Lista de materiales del proyecto de armadura de techo de acero de Perú y análisis de carga estructural

Proyecto de armadura de techo de acero en Huachipa, Lima - Lista de materiales y análisis de carga estructural

 

 

Este proyecto está ubicado en Huachipa, Lima, Perú, y se enfoca en el diseño y construcción de un sistema de armadura de techo de acero (excluyendo columnas de acero y componentes de pared). El techo está equipado con paneles solares y el diseño cumple estrictamente con los códigos de construcción locales peruanos. Los parámetros clave del proyecto se resumen a continuación:

Área Total de Construcción: 8,900 ㎡

Longitud Total: 109m

Ancho Total: 85 m (disposición irregular con múltiples vanos)

Tamaños de luz (a lo largo de la dirección de 85 m, luces desiguales): 13 m, 17 m, 25 m, 28 m (luz máxima: 28 m)

Espaciado de armaduras (espacio entre bahías): aproximadamente 22 m

Configuración del techo: Equipado con aproximadamente 4,400 ㎡ paneles solares (sistema fotovoltaico)

Alcance estructural: Solo sistema de armadura de techo (armaduras, arriostramientos, tirantes, correas), excluyendo columnas de acero y marcos de pared.

Códigos Aplicables: Códigos de construcción locales peruanos

 

 

El análisis de carga se basa en las condiciones ambientales reales de Huachipa, Lima, y ​​sigue estrictamente los códigos peruanos E.030 (Código Sísmico), E.050 (Código de Carga de Viento) y E.070 (Código de Carga de Nieve). Todas las cargas se calculan de acuerdo con el nivel de importancia de los edificios industriales (factor de importancia U=1.0).

 

 

Huachipa, Lima está ubicada en la Zona Sísmica 4 del Perú, que es un área sísmica de alta-intensidad. Los parámetros sísmicos específicos son los siguientes:

Zona sísmica: Zona 4, Z=0.45g (aceleración máxima del suelo)

Tipo de suelo del sitio: S1 (suelo duro), coeficiente del sitio S=1.0

Impacto sísmico: El sistema de armadura del techo requiere suficiente rigidez sísmica para resistir fuerzas sísmicas horizontales. Las conexiones de la armadura y el sistema de arriostramiento deben diseñarse de manera conservadora para garantizar la estabilidad estructural bajo acción sísmica.

 

 

Lima es una ciudad costera y la zona de Huachipa se ve afectada por los vientos costeros. Los parámetros de carga de viento se determinan de la siguiente manera:

Presión básica del viento: 0,55–0,65 kN/㎡

Efecto del viento: Los paneles solares en el techo aumentan el efecto de succión y vibración del viento. El coeficiente de forma del techo se amplifica adecuadamente para tener en cuenta el impacto de los paneles solares en la distribución de la carga del viento.

Requisito de resistencia al viento: Las armaduras del techo, las correas y el sistema de refuerzo deben poder resistir la succión del viento y la presión positiva del viento, asegurando que no haya daños estructurales ni deformaciones excesivas.

 

 

Huachipa, Lima tiene un clima costero tropical sin nevadas durante todo el año. Por tanto, la carga de nieve básica se determina de la siguiente manera:

Carga de nieve básica S₀: ≈ 0 kN/㎡

Nota: No se considera carga de nieve adicional en el diseño estructural, pero el sistema de drenaje del techo está diseñado para evitar la acumulación de agua (equivalente a una carga uniforme parcial).

 

 

La carga total del techo es la suma de la carga muerta, la carga de los paneles solares y la carga viva, que es significativamente mayor que la de los talleres industriales ordinarios. El cálculo específico es el siguiente:

Carga muerta del tejado (peso propio-de la cubierta del tejado + correas): ≈ 0,30 kN/㎡

Carga del panel solar (paneles solares + soportes): ≈ 0,18–0,22 kN/㎡

Carga Viva de Mantenimiento: 0,50 kN/㎡ (en línea con las normas de edificación industrial peruanas)

Carga total del techo: ≈ 0,98–1,02 kN/㎡

Nota: La deflexión de las vigas y correas del techo debe controlarse dentro de L/200 (L es la luz de las vigas o correas) para garantizar la estabilidad del sistema de paneles solares.

 

La selección de materiales se basa en los estándares de acero locales peruanos y los requisitos de carga del proyecto, centrándose en la durabilidad, el rendimiento sísmico y la rentabilidad-. La lista detallada de materiales es la siguiente:

 

 

Grado de acero: Estándar chino Q355B/Q235B (equivalente a A36 en el estándar ASTM), con buena resistencia y ductilidad, adecuado para áreas altamente sísmicas.

Tipo de sección:

Cuerda superior y cuerda inferior: H-sección de acero - seleccionada según el tramo y la carga, con rango de tamaño de sección: H300×150×6×8 a H400×200×8×10 (ajustado en función de diferentes tramos: 13 m/17 m/25 m/28 m).

Miembros del alma: ángulo de acero o I-sección de acero - rango de tamaños de sección: L75×5 a L100×8 (para tramos de 13 m/17 m); L100×8 a L125×10 (para luces de 25m/28m).

Método de conexión: Pernos de alta-resistencia (grado 10,9) para la conexión, lo que garantiza una conexión confiable y resistencia sísmica.

Tratamiento: con pintura de imprimación rica en zinc epoxi-de 80 μm

 

 

Grado de acero: Estándar chino Q235B

Tipo de sección: Acero redondo (φ16–φ22) o acero en ángulo (L63×5–L80×6), utilizado para resistir fuerzas horizontales (sísmicas, viento) y mantener la estabilidad del sistema de celosía.

Disposición: Los refuerzos se colocan a intervalos de 2 a 3 armaduras, con refuerzos transversales-y diagonales dispuestos alternativamente para formar un sistema estable de resistencia a fuerzas laterales-.

Tratamiento: con pintura de imprimación rica en zinc epoxi-de 80 μm

 

 

Grado de acero: Estándar chino Q235B

Tipo de sección: Acero redondo (φ20–φ25) o tubo de acero (φ89×4–φ114×4), utilizado para transferir la tensión horizontal entre las vigas y garantizar la estabilidad general del techo.

Tratamiento: con pintura de imprimación rica en zinc epoxi-de 80 μm

 

 

Grado de acero: Estándar chino Q235B

Tipo de sección: sección C-de acero o sección Z-de acero (tipo reforzado, adecuada para carga de paneles solares), rango de tamaño de sección: C160×60×20×2,5 a C220×70×20×3,0 (ajustado según el espaciado entre correas y la carga del panel solar).

Espaciado: Aproximadamente 1,5 a 2,0 m, lo que garantiza que las correas puedan soportar la carga combinada de la cubierta del techo y los paneles solares sin una deformación excesiva.

Tratamiento: Galvanización 275kg/m³

 

 

Pernos de alta-resistencia: grado 10,9, acorde al tamaño de sección de cerchas y arriostramientos, con tratamiento anti-corrosión (galvanizado en caliente-).

Tornillos autorroscantes y remaches:-acero inoxidable resistente a la corrosión (grado 304), utilizado para conectar correas y cubiertas de techos, así como soportes de paneles solares.

Recubrimiento anticorrosión: Galvanizado en caliente-(espesor de capa de zinc mayor o igual a 80μm) para todos los componentes de acero, para adaptarse al ambiente húmedo costero de Lima y garantizar su vida útil.

 

Con base en los parámetros del proyecto, análisis de carga y selección de materiales, el consumo de acero del sistema de armadura del techo (solamente) se estima de la siguiente manera, considerando los altos requerimientos sísmicos de Huachipa, Lima y la carga adicional de paneles solares.

 

 

Combinado con las condiciones de luz máxima de 28 m, espacio entre vigas de 22 m, carga pesada de paneles solares y alta intensidad sísmica en Lima, el índice de consumo de acero del sistema de vigas de techo se determina de la siguiente manera:

Armaduras de techo + arriostramiento + tirantes: 18–22 kg/㎡

Correas de techo (tipo reforzado): 8–11 kg/㎡

Índice de consumo total de acero: 26–33 kg/㎡ (adoptando un valor medio-superior conservador de 30 kg/㎡ para la estimación, de acuerdo con los requisitos del código peruano)

 

 

Consumo total de acero=Área total de construcción × Índice de consumo de acero ÷ 1000

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

 

 

Diseño económico optimizado (carga ligera, optimización refinada): ≈ 230 toneladas

Diseño Conservador Convencional (que cumple con los códigos peruanos y los requisitos sísmicos de Lima): ≈ 265–270 toneladas

Diseño de carga alta/alta sísmica/estricto de gran-luz: ≈ 290 toneladas

 

 

El consumo de acero anterior solo incluye el sistema de armadura del techo (armaduras, refuerzos, tirantes, correas), excluyendo columnas de acero, marcos de paredes y soportes de paneles solares.

Si se agregan columnas de acero, el consumo total de acero aumentará entre 10 y 13 kg/㎡, y el consumo total de acero será de aproximadamente 340 a 400 toneladas.

El consumo real de acero puede tener una fluctuación de ±10% una vez completado el diseño detallado, lo que se ve afectado principalmente por el ajuste detallado de los tamaños de las secciones y los métodos de conexión.

Diseño Sísmico: El sistema de armadura del techo debe diseñarse de acuerdo con el Código Peruano E.030 (Zona Sísmica 4), y no se permite una optimización excesiva para garantizar la seguridad sísmica.

Carga del panel solar: Las correas y los cordones superiores de las vigas en el área del panel solar deben reforzarse y el control de deflexión debe ser más estricto (dentro de L/200) para evitar daños al sistema de paneles solares.

Requisito anticorrosión: Es mejor que todos los componentes de acero estén galvanizados en caliente-para adaptarse al ambiente húmedo costero de Lima y extender la vida útil de la estructura.

Cumplimiento de códigos: Todos los trabajos de diseño y construcción deben cumplir con los códigos locales peruanos RNE/E.030, E.050, E.070 y las normas industriales pertinentes.

 

 

El consumo de acero detallado se divide según los cuatro tramos desiguales (13 m, 17 m, 25 m, 28 m), combinado con el espaciado de las armaduras de 22 m y la carga del panel solar, y el índice de consumo de acero se ajusta según el tamaño del tramo (cuanto mayor es el tramo, mayor es el índice). El desglose específico es el siguiente:

Tamaño del tramo	Longitud del tramo (m)	Área correspondiente (aprox., ㎡)	Índice de consumo de acero (kg/㎡)	Consumo estimado de acero (toneladas)	Observaciones
1er tramo	13	2400	25	60	Luz más pequeña, carga más ligera; cobertura parcial del panel solar
2do tramo	17	2450	28	68.6	Luz media, carga moderada; cobertura parcial del panel solar
3er tramo	25	2250	32	72	Gran luz, carga pesada; área de cobertura principal del panel solar
4to tramo	28	1800	35	63	Luz máxima, carga más pesada; área de cobertura principal del panel solar
Total	83 (suma de tramos)	8900 (área total de construcción)	30 (índice medio)	263.6	Ligera desviación de la estimación total (±2%) debido al redondeo

Nota: El área correspondiente de cada tramo se estima en base al área total de 8900 ㎡ y la proporción de cada tramo en el ancho total (85 m), que es solo como referencia. El área real y el consumo de acero estarán sujetos a los planos de diseño detallados.

 

Vigas principales primarias del techo (secciones en H)

- Ancho 200×750×12×6 mm

- Ancho 250×750×25×6 mm

- Ancho 350×750×25×9 mm

- Ancho 200×400×16×6 mm

 

Miembros secundarios

- Correas: Z305×76×19×3,0 mm

- Arriostramiento horizontal/lateral: ángulo de acero de 2"×2"×3/16"

 

 

2.1 Estructura del techo principal

- Sistema de armadura:

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

- Sistema de vigas en H (secciones profundas, espaciamiento de 22 m, carga fotovoltaica):

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

 

2.2 Sistema de refuerzo

- Armadura:

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

- Viga H:

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

*Motivo: Las vigas en H tienen menos rigidez torsional natural; se requiere más refuerzo.*

 

2.3 Correas

- Ambos sistemas:

Correas Z305, misma carga y espaciado

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

*Casi idéntico para techos con armazones y vigas en H.*

 

2.4 Comparación del peso total del acero

- Total del techo de armadura:

254 – 329 toneladas

-Total del techo con vigas en H:

316 – 409 toneladas

 

 

3.1 Sistema de armadura

- Comportamiento: Fuerzas axiales triangulares (solo tensión/compresión).

- Rigidez: Alta rigidez geométrica, buena para luces largas y control de deflexión (crítico para fotovoltaica).

- Estabilidad: menos dependiente del refuerzo; Estabilidad inherente del patrón triangular.

- Rendimiento sísmico: Buena disipación de energía, peso ligero, menor inercia.

- Eficiencia de tramos: Extremadamente eficiente para **luces de 25 a 28 m**.

 

3.2 Sistema de vigas en H

- Comportamiento: Flexión + corte + fuerzas axiales.

- Rigidez: Menor eficiencia de flexión por kg; Se necesitan secciones más profundas/pesadas para igualar la deflexión de la armadura.

- Estabilidad: propenso a pandeo lateral-torsión; requiere refuerzos más frecuentes.

- Rendimiento sísmico: un mayor peso propio aumenta la demanda sísmica.

- Capacidad de construcción: fabricación y montaje más sencillos, pero componentes más pesados.

 

 

 

Similitudes

- Ambos soportan las mismas cargas de techo (inactivo + PV + vivo + viento).

- El tamaño, el espaciado y el peso de las correas son idénticos.

- Ambos deben satisfacer los límites de deflexión peruanos (L/200 para PV).

- Ambos siguen E.030, E.050, E.070 hacia Huachipa, Lima.

 

Diferencias

1. Mecanismo de fuerza:

- Truss: Solo fuerzas axiales → altamente eficiente.

- Viga en H: flexión gobernada → menos eficiencia en cuanto a material.

2. Consumo de acero:

- Estructura principal: la viga en H utiliza un +25 % y un +40 % de acero.

- Arriostramiento: La viga H necesita entre un +30% y un +40% más de arriostramiento.

- Correas: Casi iguales.

3. Rendimiento del tramo:

- Truss: Superior para tramos de 25 a 28 m.

- Viga en H: Requiere secciones pesadas para controlar la deflexión.

4. Comportamiento sísmico:

- Truss: Más ligero, menor inercia, mejor rendimiento en Zona 4.

- Viga en H: mayor carga sísmica y más pesada.

5. Costo y construcción:

- Truss: Más mano de obra, menos material.

- Viga en H: menos mano de obra, más material.

 

 

- Sistema de armadura:

Uso de acero más eficiente y liviano, mejor para luces largas y zonas altamente sísmicas.

Acero total: 254 – 329 toneladas.

 

-Sistema de vigas en H:

Construcción más sencilla pero significativamente más pesada.

Acero total: 316 – 409 toneladas.