Lista de materiais do projeto de treliça de aço do Peru e análise de carga estrutural

Huachipa, Lima Projeto de treliça de aço para telhado - Lista de materiais e análise de carga estrutural

 

 

Este projeto está localizado em Huachipa, Lima, Peru, com foco no projeto e construção de sistemas de treliças de aço para telhados (excluindo colunas de aço e componentes de parede). O telhado está equipado com painéis solares e o projeto cumpre rigorosamente os códigos de construção locais peruanos. Os principais parâmetros do projeto são resumidos da seguinte forma:

Área total de construção: 8.900㎡

Comprimento total: 109 m

Largura Total: 85 m (disposição irregular com múltiplos vãos)

Tamanhos de vão (ao longo da direção de 85m, vãos desiguais): 13m, 17m, 25m, 28m (vão máximo: 28m)

Espaçamento da treliça (espaçamento da baía): Aproximadamente 22m

Configuração do telhado: Equipado com painéis solares de aproximadamente 4.400 ㎡ (sistema fotovoltaico)

Escopo Estrutural: Somente sistema de treliça de telhado (treliças, contraventamentos, tirantes, terças), excluindo colunas de aço e molduras de parede

Códigos aplicáveis: códigos de construção locais peruanos

 

 

A análise de carga é baseada nas condições ambientais reais de Huachipa, Lima, e segue rigorosamente os códigos peruanos E.030 (Código Sísmico), E.050 (Código de Carga de Vento) e E.070 (Código de Carga de Neve). Todas as cargas são calculadas de acordo com o nível de importância dos edifícios industriais (fator de importância U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima, está localizada na Zona Sísmica 4 do Peru, que é uma área sísmica de alta-intensidade. Os parâmetros sísmicos específicos são os seguintes:

Zona Sísmica: Zona 4, Z=0.45g (pico de aceleração do solo)

Tipo de solo do local: S1 (solo duro), coeficiente do local S=1.0

Impacto Sísmico: O sistema de treliça do telhado requer rigidez sísmica suficiente para resistir às forças sísmicas horizontais. As ligações da treliça e o sistema de contraventamento devem ser concebidos de forma conservadora para garantir a estabilidade estrutural sob acção sísmica.

 

 

Lima é uma cidade costeira e a área de Huachipa é afetada pelos ventos costeiros. Os parâmetros de carga do vento são determinados da seguinte forma:

Pressão básica do vento: 0,55–0,65 kN/㎡

Efeito do Vento: Os painéis solares no telhado aumentam a sucção do vento e o efeito de vibração do vento. O coeficiente de forma do telhado é amplificado adequadamente para levar em conta o impacto dos painéis solares na distribuição da carga do vento.

Requisito de resistência ao vento: As treliças, terças e sistema de contraventamento do telhado devem ser capazes de resistir à sucção do vento e à pressão positiva do vento, garantindo que não haja danos estruturais ou deformação excessiva.

 

 

Huachipa, Lima, tem um clima tropical costeiro sem queda de neve durante todo o ano. Portanto, a carga básica de neve é ​​​​determinada da seguinte forma:

Carga básica de neve S₀: ≈ 0 kN/㎡

Nota: Nenhuma carga adicional de neve é ​​considerada no projeto estrutural, mas o sistema de drenagem do telhado é projetado para evitar o acúmulo de água (equivalente a carga uniforme parcial).

 

 

A carga total do telhado é a soma da carga permanente, carga do painel solar e carga viva, que é significativamente maior do que a das oficinas industriais comuns. O cálculo específico é o seguinte:

Carga morta do telhado (peso próprio-da cobertura + terças): ≈ 0,30 kN/㎡

Carga do painel solar (painéis solares + suportes): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Carga móvel de manutenção: 0,50 kN/㎡ (de acordo com os padrões de construção industrial peruanos)

Carga total do telhado: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Nota: A deflexão das treliças e terças do telhado deve ser controlada dentro de L/200 (L é o vão das treliças ou terças) para garantir a estabilidade do sistema de painéis solares.

 

A seleção do material é baseada nos padrões de aço locais peruanos e nos requisitos de carga do projeto, com foco na durabilidade, desempenho sísmico e economia-. A lista detalhada de materiais é a seguinte:

 

 

Classe de aço: Padrão chinês Q355B/Q235B (equivalente a A36 no padrão ASTM), com boa resistência e ductilidade, adequado para áreas de alta atividade sísmica.

Tipo de seção:

Corda superior e corda inferior: seção H-de aço - selecionada de acordo com vão e carga, com faixa de tamanho de seção: H300×150×6×8 a H400×200×8×10 (ajustado com base em diferentes vãos: 13m/17m/25m/28m).

Membros da Web: Cantoneira de aço ou I{0}}seção de aço - faixa de tamanho de seção: L75×5 a L100×8 (para vãos de 13m/17m); L100×8 a L125×10 (para vãos de 25m/28m).

Método de conexão: parafusos de alta-resistência (grau 10,9) para conexão, garantindo conexão confiável e resistência sísmica.

Tratamento: Com tinta de fundo rica em epóxi zinco-em 80μm

 

 

Classe de aço: Padrão Chinês Q235B

Tipo de seção: Aço redondo (φ16–φ22) ou cantoneira de aço (L63×5–L80×6), usado para resistir a forças horizontais (sísmicas, vento) e manter a estabilidade do sistema de treliça.

Disposição: o contraventamento é definido em intervalos de 2 a 3 treliças, com contraventamento-cruzado e diagonal dispostos alternadamente para formar um sistema resistente-à força lateral estável.

Tratamento: Com tinta de fundo rica em epóxi zinco-em 80μm

 

 

Classe de aço: Padrão Chinês Q235B

Tipo de seção: Aço redondo (φ20–φ25) ou tubo de aço (φ89×4–φ114×4), usado para transferir a tensão horizontal entre as treliças e garantir a estabilidade geral da cobertura.

Tratamento: Com tinta de fundo rica em epóxi zinco-em 80μm

 

 

Classe de aço: Padrão Chinês Q235B

Tipo de seção: seção C-de aço ou seção Z-de aço (tipo reforçado, adequado para carga de painel solar), faixa de tamanho de seção: C160×60×20×2,5 a C220×70×20×3,0 (ajustado de acordo com o espaçamento da terça e a carga do painel solar).

Espaçamento: Aproximadamente 1,5–2,0 m, garantindo que as terças possam suportar a carga combinada da cobertura do telhado e dos painéis solares sem deformação excessiva.

Tratamento: Galvanização 275kg/m³

 

 

Parafusos de alta-resistência: grau 10,9, adequados ao tamanho da seção das treliças e contraventamentos, com tratamento anti-corrosão (galvanização-por imersão a quente).

Parafusos e rebites autorroscantes-: aço inoxidável-resistente à corrosão (grau 304), usado para conectar terças e coberturas de telhado, bem como suportes de painéis solares.

Revestimento anti-corrosão: Galvanização-por imersão a quente (espessura da camada de zinco maior ou igual a 80μm) para todos os componentes de aço, para se adaptar ao ambiente úmido costeiro de Lima e garantir a vida útil.

 

Com base nos parâmetros do projeto, análise de carga e seleção de materiais, o consumo de aço do sistema de treliça do telhado (apenas) é estimado da seguinte forma, considerando as altas exigências sísmicas de Huachipa, Lima e a carga adicional de painéis solares.

 

 

Combinado com as condições de vão máximo de 28m, espaçamento de treliça de 22m, carga pesada do painel solar e alta intensidade sísmica em Lima, o índice de consumo de aço do sistema de treliça do telhado é determinado da seguinte forma:

Treliças de telhado + contraventamento + tirantes: 18–22 kg/㎡

Terças de telhado (tipo reforçado): 8–11 kg/㎡

Índice de consumo total de aço: 26–33 kg/㎡ (adotando um valor médio-superior conservador de 30 kg/㎡ para estimativa, em linha com os requisitos do código peruano)

 

 

Consumo total de aço=Área total construída × Índice de consumo de aço ÷ 1000

Cálculo: 8.900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 toneladas

 

 

Design Econômico Otimizado (carga leve, otimização refinada): ≈ 230 toneladas

Projeto Conservador Convencional (em conformidade com os códigos peruanos e os requisitos sísmicos de Lima): ≈ 265–270 toneladas

Alta Carga/Alta Sísmica/Projeto Estrito de Grande-vão: ≈ 290 toneladas

 

 

O consumo de aço acima inclui apenas o sistema de treliça do telhado (treliças, contraventamentos, tirantes, terças), excluindo colunas de aço, molduras de parede e suportes de painéis solares.

Se forem adicionadas colunas de aço, o consumo total de aço aumentará em 10–13 kg/㎡, e o consumo total de aço será de aproximadamente 340–400 toneladas.

O consumo real de aço pode ter uma flutuação de ± 10% após a conclusão do projeto detalhado, o que é afetado principalmente pelo ajuste detalhado dos tamanhos das seções e métodos de conexão.

Projeto Sísmico: O sistema de treliças do telhado deve ser projetado de acordo com o Código Peruano E.030 (Zona Sísmica 4), e não é permitida otimização excessiva para garantir a segurança sísmica.

Carga do painel solar: As terças e cordas superiores das treliças na área do painel solar devem ser reforçadas e o controle de deflexão deve ser mais rigoroso (dentro de L/200) para evitar danos ao sistema do painel solar.

Requisito anti-corrosão: É melhor que todos os componentes de aço sejam galvanizados-por imersão a quente para se adaptarem ao ambiente úmido costeiro de Lima e prolongar a vida útil da estrutura.

Conformidade com o Código: Todos os trabalhos de projeto e construção devem estar em conformidade com os códigos locais peruanos RNE / E.030, E.050, E.070 e padrões industriais relevantes.

 

 

O consumo detalhado de aço é dividido de acordo com os quatro vãos desiguais (13m, 17m, 25m, 28m), combinados com o espaçamento da treliça de 22m e a carga do painel solar, e o índice de consumo de aço é ajustado de acordo com o tamanho do vão (quanto maior o vão, maior o índice). A repartição específica é a seguinte:

Tamanho do vão	Comprimento do vão (m)	Área correspondente (aprox., ㎡)	Índice de Consumo de Aço (kg/㎡)	Consumo estimado de aço (toneladas)	Observações
1º período	13	2400	25	60	Menor vão, carga mais leve; cobertura parcial do painel solar
2º período	17	2450	28	68.6	Vão médio, carga moderada; cobertura parcial do painel solar
3º período	25	2250	32	72	Grande vão, carga pesada; principal área de cobertura do painel solar
4º período	28	1800	35	63	Vão máximo, carga mais pesada; principal área de cobertura do painel solar
Total	83 (soma dos vãos)	8900 (área total de construção)	30 (índice médio)	263.6	Ligeiro desvio da estimativa total (±2%) devido a arredondamentos

Nota: A área correspondente de cada vão é estimada com base na área total de 8.900 ㎡ e na proporção de cada vão na largura total (85m), que é apenas para referência. A área real e o consumo de aço estarão sujeitos aos desenhos detalhados do projeto.

 

Vigas principais primárias do telhado (seções H)

- L200×750×12×6 mm

- L250×750×25×6 mm

- L350×750×25×9 mm

- L200×400×16×6 mm

 

Membros Secundários

- Terças: Z305×76×19×3,0 mm

- Contraventamento horizontal/lateral: ângulo de aço de 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Estrutura Principal do Telhado

- Sistema de treliça:

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

- Sistema de viga H (seções profundas, espaçamento de 22 m, carga fotovoltaica):

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

 

2.2 Sistema de Suporte

- Treliça:

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

- Feixe H:

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

*Motivo: as vigas H têm menos rigidez torcional natural; é necessário mais reforço.*

 

2.3 Terças

- Ambos os sistemas:

Terças Z305, mesmo carregamento e espaçamento

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

*Quase idêntico para telhados de treliça e viga H.*

 

2.4 Comparação do peso total do aço

- Total do telhado de treliça:

254 – 329 toneladas

-Total do telhado com viga H:

316 – 409 toneladas

 

 

3.1 Sistema de Treliça

- Comportamento: Forças axiais triangulares (somente tensão/compressão).

- Rigidez: Alta rigidez geométrica, boa para vãos longos e controle de deflexão (crítica para PV).

- Estabilidade: Menos dependente de órtese; estabilidade inerente ao padrão triangular.

- Desempenho sísmico: Boa dissipação de energia, peso leve, menor inércia.

- Eficiência de vãos: Extremamente eficiente para **vãos de 25 a 28 m**.

 

3.2 Sistema de Feixe H

- Comportamento: Flexão + cisalhamento + forças axiais.

- Rigidez: Menor eficiência de flexão por kg; seções mais profundas/mais pesadas necessárias para corresponder à deflexão da treliça.

- Estabilidade: Propenso a flambagem lateral-torcional; requer órteses mais frequentes.

- Desempenho sísmico: um peso próprio maior aumenta a demanda sísmica.

- Construtibilidade: fabricação e montagem mais simples, mas componentes mais pesados.

 

 

 

Semelhanças

- Ambos suportam as mesmas cargas de telhado (morto + fotovoltaico + ativo + vento).

- O tamanho, o espaçamento e o peso da terça são idênticos.

- Ambos devem satisfazer os limites de deflexão peruanos (L/200 para PV).

- Ambas seguem E.030, E.050, E.070 para Huachipa, Lima.

 

Diferenças

1. Mecanismo de força:

- Treliça: Somente forças axiais → altamente eficiente.

- Viga H: Dobra controlada → menos eficiência de material.

2. Consumo de aço:

- Estrutura principal: a viga H usa +25% a +40% de aço.

- Contraventamento: a viga H precisa de +30% a +40% mais contraventamento.

- Terças: quase iguais.

3. Desempenho de extensão:

- Treliça: Superior para vãos de 25 a 28 m.

- Viga H: requer seções pesadas para controlar a deflexão.

4. Comportamento sísmico:

- Treliça: mais leve, menor inércia, melhor desempenho na Zona 4.

- Feixe H: Carga sísmica mais pesada e maior.

5. Custo e construção:

- Treliça: Mais mão de obra, menos material.

- Viga H: menos mão de obra, mais material.

 

 

- Sistema de treliça:

Uso de aço mais eficiente e mais leve, melhor para vãos longos e zonas sísmicas elevadas.

Aço total: 254 – 329 toneladas.

 

-Sistema de feixe H:

Construção mais fácil, mas significativamente mais pesada.

Aço total: 316 – 409 toneladas.