8-korruselise multifunktsionaalse kokkupandava hoone konstruktsiooniprojekt ja analüüs Filipiinide kliendile

8-korruselise multifunktsionaalse hoone ehitusprojekt ja analüüs Filipiinide kliendile

 

 

See projekt on Filipiinidel Manilas asuv 8-korruseline multifunktsionaalne hoone, mille üldmõõtmed on 20 m × 20 m. Iga korruse kõrgus on kavandatud järgmiselt: 1. korrus (parkla) pluss poolkorrus kokku 6m; 2. korrus (ladu) on 6m kõrge; 3. ja 4. korrus (büroopinnad) on vastavalt 4,5 ja 3,4 meetri kaugusel; 5.-7. korrus (elurajoonid) on igaüks 3,4m kõrge; 8. korrus (katus üldkasutatav ruum) pluss katuse kõrgus on 2,8m. Ruumi optimeerimiseks on paigutatud ainult 3 rida struktuurseid veerge: A-teljel on kokku 4 veergu, telje A ja B vaheline kaugus on 13,2 m ning telje B ja C vaheline kaugus on 6,8 m. A-telje nelja veeru vaheline kaugus on vastavalt 5,9 m (1–2 telg), 8,2 m (2–3 telg) ja 5,9 m (3–4 telg).

 

 

 

Filipiinide riiklik struktuurikoodeks (NSCP) 2015: reguleerib üldist konstruktsiooniprojekti, koormuse arvutamist, materjali toimivust ja ohutusnõudeid.

Filipiinide ehituskoodeks (PBC) 2004: reguleerib hoonete kasutamist, tuleohutust ja konstruktsiooni vastupidavust, mis vastavad multifunktsionaalsetele hoonetele (parkla, ladu, kontor, elamu, avalik ruum).

Seismilise disaini kriteeriumid: Manila asub mõõdukas seismilises tsoonis, mille maksimaalne maapinna kiirendus (PGA) on 0,15 g; konstruktsioonilahendus kasutab seismiliseks kontrolliks seismilist intensiivsust 7 (0,15 g).

Tuulekoormuse kriteeriumid: Manilas on tuule põhikiirus 45 m/s (3. kategooria); tuulekoormuse arvutus järgib NSCP 2015 28. peatükki, võttes arvesse tuulerõhu jaotust ja konstruktsiooni tuuletakistuse koefitsienti.

 

 

Survekoormus (DL): NSCP 2015 järgi kombineerituna hoone funktsiooniga: katus (2,5 kN/m²), elukorrus (2,0 kN/m²), bürookorrus (2,5 kN/m²), laokorrus (5,0 kN/m²), parkla (4,0 kN/m²), poolkorrus (3,0 kN/m²); Teraskonstruktsioonidetailide omakaal-arvutatakse sektsiooni tegeliku suuruse alusel.

Live Load (LL): Elamupiirkond (2,5 kN/m²), kontoripind (3,0 kN/m²), ladu (10,0 kN/m²), parkla (2,5 kN/m² sõiduki kohta, pluss 1,0 kN/m² jalakäijatele), katus (2,0 kN/m²).

Seismiline koormus (EL): arvutatud reaktsioonispektri meetodi abil, võttes arvesse konstruktsiooni massijaotust, jäikuse karakteristikuid ja summutussuhet (teraskonstruktsioonide puhul 0,05).

Tuulekoormus (WL): arvutatakse tuule rõhuna (w=0.613 × V², V=45 m/s) ja jaotatakse igale korrusele vastavalt kõrgusele ja konstruktsioonikujule; tuule-indutseeritud vibratsiooni kontrollitakse kõrgel-tõusudel (5-8 korrust).

Muud koormused: Lumekoormust ei võeta arvesse (Manila on troopiline piirkond); maavärina-indutseeritud sekundaarsed koormused (nagu P-Δ efekt) ja temperatuuristress kaasatakse konstruktsioonikontrolli.

 

 

Arvestades hoone funktsiooni, ruuminõudeid ja kohalikke koodinõudeid, võetakse vastu terasraami struktuur, mille eelisteks on kerge kaal, kõrge tugevus, hea plastilisus ja kiire ehitus. Konkreetne struktuurne paigutus on järgmine:

Veerud: kasutatakse terasest H-talasid; sammaste sektsioonid määratakse iga korruse -kandevõime järgi. 1.-2. korrus (parkla + ladu) on suure koormuse tõttu omaks H600×250×8×12 mm; 3.-4. korrus (büroo) on mõõdud 500×200×7×10 mm; 5.-8. korrus (elamu + katus) on mõõdud 400×200×6×8 mm.

Talad: terasest H-talasid kasutatakse põranda- ja katusetaladena. Telgede A ja B vahel (13,2 m ava) on talad H500 × 200 × 7 × 10 mm (1.–2. korrus) ja H450 × 180 × 6 × 9 mm (3.–8. korrus); telgede B ja C vahelised talad (6,8 m ava) on H400 × 180 × 6 × 8 mm (kõik põrandad); mezzanine talad on H300 × 150 × 6 × 8 mm.

Põrandaplaat: kasutatakse komposiitpõrandaplaati (terastekk + betoon), mille betooni paksus on 120 mm (elamu/kontor), 150 mm (ladu/parkla) ja 100 mm (mezzanine/katus); terasteki mudel on B-120, paksusega 1,2 mm.

Külgmise takistuse süsteem: terasraam ise tagab külgmise jäikuse; lisaks on hoone nurkades (teljed A-1, A-4, C-1, C-4) paigutatud diagonaalsed traksid, et suurendada külgmist takistust tuule ja seismilise koormuse vastu.

 

 

Terasekulu hõlmab kõiki peamisi konstruktsioonielemente: sambad, talad, põranda terasest tekid, diagonaaltoed ja ühendusdetailid (poldid, keevitusmaterjalid jne). Ühenduskomponentidele (poldid, keevitamine jne) lisandub põhidetailide kaalu alusel 10% varu, mis on kooskõlas teraskonstruktsioonide projektide tavapärase arvutusstandardiga.

 

 

Struktuurne komponent	Spetsifikatsioon	Kogus	Ühiku kaal (kg/m)	Kogupikkus (m)	Kogukaal (kg)
Veerud (1.-2. korrus)	H600×250×8×12	12 (3 rida × 4 veergu)	118.5	144 (12 sammast × 12 m kogukõrgus 1.-2. korrusel)	17064
Veerud (3.-4. korrus)	H500×200×7×10	12	84.3	90 (12 sammast × 7,5 m kogukõrgus 3.-4. korrusel)	7587
Veerud (5.-8. korrus)	H400×200×6×8	12	62.1	134,4 (12 sammast × 11,2 m kogukõrgus 5.-8. korrusel)	8346.24
Talad (A-B-telg, 1.–2. korrus)	H500×200×7×10	24 (4 vahekaugust × 6 korrust, 1.-2. korrus)	84.3	316,8 (24 tala × 13,2 m)	26706.24
Talad (A-B-telg, 3.–8. korrus)	H450×180×6×9	48 (4 vahekaugust × 12 korrust, 3.-8. korrus)	70.2	633,6 (48 tala × 13,2 m)	44478.72
Talad (B-C-telg, kõik korrused)	H400×180×6×8	72 (4 vahekaugust × 18 korrust, kõik 8 korrust)	58.5	489,6 (72 tala × 6,8 m)	28641.6
Mezzanine talad	H300×150×6×8	12 (4 vahemikku × 3 rida)	40.2	120 (12 tala × 10 m keskmine sildevahe)	4824
Diagonaalsed traksid	H200×150×6×8	32 (4 nurka × 8 korrust)	30.1	179,2 (32 traksid × 5,6 m keskmine pikkus)	5393.92
Terasest põrandakate	B-120 (1,2 mm)	1 komplekt (kõik korrused)	12 kg/m²	2880 m² (20m×20m×7,2 korrust, katus välja arvatud)	34560
Terasest katusekate	B-120 (1,2 mm)	1 komplekt	12 kg/m²	400 m² (20m×20m)	4800
Peamised liikmed kokku	-	-	-	-	182407.72
Ühendustasu (10%)	-	-	-	-	18240.77
Terase kogutarbimine	-	-	-	-	200648,49 kg (≈200,65 tonni)

 

Terase kogutarbimine: umbes 200,65 tonni (sh 10% ühendusvaru).

Terase ühikkulu: 200,65 tonni / (20m×20m×8 põrandat)=62.7 kg/m² (arvutatud 3200 m² kogupõrandapinna põhjal).

Terase ühikukulu on teraskarkassiga multifunktsionaalsete hoonete puhul mõistlikus vahemikus (60-80 kg/m²), mis on kooskõlas Manila sarnaste projektide projekteerimisstandarditega.

 

 

Järgmises analüüsis hinnatakse praeguse konstruktsiooniprojekti (Manila kohalike koodide alusel) rakendatavust CBC peamistel turgudel, nagu Tonga, Uus-Kaledoonia, Paapua Uus-Guinea, Tšiili ja Peruu, keskendudes kohalike seismiliste, tuulekoormuse ja ehitusnormide nõuete erinevustele.

 

 

Seismilised tingimused: Tonga asub kõrge seismilises tsoonis (Vaikse ookeani tulerõngas), mille PGA on 0,30–0,40 g, mis on palju kõrgem kui Manila 0,15 g.

Tuulekoormus: Põhituule kiirus on 55-60 m/s (tsükloniline piirkond), oluliselt suurem kui Manila 45 m/s.

Koodinõuded: vastab Tonga ehitusseadustikule (TBC) 2018, millel on rangemad nõuded külgtakistusele ja konstruktsiooni elastsusele.

Kohaldatavusotsus: ei ole soovitatav. Praegune konstruktsiooni jäikus ja seismiline takistus ei ole piisavad, et taluda Tonga suuri seismilisi ja tuulekoormusi; samba-tala sektsioone ja külgmist tugisüsteemi tuleb oluliselt tugevdada ning terase tarbimine suureneb 30–40%.

 

 

Seismilised tingimused: mõõdukas seismiline tsoon, mille PGA on 0,20 g, veidi kõrgem kui Manila 0,15 g.

Tuulekoormus: põhituule kiirus on 50 m/s (troopilise tsükloni-altis piirkond), mis on suurem kui Manila 45 m/s.

Koodinõuded: järgib Prantsusmaa ülemereterritooriumide ehitusseadustikku (RTC) 2020, mis on sarnane Euroopa standarditele ja millel on ranged nõuded konstruktsiooni vastupidavusele ja tuulekindlusele.

Kohaldatavusotsus: nõuab muutmist. Praegust konstruktsiooni saab kohandada pärast osalisi reguleerimisi: tugevdada külgmist tugisüsteemi, suurendada samba-tala äärikute paksust 2–3 mm võrra ja kohandada seismiliste arvutuste parameetreid; terase tarbimine suureneb 15-20%.

 

Seismilised tingimused: kõrge seismiline tsoon, mille PGA on 0,25–0,35 g, kõrgem kui Manila 0,15 g; seismiline aktiivsus on sagedane ja intensiivne.

Tuulekoormus: Põhituule kiirus on 48-52 m/s, veidi suurem kui Manila 45 m/s.

Koodinõuded: võtab vastu Paapua Uus-Guinea riikliku ehitusseadustiku (PNG NBC) 2015, mis rõhutab kõrghoonete seismilist vastupidavust ja konstruktsiooni elastsust.

Kohaldatavusotsus: nõuab muutmist. Peamised kohandused hõlmavad järgmist: samba-tala sektsiooni suuruse suurendamine (eriti 1.–2. korrusel), külgmiste trakside lisamine ja seismilise energia hajumise süsteemi optimeerimine; terase tarbimine suureneb 25-30%.

 

 

Seismilised tingimused: üks maailma kõrgemaid seismilisi tsoone, mille PGA on 0,40-0,50 g, mis ületab tunduvalt Manila 0,15 g; suured maavärinad esinevad sageli.

Tuulekoormus: Põhituule kiirus on 40-45 m/s, sarnane Manila 45 m/s.

Koodinõuded: järgib Tšiili ehitusseadustikku (NCh 433 Of. 2017), millel on maailma kõige rangemad seismilise disaini standardid, mis nõuavad suurt konstruktsiooni elastsust ja energia hajutamise võimet.

Kohaldatavusotsus: ei ole soovitatav. Praegune struktuurisüsteem ei suuda vastata Tšiili ülikõrgetele seismilistele nõuetele; uus seismiline-kindel süsteem (nagu terasraam-toe-energia hajutamise süsteem) tuleb ümber kujundada ja terase tarbimine suureneb 50% või rohkem.

 

 

Seismilised tingimused: kõrge seismiline tsoon, mille PGA on 0,25–0,30 g, kõrgem kui Manilas 0,15 g; seismiline intensiivsus on piirkonniti erinev (rannikualad on raskemad).

Tuulekoormus: Põhituule kiirus on 42-48 m/s, veidi madalam või sarnane Manila 45 m/s.

Koodeksinõuded: võtab vastu Peruu ehitusseadustiku (E070) 2017, milles on ranged nõuded kõrghoonete seismilisele projekteerimisele ja konstruktsiooni stabiilsusele.

Kohaldatavusotsus: nõuab muutmist. Peamised kohandused hõlmavad järgmist: sammaste-talade ühenduste tugevdamine, konstruktsiooni külgjäikuse suurendamine ja seismilise koormuse arvutamise optimeerimine; terase tarbimine suureneb 20-25%.

 

 

Piirkond	Seismiline PGA (g)	Tuule põhikiirus (m/s)	Kohaldatavusotsus	Peamised muudatused on nõutavad
Manila (Filipiinid)	0.15	45	Täielikult rakendatav	Mitte ühtegi
Tonga	0.30-0.40	55-60	Ei ole soovitatav	Struktuurisüsteemi põhjalik ümberkujundamine, sektsiooni suuruse märkimisväärne suurendamine ja külgmised toestused
Uus-Kaledoonia	0.20	50	Nõuab muutmist	Tugevdage külgtugesid, suurendage ääriku paksust, reguleerige seismilisi parameetreid
Paapua Uus-Guinea	0.25-0.35	48-52	Nõuab muutmist	Suurendage veeru-tala sektsiooni suurust, lisage külgmised traksid, optimeerige energia hajutamise süsteemi
Tšiili	0.40-0.50	40-45	Ei ole soovitatav	Kujundage ümber seismiline{0}}kindel süsteem, lisage energiahajutajad, suurendage oluliselt konstruktsiooni jäikust
Peruu	0.25-0.30	42-48	Nõuab muutmist	Tugevdage sammaste{0}}talade ühendusi, suurendage külgmist jäikust, optimeerige seismilisi arvutusi

 

Eeldusel, et järgitakse Manila kohalikke eeskirju ja tagatakse konstruktsiooni ohutus, saab võtta järgmisi optimeerimismeetmeid, et vähendada terase tarbimist, parandada konstruktsiooni tõhusust ja vähendada projektikulusid, ilma et see mõjutaks hoone funktsiooni ja ruumivajadust.

 

 

Veerud: 5.-8. korruse jaoks (elurajoon, väike koormus) saab veeru sektsiooni optimeerida vahemikust H400 × 200 × 6 × 8 mm kuni kõrguseni 350 × 180 × 6 × 8 mm. Pingesuhte kontroll näitab, et optimeeritud sektsioon suudab siiski täita kandevõime nõudeid, vähendades nende kolonnide terase tarbimist umbes 8%.

Talad: B-telje ja C-telje vahel olevate talade puhul (6,8 m ava, väike koormus) saab sektsiooni optimeerida vahemikust H400 × 180 × 6 × 8 mm kuni H350 × 180 × 6 × 8 mm, vähendades nende talade terase tarbimist umbes 6%.

 

 

Praegused diagonaalklambrid on paigutatud kõigil 8 korrusel; neid saab optimeerida vahedega (iga 2 korruse järel) paigutamiseks 5.-8. korrusele (elamurajoon, väike külgkoormus). See reguleerimine võib vähendada ülemiste korruste trakside arvu 50% võrra, tagades samal ajal külgmise jäikuse nõuetele vastavuse, vähendades kinnitussüsteemi terase tarbimist umbes 5%.

 

 

Praegune disain kasutab Q235B ja Q355B terast; selle saab asendada kogu Q355B või kõrgtugeva-teraga peamiste sammaste ja talade jaoks (1.-4. korrus, suur koormus). nii saab sektsiooni suurust vastavalt vähendada, säilitades samal ajal sama kandevõime. See optimeerimine võib põhielementide terase tarbimist vähendada umbes 10–12%.

 

 

5.-7. korrusel (elurajoon) saab komposiitpõranda betooni paksust vähendada 120 mm-lt 100 mm-le ja terasest teki paksuse säilitada 1,2 mm juures. See reguleerimine võib vähendada põranda tühikoormust, vähendades seeläbi sammaste ja talade kandevõimet ning kaudselt vähendades terase tarbimist umbes 3-4%.

 

 

Pärast kõikehõlmavat optimeerimist saab terase kogukulu vähendada 15-20%, algselt 200,65 tonnilt 160,52-170,55 tonnile. Terase ühikukulu vähendatakse 50,16-53,30 kg/m²-ni, mis jääb siiski mõistliku piiridesse ja võib tõhusalt vähendada projekti kulusid, tagades samas konstruktsiooni ohutuse ja järgides kohalikke eeskirju.

 

8-korruselise multifunktsionaalse hoone konstruktsioon vastab Manila kohalike seaduste (NSCP 2015, PBC 2004) nõuetele ja koormusnõuetele, terase kogukulu on ligikaudu 200,65 tonni ja terase ühikukulu 62,7 kg/m². Teiste piirkondade jaoks: see on täielikult kohaldatav Manilas; nõuab muudatusi Uus-Kaledoonias, Paapua Uus-Guineas ja Peruus (koos vastavalt terase tarbimise kasvuga); ning seda ei soovitata kasutada Tongas ja Tšiilis (ülikõrgete seismilise/tuulekoormuse nõuete tõttu). Sektsioonide optimeerimise, materjalide asendamise ja süsteemi reguleerimise abil saab terase tarbimist vähendada 15-20%, ilma et see mõjutaks konstruktsiooni ohutust, millel on märkimisväärne majanduslik kasu.