Elenco dei materiali del progetto capriata in acciaio del Perù e analisi del carico strutturale

Huachipa, Lima Progetto di capriate in acciaio per tetti - Elenco dei materiali e analisi del carico strutturale

 

 

Questo progetto si trova a Huachipa, Lima, Perù, e si concentra sulla progettazione e costruzione di un sistema di capriate del tetto in acciaio (escluse colonne in acciaio e componenti delle pareti). Il tetto è dotato di pannelli solari e il design è rigorosamente conforme alle normative edilizie locali peruviane. I parametri chiave del progetto sono così riassumibili:

Area edificabile totale: 8.900 ㎡

Lunghezza totale: 109 m

Larghezza Totale: 85 m (disposizione irregolare a più campate)

Dimensioni delle campate (lungo la direzione degli 85 m, campate disuguali): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (campata massima: 28 m)

Spaziatura traliccio (spaziatura tra le campate): circa 22 m

Configurazione del tetto: dotato di circa 4.400 ㎡ di pannelli solari (impianto fotovoltaico)

Ambito strutturale: solo sistema di capriate del tetto (capriate, controventi, tiranti, arcarecci), esclusi pilastri in acciaio e telai delle pareti

Codici applicabili: codici edilizi locali peruviani

 

 

L'analisi del carico si basa sulle reali condizioni ambientali di Huachipa, Lima, e segue rigorosamente i codici peruviani E.030 (codice sismico), E.050 (codice carico di vento) ed E.070 (codice carico di neve). Tutti i carichi sono calcolati in base al livello di importanza degli edifici industriali (fattore di importanza U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima, si trova nella zona sismica 4 del Perù, che è un'area sismica ad alta-intensità. I parametri sismici specifici sono i seguenti:

Zona sismica: Zona 4, Z=0.45g (picco di accelerazione al suolo)

Tipo di terreno del sito: S1 (terreno duro), coefficiente del sito S=1.0

Impatto sismico: il sistema di capriate del tetto richiede una rigidità sismica sufficiente per resistere alle forze sismiche orizzontali. Le connessioni reticolari e il sistema di controvento devono essere progettati in modo conservativo per garantire la stabilità strutturale sotto l'azione sismica.

 

 

Lima è una città costiera e la zona di Huachipa è colpita dai venti costieri. I parametri del carico del vento sono determinati come segue:

Pressione base del vento: 0,55–0,65 kN/㎡

Effetto vento: i pannelli solari sul tetto aumentano l'aspirazione del vento e l'effetto delle vibrazioni del vento. Il coefficiente di forma del tetto è opportunamente amplificato per tenere conto dell'impatto dei pannelli solari sulla distribuzione del carico del vento.

Requisiti di resistenza al vento: le capriate del tetto, gli arcarecci e il sistema di rinforzo devono essere in grado di resistere all'aspirazione del vento e alla pressione positiva del vento, garantendo l'assenza di danni strutturali o deformazioni eccessive.

 

 

Huachipa, Lima ha un clima costiero tropicale senza nevicate durante tutto l'anno. Pertanto, il carico di neve di base viene determinato come segue:

Carico di base della neve S₀: ≈ 0 kN/㎡

Nota: nella progettazione strutturale non viene considerato alcun carico di neve aggiuntivo, ma il sistema di drenaggio del tetto è progettato per prevenire l'accumulo di acqua (equivalente a un carico uniforme parziale).

 

 

Il carico totale sul tetto è la somma del carico proprio, del carico dei pannelli solari e del carico accidentale, che è significativamente superiore a quello delle normali officine industriali. Il calcolo specifico è il seguente:

Carico proprio del tetto (peso proprio-della copertura del tetto + arcarecci): ≈ 0,30 kN/㎡

Carico del pannello solare (pannelli solari + supporti): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Carico dinamico di manutenzione: 0,50 kN/㎡ (in linea con gli standard di costruzione industriale peruviani)

Carico totale sul tetto: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Nota: la deflessione delle capriate e degli arcarecci del tetto deve essere controllata entro L/200 (L è la luce delle capriate o degli arcarecci) per garantire la stabilità del sistema di pannelli solari.

 

La selezione dei materiali si basa sugli standard locali peruviani dell'acciaio e sui requisiti di carico del progetto, concentrandosi su durabilità, prestazioni sismiche ed efficienza in termini di costi-. L'elenco dettagliato dei materiali è il seguente:

 

 

Grado di acciaio: standard cinese Q355B/Q235B (equivalente ad A36 nello standard ASTM), con buona resistenza e duttilità, adatto per aree ad alto rischio sismico.

Tipo di sezione:

Corda superiore e corda inferiore: sezione ad H in acciaio - selezionata in base alla campata e al carico, con intervallo di dimensioni della sezione: da H300×150×6×8 a H400×200×8×10 (regolata in base a diverse campate: 13 m/17 m/25 m/28 m).

Membri della rete: Gamma di dimensioni della sezione angolare in acciaio o ad I-sezione in acciaio -: da L75×5 a L100×8 (per campate da 13 m/17 m); Da L100×8 a L125×10 (per campate da 25m/28m).

Metodo di connessione: bulloni ad alta-resistenza (grado 10,9) per la connessione, garantendo una connessione affidabile e resistenza sismica.

Trattamento: con vernice di primer epossidica ricca di zinco-in 80μm

 

 

Grado di acciaio: standard cinese Q235B

Tipo di sezione: acciaio tondo (φ16–φ22) o acciaio angolare (L63×5–L80×6), utilizzato per resistere alle forze orizzontali (sismiche, vento) e mantenere la stabilità del sistema di tralicci.

Disposizione: i rinforzi sono disposti a intervalli di 2-3 capriate, con rinforzi incrociati-e diagonali disposti alternativamente per formare un sistema stabile di resistenza alla forza laterale-.

Trattamento: con vernice di primer epossidica ricca di zinco-in 80μm

 

 

Grado di acciaio: standard cinese Q235B

Tipo di sezione: acciaio tondo (φ20–φ25) o tubo d'acciaio (φ89×4–φ114×4), utilizzato per trasferire la tensione orizzontale tra le capriate e garantire la stabilità complessiva del tetto.

Trattamento: con vernice di primer epossidica ricca di zinco-in 80μm

 

 

Grado di acciaio: standard cinese Q235B

Tipo di sezione: acciaio con sezione C-o acciaio con sezione Z- (tipo rinforzato, adatto al carico del pannello solare), intervallo delle dimensioni della sezione: da C160×60×20×2,5 a C220×70×20×3,0 (regolato in base alla spaziatura degli arcarecci e al carico del pannello solare).

Spaziatura: circa 1,5–2,0 m, per garantire che gli arcarecci possano sopportare il carico combinato della copertura del tetto e dei pannelli solari senza deformazioni eccessive.

Trattamento: Galvanizzazione 275kg/m³

 

 

Bulloni ad alta-resistenza: grado 10,9, corrispondente alle dimensioni della sezione delle capriate e dei rinforzi, con trattamento anti-corrosione (zincatura-a immersione a caldo).

Viti e rivetti auto-filettanti: acciaio inossidabile-resistente alla corrosione (grado 304), utilizzato per collegare gli arcarecci e la copertura del tetto, nonché i supporti dei pannelli solari.

Rivestimento anti-corrosione: zincatura a caldo-per immersione (spessore dello strato di zinco maggiore o uguale a 80μm) per tutti i componenti in acciaio, per adattarsi all'ambiente umido costiero di Lima e garantire la durata.

 

Sulla base dei parametri del progetto, dell'analisi del carico e della selezione dei materiali, il consumo di acciaio del sistema di capriate del tetto (solo) è stimato come segue, considerando gli elevati requisiti sismici di Huachipa, Lima e il carico aggiuntivo dei pannelli solari.

 

 

Combinato con le condizioni di campata massima di 28 m, distanza tra le capriate di 22 m, carico pesante dei pannelli solari e alta intensità sismica a Lima, l'indice di consumo di acciaio del sistema di capriate del tetto è determinato come segue:

Capriate del tetto + controventi + tiranti: 18–22 kg/㎡

Arcarecci del tetto (tipo rinforzato): 8–11 kg/㎡

Indice di consumo totale di acciaio: 26–33 kg/㎡ (adottando un valore medio-superiore conservativo di 30 kg/㎡ per la stima, in linea con i requisiti del codice peruviano)

 

 

Consumo totale di acciaio=Area edificabile totale × Indice di consumo di acciaio ÷ 1000

Calcolo: 8.900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 tonnellate

 

 

Design economico ottimizzato (carico leggero, ottimizzazione raffinata): ≈ 230 tonnellate

Progettazione conservativa convenzionale (conforme ai codici peruviani e ai requisiti sismici di Lima): ≈ 265–270 tonnellate

Carico elevato/Sismica elevata/Design rigoroso a grande-campata: ≈ 290 tonnellate

 

 

Il consumo di acciaio di cui sopra comprende solo il sistema di capriate del tetto (capriate, controventi, tiranti, arcarecci), esclusi colonne in acciaio, telai delle pareti e supporti dei pannelli solari.

Se si aggiungono colonne di acciaio, il consumo totale di acciaio aumenterà di 10–13 kg/㎡ e il consumo totale di acciaio sarà di circa 340–400 tonnellate.

Il consumo effettivo di acciaio può avere una fluttuazione del ±10% una volta completata la progettazione dettagliata, che è influenzata principalmente dalla regolazione dettagliata delle dimensioni della sezione e dei metodi di connessione.

Progettazione sismica: il sistema di capriate del tetto deve essere progettato in conformità con il codice peruviano E.030 (zona sismica 4) e non è consentita un'ottimizzazione eccessiva per garantire la sicurezza sismica.

Carico del pannello solare: gli arcarecci e gli accordi superiori delle capriate nell'area dei pannelli solari devono essere rinforzati e il controllo della deflessione deve essere più rigoroso (entro L/200) per evitare danni al sistema dei pannelli solari.

Requisiti anti-corrosione: è meglio che tutti i componenti in acciaio siano zincati a caldo-per adattarsi all'ambiente umido costiero di Lima e prolungare la durata di servizio della struttura.

Conformità al codice: tutti i lavori di progettazione e costruzione devono essere conformi ai codici locali peruviani RNE/E.030, E.050, E.070 e ai relativi standard industriali.

 

 

Il consumo dettagliato di acciaio è suddiviso in base alle quattro campate disuguali (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), combinate con la spaziatura delle capriate di 22 m e il carico del pannello solare, e l'indice di consumo di acciaio viene adeguato in base alla dimensione della campata (maggiore è la campata, maggiore è l'indice). La ripartizione specifica è la seguente:

Dimensione della portata	Lunghezza della campata (m)	Area corrispondente (circa ㎡)	Indice di consumo di acciaio (kg/㎡)	Consumo stimato di acciaio (tonnellate)	Osservazioni
1a campata	13	2400	25	60	Portata più piccola, carico più leggero; copertura parziale con pannelli solari
2a campata	17	2450	28	68.6	Campata media, carico moderato; copertura parziale con pannelli solari
3a campata	25	2250	32	72	Ampia campata, carico pesante; area di copertura principale del pannello solare
4a campata	28	1800	35	63	Portata massima, carico più pesante; area di copertura principale del pannello solare
Totale	83 (somma delle campate)	8900 (superficie edificabile totale)	30 (indice medio)	263.6	Leggera deviazione dalla stima totale (±2%) dovuta agli arrotondamenti

Nota: l'area corrispondente di ciascuna campata è stimata in base all'area totale di 8900 ㎡ e alla proporzione di ciascuna campata rispetto alla larghezza totale (85 m), che è solo di riferimento. L'area effettiva e il consumo di acciaio saranno soggetti ai disegni di progettazione dettagliati.

 

Travi primarie principali del tetto (sezioni ad H)

- L200×750×12×6 mm

- L250×750×25×6 mm

- L350×750×25×9 mm

- L200×400×16×6 mm

 

Membri secondari

- Arcarecci: Z305×76×19×3,0 mm

- Rinforzo orizzontale/laterale: angolo in acciaio 2"×2"×3/16".

 

 

2.1 Struttura principale del tetto

- Sistema di tralicci:

18–22 kg/m² → **160,2 – 195,8 tonnellate**

- Sistema con travi ad H (sezioni profonde, spaziatura di 22 m, carico FV):

24–30 kg/m² → **213,6 – 267,0 tonnellate**

 

2.2 Sistema di rinforzo

- Travatura:

2,5–4,0 kg/m² → **22,3 – 35,6 tonnellate**

- fascio H:

3,5–5,0 kg/m² → **31,2 – 44,5 tonnellate**

*Motivo: le travi ad H hanno una rigidità torsionale meno naturale; è necessario più rinforzo.*

 

2.3 Arcarecci

- Entrambi i sistemi:

Arcarecci Z305, stesso carico e interasse

8–11 kg/m² → **71,2 – 97,9 tonnellate**

*Quasi identico sia per i tetti a capriate che per quelli con travi ad H.*

 

2.4 Confronto del peso totale dell'acciaio

- Tetto a capriata totale:

254 – 329 tonnellate

-Totale tetto con travi ad H:

316 – 409 tonnellate

 

 

3.1 Sistema di tralicci

- Comportamento: forze assiali triangolate (solo tensione/compressione).

- Rigidità: elevata rigidità geometrica, ottima per campate lunghe e controllo della deflessione (fondamentale per il PV).

- Stabilità: meno dipendente dal tutore; stabilità intrinseca dal modello triangolare.

- Prestazioni sismiche: buona dissipazione di energia, leggerezza, inerzia ridotta.

- Efficienza delle campate: estremamente efficiente per **campate da 25–28 m**.

 

3.2 Sistema H-Beam

- Comportamento: flessione + taglio + forze assiali.

- Rigidità: efficienza di flessione inferiore per kg; sezioni più profonde/pesanti necessarie per adattarsi alla deflessione della travatura reticolare.

- Stabilità: incline alla deformazione torsionale laterale; richiede tutori più frequenti.

- Prestazioni sismiche: un peso proprio maggiore aumenta la domanda sismica.

- Costruttibilità: fabbricazione e montaggio più semplici, ma componenti più pesanti.

 

 

 

Somiglianze

- Entrambi supportano gli stessi carichi sul tetto (morto + FV + attivo + vento).

- Le dimensioni, la spaziatura e il peso dell'arcareccio sono identici.

- Entrambi devono soddisfare i limiti di deflessione peruviani (L/200 per PV).

- Entrambi seguono E.030, E.050, E.070 per Huachipa, Lima.

 

Differenze

1. Meccanismo di forza:

- Traliccio: solo forze assiali → altamente efficiente.

- Trave ad H: flessione controllata → meno efficiente dal punto di vista dei materiali.

2. Consumo di acciaio:

- Struttura principale: la trave ad H utilizza dal +25% al +40% di acciaio.

- Controventatura: la trave ad H richiede dal +30% al +40% di controventatura in più.

- Arcarecci: quasi uguali.

3. Prestazioni di intervallo:

- Traliccio: superiore per campate da 25–28 m.

- Trave ad H: richiede sezioni pesanti per controllare la deflessione.

4. Comportamento sismico:

- Truss: più leggero, inerzia inferiore, prestazioni migliori nella Zona 4.

- Trave ad H: carico sismico più pesante e più elevato.

5. Costi e costruzione:

- Traliccio: più manodopera, meno materiale.

- Trave ad H: meno manodopera, più materiale.

 

 

- Sistema di tralicci:

Utilizzo dell'acciaio più efficiente e leggero, ideale per campate lunghe e zone ad alto rischio sismico.

Acciaio totale: 254 – 329 tonnellate.

 

-Sistema con travi ad H:

Costruzione più semplice ma notevolmente più pesante.

Acciaio totale: 316 – 409 tonnellate.