	צריכת פלדה משוערת (טון)	הערות
טווח 1	13	2400	25	60	טווח הקטן ביותר, העומס הקל ביותר; כיסוי חלקי של פאנל סולארי
טווח 2	17	2450	28	68.6	תוחלת בינונית, עומס בינוני; כיסוי חלקי של פאנל סולארי
טווח 3	25	2250	32	72	תוחלת גדולה, עומס כבד; אזור הכיסוי העיקרי של פאנל סולארי
טווח רביעי	28	1800	35	63	תוחלת מירבית, עומס הכבד ביותר; אזור הכיסוי העיקרי של פאנל סולארי
סַך הַכֹּל	83 (סכום של טווחים)	8900 (שטח בניין כולל)	30 (מדד ממוצע)	263.6	סטייה קלה מההערכה הכוללת (±2%) עקב עיגול

הערה: השטח התואם של כל טווח מוערך על סמך השטח הכולל של 8900 ㎡ והיחס של כל טווח ברוחב הכולל (85 מ'), שהוא לעיון בלבד. השטח בפועל וצריכת הפלדה יהיו כפופים לשרטוטי התכנון המפורטים.

 

קורות גג ראשיות ראשיות (חתכי H)

- W200×750×12×6 מ"מ

- W250×750×25×6 מ"מ

- W350×750×25×9 מ"מ

- W200×400×16×6 מ"מ

 

חברים משניים

- פורלינס: Z305×76×19×3.0 מ"מ

- חיזוק אופקי/צדדי: זווית פלדה 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 מבנה גג ראשי

- מערכת מסבך:

18–22 ק"ג/מ"ר → **160.2 - 195.8 טון**

- מערכת H-beam (קטעים עמוקים, מרווח של 22 מטר, עומס PV):

24–30 ק"ג/מ"ר → **213.6 – 267.0 טון**

 

2.2 מערכת חיזוק

- מסבך:

2.5–4.0 ק"ג/מ"ר → **22.3 – 35.6 טון**

- H-beam:

3.5–5.0 ק"ג/מ"ר → **31.2 - 44.5 טון**

*סיבה: לקורות H יש פחות קשיחות פיתול טבעית; נדרש חיזוק נוסף.*

 

2.3 פורלינס

- שתי המערכות:

Z305 purlins, טעינה ומרווח זהה

8–11 ק"ג/מ"ר → **71.2 - 97.9 טון**

*כמעט זהה גם לגגות מסבך וגם לקורות H.*

 

2.4 השוואת משקל כולל פלדה

- סה"כ גג מסבך:

254 – 329 טון

-סה"כ גג H-beam:

316 – 409 טון

 

 

3.1 מערכת מסבך

- התנהגות: כוחות צירים משולשים (מתח/דחיסה בלבד).

- קשיחות: קשיחות גיאומטרית גבוהה, טובה לטווחים ארוכים ולבקרת סטיה (קריטי עבור PV).

- יציבות: פחות תלוי בחיזוק; יציבות אינהרנטית מתבנית משולשת.

- ביצועים סייסמיים: פיזור אנרגיה טוב, קל משקל, אינרציה נמוכה יותר.

- יעילות טווח: יעילה במיוחד עבור **25-28 מ' טווח**.

 

מערכת 3.2 H-Beam

- התנהגות: כיפוף + גזירה + כוחות צירים.

- קשיחות: יעילות כיפוף נמוכה יותר לק"ג; נחוצים קטעים עמוקים/כבדים יותר כדי להתאים לסטייה של מסבך.

- יציבות: נוטה להתקפצות לרוחב; דורש חיזוק תכוף יותר.

- ביצועים סיסמיים: משקל עצמי גבוה יותר מגביר את הביקוש הסיסמי.

- יכולת בנייה: ייצור והקמה פשוטים יותר, אך רכיבים כבדים יותר.

 

 

 

קווי דמיון

- שניהם תומכים באותם עומסי גג (מת + PV + חי + רוח).

- הגודל, המרווח והמשקל של פורלין זהים.

- שניהם חייבים לעמוד במגבלות הסטייה הפרואנית (L/200 עבור PV).

- שניהם עוקבים אחר E.030, E.050, E.070 עבור Huachipa, לימה.

 

הבדלים

1. מנגנון כוח:

- מסבך: כוחות צירים בלבד → יעילים ביותר.

- H-beam: כיפוף נשלט → פחות יעיל בחומר.

2. צריכת פלדה:

- מבנה ראשי: H-beam משתמש ב-+25% עד +40% פלדה.

- חיזוק: H-beam זקוק ל-+30% עד +40% יותר חיזוק.

- פורלינס: כמעט אותו דבר.

3. ביצועי טווח:

- מסבך: מעולה לטווחים של 25-28 מ'.

- H-beam: דורש קטעים כבדים כדי לשלוט בסטייה.

4. התנהגות סייסמית:

- מסבך: קל יותר, אינרציה נמוכה יותר, ביצועים טובים יותר באזור 4.

- H-beam: עומס סיסמי כבד יותר, גבוה יותר.

5. עלות ובנייה:

- מסבך: יותר עבודה, פחות חומר.

- H-beam: פחות עבודה, יותר חומר.

 

 

- מערכת מסבך:

שימוש יעיל יותר, קל יותר בפלדה, טוב יותר לטווחים ארוכים ואזורים סיסמיים גבוהים.

סך הפלדה: 254 – 329 טון.

 

-מערכת H-beam:

בנייה קלה יותר אך כבדה משמעותית.

סך הפלדה: 316 – 409 טון.