قائمة مواد مشروع تروس السقف الفولاذي في بيرو وتحليل الأحمال الهيكلية

هواتشيبا، مشروع تروس السقف الفولاذي في ليما - قائمة المواد وتحليل الأحمال الهيكلية

 

 

يقع هذا المشروع في هواتشيبا، ليما، بيرو، مع التركيز على تصميم وبناء نظام الجمالون للأسقف الفولاذية (باستثناء الأعمدة الفولاذية ومكونات الجدران). تم تجهيز السقف بألواح شمسية، ويتوافق التصميم بشكل صارم مع قوانين البناء المحلية في بيرو. يتم تلخيص المعالم الرئيسية للمشروع على النحو التالي:

إجمالي مساحة البناء: 8,900 ㎡

الطول الإجمالي: 109 م

العرض الإجمالي: 85 م (تخطيط غير منتظم بمسافات متعددة)

أحجام الامتداد (على طول اتجاه 85 م، امتدادات غير متساوية): 13 م، 17 م، 25 م، 28 م (الحد الأقصى للامتداد: 28 م)

تباعد الجمالون (تباعد الخليج): حوالي 22 م

تكوين السقف: مجهز بحوالي 4400 متر مربع من الألواح الشمسية (النظام الكهروضوئي)

النطاق الهيكلي: نظام الجمالون السقفي فقط (الجمالونات، والدعامات، وقضبان الربط، والمدادات)، باستثناء الأعمدة الفولاذية وإطارات الجدران

الرموز المطبقة: قوانين البناء المحلية في بيرو

 

 

يعتمد تحليل الأحمال على الظروف البيئية الفعلية في هواتشيبا وليما، ويتبع بدقة الرموز البيروفية E.030 (رمز الزلازل)، وE.050 (رمز حمل الرياح)، وE.070 (رمز حمل الثلج). يتم حساب جميع الأحمال وفقاً لمستوى أهمية المباني الصناعية (عامل الأهمية U=1.0).

 

 

تقع هواتشيبا، ليما في المنطقة الزلزالية 4 في بيرو، وهي منطقة زلزالية عالية الشدة-. المعلمات الزلزالية المحددة هي كما يلي:

المنطقة الزلزالية: المنطقة 4، Z=0.45g (ذروة التسارع الأرضي)

نوع تربة الموقع: S1 (تربة صلبة)، معامل الموقع S=1.0

التأثير الزلزالي: يتطلب نظام الجمالون السقف صلابة زلزالية كافية لمقاومة القوى الزلزالية الأفقية. يجب أن يتم تصميم وصلات الجمالون ونظام التثبيت بشكل متحفظ لضمان الاستقرار الهيكلي في ظل النشاط الزلزالي.

 

 

ليما مدينة ساحلية، وتتأثر منطقة هواتشيبا بالرياح الساحلية. يتم تحديد معلمات حمل الرياح على النحو التالي:

ضغط الرياح الأساسي: 0.55-0.65 كيلو نيوتن/م2

تأثير الرياح: تعمل الألواح الشمسية الموجودة على السطح على زيادة امتصاص الرياح وتأثير اهتزاز الرياح. يتم تضخيم معامل شكل السقف بشكل مناسب لمراعاة تأثير الألواح الشمسية على توزيع حمل الرياح.

متطلبات مقاومة الرياح: يجب أن تكون دعامات السقف والمدادات ونظام التثبيت قادرة على مقاومة شفط الرياح وضغط الرياح الإيجابي، مما يضمن عدم حدوث أي ضرر هيكلي أو تشوه مفرط.

 

 

تتمتع هواتشيبا، ليما بمناخ ساحلي استوائي مع عدم تساقط الثلوج على مدار العام. ولذلك، يتم تحديد حمل الثلوج الأساسي على النحو التالي:

حمل الثلج الأساسي S₀: ≈ 0 كيلو نيوتن/㎡

ملحوظة: لا يتم أخذ حمل ثلجي إضافي في الاعتبار في التصميم الهيكلي، ولكن نظام تصريف السقف مصمم لمنع تراكم المياه (أي ما يعادل الحمل الموحد الجزئي).

 

 

إجمالي حمل السقف هو مجموع الحمل الميت، وحمل الألواح الشمسية، والحمل الحي، وهو أعلى بكثير من حمل الورش الصناعية العادية. الحساب المحدد هو كما يلي:

الحمولة الميتة على السقف (الوزن الذاتي لغطاء السقف + المدادات): ≈ 0.30 كيلو نيوتن/㎡

حمل اللوحة الشمسية (الألواح الشمسية + الدعامات): ≈ 0.18–0.22 كيلو نيوتن/㎡

الحمل المباشر للصيانة: 0.50 كيلو نيوتن/م2 (بما يتماشى مع معايير البناء الصناعية في بيرو)

إجمالي حمولة السقف: ≈ 0.98–1.02 كيلو نيوتن/㎡

ملاحظة: يجب التحكم في انحراف دعامات ومدادات السقف ضمن L/200 (L هو امتداد الجمالونات أو المدادات) لضمان استقرار نظام الألواح الشمسية.

 

يعتمد اختيار المواد على معايير الصلب المحلية في بيرو ومتطلبات أحمال المشروع، مع التركيز على المتانة والأداء الزلزالي والفعالية من حيث التكلفة. قائمة المواد التفصيلية هي كما يلي:

 

 

درجة الفولاذ: المعيار الصيني Q355B/Q235B (أي ما يعادل A36 في معيار ASTM)، مع قوة جيدة وليونة، ومناسب للمناطق الزلزالية العالية.

نوع القسم:

الوتر العلوي والوتر السفلي: -مقطع فولاذي - تم تحديده وفقًا للامتداد والحمل، مع نطاق حجم القسم: H300×150×6×8 إلى H400×200×8×10 (تم ضبطه بناءً على مسافات مختلفة: 13 م/17 م/25 م/28 م).

أعضاء الويب: زاوية فولاذية أو -قسم فولاذي - نطاق حجم القسم: L75×5 إلى L100×8 (لمسافات 13 م/17 م)؛ L100×8 إلى L125×10 (لمسافات 25 م/28 م).

طريقة الاتصال: -مسامير عالية القوة (درجة 10.9) للاتصال، مما يضمن الاتصال الموثوق به والمقاومة الزلزالية.

المعالجة: باستخدام طلاء تمهيدي غني بالإيبوكسي والزنك-بسمك 80 ميكرومتر

 

 

درجة الفولاذ: المعيار الصيني Q235B

نوع القسم: فولاذ دائري (φ16–φ22) أو فولاذ زاوية (L63×5–L80×6)، يستخدم لمقاومة القوى الأفقية (الزلزالية والرياح) والحفاظ على ثبات نظام الجمالون.

الترتيب: يتم وضع الدعامات على فترات من 2-3 دعامات، مع ترتيب - الدعامات المتقاطعة والدعامات القطرية بالتناوب لتشكيل نظام مقاومة جانبي ثابت -.

المعالجة: باستخدام طلاء تمهيدي غني بالإيبوكسي والزنك-بسمك 80 ميكرومتر

 

 

درجة الفولاذ: المعيار الصيني Q235B

نوع القسم: فولاذ دائري (φ20–φ25) أو أنابيب فولاذية (φ89×4–φ114×4)، تستخدم لنقل التوتر الأفقي بين الجمالونات وضمان الاستقرار العام للسقف.

المعالجة: باستخدام طلاء تمهيدي غني بالإيبوكسي والزنك-بسمك 80 ميكرومتر

 

 

درجة الفولاذ: المعيار الصيني Q235B

نوع القسم: فولاذ مقطع - أو فولاذ مقطع - Z (نوع مقوى، مناسب لحمل الألواح الشمسية)، نطاق حجم القسم: C160×60×20×2.5 إلى C220×70×20×3.0 (يتم ضبطه وفقًا لتباعد المدادة وحمل الألواح الشمسية).

التباعد: حوالي 1.5-2.0 متر، مما يضمن قدرة المدادات على تحمل الحمل المشترك لأغطية السقف والألواح الشمسية دون تشوه مفرط.

المعالجة: الجلفنة 275 كجم/م3

 

 

مسامير عالية القوة-: درجة 10.9، مطابقة لحجم قسم الجمالونات والدعامات، مع معالجة مضادة للتآكل - (جلفنة بالغمس الساخن-).

-البراغي والمسامير: فولاذ مقاوم للصدأ-مقاوم للتآكل (درجة 304)، يستخدم لربط المدادات وأغطية السقف، بالإضافة إلى دعامات الألواح الشمسية.

طلاء مضاد للتآكل-: جلفنة بالغمس الساخن - (سمك طبقة الزنك أكبر من أو يساوي 80 ميكرومتر) لجميع مكونات الفولاذ، للتكيف مع البيئة الساحلية الرطبة في ليما وضمان عمر الخدمة.

 

استنادًا إلى معايير المشروع، وتحليل الأحمال، واختيار المواد، يتم تقدير استهلاك الفولاذ لنظام الجمالون السقفي (فقط) على النحو التالي، مع الأخذ في الاعتبار المتطلبات الزلزالية العالية في هواتشيبا وليما والحمل الإضافي للألواح الشمسية.

 

 

إلى جانب ظروف الحد الأقصى للامتداد 28 مترًا، وتباعد الجمالون 22 مترًا، والحمل الثقيل للألواح الشمسية، والكثافة الزلزالية العالية في ليما، يتم تحديد مؤشر استهلاك الفولاذ لنظام الجمالون السقفي على النحو التالي:

دعامات السقف + الدعامات + قضبان الربط: 18-22 كجم/م2

مدادات السقف (النوع المقوى): 8-11 كجم/م2

إجمالي مؤشر استهلاك الفولاذ: 26–33 كجم/م2 (اعتماد قيمة وسطى معتدلة-عليا تبلغ 30 كجم/م2 للتقدير، بما يتماشى مع متطلبات الكود البيروفي)

 

 

إجمالي استهلاك الفولاذ=إجمالي مساحة البناء × مؤشر استهلاك الفولاذ ÷ 1000

الحساب: 8,900 ㎡ × 30 كجم/㎡ ÷ 1000=267 طن

 

 

التصميم الاقتصادي الأمثل (الحمل الخفيف، التحسين المكرر): ≈ 230 طنًا

التصميم المحافظ التقليدي (يتوافق مع قوانين بيرو ومتطلبات ليما الزلزالية): ≈ 265-270 طنًا

حمولة عالية / زلزالية عالية / تصميم ممتد كبير - صارم: ≈ 290 طن

 

 

يشمل استهلاك الفولاذ المذكور أعلاه فقط نظام الجمالون للأسقف (الجمالونات، والدعامات، وقضبان الربط، والمدادات)، باستثناء الأعمدة الفولاذية، وإطارات الجدران، ودعامات الألواح الشمسية.

إذا تمت إضافة أعمدة فولاذية، فإن إجمالي استهلاك الفولاذ سيزيد بمقدار 10-13 كجم/م2، وسيبلغ إجمالي استهلاك الفولاذ حوالي 340-400 طن.

قد يكون لاستهلاك الفولاذ الفعلي تقلب بنسبة ±10% بعد اكتمال التصميم التفصيلي، والذي يتأثر بشكل أساسي بالتعديل التفصيلي لأحجام الأقسام وطرق الاتصال.

التصميم الزلزالي: يجب تصميم نظام الجمالون السقفي وفقًا لقانون البيرو E.030 (المنطقة الزلزالية 4)، ولا يُسمح بالتحسين المفرط لضمان السلامة الزلزالية.

تحميل الألواح الشمسية: يجب تقوية المدادات والأوتار العلوية للجمالونات في منطقة الألواح الشمسية، ويجب أن يكون التحكم في الانحراف أكثر صرامة (في حدود L/200) لتجنب تلف نظام الألواح الشمسية.

متطلبات مقاومة-التآكل: من الأفضل أن تكون جميع المكونات الفولاذية مجلفنة بالغمس الساخن- للتكيف مع البيئة الساحلية الرطبة في ليما ولإطالة عمر خدمة الهيكل.

الامتثال للقوانين: يجب أن تتوافق جميع أعمال التصميم والبناء مع القوانين المحلية في بيرو RNE / E.030، E.050، E.070، والمعايير الصناعية ذات الصلة.

 

 

يتم تقسيم استهلاك الفولاذ التفصيلي وفقًا لأربعة امتدادات غير متساوية (13 م، 17 م، 25 م، 28 م)، جنبًا إلى جنب مع تباعد الجمالون بمقدار 22 م وحمل الألواح الشمسية، ويتم تعديل مؤشر استهلاك الفولاذ وفقًا لحجم الامتداد (كلما زاد الامتداد، زاد المؤشر). التوزيع المحدد هو كما يلي:

حجم النطاق	طول المدى (م)	المنطقة المقابلة (تقريبًا، ㎡)	مؤشر استهلاك الفولاذ (كجم/㎡)	الاستهلاك المقدر للصلب (بالطن)	ملاحظات
الفترة الأولى	13	2400	25	60	أصغر فترة، وأخف حمولة؛ تغطية جزئية للألواح الشمسية
النطاق الثاني	17	2450	28	68.6	فترة متوسطة، حمل معتدل؛ تغطية جزئية للألواح الشمسية
النطاق الثالث	25	2250	32	72	فترة كبيرة، حمولة ثقيلة؛ منطقة تغطية الألواح الشمسية الرئيسية
النطاق الرابع	28	1800	35	63	أقصى مدى، أثقل حمولة؛ منطقة تغطية الألواح الشمسية الرئيسية
المجموع	83 (مجموع الامتدادات)	8900 (مساحة البناء الإجمالية)	30 (متوسط ​​المؤشر)	263.6	انحراف طفيف عن التقدير الإجمالي (±2%) بسبب التقريب

ملاحظة: يتم تقدير المساحة المقابلة لكل امتداد على أساس المساحة الإجمالية البالغة 8900 متر مربع ونسبة كل امتداد في العرض الإجمالي (85 مترًا)، وهو للإشارة فقط. يجب أن تخضع المساحة الفعلية واستهلاك الفولاذ لرسومات التصميم التفصيلية.

 

عوارض السقف الأساسية الرئيسية (الأقسام H)

- عرض 200×750×12×6 مم

- عرض 250×750×25×6 ملم

- عرض 350 × 750 × 25 × 9 ملم

- العرض 200×400×16×6 ملم

 

الأعضاء الثانويون

- المدادات: Z305×76×19×3.0 مم

- التقوية الأفقية/الجانبية: زاوية فولاذية 2 بوصة × 2 بوصة × 3/16 بوصة

 

 

2.1 هيكل السقف الرئيسي

- نظام الجمالون:

18–22 كجم/م² → **160.2 – 195.8 طن**

- نظام الشعاع H (الأقسام العميقة، مسافة 22 مترًا، الحمل الكهروضوئي):

24–30 كجم/م² → **213.6 – 267.0 طن**

 

2.2 نظام التثبيت

- الجمالون:

2.5–4.0 كجم/م² ← **22.3 – 35.6 طن**

- الشعاع H:

3.5–5.0 كجم/م² ← **31.2 – 44.5 طن**

*السبب: تتميز العوارض H بصلابة التوائية طبيعية أقل؛ مطلوب المزيد من التدعيم.*

 

2.3 المدادات

- كلا النظامين:

مدادات Z305، نفس التحميل والتباعد

8–11 كجم/م² → **71.2 – 97.9 طن**

*متطابق تقريبًا لكل من أسقف الجمالون والعوارض H.*

 

2.4 مقارنة إجمالي وزن الفولاذ

- إجمالي سقف الجمالون:

254 - 329 طن

-إجمالي سقف العارضة H:

316 - 409 طن

 

 

3.1 نظام الجمالون

- السلوك: القوى المحورية المثلثة (الشد/الضغط فقط).

- الصلابة: صلابة هندسية عالية، جيدة للمسافات الطويلة والتحكم في الانحراف (أمر بالغ الأهمية للطاقة الكهروضوئية).

- الاستقرار: أقل اعتمادًا على التدعيم؛ الاستقرار المتأصل من النمط الثلاثي.

- الأداء الزلزالي: تبديد جيد للطاقة، وخفيف الوزن، وقصور ذاتي أقل.

- كفاءة الامتداد: فعال للغاية لـ **25–28 مترًا**.

 

3.2 نظام الشعاع H

- السلوك: الانحناء + القص + القوى المحورية.

- الصلابة: انخفاض كفاءة الانحناء لكل كجم؛ هناك حاجة إلى أقسام أعمق/أثقل لتتناسب مع انحراف الجمالون.

- الاستقرار: عرضة للانبعاج الالتوائي الجانبي؛ يتطلب تستعد أكثر تواترا.

- الأداء الزلزالي: يزيد الوزن الذاتي العالي من الطلب الزلزالي.

- قابلية الإنشاء: تصنيع وتركيب أبسط، ولكن مكونات أثقل.

 

 

 

التشابه

- كلاهما يدعم نفس أحمال السقف (الميت + الكهروضوئية + الحية + الرياح).

- حجم المدادة والتباعد والوزن متطابقان.

- يجب أن يستوفي كلاهما حدود الانحراف البيروفية (L/200 لـ PV).

- كلاهما يتبعان E.030 وE.050 وE.070 لهواتشيبا، ليما.

 

الاختلافات

1. آلية القوة:

- الجمالون: القوى المحورية فقط → عالية الكفاءة.

- العارضة H: يتم التحكم في الانحناء → أقل كفاءة في استخدام المواد.

2. استهلاك الصلب:

- الهيكل الرئيسي: العارضة H تستخدم الفولاذ بنسبة +25% إلى +40%.

- التدعيم: يحتاج العارضة H إلى تدعيم أكثر بنسبة +30% إلى +40%.

- المدادات: نفس الشيء تقريبًا.

3. الأداء الممتد:

- الجمالون: ممتاز يمتد من 25 إلى 28 مترًا.

- الشعاع H: يتطلب أقسامًا ثقيلة للتحكم في الانحراف.

4. السلوك الزلزالي:

- الجمالون: أخف وزنًا وأقل قصورًا ذاتيًا وأداء أفضل في المنطقة 4.

- H‑beam: حمل زلزالي أثقل وأعلى.

5. التكلفة والبناء:

- الجمالون: عمالة أكثر ومواد أقل.

- الشعاع H: عمالة أقل ومواد أكثر.

 

 

- نظام الجمالون:

استخدام فولاذي أكثر كفاءة وأخف وزنًا وأفضل للمسافات الطويلة والمناطق الزلزالية العالية.

إجمالي الفولاذ: 254 – 329 طناً.

 

-نظام الشعاع H:

بناء أسهل ولكن أثقل بكثير.

إجمالي الفولاذ: 316 – 409 طن.