Quadras de basquete fotovoltaicas de nova energia (BIPV): o que é mais econômico, estruturas de treliça ou estruturas de portal?

Quanto custa construir uma estrutura de quadra de basquete fotovoltaica como esta? Qual opção estrutural é econômica e mais bonita?

Visão geral do projeto

Tomando um padrão quadra de basquete 28 m × 15 m, por exemplo, se adotar o plano de estrutura de aço, é 30 m (comprimento) × 21 m (largura), com capacidade fotovoltaica total instalada de 136 kW.

A carga de projeto segue uma carga de vento de 0,4 kN/m² e uma carga de neve de 0,4 kN/m². O espaçamento entre colunas é de 6 m e a altura é de 7,8 m.

Modelo de cálculo de estrutura de treliça

Transferência de carga: Numa treliça, as cargas são transferidas através das juntas. Cargas horizontais do telhado, como carga permanente e carga de neve, são transmitidas através das terças para as juntas e depois convertidas em forças axiais nos membros.

Os próprios membros geralmente sofrem pouca deformação por flexão. Na maioria dos casos, a corda superior está em compressão, a corda inferior está em tração e os membros da alma alternam entre tração e compressão.

Espaçamento entre juntas: O espaçamento das juntas da corda superior está relacionado à distância da madre. Se as terças estiverem dispostas em intervalos de 1,5 m, o espaçamento entre juntas geralmente também é considerado de 1,5 m. Durante a modelagem estrutural, as cargas horizontais do telhado precisam ser convertidas em cargas concentradas nas juntas.

Comprimento efetivo fora do plano e dentro do plano: A Seção 5.3 do Código de Estruturas de Aço da China fornece requisitos explícitos para os coeficientes de comprimento efetivo de membros de corda e membros de alma.

Portal-Modelo de cálculo de estrutura de quadro

Em uma estrutura de pórtico, as cargas horizontais do telhado são transferidas através das terças e convertidas em momentos fletores e forças de cisalhamento nas vigas de aço, causando deformação por flexão da viga. O espaçamento das terças pode ser ajustado mais livremente e não é limitado pelo espaçamento das juntas.

O comprimento efetivo fora do plano da viga de aço é determinado de acordo com as condições de contraventamento fora do plano e geralmente é considerado como o espaçamento dos tirantes rígidos, o que garante a estabilidade fora do plano da viga.

Comparação de custos

Consumo de Aço do Estrutura de treliça

O consumo de aço para cada treliça é de aproximadamente 1.000 kg, totalizando 6 treliças.

Aço total para 6 treliças: 1.000 × 6 = 6.000 kg.

Membros de amarração e contraventamento: 1.200 kg; terças e hastes sag: 2.500 kg.

Consumo total de aço para o esquema de treliça: 6.000 + 1.200 + 2.500 = 9.700 kg.

Consumo de Aço do Estrutura de Estrutura Rígida

O consumo de aço para cada quadro rígido é de aproximadamente 1.500 kg, totalizando 6 quadros.

Aço total para 6 quadros: 1.500 × 6 = 9.000 kg.

Membros de amarração e contraventamento: 1.200 kg; terças e hastes sag: 2.500 kg.

Consumo total de aço para o plano de estrutura rígida: 9.000 + 1.200 + 2.500 = 12.700 kg.

Comparação: 12.700 – 9.700 = 3.000 kg. Portanto, o esquema de pórtico rígido utiliza 3.000/12.700 = 23% mais aço do que o plano de treliça.

Vão Econômico e Intensidade do Aço

O vão econômico de uma estrutura de portal é geralmente de 18 a 24 m, enquanto o vão econômico de uma estrutura de treliça é de 30 a 40 m.

O espaçamento econômico entre colunas é geralmente de 7,5–9 m. Se o espaçamento for muito pequeno, o consumo de aço em vigas, pilares e fundações aumenta. Se o espaçamento for muito grande, embora o número de pórticos seja reduzido, o consumo de aço das terças aumenta e as seções da viga metálica também ficam maiores, tornando a solução antieconômica.

Consumo unitário de aço da estrutura treliçada: 9.700 kg / 630 m² = 15,39 kg/m².

Consumo unitário de aço da estrutura rígida: 12.700 kg / 630 m² = 20,16 kg/m².

Conclusão

Para convencional recintos desportivos em estrutura metálica com vãos de 18–24 m, a estrutura em treliça é superior à estrutura rígida em termos de consumo unitário de aço. No entanto, como as estruturas de treliça têm muitas juntas soldadas e custos de mão-de-obra mais elevados, o seu preço de aço à saída da fábrica é geralmente significativamente mais elevado do que o das estruturas de pórticos padronizadas.

Como resultado, as estruturas de treliça não apresentam uma grande vantagem no custo global sob estas condições de vão.

Quando o vão estrutural ultrapassa 24 m, e principalmente quando atinge 30 m ou mais, o consumo de aço de uma estrutura de pórtico rígido aumenta significativamente e as vantagens da estrutura em treliça tornam-se mais evidentes.

Além disso, as cargas de vento e de neve variam de acordo com a região, portanto o consumo de aço para o mesmo vão pode diferir de um local para outro. Estruturas de grandes vãos são particularmente sensíveis à carga de neve e, em regiões com cargas de neve elevadas, a carga de neve tem um impacto muito maior na quantidade de aço necessária.

Para uma quadra de basquete fotovoltaica padrão medindo 28 m × 15 m, o custo total do projeto gira em torno de 400.000 RMB. Dependendo de fatores como flutuações de preços de materiais, extensão e região, o custo final pode variar em aproximadamente 10% a 15%.