8 aukštų daugiafunkcio surenkamojo pastato, skirto Filipinų klientui, struktūrinis projektavimas ir analizė

8 aukštų daugiafunkcio pastato konstrukcijų projektavimas ir analizė Filipinų klientui

 

 

Šis projektas yra 8 aukštų daugiafunkcis pastatas, esantis Maniloje, Filipinuose, kurio bendras matmuo yra 20 m × 20 m. Kiekvieno aukšto aukštis suprojektuotas taip: 1 aukštas (automobilių stovėjimo aikštelė) ir antresolės bendras plotis yra 6 m; 2 aukštas (sandėlis) yra 6m aukščio; 3 ir 4 aukštai (biurų patalpos) yra atitinkamai 4,5 m ir 3,4 m; 5-7 aukštai (gyvenamieji rajonai) yra 3,4 m aukščio; 8 aukštas (stogo viešoji erdvė) plius stogo aukštis 2,8m. Erdvės optimizavimui išdėstytos tik 3 konstrukcinių stulpelių eilutės: A ašyje iš viso yra 4 stulpeliai, atstumas tarp ašių A ir B ašies yra 13,2 m, o tarpas tarp B ir C ašių yra 6,8 m. Atstumas tarp 4 stulpelių A ašyje yra atitinkamai 5,9 m (1–2 ašys), 8,2 m (2–3 ašys) ir 5,9 m (3–4 ašys).

 

 

 

Nacionalinis Filipinų struktūrinis kodeksas (NSCP) 2015: reglamentuoja bendrą konstrukcijos projektą, apkrovos skaičiavimą, medžiagų eksploatacines savybes ir saugos reikalavimus.

Filipinų statybos kodeksas (PBC) 2004: reglamentuoja pastatų naudojimą, priešgaisrinę saugą ir konstrukcijų ilgaamžiškumą, atitinkantį daugiafunkcius pastatus (parkavimo, sandėlio, biuro, gyvenamosios, viešosios erdvės).

Seisminio projektavimo kriterijai: Manila yra vidutinio stiprumo seisminėje zonoje, kurios didžiausias žemės pagreitis (PGA) yra 0,15 g; konstrukcijų projekte naudojamas 7 (0,15 g) seisminis intensyvumas anti-seisminiam patikrinimui.

Vėjo apkrovos kriterijai: Pagrindinis vėjo greitis Maniloje yra 45 m/s (3 kategorija); vėjo apkrovos skaičiavimas pagal NSCP 2015 28 skyrių, atsižvelgiant į vėjo slėgio pasiskirstymą ir konstrukcinį vėjo pasipriešinimo koeficientą.

 

 

Dead apkrova (DL): Pagal NSCP 2015, derinama su pastato funkcija: stogas (2,5 kN/m²), gyvenamasis aukštas (2,0 kN/m²), biuro aukštas (2,5 kN/m²), sandėlio aukštas (5,0 kN/m²), automobilių stovėjimo aikštelė (4,0 kN/m²), antresolė (3,0 kN/m²); Plieninės konstrukcijos elementų savaiminis-svoris apskaičiuojamas pagal faktinį sekcijos dydį.

Tiesioginė apkrova (LL): Gyvenamasis rajonas (2,5 kN/m²), biurų plotas (3,0 kN/m²), sandėlis (10,0 kN/m²), automobilių stovėjimo aikštelė (2,5 kN/m² vienai transporto priemonei, plius 1,0 kN/m² pėstiesiems), viešoji erdvė stogu (2,0 kN/m²).

Seisminė apkrova (EL): apskaičiuojama naudojant atsako spektro metodą, atsižvelgiant į konstrukcinį masės pasiskirstymą, standumo charakteristikas ir slopinimo koeficientą (plieninėms konstrukcijoms 0,05).

Vėjo apkrova (WL): apskaičiuojama kaip vėjo slėgis (w=0.613 × V², V=45 m/s) ir paskirstoma kiekvienam aukštui pagal aukštį ir konstrukcijos formą; vėjo-sukelta vibracija tikrinama aukštai-aukštose vietose (5–8 aukštai).

Kitos apkrovos: Sniego apkrova neatsižvelgiama (Manila yra atogrąžų regionas); žemės drebėjimo{0}}sukeltos antrinės apkrovos (pvz., P-Δ efektas) ir temperatūros įtempis įtraukiami į projekto patikrą.

 

 

Atsižvelgiant į pastato funkciją, erdvės reikalavimus ir vietinio kodo reikalavimus, priimta plieninė karkaso konstrukcija, kurios pranašumai yra lengvas, didelis stiprumas, geras lankstumas ir greita konstrukcija. Konkretus struktūrinis išdėstymas yra toks:

Kolonos: naudojamos plieninės H-sijos; kolonų sekcijos nustatomos pagal kiekvieno aukšto apkrovą-. 1-2 aukštai (parkingas + sandėlis) dėl didelės apkrovos yra H600×250×8×12 mm; 3-4 aukštai (biuras) yra 500×200×7×10 mm dydžio; 5-8 aukštai (gyvenamasis + stogas) yra 400 × 200 × 6 × 8 mm dydžio.

Sijos: plieninės H-sijos naudojamos grindų sijos ir stogo sijos. Sijos tarp ašių A ir B (13,2 m tarpatramio) turi H500 × 200 × 7 × 10 mm (1–2 aukštai) ir H450 × 180 × 6 × 9 mm (3–8 aukštai); sijos tarp ašių B ir C ašių (6,8 m tarpatramio) turi H400 × 180 × 6 × 8 mm (visuose aukštuose); antresolės sijos yra 300 × 150 × 6 × 8 mm dydžio.

Grindų plokštė: naudojama kompozicinė grindų plokštė (plieninis paklotas + betonas), kurios betono storis yra 120 mm (gyvenamajame / biure), 150 mm (sandėlyje / automobilių stovėjimo aikštelėje) ir 100 mm (mezoninas / stogas); plieno denio modelis yra B-120, kurio storis 1,2 mm.

Šoninio pasipriešinimo sistema: pats plieninis rėmas užtikrina šoninį standumą; be to, pastato kampuose (A-1, A-4, C-1, C-4 ašys) išdėstytos įstrižinės petnešos, kurios padidina šoninį atsparumą vėjo ir seisminėms apkrovoms.

 

 

Plieno sąnaudos apima visas pagrindines konstrukcines dalis: kolonas, sijas, grindų plieninius paklotus, įstrižas atramas ir sujungimo komponentus (varžtus, suvirinimo medžiagas ir kt.). Pridedama 10 % nuolaida sujungimo komponentams (varžtams, suvirinimui ir kt.), atsižvelgiant į pagrindinių elementų svorį, o tai atitinka įprastą plieninių konstrukcijų projektų skaičiavimo standartą.

 

 

Struktūrinis komponentas	Specifikacija	Kiekis	Vieneto svoris (kg/m)	Bendras ilgis (m)	Bendras svoris (kg)
Kolonos (1-2 aukštai)	H600×250×8×12	12 (3 eilutės × 4 stulpeliai)	118.5	144 (12 kolonų × 12 m bendras aukštis 1-2 aukštuose)	17064
Kolonos (3-4 aukštai)	H500×200×7×10	12	84.3	90 (12 kolonų × 7,5 m bendras aukštis 3–4 aukštuose)	7587
Kolonos (5-8 aukštai)	H400×200×6×8	12	62.1	134,4 (12 kolonų × 11,2 m bendras aukštis 5–8 aukštuose)	8346.24
Sijos (A-B ašis, 1–2 aukštai)	H500×200×7×10	24 (4 tarpai × 6 aukštai, 1-2 aukštai)	84.3	316,8 (24 sijos × 13,2 m tarpatramis)	26706.24
Sijos (A-B ašis, 3–8 aukštai)	H450×180×6×9	48 (4 tarpai × 12 aukštų, 3-8 aukštai)	70.2	633,6 (48 sijos × 13,2 m tarpatramis)	44478.72
Sijos (B-C ašis, visi aukštai)	H400×180×6×8	72 (4 tarpatramiai × 18 aukštų, visi 8 aukštai)	58.5	489,6 (72 sijos × 6,8 m)	28641.6
Mezonino sijos	H300×150×6×8	12 (4 tarpai × 3 eilutės)	40.2	120 (12 sijų × 10 m vidutinis tarpatramis)	4824
Įstrižainės petnešos	H200×150×6×8	32 (4 kampai × 8 aukštai)	30.1	179,2 (32 petnešos × 5,6 m vidutinis ilgis)	5393.92
Plieninis grindų denis	B-120 (1,2 mm)	1 komplektas (visi aukštai)	12 kg/m²	2880 m² (20m × 20m × 7,2 aukštai, neįskaitant stogo)	34560
Plieninis stogas	B-120 (1,2 mm)	1 rinkinys	12 kg/m²	400 m² (20m×20m)	4800
Iš viso pagrindiniai nariai	-	-	-	-	182407.72
Prisijungimo pašalpa (10 %)	-	-	-	-	18240.77
Bendras plieno suvartojimas	-	-	-	-	200648,49 kg (≈200,65 tonos)

 

Bendras plieno suvartojimas: apytiksliai 200,65 metrinės tonos (įskaitant 10% prijungimo pašalpą).

Vieneto plieno sąnaudos: 200,65 tonos / (20m×20m×8 grindys)=62.7 kg/m² (skaičiuojama pagal bendrą 3200 m² grindų plotą).

Plieninio karkaso daugiafunkcių pastatų vieneto plieno suvartojimas yra priimtino diapazono (60–80 kg/m²) ribose, o tai atitinka panašių projektų Maniloje projektavimo standartus.

 

 

Šioje analizėje įvertinamas dabartinės konstrukcinės konstrukcijos (remiantis Manilos vietiniais kodeksais) pritaikymas pagrindinėse CBC rinkose, tokiose kaip Tonga, Naujoji Kaledonija, Papua Naujoji Gvinėja, Čilė ir Peru, daugiausia dėmesio skiriant vietinių seisminių, vėjo apkrovų ir statybos kodekso reikalavimų skirtumams.

 

 

Seisminės sąlygos: Tonga yra didelėje seisminėje zonoje (Ramiojo vandenyno ugnies žiede), kurios PGA yra 0,30–0,40 g, o tai yra daug didesnis nei Manilos 0,15 g.

Vėjo apkrova: Pagrindinis vėjo greitis yra 55-60 m/s (cikloninis regionas), žymiai didesnis nei Manilos 45 m/s.

Kodo reikalavimai: Atitinka 2018 m. Tongos statybos kodeksą (TBC), kuriame nustatyti griežtesni šoninio atsparumo ir konstrukcijos lankstumo reikalavimai.

Sprendimas dėl pritaikymo: nerekomenduojama. Dabartinis konstrukcijos standumas ir seisminis atsparumas yra nepakankami, kad atlaikytų dideles Tongos seismines ir vėjo apkrovas; reikia gerokai sustiprinti kolonų-sijų sekcijas ir šoninių tvirtinimo sistemą, o plieno sąnaudos padidės 30–40 proc.

 

 

Seisminės sąlygos: Vidutinė seisminė zona, kurios PGA yra 0,20 g, šiek tiek didesnis nei Manilos 0,15 g.

Vėjo apkrova: Pagrindinis vėjo greitis yra 50 m/s (atogrąžų ciklono -linkusi vietovė), didesnis nei Manilos 45 m/s.

Kodo reikalavimai: atitinka Prancūzijos užjūrio teritorijų statybos kodeksą (RTC) 2020, kuris yra panašus į Europos standartus ir turi griežtus konstrukcijos patvarumo ir atsparumo vėjui reikalavimus.

Sprendimas dėl pritaikymo: reikia pakeisti. Dabartinis dizainas gali būti pritaikytas po dalinių koregavimų: sustiprinti šoninę atramų sistemą, padidinti stulpelio-sijos flanšų storį 2-3 mm, pakoreguoti seisminio skaičiavimo parametrus; plieno suvartojimas padidės 15-20%.

 

Seisminės sąlygos: didelė seisminė zona, kurios PGA yra 0,25–0,35 g, didesnė nei Manilos 0,15 g; seisminis aktyvumas yra dažnas ir intensyvus.

Vėjo apkrova: Pagrindinis vėjo greitis yra 48-52 m/s, šiek tiek didesnis nei Manilos 45 m/s.

Kodo reikalavimai: priimtas Papua Naujosios Gvinėjos nacionalinis statybos kodeksas (PNG NBC) 2015 m., kuriame pabrėžiamas aukštybinių pastatų seisminis atsparumas ir konstrukcijų lankstumas.

Sprendimas dėl pritaikymo: reikia pakeisti. Pagrindiniai koregavimai apima: stulpelio-sijos dalies dydžio padidinimą (ypač 1–2 aukštuose), daugiau šoninių atramų pridėjimą ir seisminės energijos išsklaidymo sistemos optimizavimą; plieno suvartojimas padidės 25-30%.

 

 

Seisminės sąlygos: viena didžiausių seisminių zonų pasaulyje, kurios PGA yra 0,40-0,50 g, gerokai viršijanti Manilos 0,15 g; dažnai įvyksta didelių žemės drebėjimų.

Vėjo apkrova: Pagrindinis vėjo greitis yra 40–45 m/s, panašus į Manilos 45 m/s.

Kodo reikalavimai: atitinka Čilės statybos kodeksą (NCh 433 Of. 2017), kuris turi griežčiausius seisminio projektavimo standartus pasaulyje, reikalaujančius didelio konstrukcijos lankstumo ir energijos išsklaidymo pajėgumo.

Sprendimas dėl pritaikymo: nerekomenduojama. Dabartinė struktūrinė sistema negali atitikti itin aukštų Čilės seisminių reikalavimų; reikia pertvarkyti naują seismiškai -atsparią sistemą (pvz., plieninio rėmo-įtvaras-energijos išsklaidymo sistemą), o plieno suvartojimas padidės 50 % ar daugiau.

 

 

Seisminės sąlygos: didelė seisminė zona, kurios PGA yra 0,25–0,30 g, didesnė nei Manilos 0,15 g; seisminis intensyvumas skiriasi priklausomai nuo regiono (pakrančių zonos yra sunkesnės).

Vėjo apkrova: Pagrindinis vėjo greitis yra 42-48 m/s, šiek tiek mažesnis arba panašus į Manilos 45 m/s.

Kodo reikalavimai: priimtas 2017 m. Peru statybos kodeksas (E070), kuriame nustatyti griežti aukštybinių pastatų seisminio projektavimo ir konstrukcinio stabilumo reikalavimai.

Sprendimas dėl pritaikymo: reikia pakeisti. Pagrindiniai koregavimai apima: kolonų -sijų jungčių sustiprinimą, konstrukcijos šoninio standumo didinimą ir seisminės apkrovos skaičiavimo optimizavimą; plieno suvartojimas padidės 20-25%.

 

 

Regionas	Seisminis PGA (g)	Pagrindinis vėjo greitis (m/s)	Sprendimas dėl taikymo	Reikalingi pagrindiniai pakeitimai
Manila (Filipinai)	0.15	45	Visiškai taikoma	Nėra
Tonga	0.30-0.40	55-60	Nerekomenduojama	Išsamus konstrukcinės sistemos pertvarkymas, žymiai padidintas sekcijos dydis ir šoninis tvirtinimas
Naujoji Kaledonija	0.20	50	Reikalingas modifikavimas	Sustiprinti šoninius sutvirtinimus, padidinti flanšo storį, koreguoti seisminius parametrus
Papua Naujoji Gvinėja	0.25-0.35	48-52	Reikalingas modifikavimas	Padidinkite stulpelio-sijos sekcijos dydį, pridėkite šoninius įtvarus, optimizuokite energijos išsklaidymo sistemą
Čilė	0.40-0.50	40-45	Nerekomenduojama	Perprojektuokite seismiškai{0}}atsparią sistemą, pridėkite energijos išsklaidiklius, žymiai padidinkite konstrukcijos standumą
Peru	0.25-0.30	42-48	Reikalingas modifikavimas	Sustiprinti kolonų{0}}sijų jungtis, padidinti šoninį standumą, optimizuoti seisminius skaičiavimus

 

Atsižvelgiant į Manilos vietinius kodeksus ir užtikrinant konstrukcijų saugą, galima imtis šių optimizavimo priemonių siekiant sumažinti plieno suvartojimą, pagerinti konstrukcijos efektyvumą ir sumažinti projekto išlaidas, nepažeidžiant pastato funkcijų ir erdvės poreikių.

 

 

Stulpeliai: 5-8 aukšte (gyvenamasis rajonas, nedidelis apkrovimas) kolonos sekciją galima optimizuoti nuo H400×200×6×8 mm iki H350×180×6×8 mm. Įtempių santykio patikrinimas rodo, kad optimizuota sekcija vis tiek gali atitikti keliamuosius reikalavimus, todėl šių kolonų plieno suvartojimas sumažėja apie 8%.

Sijos: sijų tarp B ir C ašių (6,8 m tarpatramis, maža apkrova) sekciją galima optimizuoti nuo H400 × 180 × 6 × 8 mm iki H350 × 180 × 6 × 8 mm, taip sumažinant šių sijų plieno sąnaudas apie 6%.

 

 

Dabartinės įstrižinės petnešos išdėstytos visuose 8 aukštuose; juos galima optimizuoti, kad būtų išdėstyti intervalais (kas 2 aukštus) 5-8 aukštams (gyvenamasis rajonas, nedidelė šoninė apkrova). Šis reguliavimas gali sumažinti petnešų skaičių viršutiniuose aukštuose 50%, tuo pačiu užtikrinant, kad šoninis standumas atitiktų reikalavimus, o plieno sąnaudos sutvirtinimo sistemai sumažinamos maždaug 5%.

 

 

Dabartinis dizainas apima Q235B ir Q355B plieną; jį galima pakeisti visu Q355B arba didelio-stiprumo plienu pagrindinėms kolonoms ir sijoms (1-4 aukštai, didelė apkrova). todėl sekcijos dydis gali būti atitinkamai sumažintas išlaikant tą pačią laikomąją galią. Šis optimizavimas gali sumažinti pagrindinių elementų plieno suvartojimą apie 10–12%.

 

 

5-ame -7-ame aukšte (gyvenamajame rajone) sudėtinės grindų plokštės betono storį galima sumažinti nuo 120 mm iki 100 mm, o plieninio pakloto storį galima išlaikyti 1,2 mm. Šis reguliavimas gali sumažinti grindų savąją apkrovą, taip sumažinant kolonų ir sijų keliamąją apkrovą ir netiesiogiai sumažinant plieno suvartojimą apie 3–4%.

 

 

Atlikus visapusišką optimizavimą, bendras plieno suvartojimas gali būti sumažintas 15-20%, nuo pradinių 200,65 tonų iki 160,52-170,55 tonų. Vieneto plieno sunaudojimas bus sumažintas iki 50,16–53,30 kg/m², o tai vis dar yra priimtino diapazono ribose ir gali veiksmingai sumažinti projekto išlaidas, tuo pačiu užtikrinant konstrukcijų saugumą ir atitinkantį vietinius kodekso reikalavimus.

 

8 - aukštų daugiafunkcio pastato konstrukcija atitinka Manilos vietinių kodeksų (NSCP 2015, PBC 2004) ir apkrovos reikalavimus, o bendras plieno suvartojimas yra maždaug 200,65 tonos, o vieneto plieno sąnaudos yra 62,7 kg/m². Kituose regionuose: jis visiškai taikomas Maniloje; reikalauja modifikacijų Naujojoje Kaledonijoje, Papua Naujojoje Gvinėjoje ir Peru (atitinkamai padidėjus plieno suvartojimui); ir nerekomenduojamas Tongoje ir Čilėje (dėl itin didelių seisminių/vėjo apkrovų reikalavimų). Optimizuojant sekciją, keičiant medžiagas ir reguliuojant sistemą, plieno sąnaudas galima sumažinti 15-20%, nepažeidžiant konstrukcijos saugumo, o tai turi didelę ekonominę naudą.