ペルー鋼屋根トラスプロジェクトの材料リストと構造荷重解析

リマ、ワチパ鋼屋根トラス プロジェクト - 材料リストと構造荷重解析

 

 

このプロジェクトはペルーのリマ市ワチパにあり、鋼製屋根トラスシステム（鋼製の柱と壁コンポーネントを除く）の設計と建設に焦点を当てています。屋根にはソーラーパネルが装備されており、その設計はペルーの現地の建築基準に厳密に準拠しています。プロジェクトの主要なパラメータは次のように要約されます。

総建築面積：8,900㎡

全長：109m

全幅：85m（多スパン変則配置）

スパンサイズ（85m方向、不等スパン）：13m、17m、25m、28m（最大スパン：28m）

トラス間隔（ベイ間隔）：約22m

屋根構成：約4,400㎡のソーラーパネル（太陽光発電システム）を搭載

構造範囲：屋根トラスシステム（トラス、ブレース、タイロッド、母屋）のみ、鉄骨柱と壁フレームは除く

適用される法規: ペルーの現地の建築法規

 

 

荷重解析はリマのワチパの実際の環境条件に基づいており、ペルーの規格 E.030 (地震法)、E.050 (風荷重法)、および E.070 (雪荷重法) に厳密に従っています。すべての負荷は、工業用建物の重要度 (重要度係数 U=1.0) に従って計算されます。

 

 

リマのワチパはペルーの地震ゾーン 4 に位置しており、これは高強度地震地域です。-具体的な地震パラメータは次のとおりです。

地震ゾーン: ゾーン 4、Z=0.45g (最大地面加速度)

サイトの土壌タイプ: S1 (硬質土壌)、サイト係数 S=1.0

地震の影響: 屋根トラス システムには、水平方向の地震力に抵抗するのに十分な耐震剛性が必要です。トラス接続とブレース システムは、地震作用下で構造の安定性を確保するために保守的に設計する必要があります。

 

 

リマは沿岸都市であり、ワチパ地域は沿岸風の影響を受けます。風荷重パラメータは次のように決定されます。

基本風圧：0.55～0.65kN/㎡

風効果：屋根上のソーラーパネルは、風の吸引と風振動の効果を高めます。屋根の形状係数は、風荷重分布に対するソーラー パネルの影響を考慮して適切に増幅されます。

耐風性要件: 屋根トラス、母屋、およびブレース システムは、風の吸引と正の風圧に耐え、構造的損傷や過度の変形がないことを保証する必要があります。

 

 

リマのワチパは熱帯沿岸気候で、年間を通じて降雪はありません。したがって、基本積雪荷重は次のように決定されます。

基本積雪荷重S₀：≒0kN/㎡

注：構造設計では追加の積雪荷重は考慮されていませんが、屋根の排水システムは水の蓄積を防ぐように設計されています（部分均等荷重に相当）。

 

 

屋根の総荷重は、死荷重、ソーラーパネル荷重、活荷重の合計であり、通常の工場の荷重よりも大幅に高くなります。具体的な計算方法は以下の通りです。

屋根の死荷重（屋根材 + 母屋の自重）: ≈ 0.30 kN/㎡

ソーラーパネル荷重 (ソーラーパネル + サポート): ≈ 0.18 ～ 0.22 kN/㎡

メンテナンス活荷重: 0.50 kN/㎡ (ペルーの工業建築基準に準拠)

屋根の総荷重: ≈ 0.98 ～ 1.02 kN/㎡

注: ソーラー パネル システムの安定性を確保するには、屋根トラスと母屋のたわみを L/200 (L はトラスまたは母屋のスパン) 以内に制御する必要があります。

 

材料の選択は、耐久性、耐震性能、費用対効果に重点を置き、ペルーの現地の鉄鋼規格とプロジェクトの負荷要件に基づいて行われます。-詳細な材料リストは次のとおりです。

 

 

鋼グレード: 中国規格 Q355B/Q235B (ASTM 規格の A36 に相当)、優れた強度と延性を備え、地震の多い地域に適しています。

セクションタイプ:

上弦と下弦: スパンと荷重に応じて選択された H- 形鋼 -、断面サイズの範囲: H300×150×6×8 ～ H400×200×8×10 (さまざまなスパンに基づいて調整: 13m/17m/25m/28m)。

ウェブ部材: 山形鋼または I- 形鋼 - 断面サイズの範囲: L75×5 ～ L100×8 (13m/17m スパンの場合)。 L100×8～L125×10（25m・28mスパン用）。

接続方法: 接続には高力ボルト(10.9級)を使用し、確実な接続と耐震性を確保しています。

処理: 80μm のエポキシ亜鉛-リッチプライマーペイントを使用

 

 

鋼グレード: 中国規格 Q235B

断面種類：丸鋼（φ16～φ22）またはアングル鋼（L63×5～L80×6）。水平力（地震、風）に抵抗し、トラスシステムの安定性を維持するために使用されます。

配置: ブレースは 2 ～ 3 トラスの間隔で設置され、交差ブレースと斜めブレースが交互に配置され、安定した横耐力システムを形成します。-

処理: 80μm のエポキシ亜鉛-リッチプライマーペイントを使用

 

 

鋼グレード: 中国規格 Q235B

断面形式：丸鋼（φ20～φ25）または鋼管（φ89×4～φ114×4）。トラス間の水平張力を伝達し、屋根全体の安定性を確保するために使用されます。

処理: 80μm のエポキシ亜鉛-リッチプライマーペイントを使用

 

 

鋼グレード: 中国規格 Q235B

断面タイプ:C-形鋼またはZ-形鋼(強化タイプ、太陽光パネル負荷に適した)、断面サイズ範囲:C160×60×20×2.5～C220×70×20×3.0(母屋間隔と太陽光パネル負荷に応じて調整)。

間隔: 約 1.5 ～ 2.0 m で、母屋が過度の変形なしに屋根材とソーラー パネルの合計荷重に耐えられるようにします。

処理: 亜鉛メッキ 275kg/m3

 

 

高強度ボルト: 10.9 グレード、トラスとブレースの断面サイズに一致し、防食処理 (溶融亜鉛めっき)-が施されています。-

セルフタッピングねじとリベット: -耐食性ステンレス鋼（304 グレード）。母屋や屋根材、ソーラー パネルのサポートの接続に使用されます。

-防食コーティング: すべての鋼部品に溶融亜鉛めっき（亜鉛層の厚さ 80μm 以上）を施し、リマの沿岸部の湿気の多い環境に適応し、耐用年数を保証します。

 

プロジェクトパラメータ、荷重解析、および材料選択に基づいて、リマ州ワチパの高い耐震要件とソーラーパネルの追加荷重を考慮して、屋根トラスシステム（のみ）の鋼材消費量は次のように推定されます。

 

 

最大スパン 28 メートル、トラス間隔 22 メートル、太陽光パネルの重負荷、リマの高い地震強度の条件を組み合わせると、屋根トラス システムの鋼材消費指数は次のように決定されます。

屋根トラス + ブレース + タイロッド: 18 ～ 22 kg/㎡

母屋（強化タイプ）：8～11kg/㎡

総鉄鋼消費量指数: 26～33 kg/㎡ (ペルーの規格要件に沿って、保守的な中値である 30 kg/㎡ の上限を推定に採用)

 

 

総鉄鋼消費量=総建築面積 × 鉄鋼消費指数 ÷ 1000

計算: 8,900 ㎡ × 30 kg/㎡ ÷ 1000=267 トン

 

 

経済的な最適化設計 (軽荷重、洗練された最適化): ≈ 230 トン

従来の保守的設計 (ペルーの基準およびリマの耐震要件に準拠): ≈ 265 ～ 270 トン

高荷重 / 高耐震 / 厳格な大スパン設計: ≈ 290 トン

 

 

上記の鋼材消費量には屋根トラスシステム（トラス、ブレース、タイロッド、母屋）のみが含まれており、鋼製柱、壁フレーム、ソーラーパネルサポートは含まれません。

鉄骨柱を追加すると総鋼材使用量は10～13kg/㎡増加し、総鋼材使用量は約340～400トンとなります。

実際の鋼材消費量は、詳細設計完了後に±10%変動する可能性がありますが、これは主に断面サイズや接続方法の詳細な調整に影響されます。

耐震設計: 屋根トラス システムはペルー規格 E.030 (地震ゾーン 4) に従って設計する必要があり、耐震安全性を確保するために過度の最適化は許可されません。

ソーラーパネルの負荷: ソーラーパネルシステムへの損傷を避けるために、ソーラーパネルエリアの母屋とトラスの上部弦を強化し、たわみ制御をより厳しくする必要があります(L/200以内)。

耐食性の要件: リマの沿岸部の湿気の多い環境に適応し、構造物の耐用年数を延ばすには、すべての鋼製コンポーネントを溶融亜鉛メッキすることをお勧めします。-

規格への準拠: すべての設計および建設作業は、ペルーの現地規格 RNE / E.030、E.050、E.070、および関連する工業規格に準拠する必要があります。

 

 

詳細な鋼材消費量は、トラス間隔22mと太陽光パネル負荷を組み合わせた4つの不等径間（13m、17m、25m、28m）に応じて分割され、鋼材消費指数は径間サイズに応じて調整されます（径間が大きいほど指数は高くなります）。具体的な内訳は以下の通りです。

スパンサイズ	スパン長さ(m)	対応面積（約㎡）	鋼材使用量指数(kg/㎡)	推定鉄鋼使用量（トン）	備考
第1スパン	13	2400	25	60	最小スパン、最小負荷。部分的にソーラーパネルをカバー
第2スパン	17	2450	28	68.6	中程度のスパン、中程度の負荷。部分的にソーラーパネルをカバー
3番目のスパン	25	2250	32	72	スパンが大きく、荷重が大きい。主要なソーラーパネルカバーエリア
第4スパン	28	1800	35	63	最大スパン、最大荷重。主要なソーラーパネルカバーエリア
合計	83 (スパンの合計)	8900 (建物総面積)	30 (平均指数)	263.6	四捨五入による合計推定値からのわずかな誤差 (±2%)

注：各スパンの相当面積は、総面積8900㎡と全幅員（85m）に占める各スパンの割合をもとに試算したものであり、参考値です。実際の面積と鋼材使用量は詳細設計図に準じます。

 

主一次屋根梁 (H 断面)

- W200×750×12×6 mm

- W250×750×25×6 mm

- W350×750×25×9 mm

- W200×400×16×6 mm

 

二次会員

- 母屋: Z305×76×19×3.0 mm

- 水平/横ブレース: 2"×2"×3/16" スチールアングル

 

 

2.1 屋根の主構造

- トラス システム:

18 ～ 22 kg/m² → **160.2 ～ 195.8 トン**

- H ビーム システム (深部、22m 間隔、PV 負荷):

24 ～ 30 kg/m² → **213.6 ～ 267.0 トン**

 

2.2 ブレーシングシステム

- トラス:

2.5 ～ 4.0 kg/m² → **22.3 ～ 35.6 トン**

- H ビーム:

3.5 ～ 5.0 kg/m² → **31.2 ～ 44.5 トン**

*理由: H ビームは自然なねじり剛性が低いため、より多くのブレースが必要です。*

 

2.3 母屋

- 両方のシステム:

Z305 母屋、同じ荷重と間隔

8 ～ 11 kg/m² → **71.2 ～ 97.9 トン**

*トラス屋根と H ビーム屋根の両方でほぼ同じです。*

 

2.4 鋼材の総重量の比較

- トラス屋根の合計:

254～329トン

-H ビーム屋根の合計:

316～409トン

 

 

3.1 トラスシステム

- 動作: 三角形化された軸力 (引張/圧縮のみ)。

- 剛性: 幾何学的剛性が高く、長いスパンとたわみ制御に適しています (PV にとって重要)。

- 安定性: 支柱への依存度が低い。三角パターン特有の安定性。

- 耐震性能: 優れたエネルギー散逸、軽量、低慣性。

- スパン効率: **25～28m スパン**で非常に効率的です。

 

3.2 H ビーム システム

- 挙動: 曲げ + せん断 + 軸力。

- 剛性: kg あたりの曲げ効率が低くなります。トラスのたわみに合わせて、より深く/より重いセクションが必要です。

- 安定性: 横方向のねじれ座屈が起こりやすい。より頻繁な矯正が必要になります。

- 耐震性能: 自重が大きくなると、耐震需要も増加します。

- 施工性: 製造と組み立ては簡単ですが、コンポーネントは重くなります。

 

 

 

類似点

- どちらも同じ屋根荷重（デッド + PV + ライブ + 風）をサポートします。

- 母屋のサイズ、間隔、重量は同じです。

- どちらもペルーのたわみ制限（PV の場合は L/200）を満たさなければなりません。

- どちらも、リマのワチパでは E.030、E.050、E.070 に従います。

 

違い

1. 力のメカニズム:

- トラス: 軸方向の力のみ → 非常に効率的。

- H ビーム: 曲げの管理 → 材料効率の低下。

2. 鋼材の消費量:

- 主要構造: H ビームには +25% ～ +40% の鋼が使用されています。

- ブレース: H ビームにはさらに +30% ～ +40% のブレースが必要です。

- 母屋: ほぼ同じです。

3. スパン性能:

- トラス: 25～28m スパンに優れています。

- H ビーム: たわみを制御するには重いセクションが必要です。

4. 地震挙動:

- トラス: ゾーン 4 での軽量化、低慣性化、優れたパフォーマンス。

- H ビーム: より重く、より高い地震荷重。

5. コストと建設:

- トラス: 労力は増えますが、材料は減ります。

- H ビーム: 労働力が減り、材料が増えます。

 

 

- トラス システム:

より効率的で軽量な鋼材を使用し、長いスパンや地震の多い地域に適しています。

鋼材総量: 254 – 329 トン。

 

-H ビーム システム:

構造は簡単ですが、かなり重くなります。

鋼材総量：316～409トン。