Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa Toyota

Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 1 Resum El següent projecte té per objectiu principal dissenyar, calcular i analitzar amb detall l’estructura metàl·lica d’una nau industrial de grans dimensions, per l’empresa TOYOTA, situada al terme municipal de la Garriga, Vallès Oriental, al polígon industrial Can Tarrés. L’estructura consta de dues naus acoblades entre elles, una nau principal de 54 m de longitud i una secundària de 30 m. Les naus estan realitzades amb pòrtics a dues aigües amb una llum de 25 m. La primera, es destinarà a taller, magatzem i zona d’exposició. La segona, que consta de dues plantes, es destinarà a serveis pel treballadors en la planta baixa (vestuaris, zones comunes, lavabos,etc.) i a oficines en la primera planta. L’estructura de la nau es realitzarà amb perfils metàl·lics del tipus HEB pels pilars, IPE per les bigues, IPE i U per les corretges laterals i perfils conformats en fred Z per les corretges de coberta. El càlcul de l’estructura es realitzarà mitjançant un software de càlcul d’estructures, el programa CYPE 2011, pel que a l’estructura dels pòrtics, unions i fonamentació es refereix. La resta d’elements (corretges, pilars de façana, elements d’arriostrament, paviment...) s’obtindran mitjançant càlculs manuals. Per últim, els resultats obtinguts amb el software (les unions i la fonamentació) es comprovaran manualment. Com a objectiu secundari d’aquest treball, es pretén projectar una instal·lació solar fotovoltaica a la coberta, connectada a la xarxa de consum, tot estudiant la rendibilitat i viabilitat econòmica de la inversió. Finalment, s’inclou un estudi d’impacte ambiental i un pressupost del projecte. Tot l’estudi es realitzarà seguint la normativa del Codi Tècnic d’Edificació (CTE) (adaptació espanyola de l’Eurocodi 3) i el EHE 08 pel càlcul de la fonamentació. De la mateixa manera, el projecte es guiarà pels els diferents marcs legals en cada fase del projecte. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 2 SUMARI Resum........................................................................................pàg.1 Sumari........................................................................................pàg.2 Glossari.......................................................................................pàg.9 Memòria 1. Memòria descriptiva..............................................................pàg.13 1.1.Introducció............................................................................................pàg.13 1.1.1. Origen del projecte............................................................................pàg.13 1.1.2. Requeriments previs.........................................................................pàg.14 1.1.3. Abast.................................................................................................pàg.14 1.2. Funció i ús............................................................................................pàg.15 1.3. Característiques de la parcel·la...........................................................pàg.15 1.3.1. Ubicació............................................................................................pàg.15 1.3.2. Normativa d’edificació.......................................................................pàg.16 1.4. Materials utilitzats................................................................................pàg.17 1.5. Accions................................................................................................pàg.19 1.5.1. Accions permanents.........................................................................pàg.19 1.5.1.1. Pes propi........................................................................................pàg.19 1.5.1.2. Càrregues permanents..................................................................pàg.19 1.5.2. Accions variables..............................................................................pàg.20 1.5.2.1. Sobrecàrregues d’ús......................................................................pàg.21 1.5.2.2. Neu................................................................................................pàg.22 1.5.2.3. Acció tèrmica.................................................................................pàg.23 1.5.2.4. Acció del vent.................................................................................pàg.24 1.5.3. Accions accidentals..........................................................................pàg.29 1.5.3.1. Sisme.............................................................................................pàg.29 1.5.3.2. Incendi...........................................................................................pàg.30 1.5.3.3. Impacte de vehicles.......................................................................pàg.31 1.6. Estructura.............................................................................................pàg.31 1.6.1. Tipologia estructural..........................................................................pàg.31 1.6.2. Càlcul estructural..............................................................................pàg.33 1.6.2.1. Càlculs amb el CYPE 2011............................................................pàg.34 1.6.2.2. Càlculs realitzats a mà...................................................................pàg.35 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 3 1.6.2.3. Forjat col·laborant..........................................................................pàg.39 1.6.2.4. Estats límits....................................................................................pàg.40 1.6.2.4.1. Estats límits últims......................................................................pàg.40 1.6.2.4.2. Estats límits de servei.................................................................pàg.41 1.7. Unions..................................................................................................pàg.41 1.8. Fonamentació......................................................................................pàg.45 1.9. Paviment..............................................................................................pàg.47 1.9.1. Definicions prèvies............................................................................pàg.47 1.9.2. Càlcul de l’espessor de formigó........................................................pàg.47 1.9.3. Juntes...............................................................................................pàg.50 1.9.4. Dimensionament de l’acer (retracció i temperatura)........................pàg.52 1.10. Tancaments.......................................................................................pàg.54 1.10.1. Tancaments de coberta, façanes laterals i façana posterior..........pàg.54 1.10.1.1. Característiques tècniques..........................................................pàg.56 1.10.2. Tancament de façana frontal..........................................................pàg.57 1.10.2.1. Característiques tècniques..........................................................pàg.58 1.10.2.2. Descripció dels components........................................................pàg.59 1.10.2.3. Descripció del sistema.................................................................pàg.59 1.10.3. Mur perimetral.................................................................................pàg.61 1.10.4. Finestral..........................................................................................pàg.63 1.11. Acabats..............................................................................................pàg.63 1.11.1. Canals i baixants.............................................................................pàg.63 1.12. Instal·lació solar fotovoltaica..............................................................pàg.66 1.12.1. Descripció general de la instal·lació...............................................pàg.66 1.12.2. Descripció dels elements de la instal·lació.....................................pàg.67 1.12.2.1. Costat continua (CC)...................................................................pàg.67 1.12.2.2. Costat d’alterna (CA)...................................................................pàg.67 1.12.2.3. Proteccions de la instal·lació.......................................................pàg.68 1.12.2.4. Pressupost i anàlisi econòmic de la instal·lació...........................pàg.68 1.12.3. Descripció de la subestructura de suport dels panells....................pàg.69 2. Memòria de càlcul.................................................................pàg.72 2.1.Càlcul de l’estructura............................................................................pàg.72 2.1.1. Criteri de comprovacions dels perfils................................................pàg.73 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 4 2.1.1.1. Resistència de les seccions...........................................................pàg.74 2.1.1.2. Verificacions a realitzar en cada element......................................pàg.75 2.1.1.2.1. Elements comprimits i flectats....................................................pàg.75 2.1.1.2.2. Fletxes màximes admissibles.....................................................pàg.77 2.1.1.2.3. Estudi de vinclament...................................................................pàg.77 2.1.2. Estudi de les accions........................................................................pàg.79 2.1.2.1. Càrregues permanents..................................................................pàg.80 2.1.2.2. Sobre càrrega d’us.........................................................................pàg.80 2.1.2.3. Sobre càrrega de neu....................................................................pàg.81 2.1.2.4. Acció del vent.................................................................................pàg.83 2.1.3. Pla transversal..................................................................................pàg.90 2.1.3.1. Estudi amb el software de càlcul...................................................pàg.90 2.1.3.1.1. Estudi de vinclament...................................................................pàg.91 2.1.3.2. Pòrtic tipus 1..................................................................................pàg.95 2.1.3.2.1. Accions.......................................................................................pàg.95 2.1.3.2.2. Estat de càrregues.....................................................................pàg.97 2.1.3.2.3. Diagrames i valors màxims i mínims..........................................pàg.99 2.1.3.3. Pòrtic tipus 2................................................................................pàg.101 2.1.3.3.1. Accions.....................................................................................pàg.101 2.1.3.3.2. Estat de càrregues....................................................................pàg.104 2.1.3.3.3. Diagrames i valors màxims i mínims.......................................pàg.105. 2.1.3.4. Pòrtic tipus 3...............................................................................pàg.108 2.1.3.3.1. Accions.....................................................................................pàg.108 2.1.3.3.2. Estat de càrregues....................................................................pàg.110 2.1.3.3.3. Diagrames i valors màxims i mínims........................................pàg.112 2.1.5. Corretges........................................................................................pàg.114 2.1.5.1. Corretges de coberta...................................................................pàg.115 2.1.5.1.1. Accions que suporten...............................................................pàg.115 2.1.5.1.2. Dimensionament de les corretges............................................pàg.117 2.1.5.1.3. Comprovació del perfil..............................................................pàg.117 2.1.5.2. Corretges laterals.........................................................................pàg.117 2.1.5.2.1. Accions que suporten...............................................................pàg.118 2.1.5.2.2. Dimensionament de les corretges............................................pàg.118 2.1.5.2.3. Comprovació del perfil..............................................................pàg.118 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 5 2.1.5.3. Corretges de façanes frontals......................................................pàg.119 2.1.5.3.1. Accions que suporten...............................................................pàg.119 2.1.5.3.2. Dimensionament de les corretges............................................pàg.119 2.1.5.3.3. Comprovació del perfil..............................................................pàg.120 2.1.6. Pilars de façana..............................................................................pàg.120 2.1.6.1. Càlcul dels pilars de façana.........................................................pàg.121 2.1.6.1.1. Estudi de les reaccions.............................................................pàg.122 2.1.6.1.2. Dimensionament del pilar.........................................................pàg.127 2.1.6.1.3. Comprovació del perfil..............................................................pàg.127 2.1.6.1.3.1. Estudi de vinclament..............................................................pàg.127 2.1.6.1.3.2. Comprovació a flexió i a compressió axial.............................pàg.129 2.1.6.1.3.3. Comprovació de la fletxa.......................................................pàg.132 2.1.7. Arriostrament de la nau...................................................................pàg.133 2.1.7.1. Creus de Sant Andreu.................................................................pàg.133 2.1.7.1.1. Creus de Sant Andreu de façanes laterals...............................pàg.134 2.1.7.1.2. Creus de Sant Andreu amb façanes de coberta......................pàg.136 2.1.7.2. Perfil d’ unió tubulars...................................................................pàg.139 2.1.7.2.1. Perfils de unió dels caps dels pilars.........................................pàg.139 2.1.7.2.1.1. Estudi del perfil a vinclament.................................................pàg.140 2.1.7.2.1.2. Comprovació del perfil...........................................................pàg.142 2.1.7.2.2. Perfils de transmissió d’esforços..............................................pàg.142 2.1.8. Comprovacions de les unions........................................................pàg.143 2.1.8.1. Càlcul i dimensionat dels suports dels pilars...............................pàg.143 2.1.8.1.1. Resistència dels cargols d’ancoratge.......................................pàg.144 2.1.8.1.2. Comprovació de la resistència de la unió a l’esforç axial i moment combinats..................................................................................................pàg.145 2.1.8.1.3. Resistència a tallant de la unió.................................................pàg.152 2.1.8.2. Unió pilar llinda............................................................................pàg.153 2.1.8.1.1. Moment resistent de càlcul a la unió pilar llinda.......................pàg.154 2.1.8.1.2. Comprovació dels cargols.........................................................pàg.156 2.1.9. Comprovació de les sabates...........................................................pàg.157 2.1.9.1. Comprovació de la tensió admissible del terreny........................pàg.159 2.1.9.2. Comprovació a bolcada de la sabata...........................................pàg.160 2.1.9.3. Comprovació a lliscament de la sabata.......................................pàg.160 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 6 2.1.9.4. Càlcul de l’armat necessari..........................................................pàg.160 2.1.9.4.1. Armat inferior............................................................................pàg.160 2.1.9.4.2. Armat superior..........................................................................pàg.162 2.1.10. Càlcul del forjat col·laborant.........................................................pàg.163 2.2. Càlcul de la instal·lació solar fotovoltaica..........................................pàg.166 2.2.1. Introducció......................................................................................pàg.166 2.2.1.1. Resum.........................................................................................pàg.166 2.2.1.2. Abast............................................................................................pàg.167 2.2.1.3. Marc legal....................................................................................pàg.167 2.2.2. Descripció de la instal·lació fotovoltaica.........................................pàg.168 2.2.2.1. Descripció general.......................................................................pàg.168 2.2.2.2. Descripció dels components.......................................................pàg.169 2.2.2.2.1. Mòdul solar...............................................................................pàg.169 2.2.2.2.2. Subgenerador fotovoltaic..........................................................pàg.171 2.2.2.2.3. Inversors...................................................................................pàg.171 2.2.2.3. Instal·lació elèctrica de consum...................................................pàg.176 2.2.2.4. Instal·lació elèctrica de generació................................................pàg.176 2.2.2.4.1. Elements de protecció de CC...................................................pàg.178 2.2.2.4.1.1. Protecció contra contactes directes.......................................pàg.178 2.2.2.4.1.2. Protecció contra contactes indirectes....................................pàg.179 2.2.2.4.1.3. Protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits.......................pàg.179 2.2.2.4.1.4. Protecció contra sobretensions..............................................pàg.181 2.2.2.4.2. Element de protecció CA..........................................................pàg.181 2.2.2.4.2.1. Protecció contra contactes directes.......................................pàg.181 2.2.2.4.2.2. Protecció contra contactes indirectes....................................pàg.181 2.2.2.4.2.3. Protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits.......................pàg.182 2.2.2.4.2.4. Protecció contra pics de tensió..............................................pàg.184 2.2.2.4.2.5. Protecció contra el funcionament en illa de l’inversor...........pàg.184 2.2.2.4.2.6. Aïllament galvànic..................................................................pàg.185 2.2.2.4.3. Elements de mesura.................................................................pàg.185 3.2.2.4.3.1. Instal·lació de generació. Conjunt de Protecció i Mesura (CPM)........................................................................................................pàg.185 2.2.2.4.4. Caixa General de Protecció (CGP)...........................................pàg.186 2.2.2.4.5. Caixa de seccionament (CS)....................................................pàg.187 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 7 2.2.2.4.6. Posada a terra..........................................................................pàg.187 2.2.2.4.6.1. Costat de CC.........................................................................pàg.188 2.2.2.4.6.2. Costat de CA..........................................................................pàg.189 2.2.2.5. Connexió a la xarxa elèctrica.......................................................pàg.189 2.2.3. Dimensionament de la instal·lació..................................................pàg.190 2.2.3.1.Dimensionament del generador....................................................pàg.190 2.2.3.1.1.Dimensionament previ...............................................................pàg.190 2.2.3.1.2. Tensions dels mòduls a temperatures extremes......................pàg.190 2.2.3.2. Dimensionament dels inversors...................................................pàg.191 2.2.3.2.1. Determinació de la potència nominal dels inversors.................pàg.191 2.2.3.2.2. Ubicació dels inversors.............................................................pàg.193 2.2.3.2.3. Ajustament i comprovació del número final de cadenes i número de mòduls per inversor..................................................................................pàg.193 2.2.3.3. Instal·lació definitiva.....................................................................pàg.194 2.2.3.4. Dimensionament de les proteccions elèctriques..........................pàg.195 2.2.3.4.1. Proteccions de la part de CC....................................................pàg.195 2.2.3.4.2. Proteccions a la part de CA......................................................pàg.196 2.2.3.4.2.1. Magnetotèrmic individual per cada inversor..........................pàg.196 2.2.3.4.2.2. Magnetotèrmic general..........................................................pàg.197 2.2.3.4.2.3 Diferencial general..................................................................pàg.198 2.2.3.5. Dimensionament del cablejat.......................................................pàg.198 2.2.3.5.1. Cablejat del costat de CC.........................................................pàg.198 2.2.3.5.2. Cablejat del costat de CA.........................................................pàg.200 2.2.3.6. Càlcul de pèrdues........................................................................pàg.202 2.2.3.6.1. Pèrdues per inclinació i orientació............................................pàg.202 2.2.3.6.2. Pèrdues per ombrejat...............................................................pàg.203 2.2.3.6.3. Pèrdues elèctriques..................................................................pàg.203 2.2.3.6.4. Pèrdues per temperatura..........................................................pàg.204 2.2.3.6.5. Pèrdues per brutícia dels mòduls.............................................pàg.205 2.2.3.6.6. Pèrdues per degradació fotònica..............................................pàg.205 2.2.3.6.7. Pèrdues per rangs de potència diferents dels plafons..............pàg.206 2.2.3.6.8. Resum de pèrdues....................................................................pàg.206 2.2.4. Justificació de la solució adoptada.................................................pàg.208 2.2.4.1. Tipus de tecnologia fotovoltaica escollida....................................pàg.208 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 8 2.2.4.2. Justificació de les pèrdues produïdes per culpa de la inclinació dels mòduls......................................................................................................pàg.209 2.2.4.3. Inversor central o diversos inversors...........................................pàg.210 2.2.4.3.1. Un únic inversor........................................................................pàg.210 2.2.4.3.2. Diversos inversors en cadena...................................................pàg.211 2.2.5. Producció anual esperada..............................................................pàg.212 2.2.6. Estructura de suport dels panells fotovoltaics.................................pàg.214 3. Memòria de plànols............................................................pàg.217 3.1 Emplaçament .....................................................................................pàg.218 3.2 PlantaFonaments..............................................................................pàg.219 3.3 Planta baixa sense tancaments..........................................................pàg.220 3.4 Alçat sense tancaments......................................................................pàg.221 3.5 Planta baixa amb tancaments.............................................................pàg.222 3.6 Alçat amb tancaments........................................................................pàg.223 3.7.Planta altell.........................................................................................pàg.224 3.7 Detalls de les unions i la sabata.........................................................pàg.225 4. Estudi impacte ambiental....................................................pàg.226 4.1. Detecció i prevenció dels impactes mediambientals.........................pàg.227 4.2. Normativa impacte ambiental............................................................pàg.228 5. Pressupost..........................................................................pàg.230 6. Rendibilitat econòmica........................................................pàg.249 7. Conclusions........................................................................pàg.251 8. Agraïments.........................................................................pàg.254 9. Bibliografia..........................................................................pàg.255 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 9 Glossari Normativa PFER: Pla de Foment per a les Energies Renovables. REBT: Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió. BT: baixa tensió. ITC-BT-i: Instrucció Tècnica Complementària per Baixa Tensió, número i. IDAE: Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía. PER: Pla d’Energies Renovables. CTE.: Codi tècnic de l’Edificació. DB SE-AE : Documento Básico Seguridad Estructural Acciones en la Edificación. DB SE-C: Documento Básico Seguridad Estructural Cimientos. DB SE-C: Documento Básico seguridad Estructural Acero. Eurocodi 3: normativa europea. Càlcul estructural Fy:Tensió de límit elàstic (N/mm2). Fyd: Tensió de disseny del límit elàstic del material (N/mm2). Fu: Tensió de ruptura (N/mm2). ƔM: Coeficient parcial de seguretat del material. Xy: Coeficient de vinclament. λ: Esveltesa. Ncr: N crítica d’Euler. β: coeficient de les corbes de vinclament. ψ: Factor de reducció de les accions. Vpl,Rd: Resistència de la secció a tall (kN). Nu,Rd: Resistència de la secció a compressió (kN). Fv,Rd: Resistència a tallant de la unió (kN). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 16 fet que permet una millor i més personal realització del procés industrial. En aquest polígon, s’admet qualsevol tipus de procés industrial. Es tracta d’un polígon amb un terreny totalment pla i amb molt bona comunicació, tant amb transport públic com privat (figura 1.3.1.). - 600 m de l’Autovia C-17 (Barcelona-Puigcerdà) - Línia C-3 de rodalies Renfe - Autobús Figura 1.3.1. Vista aèria de la parcel·la. 1.3.2. Normativa d’edificació.  Superfície: 3310 m²..  70% edificable = 2317 m².  1,4m²t/m²s = 3243,8 m² superfície edificable.  Es podran admetre separacions al límit de la parcel·la amb una mínim de 4 m.  Es permetrà planta baixa més dos pisos. En cas que el ús sigui exclusivament terciari, es permetrà planta baixa i quatre pisos. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 17  Alçada màxima de la façana: 13m. en el cas d’un ús exclusivament terciari serà de 18m. L’alçada es mesurarà des de el pla de referència fins el punt on comenci la coberta.  La façana mínima haurà de ser de 25 m de longitud.  El tipus de coberta serà plana o inclinada, en aquest últim cas, amb una pendent màxima del 20 %.  L’ús de la nau podrà ser: terciari, industrial 1º i 2ª categoria, magatzem logístic, hoteler, restauració, recreatiu (tipus “A” i “B”), aparcament, educatiu, religiós, sanitari-assistencial, esportiu, cultural i estació de servei. 1.4. Materials utilitzats Acer: Utilitzat en tota l’estructura principal, tant en les bigues com en els pilars, i els elements secundaris, arriostrament de la nau i corretges. S’ha modelitzat mitjançant Acer S 275 JR. L’Acer és un material metàl·lic format bàsicament per un aliatge de ferro amb una mica de carboni i s’ha convertit en l’aliatge més utilitzat en el món de la construcció. Presenta les següents propietats:  Tensió de límit elàstic: Fy = 275 N/mm²  Tensió de ruptura: Fu = 430 N/mm²  Mòdul d’elasticitat: E = 2,1·10⁶ N/mm²  Mòdul de rigidesa: G = 8,1·104 N/mm²  Coeficient de Possion: v = 0,3  Densitat: ρ = 7,85·10³ kg/m³ La terminologia “JR” es refereix a que l’assaig de resiliència (tenacitat a l’impacte) anomenat Assaig Charpy, es realitza a temperatura ambient (20ºC). Es tracta de l’acer “normal”, és a dir, que no s’ha de veure exposat a molt baixes temperatures. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 18 Alumini: És l’element mecànic més abundant a l’escorça (8,13 %). L’alumini és un material molt utilitzat en el món de la construcció, degut a la seva baixa densitat (un terç de la densitat de l’acer), i a que és molt dúctil i mal·leable, cosa que el fa molt fàcil de mecanitzar i té una gran resistència a la corrosió. Presenta les següents propietats:  Tensió de límit elàstic: Fy = 170 N/mm²  Tensió de ruptura: Fu = 220 N/mm²  Mòdul d’elasticitat: E = 7·104 N/mm²  Mòdul de rigidesa: G = 2.6·104 N/mm²  Coeficient de Possion: v = 0,33  Densitat: ρ = 2.7·10³ kg/m³ Els perfils de la subestructura de suport dels plafós fotovoltaics són d’alumini T5 (estat T5: tractament tèrmic). Formigó: Resultat d’una barreja d’àrid, matèries primes minerals (grava i sorra), ciment, aigua i additius.  Densitat: ρ = 2350 kg/m³ El formigó a utilitzar per la fonamentació de la nau ha de complir amb les especificacions que imposa la EHE-08, però no ha de presentar característiques especials ja que el terreny al que estarà exposat no és un medi agressiu. Morter: Totes les unions de base de pilar són amb placa base, disposant una capa de morter entre aquesta i el formigó de la sabata. Les característiques del morter són les següents:  Resistència característica: fcg = 70 N/mm2;  Morter autonivellant i sense retracció BETEC-140-E; Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 19 Llana de roca: Aquest material pertany a les llanes minerals i està fabricat a partir de roca volcànica, s’utilitza principalment com aïllament tèrmic i protecció passiva contra el foc, degut a la seva estructura fibrosa multidireccional que permet emmagatzemar aire relativament immòbil al seu interior. 1.5. Accions Són els esforços que s’hauran de tenir en compte per realitzar un correcte dimensionat de l’estructura i es diferencien en: 1.5.1. Accions permanents 1.5.1.1. Pes propi El pes propi és el producte del volum d’acer per la seva densitat volumètrica de tots els elements de l’estructura: pilars dels pòrtics, llindes dels pòrtics, pilars de l’altell, bigues de l’altell, elements de façana (corretges i pilars), elements d’arriostrament (creus de Sant Andreu i perfils tubulars) i tancaments tant de façana com coberta tal com es mostra a la figura 1.5.1. Figura 1.5.1. Esquema de les accions dels pesos propis de l’estructura. 1.5.1.2. Càrregues permanents. S’ha considerat el pes de la instal·lació solar fotovoltaica, les corretges, el pes del forjat col·laborant i els plafós de tancament de coberta. La instal·lació solar fotovoltaica només afecta a una de les vessants de cada pòrtic tal i com es veu a la figura 1.5.2. Aquest pes ve donat pel pes dels plafós solars, el cablejat i la subestructura necessària per la seva fixació, la instal·lació descansa sobre les llindes per no transmetre esforços a les corretges. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 20 • Instal·lació fotovoltaica: el pes dels plafós solars és el més significatiu, perquè els inversors no van sobre la coberta, encara que s’ha de tenir en compte també el pes del cablejat, els perfils d’alumini que aguanten els plafós així com també els diversos elements de fixació que els subjecten. Els plafós suposen una càrrega de 0.125 kN/m², i tenint en compte la resta d’elements, s’ha considerat una càrrega total de 0.175 kN/m². Figura 1.5.2. Esquema de l’acció del pes de l’ instal·lació solar fotovoltaica. • Forjat col·laborant: és el tipus de terra escollit per l’altell destinat a oficines. Aquest és un tipus de terra ideal per aquest tipus d’aplicació. Figura 1.5.3. Esquema de l’acció del pes del forjat col·laborant. 1.5.2. Accions variables 1.5.2.1. Sobrecàrregues d’ús El valor de la sobrecàrrega d’ús ve donat al Documento Básico - Seguridad Estructural - Acciones en la Edificación (DB-SE-AE) del Codi Tècnic de l’Edificació (CTE) en funció de la categoria d’ús i/o subcategoria d’ús tal com es pot veure a la figura 1.5.4. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 21 Figura 1.5.4. Taula dels valors característics de les sobrecàrregues d’us (font: DB SE-AE valores de sobrecàrrega de uso). En el cas d’aquest projecte, correspon la categoria “G”, cobertes accessibles únicament per la seva conservació, i específicament la “G1”, inclinació inferior a 20º i coberta lleugera sobre corretges, això pel que fa la sobrecàrrega d’ús de la coberta on s’aplicarà una sobrecàrrega d’us de 0,4 kN/m². Com es veurà posteriorment, aquesta càrrega no és vàlida ja que és inferior a la sobrecàrrega de neu. També es té en compte que hi ha un pis a la segona nau que es destinarà a oficines, per tant està dins de la categoria B, zones administratives, on s’ha aplicat una sobrecàrrega d’ús de 2 kN/m2. Per tant, la distribució de la sobrecàrrega d’ús queda definida tal com indica la figura 1.5.5. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 22 Figura 1.5.5. Esquema de les accions de les sobrecàrregues d’us. 2.6.2.2. Neu L’acció de la neu ve donada per l’altitud i la zona geogràfica on es troba la nau, en aquest cas, es troba a 252 m. i a la zona geogràfica 2. En petita mesura també la pot afectar l’exposició de la coberta del vent. La càrrega de neu es projecta horitzontalment a la coberta a diferència d’ altres tipus de càrregues i ve donada per les figures 1.5.6. i 1.5.7. Figura 1.5.6. Mapa de les zones geogràfiques a l’estat Espanyol en funció de les zones climàtiques d’hivern (font: DB SE-AE anejo E Datos climáticos). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 23 Figura 1.5.7. Taula de la sobrecàrrega de neu en un terreny horitzontal (font: DB SE-AE anejo E Datos climáticos). Amb una altitud topogràfica de 252 m i situació geogràfica zona 2, s’obté una sobrecàrrega de neu de 0.6 kN/m2, com es pot veure a la figura 1.5.8. Tal com s’esmenta anteriorment, aquesta sobrecàrrega substitueix a la sobrecàrrega d’ús al ser superior i no ser càrregues concomitants. Figura 1.5.8. Esquema de les accions degudes a la sobrecàrrega de neu. 1.5.2.3. Acció tèrmica Tal com dictamina el document bàsic SE-AE, en edificis amb elements estructural d’acer o formigó es pot no considerar les accions tèrmiques, quan es disposi de juntes de dilatació de forma que no existeixin elements continus de més de 40 m de longitud. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 24 Per prevenir els esforços que puguin provocar les contraccions o dilatacions degudes a les accions tèrmiques, es col·locarà una junta de dilatació al sisè pilar de la nau principal, complint d’aquesta manera la limitació del coti tècnic. 1.5.2.4. Acció del vent L’acció del vent és la més complexa pel que a estudi es refereix, l’he estudiat en cada element per separat utilitzant la següent expressió: qe= qb· ce ·cp (Eq 1.5.1. font: DB SE-AE acciones del viento). On: qe: esforç del vent qb: pressió dinàmica del vent, es pot suposar 0,5 a tot el territori espanyol. Però per se més exacte s’extreu de l’expressió: qb = 0.5 · δ · vb² (Eq 1.5.2. font: DB SE-AE Anejo D) On: δ: densitat de l’aire, 1.25 kg/m³ vb: velocitat mitjana de l’aire La velocitat mitjana s’extreu del següent mapa (figura 1.5.9), i que en el cas d’aquest projecte, es tracta de la zona C: Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 25 Figura 1.5.9. Mapa del valor bàsic de la velocitat del vent segons zona geogràfica (font: DB SE-AE Anejo D). Ce: coeficient d’exposició, ve donat per l’alçada de la façana segons la següent taula, i en aquest cas s’ha extret interpolant ja que es disposa d’una façana de 7 m. Figura 1.5.10. Valors dels coeficients d’exposició ce en funció de l’alçada (font: DB SE-AE Anejo D). Cp: coeficient eòlic, depèn de la forma i orientació de la superfície respecte el vent, de la forma de l’edifici i de la seva àrea d’influència. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 32 Figura 1.6.1. Dibuix de la nau amb perspectiva. L’estructura de la nau consta de deu pòrtics transnacionals a dues aigües amb una inclinació del 15 %, 25 m de llum, 7 m d’alçada i situats a 6 m de distància entre ells. Pels pilars s’han utilitzat perfils d’acer laminat HEB i per les llindes perfils laminats en IPE. S’han de diferenciar tres tipus de pòrtics:  Pòrtic tipus 1: pòrtics 7, 8, 9 i 10, pòrtics simples Figura 1.6.2. Dibuix del pòrtic tipus 1.  Pòrtics tipus 2: pòrtics 2, 3, 4, 5 i 6 pòrtics dobles. Figura 1.6.3. Dibuix del pòrtic tipus 2.  Pòrtics tipus 3: pòrtic de façana frontal. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 33 Figura 1.6.4. Dibuix del pòrtic tipus 3. En els pòrtics dobles (de la nau secundària), hi ha un altell a la meitat de l’alçada dels pilars dels pòrtics. Aquest altell consta de tres pilars per pòrtic, on s’uneixen bigues longitudinals i transversals per definir el terra. La façana posterior s’ha decidit estudiar com un pòrtic central per preveure possibles ampliacions. Els altres elements de l’estructura han estat pilars de façana amb perfils HEB i corretges de façana i coberta. Per les corretges de façana s’han utilitzat perfils IPE i UPN. En canvi, per les corretges de coberta s’han utilitzat perfils conformats en Z. Per últim, s’han definit els elements d’arriostrament de la nau, Creus de Sant Andreu, composades per rodons amb tensors i perfils tubulars per lligar els caps dels pilars dels pòrtics i transmetre els esforços del vent a les creus. Finalment, s’han estudiat les unions, cargolades en la seva majoria, i la fonamentació realitzada amb sabates aïllades de formigó armat i bigues de lligat entre sabates. 1.6.2. Càlcul estructural El càlcul estructural s’ha enfocat estudiant la nau en el pla, fet que ha permès una millor visualització del que s’ha realitzat en cada moment i ha permès una millor consciència del procediment a seguir. S’han emprat un software informàtic i càlculs realitzats a mà, que han permès assolir coneixements d’aquests sistemes de càlcul. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 34 S’ha realitzat el càlcul estructural diferenciant dues fases. La primera fase realitzada amb l’ajut del software CYPE 2011, on s’han introduït els tres tipus de pòrtics esmentats anteriorment. La segona fase, composada de càlculs realitzats a mà, tracta dels elements de façana (pilars i corretges) i els elements encarregats de l’ arriostrament de la nau. 1.6.2.1. Càlculs amb el CYPE 2011 L’estudi en el pla transversal s’ha realitzat mitjançant un software de càlcul, CYPE 2011. Primer de tot, s’ha introduït la geometria dels diferents pòrtics al programa de càlcul. Tot seguit, s’ha realitzat un estudi de totes les accions que interactuen en els pòrtics i s’han introduït manualment en el programa. Aquestes accions són l’efecte del vent, la neu, el pes propi de la coberta i el pes de l’ instal·lació solar fotovoltaica. Per últim, s’han definit els criteris de vinclament dels diferents elements dels pòrtics (llindes i pilars) calculats tal com indica el mètode de Woods. Un cop dibuixada tota la geometria, introduïdes les càrregues i els paràmetres adequats, s’ha procedit a definir quin tipus de perfil es considera el més adient per cada grup de barres:  HEB pels pilars.  IPE amb cartel·les per les llindes.  HEB pels pilars de l’altell.  IPE per les bigues de l’altell. El CYPE 2011 ha calculat i dimensionat els perfils, així com el tipus de fonamentació i unions que s’ha decidit en cada cas. Com està reflectit en la memòria de càlcul, s’han realitzat comprovacions manuals dels resultats obtinguts en el software per poder-los comparar. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 35 1.6.2.2. Càlculs realitzats a mà En aquest apart, s’han estudiat les diferents façanes, així com els elements d’arriostrament de la nau. Les façanes han quedat definides de la següent manera: Figura 1.6.5. Dibuix del de la façana principal. 1.6.6. Dibuix de la façana posterior. Per dimensionar els element de façana, s’ha començat definint els esforços que suporten les corretges degut a l’acció del vent. Aquestes corretges transmeten esforços als pilars en forma de càrregues puntuals. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 36 A efectes de calcular el pilar, s’ha treballat amb el pilar del mig ja que és el pilar de major llum (8.875m.) i per tant el que més esforç suporta. Aquest pilar es comporta bàsicament com una biga, ja que rep quasi tot l’esforç del vent i només suporta un lleuger esforç axial, degut al propi pes i al pes del tancament de façana frontal (mus cortina). Les façanes laterals i les corretges han estat definides de la següent manera: Figura 1.6.7. Dibuix de la distribució de coberta i façanes laterals. Primer de tot, s’ha dissenyat un mur perimetral de blocs de formigó d’1.5 m d’alçada. Sobre el mur, descansa un finestral al llarg de tota la nau per permetre una il·luminació natural, el finestral té una alçada d’1.5 m. Per últim, es disposa de tres fileres de corretges. Per la primera s’ha escollit un perfil en U i facilitar el muntatge del finestral. Les corretges de coberta, a efectes estructurals, s’ha decidit col·locar-les a dos metres de separació entre elles per fer-les coincidir amb els extrems de les creus de Sant Andreu. Aquestes corretges han de suportar les accions degudes al vent, la neu i el pes propi de la coberta, però no de la instal·lació solar fotovoltaica ja que descansa sobre les llindes i per tant no afecta a les corretges. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 37 Degut a que la coberta està inclinada, s’han emprat perfils conformats en Z. Aquests perfils, deguts a la seva asimetria, contraresten el defecte a torsió provocat per la inclinació de la coberta. L’última etapa de l’estudi ha estat el càlcul del pla longitudinal de la nau. Aquest pla permet l’ arriostrament de la nau dotant-la de monotelisme. Figura 1.6.8. vista en planta de la situació de les creus de Sant Andreu. Per arriostrar la nau, s’han utilitzat creus de Sant Andreu formades per rodons amb tensors (figura 1.6.8). Aquestes creus s’han situat en els mòduls formats pels pòrtics de façana i el seus adjunts, així com en el mòdul format pels pòrtics 5 i 6 de la nau principal (coincidint amb l’últim pòrtic de la nau secundària). Aquestes creus treballen a tracció i donen estabilitat entre pòrtics, absorbint l’efecte del vent en façana. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 38 Les creus s’han dimensionat segons la seva àrea eficaç seguint la següent taula (figura 1.6.9.). Figura 1.6.9. Taula de perfils normalitzats per rosques. Per transmetre els esforços entre els extrems de les creus, s’ha disposat d’uns perfils tubulars quadrats. També s’han unit els extrems superiors dels pilars dels pòrtics mitjançant el mateix tipus de perfils tubulars quadrats. Els criteris a seguir per definir els tipus de perfils han estat els següents:  HEB pels pilars de façana.  IPE per les corretges de façana.  Perfil en U per la primera filera de corretges laterals.  Perfil IPE pel les dues fileres superiors de façana lateral.  Perfil conformat en fred en Z per les corretges de coberta.  Rodons per les creus de Sant Andreu.  Tubs quadrats pels element d’unió dels caps dels pilars. Un cop calculat els tipus de perfil en cada cas, s’han realitzat les verificacions pertinents seguint la nova normativa del Codi Tècnic en l’Edificació: fletxa Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 39 màxima admissible, estudi a vinclament i estudi de la tensió màxima admissible. En la redacció del projecte s’ha seguit la normativa d’aplicació en aquests moments a l’estat espanyol pel que fa a construccions industrials:  EHE 08, Instrucción de Hormigón Estructural.  Código Técnico de la Edificación: o DB-SE / Seguridad Estructural. o DB-SI / Seguridad en caso de incendio. o DB-SE-AE / Acciones en la edificación.  EUROCODI 3.  RSCIEI Reglamento se seguridad contra incendios en establecimientos Industriales.  NCSE Norma de construcción sismoresistente. 1.6.2.3. Forjat col·laborant El forjat de l’altell destinat a oficines s’ha resolt amb un forjat col·laborant. El forjat col·laborant es un sistema que consisteix en una xapa metàl·lica grecada, que treballa conjuntament amb una llosa de formigó. La instal·lació d’aquests tipus de forjats en estructures metàl·liques és senzilla, ràpida i neta. Un forjat mixt de xapa col·laborant està constituït per una xapa grecada d'acer, sobre la qual es construeix una llosa de formigó que conté una malla d'armadura, destinada a mitigar la fissuració del formigó. En aquest tipus de forjat, la xapa grecada serveix de plataforma de treball durant el muntatge, d'encofrat per al formigó fresc i d'armadura inferior per al forjat després de l'enduriment del formigó. Les xapes grecades han de tenir una resistència i una rigidesa suficients per a ocupar la funció d'encofrat, en la mesura del possible sense apuntalaments provisionals. A més, per a assegurar una bona connexió i un treball conjunt el Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 40 formigó i l’acer es disposen connectors que connecten el forjat amb les bigues de suport. La llum màxima entre l’entramat de bigues d’acer que suporta el forjat col·laborant és de 6.25 m. Les càrregues que actuen sobre el forjat són 2 kN/m2. Per aquestes condicions, s’escull un forjat col·laborant de la casa Arcelor-Mittal model Cofrastra 70 (figura 6.1.10). Figura 1.6.10. Característiques geomètriques de la xapa col·laborant. 1.6.2.4. Estats límits 1.6.2.4.1. Estats límits últims Els estats límits últims són aquells que de no ser complerts, poden suposar un perill per a les persones, ja sigui perquè l’edifici queda fora de servei o a causa del col·lapse total o parcial d’aquest. Es poden considerar els següents tipus d’estats límits últims:  Pèrdua d’equilibri de l’edifici, o d’una part estructuralment independent, considerat un cos rígid.  Fallada a causa d’una deformació excessiva, transformació de l’estructura o de part d’ ella en un mecanisme, ruptura dels seus elements estructurals (inclosos recolzaments i fonaments) o de les seves Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 41 unions, o inestabilitat d’elements estructurals incloent els originats per efectes que depenen del temps, (fatiga i corrosió). 1.6.2.4.2. Estats límits de servei Els estats límits de servei són aquells que de no ser complerts, no suposen un perill per a les persones però afecten al confort i el benestar del usuaris o terceres persones, al correcte funcionament de l’edifici o l’aparença de la construcció. Aquests estats límits de servei poden ser reversibles o irreversibles. Com a estats límits de servei han de considerar-se els relatius a:  Deformacions (fletxes, assentaments) que afecten a l’aparença de l’obra, al confort dels usuaris, o al funcionament d’equips i instal·lacions.  Vibracions que afecten al confort dels usuaris, o al funcionament d’equips i instal·lacions.  Danys o deterioraments que puguin afectar desfavorablement a l’aparença, la durabilitat o la funcionalitat de l’obra. Per a l’estructura d’aquest projecte s’ha limitat la deformació a una fletxa màxima admissible de 1/300. 1.7. Unions La facilitat i simplicitat en la construcció de les unions, tall de les barres, soldadura, etc., influeix en alt grau en el cost de l’estructura, ja que presenten una gran part de la feina efectuada en el taller. D’altra banda, el número d’unions a calcular i dissenyar també té gran influència en el temps necessari per realitzar el projecte. Per aquesta raó, s’ha intentat realitzar l’estructura de manera que les unions resultin el més senzilles possible, tant pel que fa a la fabricació com el càlcul d’aquestes. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 48 TIPUS D’ESPLANADA DESCRIPCIÓ DEL SÒL A Llims orgànics, argiles orgàniques i argiles inorgàniques d'alta plasticitat B Argiles inorgàniques de baixa plasticitat, argiles arenoses, arenes llimoses mescles d'arenes i argila i mescles amb poca grava C Graves, mescles d’arena i grava amb pocs fins, mescles d'arenes i graves amb argiles Figura 1.9.1. Taula classificatòria dels tipus de sòl S’ha disposat una base entre el paviment i l’esplanada ja que crea un recolzament més uniforme per aquest, encara que no en redueixi l’espessor. La base pot ser una mescla de graves i arenes o graves amb mescla d’argiles i arena, sempre que no siguin excessivament plàstiques. L’espessor de la base ha estat de 15 cm i s’ha compactat enèrgicament. La taula de la figura 1.9.1 proporciona l’espessor de formigó necessari, en funció de les dades següents:  Tipus d’esplanada (A, B o C).  Resistència específica del formigó a compressió.  Càrrega per eix. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 49 Per dimensionar el paviment, és aconsellable considerar una càrrega mínima per eix de quatre tones, de vuit tones si el paviment ha de suportar el tràfic de camions lleugers, i de catorze tones si ha d’estar sotmès a trànsit de camions pesats. No està definit l’ús final de la nau, però si que hi circularan vehicles i es disposarà de maquinària. Per tant s’ha optat per dimensionar el paviment en funció d’una càrrega de vuit tones. El terreny sobre el qual s’ha edificat la nau, està format per argiles inorgàniques, que, segons la taula 1.9.1, es tracta d’una esplanada de tipus B. El formigó que s’ha utilitzat té una resistència característica fck = 250 kp/cm2. Considerant una càrrega de vuit tones i una resistència característica de 250 kp/cm², i segons l’àbac per l’obtenció del cantell en lloses de paviment, en resulta una alçada de 20 cm. (Figura 1.9.2) Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 50 Figura 1.9.2. Àbac per l’obtenció d’alçades en lloses de paviment. 1.9.3. Juntes Les juntes en els paviments responen als següents motius:  Com a solució per les interrupcions necessàries de formigonat.  Com a precaució contra les tensions excessives de retracció que podrien esquerdar el formigó (a no ser que es disposin quanties molt elevades d’acer).  Per permetre la lliure dilatació del paviment, en el cas de grans superfícies. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 51 Avui dia, la tendència actual és de reduir al màxim el número de juntes de dilatació, ja que al no permetre la transmissió de càrregues entre lloses contigües, constitueixen zones molt dèbils del paviment. Les dimensions de la llosa, és a dir, la distància entre juntes, acostumen a oscil·lar entre 4 i 10 m. Com més gran sigui la distància entre les juntes, més acer es necessitarà. En aquest cas, s’ha decidit fer el paviment a base de lloses de 6.25 m d’amplada, de manera que la llum del pòrtic queda dividida en quatre parts i 6 m de llargada, coincidint amb la distància entre pòrtics. D’aquesta manera, les juntes coincideixen amb la situació dels pilars. La distribució final de les juntes de retracció es mostra a la següent figura 1.9.3: Figura 1.9.3. Distribució de les juntes de retracció. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 52 1.9.4. Dimensionament de l’acer (retracció i temperatura) Una manera pràctica de determinar la quantitat d’acer necessària ha estat fent ús del següent àbac (figura 1.9.4), que ha donat un resultat de 0,75cm²/ml, amb una llosa de 6m. De longitud i una alçada de 20cm. Però com que és recomanable utilitzar una armadura mínima de 1.31 cm²/ml, és aquesta la que s’ha utilitzat en aquest projecte. Figura 1.9.4. Àbac pel dimensionament de l’acer. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 53 A continuació es mostren unes taules de malles estàndard per escollir la més adequada (figura 1.9.5): Figura 1.9.5. Taula de malles estàndard. Si es considera la primera opció, que és la que menys acer requereix, la malla estàndard serà la C-131, 15x15 5-5 (malla de 15x15cm, amb diàmetre 5 mm2 en ambdues direccions). En la direcció curta, està formada per quinze elements (de 5 mm2 de diàmetre), i per tant té una amplada de: amplada = 0.15 x 15 = 2.25 m. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 54 En la direcció llarga, està formada per 40 elements (també de 5 mm2 de diàmetre), i per tant té una longitud de: longitud = 0.4 x 15 = 6m. Les malles s’han disposat 5 cm per sota de la cara vista del paviment. 1.10. Tancaments A la nau s’han diferenciat dos tipus de tancament, el primer està constituït per plafons de xapa metàl·lica i és l’encarregat de tancar la nau en totes les cobertes i façanes menys en la façana principal. En les façanes laterals, també hi ha un mur perimetral de blocs de formigó i un finestral. Els tancaments han quedat definits de la següent manera: En la façana principal s’ha realitzat un tancament fet per una estructura de mur cortina de vidre i un tancament de xapa en la part superior per motius estètics. 1.10.1. Tancaments de coberta, façanes laterals i façana posterior Pels tancaments s’han utilitzat uns prefabricats de l’empresa Central del Panel, fets de perfils de xapa metàl·lica i llana de roca, tant a la coberta com als laterals de la nau (figura 1.10.1). Figura 1.10.1. Dibuix del perfil metàl·lic de l’empresa Central del Panel Es tracta d’un plafó aïllat amb llana de roca, amb una elevada resistència al foc i destinat especialment a cobertes amb una inclinació superior al 7% (en el nostre cas és del 15 %). El procés productiu, juntament amb els materials utilitzats, han donat lloc a la següent taula de cargues admissibles (1.10.2). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 55 Figura 1.10.2. Taula de les càrregues admissibles en funció de la separació entre plafons. Pels plafons de tancament s’ha seleccionat un gruix de 100 mm, com es pot veure a l’apartat de la memòria de càlcul. Els plafons s’han fixat a l’estructura auxiliar (corretges) mitjançant cargols autoroscants amb un recobriment de niló en el cap del cargol, del mateix color que el plafó.(figura 1.10.3). Figura 1.10.3. Dibuix de la fixació dels plafons a les corretges. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 56 1.10.1.1. Característiques tècniques Tractament del suport metàl·lic Aquests plafons disposen d’una xapa externa revestida amb una imprimació de expoxy (resina, polímer termostable que s’endureix quan es mescla amb un agent) d’un gruix no inferior a 5 micres i tractada amb vernís Metcolor sistema estàndard o súper, d’un gruix de 25 micres amb una extensa gama de colors. La xapa interna també disposa d’una imprimació de expoxy no inferior a 5 micres i tractada amb un vernís Metcolor sistema Top 50 d’un gruix de 50 micres en color blanc Aïllament acústic En els gruixos 50, 80 i 100 mm, s’han obtingut índex de valoració Rw=29-30 dB segons les normes UNI 827/7 i ISO 717/82. Les façanes laterals i la façana posterior han quedat definides de la següent manera (figura 1.10.4, figura 1.10.5 i figura 1.10.6). Figura 1.10.4. Tancament façana posterior. Figura 1.10.5. Tancament façana lateral nau principal. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 57 Figura 1.10.6. tancament façana lateral nau secundària. 1.10.2. Tancament de façana principal La façana principal serà la zona d’accés al públic, pel que s’ha tingut en compte l’aspecte estètic. Per això, s’ha decidit fer el tancament mitjançant un mur cortina. El mur cortina és una façana lleugera de muntants i travessers que té un aspecte lleuger i fi. Tant horitzontal com verticalment resulten visibles només uns mil·límetres tan des de dins com de fora, i està ubicada per davant de l’estructura principal de l’edifici. El mur cortina està constituït per una combinació d’elements d’alumini, una àmplia varietat d’envidrament transparents i zones generalment opaques, realitzades en elements de farcit que poden ser de diferents materials, com fustes, vidres, plàstics, etc. El mur cortina transmet la seva pròpia càrrega deguda al pes, a través de connexions realitzades al terra o a les columnes de l’edifici. Un mur cortina està dissenyat per resistir l’aire i l’ infiltració d’aigua, forces químiques i les seves pròpies forces de càrrega. Per al mur cortina, s’ha escollit un sistema de l’empresa Sopena que es descriu a continuació a la figura 1.10.7. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 64 Figura 1.11.1. Taula de diàmetres nominals dels canalons. La superfície de coberta en projecció horitzontal a considerar ha estat: S = 12.5 x 6 = 75 m² Per tant, considerant un pendent de la canal del 1 %, es necessita un diàmetre nominal de 125 mm. Per un règim amb intensitat pluviomètrica diferent de 100 mm/h, s’ha d’aplicar un factor f de correcció a la superfície servida on i és la intensitat pluviomètrica que es vol considerar. f = (Eq 1.11.1.) La intensitat pluviomètrica de la Garriga s’ha obtingut a partir de la figura i la taula següents (figura 1.11.2): Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 65 Figura 1.11.2. Taula i gràfica indicadores de la intensitat pluviomètrica de l’estat Espanyol (font: DB HS). La Garriga es troba a la zona B i concretament en una línia de 60, per tant la intensitat màxima a considerar és de 135 mm/h. Així, la superfície servida a considerar avaluant l’ Eq 1.11.1: f = = = 1.35 Per tant, la superfície total a considerar és de: S = S x 1.35 = 101.25 m² Finalment, el diàmetre a considerar és de 150 mm. No obstant, si la secció adoptada pel canaló no és semicircular, la secció quadrangular equivalent ha de ser un 10 % superior a l’ obtinguda com a secció semicircular. Pel que fa al pendent del canaló, la solució constructiva per la que s’ha optat és la següent. En lloc d’inclinar el canaló (molta gent opina que és antiestètic), es genera el pendent dins el mateix canaló mitjançant poliuretà. D’aquesta manera, apareix l’alçada extra d’un extrem del canaló a l’altre. hextra: · 100 = 1%, per tant h = 60 mm. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 66 Baixants El diàmetre corresponent a la superfície, en projecció horitzontal, servida per cada baixant d’aigües pluvials s’obté mitjançant la taula següent: Figura 1.11.3. Taula de diàmetres dels baixants. De la mateixa manera que s’ha fet pels càlculs dels canals, s’ha triat el diàmetre nominal en funció de la superfície servida. Aquesta superfície equival a 101.25 m2. Per tant, s’ha seleccionat un diàmetre de baixants de 63 mm. 1.12. Instal·lació solar fotovoltaica A la vessant sud de la coberta de la nau, s’ha projectat una instal·lació solar fotovoltaica de 100,8 kW (90,72 kW de potència nominal) connectada a la xarxa de baixa tensió. A la memòria de càlcul s’han explicat les característiques dels elements presents a la instal·lació; el dimensionament del cablejat i les proteccions elèctriques; els càlculs de pèrdues i de producció anual esperada realitzats; les característiques de les diferents solucions que es poden adoptar i el càlcul de la subestructura. També s’ha realitzat un anàlisi de rendibilitat econòmica de la inversió, determinant els ingressos per la venta d’energia i el període de retorn. 1.12.1. Descripció general de la instal·lació La instal·lació es divideix en 10 subgeneradors de 10,08 kW (9.72 kW de potència nominal) amb un inversor de xarxa de 10 kW de potència nominal per cada un. Cada subgenerador està format per tres cadenes de 12 panells en sèrie, connectades en paral·lel entre elles. Els panells són de silici monocristal·lí, Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 67 model SUNPORT 72M de la marca CUANTUM SOLAR, amb una potència pic de 280 Wp. 1.12.2. Descripció dels elements de la instal·lació La instal·lació es divideix en dues parts: la part de contínua (CC) i la part d’alterna (CA). 1.12.2.1. Costat continua (CC) Al costat de contínua hi ha 10 subgeneradors amb 36 panells fotovoltaics cadascun, amb 3 cadenes de 12 panells connectats en sèrie mitjançant cables de 4 mm² de secció. Al final de cada cadena hi ha una caixa estanca (30 en total) on es canvia la secció del cablejat de 4 a 6 mm² per tal de reduir la caiguda de tensió en el tram que va des dels panells als inversors. Abans de l’entrada de cada inversor hi ha una altra caixa estanca amb un interruptor seccionador bipolar de CC (on es torna a canviar la secció de 6 a 4 mm²), per poder desconnectar la part de CC quan sigui necessari. 1.12.2.2. Costat d’alterna (CA) A la part d’alterna hi ha 10 inversors NT 10000 de la casa SUNWAYS aptes per al muntatge en mural. Cada inversor té tres entrades independents de CC (les 3 cadenes de panells en sèrie de cada subgenerador es connecten a les 3 entrades de CC de cada inversor) i una sortida d’alterna (tant les entrades com sortides requereixen una secció del cablejat de 4 mm²). A la sortida de cada inversor, hi ha un interruptor tetrapolar contra sobrecàrregues i curtcircuits (dins la mateixa caixa estanca on hi ha els seccionadors de CC), on es canvia la secció del cable de 4 a 25 mm². Llavors, els deu cables de CA s’uneixen al quadre general de protecció de CA, on hi ha un interruptor magnetotèrmic general i un interruptor diferencial general. De la sortida del quadre general de CA, en surt un únic cable (tetrapolar) de 185 mm² de secció que va fins el conjunt de protecció i mesura (CPM). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 68 Dins el CPM hi ha un altre interruptor magnetotèrmic general i un interruptor diferencial general, tres fusibles (un per cada fase), i tres transformadors de corrent perquè un comptador trifàsic bidireccional (per energia activa i reactiva) pugui llegir tant l’energia generada com la consumida de la instal·lació fotovoltaica. Després del CPM hi ha la caixa general de protecció (CGP) amb tres fusibles de calibre superior als del CPM. Al costat de la CGP hi ha la caixa de seccionament (CS) que estableix el límit de propietat entre la instal·lació fotovoltaica del particular i la xarxa de l’empresa elèctrica distribuïdora. El punt de connexió a la xarxa elèctrica és en baixa tensió (400 V) i es realitza a la xarxa de l’empresa distribuïdora o bé a la mateixa escomesa de l’usuari. 1.12.2.3. Proteccions de la instal·lació Apart de les proteccions mencionades, hi ha altres dispositius de seguretat com la posada a terra o les proteccions incloses al mateix inversor, que són de vital importància per al correcte funcionament de la instal·lació i per assegurar unes condicions mínimes de qualitat de l’energia injectada a la xarxa. Totes elles estan degudament explicades a la memòria de càlcul. 1.12.2.4. Pressupost i anàlisi econòmic de la instal·lació El pressupost total de la instal·lació fotovoltaica, que inclou transport i muntatge dels elements que la composen, és de 408586 € A partir d’aquest pressupost i considerant els valors de la producció d’electricitat anual esperada, s’ha realitzat un anàlisi de viabilitat i rendibilitat econòmica de la inversió. A continuació, es mostra un gràfic (figura 1.12.1) amb l’evolució del benefici net de capital al llarg del 25 anys de vida útil de la instal·lació que com es pot observar es recupera amb 12 anys. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 69 Figura 1.12.1. Gràfic de la rendibilitat de la instal·lació. 1.12.3. Descripció de la subestructura de suport dels panells Els plafons es fixen a la subestructura mitjançant unes fixacions d’alumini anomenades “clips” (quatre clips per cada panell), que es mostren a la següent figura: Figura 1.12.2. clips de fixació dels plafons solar a la subestructura. La subestructura s’ha disposat paral·lelament a la coberta i consta de perfils d’alumini dissenyats especialment per suportar panells. El perfil té una forma similar a una “H”, de manera que es posen uns cargols mirant cap amunt per fixar els clips als rails, i uns cargols mirant cap avall (els caps dels cargols -600000 -400000 -200000 0 200000 400000 600000 800000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Series1 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 70 queden a l’interior del perfil) per fixar els rails a unes fixacions amb forma trapezoïdal de la marca Schletter anomenades Fix2000. A continuació es mostren unes figures (figura 1.12.3 i figura 1.12.4) amb els elements que s’acaben de descriure: Figura 1.12.3. Perfils d’alumini de suport dels panells. Figura 1.12.4. Fotografies de com fixar els perfils als clips de fixació. Per evitar pèrdues d’estanquitat es posen tires de cautxú EPDM entre la peça Fix2000 i la greca, i també en els punts de recolzament dels perfils sobre la coberta (on no hi ha peça de fixació), com es mostra a la següent figura: Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 71 Figura 1.12.4. Fotografies de la col·locació de les tires de cautxú. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 72 2. Memòria de càlcul 2.1. Càlcul de l’estructura A continuació, es presenta la memòria de càlcul de l’estructura de la nau que es mostra a continuació (figura 2.1.1). Figura 2.1.1. Vista amb perspectiva de la nau. A l’hora d’enfocar l’estudi estructural, s’ha optat per fer un càlcul en el pla. Això aporta una visió més clara del que es realitza en cada moment i un aprenentatge més complet. Tot i això, també és un objectiu important l’aprenentatge del bon funcionament i bon ús d’un software de càlcul d’estructures. Abans de començar amb el càlcul estructural, s’ha realitzat un estudi de les càrregues que actuen sobre l’estructura. Una vegada dimensionats els elements de l’estructura, s’ha comprovat que compleixin les limitacions que marquen els estats límits de servei i els estats límits últims, segons la normativa CTE. S’han diferenciat tres fases d’estudi pel càlcul de l’estructura de la nau: la del pla transversal, la de les corretges i dels pilars de façana, i la de l’arriostrament de la nau (pla longitudinal). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 73 L’estudi en el pla transversal s’ha dut a terme diferenciant els tres tipus de pòrtics que hi ha i estudiant-los per separat amb el software de càlcul CYPE 2011. Totes les accions però, s’han introduït fent un estudi i càlcul previ segons la normativa. Els elements de façana (tancaments, pilars i corretges) han estat dimensionats mitjançant les taules de perfils normalitzats i càlculs realitzats a mà. També s’han analitzat en cada cas les comprovacions necessàries ( compliment de la fletxa màxima admissible, estudi de vinclament i tensió màxima). L’estudi del arriostrament, el monol·litisme estructural de la nau en el seu pla longitudinal, s’ha dut a terme amb càlculs realitzats a mà i seleccionant els perfils més òptims de les taules corresponents. S’ha realitzat mitjançant creus de Sant Andreu i perfils tubulars d’unió dels caps dels pilars, analitzant en cada cas quin podia ser el tipus de perfil més adient i si complia els requisits, tant tensionals com de vinclament. 2.1.1. Criteri de comprovacions dels perfils D’acord al DB SE (Document Bàsic Seguretat Estructural) es requereix verificar els estats límits. Els estats límits són aquelles situacions que de no complir-se es pot considerar que l’edifici no compleix els requisits estructurals.  La estabilitat i la resistència (estats límits últims). Aquells estats que de ser superats constitueixen un risc per les persones.  L’aptitud pel servei (estats límits de servei). Aquells estats que al ser superats afecten al benestar dels usuaris i a l’aparença d’aquest. Per la correcta verificació s’han de tenir en comte uns coeficients parcials de seguretat: Pels coeficients parcials relatius s’han adoptat els següents valors, que marquen l’Eurocodi. Tot i que des d’Europa s’ha donat llibertat a cada país perquè adopti el valor que cregui, a Espanya l’empresa Aenor ,encarregada de dictar les normes, encara no ha publicat el DNA (Document Nacional d’Aplicació): Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 80 2.1.2.1. Càrregues permanents  Instal·lació solar: 0.175 kN/m². o 0.125 kN/m² panells fotovoltaic. o 0.05 kN/m², subestructura d’alumini de suport de l’equipament fotovoltaic i cablejat.  Coberta: 0.2 kN/m² (plafons de tancament).  Corretges: 0.05 kN/m² 2.1.2.2.Sobre càrrega d’us La sobrecàrrega d’us ve definida per la taula de la figura 2.1.7: Figura 2.1.7. Taula dels valors de les sobre càrregues d’us segons categoria (font: DB SE-AE acer). Pel cas de la coberta, s’hauria de seleccionar el tipus G1 i adoptar una càrrega de 0,4 KN/m². En aquest cas però, com es veurà a continuació, la sobre càrrega de neu es superior a la sobrecàrrega d’ús, per tant, al no ser concomitants, només s’adopta la càrrega superior. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 81 Això ve donat per la suposició de que si està nevat no pujaran operaris a realitzar tasques de manteniment i/o reparació. En el cas de l’altell s’adopta el valor de la categoria B, zones administratives sense accés al públic. Segons la taula esmentada, s’adopta un valor de sobre càrrega d’us de l’altell: 2 kN/m². 2.1.2.3.Sobre càrrega de neu La distribució i la intensitat de la càrrega de neu sobre una coberta depèn del clima, el tipus de precipitació, el relleu de l’entorn, la forma de la coberta, els efectes del vent i els intercanvis tèrmics en els paràmetres exteriors. Com a valor de càrrega per unitat de superfície en projecció horitzontal es pot prendre el valor de: Qn = γ · sk (Eq.2.1.10.font:DBSE-AE) On: γ: coeficient de forma de coberta. sk: valor característic de la càrrega de neu sobre un terreny horitzontal. Si la construcció està protegida del vent, el valor de la càrrega de neu es podrà reduir en un 20%, si pel contrari està exposada al vent, s’haurà d’augmentar un 20%. Si l’edifici es trobés a una superfície superior als 1000 m. d’altitud, s’hauria de tenir en comte una càrrega lineal “pn”, deguda a la formació de gel. En el nostre cas, la construcció es troba en una situació d’exposició al vent normal i situada a una altitud de 252m, pel que no s’han tingut en compte aquests factors. Coeficient de forma: Degut a que el vent pot acompanyar les nevades i originar un dipòsit irregular de neu sobre la coberta, l’espessor de la capa de neu pot ser diferent en cada faldó. Per la determinació del coeficient de forma s’haurà de seguir la següent regla: En un faldó d’inclinació inferior al 30% i en el que no hi ha impediments al Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 82 esllavissament de la neu, s’adoptarà un coeficient de forma igual a 1. Aquest és el cas que ens afecta. Valor de la càrrega de neu: El valor de la càrrega de neu en capitals de província adoptarà els valors de la següent taula (figura 2.1.8): Figura 2.1.8. Taula dels valors de les càrregues de neu en capitals de província (font: DB SE-AE acer). En aquest cas, la construcció es troba a prop de la capital de província de Barcelona, però a una altitud de 252 m. Per tant, el valor adoptat seguirà la següent taula (figura 2.1.9): Figura 2.1.9. Taula dels valors de les càrregues de neu en funció de l’altitud i la zona climàtica (font: DB SE-AE acer). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 83 Adopto el valor de 0.6 ja que correspon a una altitud entre 200 i 400 metres en la zona 2, zona en la qual es troba la meva nau com es pot observar en el següent mapa: Figura 2.1.10. Mapa de les zones climàtiques a Espanya per la determinació del valor característic de la càrrega de neu sobre un terreny horitzontal (font: DB SEAE acer). Per tant avaluant l’ Eq 2.1.10. Qn = γ · sk = 0.6 kN/m². 2.1.2.4. Acció del vent La força del vent l’he estudiat utilitzant l’expressió extreta del CTE Accions en l’Edificació annex D: qe= qb· ce ·cp (Eq.2.1.11.font:DBSE-AE) On: qb: pressió dinàmica del vent, es pot suposar 0,5 kN/m² a tot el territori espanyol. Però per se més exacte s’extreu de l’expressió: qb = 0.5 · δ · vb² (Eq.2.1.12.font:DBSE-AE) Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 84 On: δ: densitat de l’aire, 1.25 kg/m³. vb: velocitat mitjana de l’aire La densitat de l’aire depèn, entre altres factors, de l’altitud, temperatura ambiental i de la fracció de l’aigua en suspensió. En general es pot adoptar un valor de 1.25 kg/m . Quan es tracta de edificis pròxims al mar la densitat es pot veure augmentada degut a la rosada. El valor mitjà de la velocitat de l’aire correspon al valor característic de la velocitat del vent durant un període de 10 minuts, mesurada en una zona plana i desprotegida del vent i a una alçada de 10 metres sobre la superfície del terra. El valor bàsic de la pressió dinàmica també es pot extreure directament adoptant els següents valors: 0.42 kN/m², 0.45 kN/m² i 0.52 kN/m² per les tres zones, A, B i C respectivament (figura 2.1.11). Figura 2.1.11. Mapa de les zones eòliques a Espanya per la determinació del valor de la velocitat mitjana de l’aire (font: DB SE-AE acer). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 85 Avaluant l’ Eq 2.1.12. s’obté un valor de: qb = 0.5·1.25·29² = 525.625 = 0.52 kN/m². S’obté el mateix valor que el que proposa per defecte el Codi Tècnic. Ce: coeficient d’exposició Per altures no superiors a 200 m. s’obté de la següent expressió: ce = F · (F + 7k) (Eq.2.1.13.font:DBSE-AE) On: F = k ln (max (z, Z) / L) On k, L i Z són paràmetres que s’extreuen de la figura 2.1.12. Figura 2.1.12. Taula dels coeficients segons la categoria (font: DB SE-AE acer). La nostra parcel·la està situada a una alçada superior a 200 m, per tant el valor del coeficient d’exposició (ce) s’obté en funció de l’alçada de la façana ( 7m ). I s’extreu interpolant de la següent taula entre els valors 1.4 corresponent a 6 m. d’alçada, i 1.7 corresponent a 9 m. d’alçada (figura 2.1.13). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 86 Figura 2.1.13. Taula dels valors dels coeficients d’exposició segons la categoria (font: DB SE-AE acer). Seleccionant la categoria número IV, dóna un valor de 1.5. Cp: coeficient eòlic, depèn de la forma i orientació de la superfície respecte del vent, de la forma de l’edifici i de la seva àrea d’influència. Aquests valors s’extreuen de les següents taules per a cobertes a dues aigües (figura 2.1.14). El signe indica si es tracta de pressió o succió. En els casos on apareixen dos valors s’haurà d’estudiar tant per succió com per pressió. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 87 Figura 2.1.14. Taula dels valors dels coeficients eòlic segons la geometria de la coberta (font: DB SE-AE acer). Com es pot veure a la següent taula (figura 2.1.15), s’ha seleccionat la filera de coberta de 15º i una àrea de superior a 10 m². La nau s’haurà d’estudiar també com a coberta múltiple, ja que disposa d’una segona nau adossada. S’han adoptat els següents valors en funció del següent esquema (figura 2.1.15): Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 88 Figura 2.1.15. Taula dels valors dels coeficients eòlic segons la geometria de la coberta (font: DB SE-AE acer). Això dóna lloc a estudiar la primera vessant de la nau principal de la forma esmentada anteriorment (figura 2.1.14), però s’han de modificar els valors de la resta de la coberta segons la figura 2.1.15. En aquest cas, s’ha seleccionat una coberta de -15º enlloc de 15º i àrea superior a 10 metres. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 89 Seguint les taules esmentades, s’obtenen uns coeficients d’exposició del vent ce pels dos tipus de pòrtics respectivament: Pels últims pòrtics de la nau principal ( pòrtics 7,8,9 i 10 ), que no tenen la nau secundària adossada s’obtenen els següents valors (figures 2.1.16 i figura 2.1.17):  El vent en coberta actuant com una força de succió: Figura 2.1.16. Vista del pòrtic a dues aigües amb els seus corresponents coeficients eòlics ce amb al vent actuant com una força a succió en coberta.  El vent en coberta actuant com una força a pressió: Figura 2.1.17. Vista del pòrtic a dues aigües amb els seus corresponents coeficients eòlics ce amb al vent actuant com una força a pressió en coberta. Per la resta de pòrtics, corresponents a les dues naus s’obtenen els següents valors (figura 2.1.18 i figura 2.1.19):  El vent actuant en coberta com una força de succió: Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 96 Càlcul del vent: S’han creat dues hipòtesis de vent en coberta, una actuant a succió i l’altre a pressió. En el programa s’ha d’introduir que aquestes hipòtesis mai poden actuar a la vegada. Si hi ha succió en coberta no hi ha pressió. Amb l’equació esmentada anteriorment del vent en l’apartat 1.3. Estudi de les accions s’obtenen els següents valors en cada tram dels coeficients eòlics pel vent actuant com una força de succió i pressió respectivament ( figura 2.1.23 i figura 2.1.24): Figura 2.1.23. Coeficients eòlics amb el vent actuant com una força de succió. Figura 2.1.24. Coeficients eòlics amb el vent actuant com una força de pressió. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 97 Avaluant l’ Eq. 3.2. obtenim els valors corresponents de l’acció del vent per cada tram de coberta i façana. Q = llum · qb· ce ·cp  Hipòtesis 1 (succió): 1 = 6·52·1.5·0.7 = 327.6 kg/ml (3.28 kN/ml). 2 = 6·52·1.5·(-0.9) =- 421.2 kg/ml (4.21 kN/ml). 3 = 6·52·1.5·(-0.3) = -140.4 kg/ml (1.4 kN/ml). 4 = 6·52·1.5·(-1) = - 468 kg/ml (4.68 kN/ml). 5 = 6·52·1.5·(-0.4) = -187.2 kg/ml (1.87 kN/ml). 6 = 6·52·1.5·0.3 = 140.4 kg/ml (1.4 kN/ml).  Hipòtesis 2 (pressió): 1 = 6·52·1.5·0.7 = 327.6 kg/ml (3.28 kN/ml). 2 = 6·52·1.5·0.2 = 93.6 kg/ml (0.94 kN/ml). 3= 6·52·1.5·0 = 0 kg/ml 4 = 6·52·1.5·0.3 = 140.4 Kg/ml (1.4 kN/ml). 2.1.3.2.2. Estat de càrregues Totes aquestes accions donen lloc al següent estat de càrregues extret del CYPE 2011 (figura 2.1.25). Les accions del vent les he introduït sobre els eixos locals de la barra. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 98 Figura 2.1.25. Estat de càrregues extret del CYPE 2011. On: • Càrrega de neu ( la càrrega de neu segons norma es projecta horitzontalment, però he considerat, degut a la mínima inclinació de la coberta, cos 15 = 0.98, l’opció representada a la figura ). • Càrrega de vent a succió • Càrrega de vent a pressió • Càrrega permanent (pes propi coberta, corretges i instal·lació solar) Aquests valors de càrrega donen els següents perfils (figura 2.1.26):  Unes llindes d’un perfil IPE 400 amb unes cartel·les de 3 m, cartel·les que es col·locaran a les diferents unions llinda pilar i llinda llinda.  Uns pilars d’un perfil HEB 300. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 99 Figura 2.1.26. Pòrtic amb els seus perfils corresponents. 2.1.3.3.3. Diagrames i valors màxims i mínims El programa edóna l’opció de visualitzar els diferents diagrames que provoquen les càrregues aplicades: moments, axials i tallants i fletxes màximes. Els diagrames que interessen per a aquest cas, en termes de càlcul, són els diagrames envolvents, ja que marquen els esforços en la situació més desfavorables de totes (figura 2.1.27, figura 2.1.28, figura 2.1.29 i figura 2.1.30). Figura 2.1.27. Envolvent de moments. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 100 Figura 2.1.28. Envolvent d’esforços axials. Figura 2.1.29. Envolvent d’esforços tallants. Figura 2.1.30. Envolvent de la fletxa. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 101 A continuació s’exposa una taula amb els valors màxims i mínims de cada element en els seus nusos, així com la fletxa màxima (figura 2.1.31). Diagrama Pilar esquerra Pilar dret Llinda esquerra Linda dreta Nus inferior nus superior Nus inferior nus superior llinda pilar llinda llinda llinda pilar l linda llinda Moments (kN·m) -246 377 286 -409 357 208 389 208 Axial (kN) -129 -118 -135 -125 -115 -95 -95 -118 Tallants (kN) -88 -93 103 95 -97 9,2 12,7 -103 Fletxa (mm) 7,7 7,85 22,9 21,9 Figura 2.1.31. Taula dels valors màxims i mínims de cada diagrama. 2.1.3.3. Pòrtic tipus 2 Figura 2.1.32. Vista del pòrtic en el pla transversal 2.1.3.3.1. Accions. Accions. El següent pòrtic (figura 2.1.32) suporta les següents accions que han estat introduïdes al software de càlcul. Les càrregues s’han introduït linealment ja que l’estudi es realitza en el pla. Per tant, abasten una llum de 6 m. Càrregues permanents.  Instal·lació solar: 0.175 kN/m², dóna lloc a 1.05 kN/ml.  Coberta: 0.20 kN/m², dóna lloc a 1.20 kN/ml. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 102  Pes corretges: 0.05 kN/m², dóna lloc a 0.3 kN/ml. Sobrecàrrega d’us altell. Aquest pòrtic disposa d’un altell a la nau secundària que pateix unes càrregues pròpies suportades pels propis pilars de l’altell, ja que no carregauen als pilars dels pòrtics.  Sobrecàrrega d’ús: 2 kN/m², dóna lloc a 12 kN/ml.  Pes del forja col·laborant: 3.1 kN/m², dóna lloc a 18.6 kN/ml. Càrrega de neu.  Neu: 0.60 kN/m², dóna lloc a 3.60 kN/ml. Càlcul del vent: S’han creat dues hipòtesis de vent en coberta, una actuant a succió i l’altre a pressió. En el programa, s’ha introduït que aquestes hipòtesis mai poden actuar a la vegada. Si hi ha succió en coberta no hi ha pressió. Amb l’equació esmentada anteriorment del vent s’obtenen els següents valors en cada tram per succió i pressió respectivament (figura 2.1.33 i figura 2.1.34): Figura 2.1.33. Coeficients eòlics amb el vent actuant com una força de succió. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 103 Figura 2.1.34. Coeficients eòlics amb el vent actuant com una força de pressió. Avaluant l’ Eq. 2.1.11. s’obtenen els valors corresponents de l’acció del vent per cada tram de coberta i façana. Q = llum · qb· ce ·cp  Hipòtesis 1 ( succió ): 1 = 6·52·1.5·0.7 = 327.6 kg/ml (3.28 kN/ml). 2 = 6·52·1.5·(-0.9) = - 421.2 Kg/ml (-4.21 kN/ml). 3 = 6·52·1.5·(-0.3) = -140.4 kg/ml (-1.4 kN/ml). 4 = 6·52·1.5·(-2.5) = -1170 kg/ml (-11.7 kN/ml). 5 = 6·52·1.5·(-0.9) = -421.2 kg/ml (-4.21 kN/ml). 6 = 6·52·1.5·(-0.7) = -327.6 kg/ml (-3.28 kN/ml). 7 = 6·52·1.5·(-0.5) = -234 kg/ml (-2.34 kN/ml). 8= 6·52·1.5·(-0.6) = -280.8 kg/ml (-2.81 kN/ml). 9 = 6·52·1.5·0.3 = 140.4 Kg/ml (1.4 kN/ml).  Hipòtesis 2 ( pressió ): 1 = 6·52·1.5·0.7 = 327.6 kg/ml (3.28 kN/ml). 2 = 6·52·1.5·0.2 = 93.6 kg/ml (0.93 kN/ml). 3 = 6·52·1.5·0.3 = 140.4 Kg/ml (1.4 kN/ml). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 104 2.1.3.2.2. Estat de càrregues Totes aquestes accions donen lloc al següent estat de càrregues extret del CYPE 2011 (figura 2.1.35 i figura 2.1.36). Les accions del vent les he introduït sobre els eixos locals de la barra. Figura 2.1.35. Estat de càrregues extret del CYPE 2011. On: • Càrrega de neu ( la càrrega de neu segons norma es projecta horitzontalment, però he considerat, degut a la mínima inclinació de la coberta, cos 15 = 0.98, l’opció representada a la figura ). • Càrrega de vent a pressió. • Càrrega de vent a succió. • Càrrega permanent (pes propi coberta, corretges i instal·lació solar) Figura 2.1.36. Estat de càrregues extret del CYPE 2011. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 105 On: • Càrrega que actua sobre l’altell. Aquests valors de càrrega donen els següents perfils (figura 2.1.37):  Unes llindes d’un perfil IPE 400 amb unes cartel·les de 3 m, cartel·les que es col·locaran a les diferents unions llinda pilar i llinda llinda.  Uns pilars d’un perfil HEB 300.  Pilars d’un perfil HEB 140 per l’altell.  Unes bigues IPE 360 per l’altell. Figura 2.1.37. Pòrtic amb els seus perfils corresponents. 2.1.3.2.3. Diagrames i valors màxims i mínims El programa dóna l’opció de visualitzar els diferents diagrames que provoquen les càrregues aplicades: moments, axials i tallants i fletxes màximes. Els diagrames que interessen termes de càlcul són els diagrames envolvents, ja que marquen els esforços en la situació més desfavorables de totes (figura 2.1.38, figura 2.1.39, figura 2.1.40 i figura 2.1.41). Figura 2.1.38. Envolvent de moments. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 112 Nota: pels pilars de l’altell, en aquest cas no s’ha adoptat l’opció del software de càlcul, s’han dimensionat aquests pilars seguint els criteris dels pilars de façana, per tant seran un HEB 160. 2.1.3.3.3. Diagrames i valors màxims i mínims El programa dóna l’opció de visualitzar els diferents diagrames que provoquen les càrregues aplicades: moments, axials i tallants i fletxes màximes. Els diagrames que interessen en termes de càlcul són els diagrames envolvents, ja que marquen els esforços en la situació més desfavorables de totes (figura 2.1.51, figura 2.1.52, figura 2.1.53 i figura 2.1.54). Figura 2.1.51. Envolvent de moments. Figura 2.1.52. Envolvent d’esforços axials. Figura 2.1.53. Envolvent d’esforços tallants. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 113 Figura 2.1.54. Envolvent de la fletxa. A continuació s’exposen unes taules amb els valors màxims i mínims de cada eleent en els seus nusos, així com la fletxa màxima (figura 2.1.55 i figura 2.1.56). Pòrtic nau principal Diagrama Pilar esquerra Pilar dret Llinda esquerra Linda dreta Nus inferior nus superior Nus inferior nus superior llinda pilar llinda llinda llinda pilar llinda llinda Moments (kN·m) -153 218 91 -215 -206 112 -202 111 Axial (kN) -78 -67 -149 -69 -69 -57 -69 -57 Tallants (kN) -52 -56 31 57 -54 5 -56 8 Fletxa (mm) 3,83 3,72 10,63 12,53 Figura 2.1.55. Taula dels valors màxims i mínims de cada diagrama (pòrtic nau principal). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 114 Altell d'oficines Diagrama Pilar esquerra pilar central Pilar dret biga Nus inferior nus superior Nus inferior nus superior Nus inferior nus superior esquerra dreta Moments (kN·m) 5,24 0 5,17 0 5,09 0 116 Axial (kN) -149 -147 -149 -147 -149 -147 -25 Tallants (kN) 1,5 1,5 1,48 1,48 1,46 1,46 -74 74 Fletxa (mm) 0,99 0,98 0,96 10,7 Figura 2.1.56. Taula dels valors màxims i mínims de cada diagrama (altell). 2.1.5. Corretges A continuació es mostra un dibuix de la distribució de corretges, tant en façanes laterals com en coberta (figura 2.1.57).. Figura 2.1.57. Secció de la distribució de corretges. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 115 2.1.5.1. Corretges de coberta Les corretges de coberta són les primeres en rebre el pes de la pròpia coberta, la sobre càrrega d’us i l’esforç del vent. La instal·lació de plaques fotovoltaiques descansa sobre una subestructura que transmet els esforços directament a la estructura principal dels pòrtics, per tant, no es tenen en compte en el dimensionament de les corretges. Les corretges transmeten els esforços a les llindes i pilars dels pòrtics. S’han dimensionat les corretges cobertes en base al pòrtic tipus 2, pòrtic doble amb altell, al tractar-se del pòrtic més complert i ser el que pateix un major esforç per part del vent. 2.1.5.1.1. Accions que suporten Càrregues:  Neu : 0.60 kN/m² · 1.5 = 0.9 kN/m²  Pes propi de la coberta: 0.2 kN/m² · 1.35 = 0.27 kN/m²  Vent: primer de tot, es determina quina és la situació més desfavorable. Per fer-ho, s’analitzen les màximes càrregues en cada cas: Màxima càrrega a succió: 1.95 kN/m² · 1.5 = 2.925 kN/m². Màxima càrrega a pressió: 0.156 kN/m². ·1.5 = 0.234 kN/m². L’acció combinada més desfavorable és: o Vent a succió: 0.6 + 0.2 – 2.925 = -2.125 kN/m². (en aquest cas no he majorat les accions del pes propi i la neu ja que així encara és una situació més desfavorable). o Vent a pressió: 0.9 + 0.27 + 0.234 = 1.404 kN/m². L’acció més desfavorables és per tant, el vent actuant com una força a succió sobre la coberta. La càrrega total a suportar per les corretges és el sumatori de les tres càrregues que hi actuen (neu, pes propi coberta i vent). Q = 0.6 + 0.2 – 2.925 = - 2.125 kN/m² Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 116 (el signe menys indica que és una càrrega a succió). Per definir les corretges s’ha de determinar primer el tancament ja que em determinarà la màxima separació possible entre elles. En el meu cas, com ja he explicat a l’apartat dels tancaments, he escollit uns plafons que es descriuen en la següent taula (figura 2.1.58). Figura 2.1.58. Taula dels plafons de tancament de coberta i façanes laterals facilitada pel fabricant. Per raons estructurals interessa separar les corretges a una distància de 2 m. Segons la taula esmentada, s’ha adoptat el plafó número 3, amb un gruix de 100 mm. i un pes de 21.05 kg/m², lleugerament superior als 20 kg/m² suposats. Aquest plafó permet una separació màxima entre corretges de 3.09 m suportant una càrrega de 150 kg/m². La càrrega lineal que han de suportar les corretges equival a la càrrega Q per la distància que abasten: P = -2.125 kN/m² · 2 m de llum = - 4.25 kN/ml. (42.5 N/cm²) El perfil més òptim per les corretges de coberta en aquest cas, i a efectes de lleugeresa, és el perfil amb Z. A més, el perfil és molt adequat per a cobertes amb inclinació, degut a que la seva asimetria compensa la torsió a que estan sotmeses. S’han seleccionat uns perfils conformats en fred, fabricats amb acers laminats en calent segons la Norma UNE-EN 10025 Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 117 2.1.5.1.2. Dimensionament de les corretges. El moment màxim que han de suportar degut a les accions i que determinarà el mòdul resistent necessari per un predimensionament coherent equival a : M = = = 19125 N·m. (Eq. 2.1.16.) Aquest moment dóna un mòdul resistent: W = = = 73.02 cm³. (Eq. 2.1.17.) Segons la taula de perfils conformats en fred, això dóna lloc a un perfil Z de 250x3 (W=90.63 cm³). 2.1.5.1.3. Comprovació del perfil S’ha comprovat que el perfil compleixi els estats límits últims:  Fletxa màxima admissible f = = = 0.29 cm (Eq. 2.1.18.) fletxa vàlida = = = 2 cm > 0.29 cm. Perfil vàlid. Les corretges de coberta són perfils conformats amb fred de Z 250 x 3. 2.1.5.2. Corretges laterals La façana lateral, estarà constituïda per tres espais diferenciats: el primer és un mur perimetral d’1.5 m. d’alçada i el segon és un finestral d’1,5 m. d’alçada, per que la nau gaudeixi de llum solar i 4 m de tancament amb els mateixos plafons de coberta. Es col·loquen les corretges a una separació de 2 m., això dóna lloc a tres fileres de corretges. En la filera inferior s’utilitza un perfil en “U”, ja que facilita constructivament el muntatge del finestral. Les altres dues fileres, són perfils IPE. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 118 2.1.5.2.1. Accions que suporten Aquestes corretges suporten un esforç, degut a l’impacte del vent sobre els tancaments de façana. Esforç del vent P = 2 · qb · ce · cp = 109.2 kg/m (1.09 kN/m) 2.1.5.2.2. Dimensionament de les corretges Aquesta càrrega lineal dóna lloc a un moment M: M = = = 4914 N·m. (Eq. 2.1.19.) Es predimensiona el perfil a partir del seu mòdul resistent, tenint en compte el coeficient de majoració corresponent per una acció variable. W = = = 28.14 cm³. (Eq. 2.1.20.) Segons la taula de perfils laminats, es podria seleccionar un IPE 100 (W=34.2 cm³), però s’ha considerat massa poc rígid i amb probabilitat d’excessives vibracions i deformacions. Per això, s’ha triat l’immediatament superior, un perfil IPE 120 (53 cm3). 2.1.5.2.3. Comprovació del perfil S’ha comprovat que el perfil compleix els estats límits últims:  Fletxa màxima admissible f = = = 0.28 cm. (Eq. 2.1.21.) fletxa vàlida = = = 2 > 0.28 cm. Per tant, el perfil IPE 120 és vàlid per les corretges de façanes laterals. Per la primera filera amb perfil en “U”, també s’ha seleccionat un perfil UPN 120 per facilitats constructives. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 119 2.1.5.3. Corretges de façanes frontals S’han col·locat tres fileres de corretges. La primera a 3 m de terra, distància obligada per la col·locació de les portes. Tot i això, en la façana posterior s’ha suprimit un segment de la primera filera per poder fer més alta la porta. Les dues portes següents s’han col·locat a 2 m de terra cada una. El perfil seleccionat per les corretges de façana ha estat un perfil IPE. L’esforç màxim del vent a suportar correspon a la corretja inferior de la façana posterior, ja que li correspon la major àrea tributària. Aquesta equival a la meitat de la part inferior (2.5m) i la meitat de la part superior (1m), com es pot observar a la figura 2.1.59. Amb l’esforç que s’obté amb aquesta àrea es calcula el perfil més adient. Figura 2.1.59. Alçat de les façanes frontals. 2.1.5.3.1. Accions que suporten Les corretges han de suportar un esforç del vent equivalent a: P = àrea tributària · qb · ce · cp = 3.5·52·1.5·0.7 = 191 kg/ml (1.91 kN/ml) 2.1.5.3.2. Dimensionament de les corretges Aquest esforç P dóna lloc a un moment M: M = = = 9326 N·m. (Eq. 2.1.22.) Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 120 Un cop obtingut el moment que suporten les corretges de façanes principals, es predimensiona el perfil més òptim en funció del mòdul resistent, aplicant el factor de majoració corresponent. W = = 53.41 cm³ (Eq. 2.1.23.) Això dóna lloc a un IPE 140. (W = 77.3 cm³). 2.1.5.3.2. Comprovació del perfil  Fletxa màxima admissible: f = = = 0.33 (Eq. 2.1.24.) fletxa vàlida = = = 2.08 > 0.33 cm. En aquest cas, s’ha consultat a fabricants de mur cortina per saber si hi ha alguna norma que limiti més la fletxa degut a la fragilitat del vidre. Com que no és el cas, s’ha adoptat aquesta condició com a vàlida. Per tant, és un perfil vàlid. Les corretges de façanes frontals són un IPE 140. 2.1.6. Pilars de façana Les façanes frontals són les encarregades de tancar la nau en el seu pla transversal, cal distingir que hi ha una façana frontal (façana principal), d’accés al públic, i per tant es té més present el factor estètic. Per la façana principal, el tancament s’ha realitzat mitjançant un mur cortina explicat en l’apartat de tancaments. En canvi a la façana posterior el tancament és igual que el de coberta o façanes laterals (plafons de xapa). Les dues façanes s’han dissenyat i dimensionat amb els mateixos tipus de perfils, (pilars HEB). Les façanes queden definides de la següent manera. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 121 2.1.6.1. Càlcul dels pilars de façana A la façana s’han col·locat tres pilars: un central que serà el de màxima llum, amb 8.875 m, i dos pilar més situats a banda i banda a, una distancia de 6.25 m del pilar central i dels pilars dels pòrtics (figura 2.1.60). Figura 2.1.60. Alçat de les façanes frontals (vista dels pilars). Els pilars, a efectes de càlcul, es comporten bàsicament a flexió, ja que no suporten l’esforç axial de les llindes dels pòrtics ni de la coberta, i reben quasi tot el seu esforç del vent. L’esforç axial que suporten el pilars ve donat pel pes propi del tancament de la façana, les corretges i el seu propi pes. En l’extrem superior dels pilars, la unió s’ha realitzat amb un trau polís. D’aquesta manera, s’aconsegueix que en els pilars de façana no es transmeti el pes de les llindes ni de les sobrecàrregues que han de suportar aquestes, permetent un menor dimensionament dels perfils metàl·lics. També s’ha evitat una interacció entre llinda i pilar, permetent la lliure deformació del pòrtic. S’ha estudiat el pilar del mig, ja que és el pilar que té la llum màxima, per tant és el cas més desfavorable. La resta de pilars es dimensionen seguint els resultats del pilar estudiat. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 128 Ncr = ( )² · E · I =( )²·2.1·108·1509 = 8103549 N. (Eq. 2.1.30.) Per tant, avaluant l’ Eq. 2.1.29. s’obté una esveltesa reduïda: = = 0.38. Aquesta esveltesa reduïda determina la X en funció de les corbes de vinclament, com es pot veure en la figura 2.1.64. Figura 2.1.64. Corbes de vinclament (font: CT DB-SE). El valor de X, que s’obté en funció de les corbes, val 0.93 aproximadament. Per triar el tipus de corba s’ha seguit la següent taula (figura 2.1.65). En aquest cas ≤ 1, i t≤100 mm. Per tant, al tractar-se d’un acer S 275 i estant en el pla fort respecte, el vinclament la corba que s’ha utilitzat és la (b). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 129 Figura 2.1.65.Taula de criteris per escollis les corbes de vinclament (font: CT DBSE). 2.1.6.1.3.2. Comprovació a flexió i a compressió axial Segons la normativa que dicta el CT DB-SE, el perfil ha de complir: + ky ≤ 1. (Eq.2.1.31.font:CTDB-SE) Per l’esforç axial també s’ha introduït el propi pes del pilar (33.7 kg/ml·8.875 = 299kg) On: Ky (classe 3) = 1+ 0.6·λy· (Eq.2.1.32font:CTDB-SE.) Avaluant l’ Eq. 2.1.32. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 130 Ky = 1 + 0.6·0.38· = 1.006 Cm,y: en funció del diagrama de moments i un paràmetre α. Diagrama de moments: Per extreure el diagrama de moments del pilar, s’ha superposat el diagrama que crea el moment en l’encastament i els tres diagrames de cada una de les càrregues puntuals (figura 2.1.66). Moment força puntual M = (Eq. 2.1.32.) M1 = = 16.94 kN·m. M2 = = 14.91 kN·m. M3 = = 9.76 kN·m. Figura 2.1.66. Superposició dels diagrames de moments creats per cada acció (esquerra), diagrama de moments del pilar (dreta). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 131 El paràmetre α va en funció dels moments màxims: α = = = 0.107. La forma del diagrama de moments marca quin tipus de criteri s’ha de seguir. En aquest cas, s’ha seguit el criteri degut a moments formats per forces laterals un moment d’encastament (figura 2.1. 67). On: Cm,y = 0.2 + 0.8·α ≥ 0.4 si 0 ≥ α ≥ 1. (Eq. 2.1.33.) Figura 2.1.67. Taula dels criteris a seguir per trobar cm,y en funció del diagrama de moments (font: CT DB-SE). Avaluant l’ Eq. 6.10 s’obté: Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 132 Cm,y = 0.2 + 0.8·α = 0.2859 < 0.4 (no és vàlid) Per tant, s’adopta un valor de Cm,y = 0.4. Substituint els valors en l’ Eq 2.1.31. s’obté: + ky = + 1.006· = 0.036+0.34 = 0.376 ≤ 1 Per tant, el IPE 140 és un perfil vàlid. 2.1.6.1.3.3. Comprovació de la fletxa Per realitzar la comprovació de la fletxa, s’ha utilitzat el software de càlcul CYPE 2011, obtenint la fletxa directament del programa (figura 2.1.68). Figura 2.1.68. Diagrama de la fletxa en el pilar de façana. La fletxa màxima equival a 36.77 mm. (3.67 cm). comprovem: = = 2.958 > 3.53 El perfil no compleix el requisit de fletxa mínima. Per tant, s’augmenta el pilar a un HEB 160 que dóna lloc a una fletxa de 2.22 cm acceptable. Nota: no es tornen a realitzar les comprovacions ja que al augmentar el perfil, complirà els requisits anteriors. 2.1.7. Arriostrament de la nau Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 133 La nau s’ha d’arriostrar en el pla longitudinal dotant-la de monolitisme en aquesta direcció, evitant així que els pòrtics es puguin plegar a causa de l’efecte del vent. Això s’aconsegueix mitjançant creus de Sant Andreu, tant en façana com en coberta, encarregades de travar els mòduls de façana i un central, lligant així tots els pòrtics entre ells. Les creus de Sant Andreu tenen la peculiaritat de que, vingui d’on vingui el vent, una de les dues barres sempre treballa a tracció. Els perfils seleccionats per les creus han estat rodons amb tensors. Es transmet l’esforç a les creus mitjançant uns perfils tubulars. També s’han col·locat perfils tubulars als extrems superiors dels pilars dels pòrtics, afectes de lligar-los entre ells. 2.1.7.1. Creus de Sant Andreu. S’han col·locat creus de Sant Andreu en els mòduls formats pels pòrtics de façana i els seus adjunts així com en el mòdul format pels pòrtics 5 i 6 coincidint amb la façana posterior de la nau secundària (figura 2.1.69). Figura 2.1.69. Vista en perspectiva d’on es situaran les creus de Sant Andreu. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 134 2.1.7.1.1. Creus de Sant Andreu de façanes laterals. Figura 2.1.70. Vista amb perspectiva de les càrregues que hauran de suportar els cordons amb tensors de les façanes laterals. Els rodons amb tensors han de suportar l’acció deguda al vent en façana tal com es mostra a la figura 2.1.70 . Aquesta càrrega P total equival a: Ptotal = + P2 + P3 = + 8.49 + 5.97= 18.7 kN. On: P1: càrrega que rep el pilar del mig de façana a l’extrem de dalt, (Rb) P2: càrrega que rep el primer pilar de façana a l’extrem de dalt, (Rb) P3: la meitat de la càrrega que rep el pilar del pòrtic, P3 = · llum · Pe = 3.5·3.125·54.6 = 597.19 kg. (5.97kN). On: Pe = qb·cp·ce (vent que incideix sobre la façana). (Eq. 2.1.34.) Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 135 Això dóna lloc al següent polígon de forces tancat, d’ on es troba la força que han de suportar els rodons amb tensors (figura 2.1.71). Figura 2.1.71. Alçat d’una creu de Sant Andreu de façana lateral (esquerra), polígon de forces tancat degut a l’acció P (dreta). F = = = 28.5 kN. (Eq. 2.1.35.) Aquest és l’esforç a tracció que ha de suportar el rodó, el qual marca l’àrea resistent necessària per fer-ne un correcte dimensionament aplicant el factor corrector degut a la tracció simple. A = = 1.71 cm². (Eq. 2.1.36.) L’àrea resistent necessària que ha de tenir el rodó, segons la taula de la figura 2.1.72 és T-20 amb una àrea resistent de 2.75 cm² segons la taula. Figura 2.1.72. Taula de la relació entre cargols i la seva àrea eficaç. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 136 2.1.7.1.2. Creus de Sant Andreu amb façanes de coberta Es col·locaran rodons amb tensors exactament als mateixos pòrtics on es col·locaran els de façana lateral seguint la següent distribució (figura 2.1.73.): Figura 2.1.73. Planta de la distribució de creus de Sant Andreu en coberta. Els cordons de coberta han de suportar l’esforç de les reaccions en els extrems superiors dels pilars de façana tal com indica la figura 2.1.74.. Figura 2.1.74. Vista en perspectiva de les càrregues que suportaran els cordons amb tensors de coberta. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 137 Com s’ha explicat anteriorment la peculiaritat de les creus de Sant Andreu és que només treballa a tracció una de les seves diagonals. S’estudia l’entramat com si d’una biga en gelosia es tractés per saber quins són els cordons que treballen a tracció i quins elements treballen a compressió (figura 2.1.75). Figura 2.1.75. Dibuix de quins rodons treballen a tracció i quins a compressió. De l’estudi dels esforços axils en les barres d’aquesta biga en gelosia es comprova que el màxim esforç correspon a les diagonals dels extrems. Les accions contra aquesta biga en gelosia provenen de les reaccions en els extrems superiors dels 3 pilars de la façana frontal (Rb). Per tant la màxima sol·licitació és el sumatori de la meitat de la reacció del pilar central i la totalitat del pilar del extrem. Per tant: P = Rb + = 12.74 kN. (Eq. 2.1.37.) On: Rb = 8.49 kN. Amb el polígon tancat de forces s’obté el valor de F (figura 2.1.76.): Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 144 Aquesta unió suporta uns esforços màxims de:  Moment de 259 kN·m  Axial de 350 kN  Tallant de 87 kN 2.1.8.1.1. Resistència dels cargols d’ancoratge La resistència a tracció d’un pern d’ancoratge Ft,ancord,Rd M32 8, és la menor entre la resistència d’adherència de l’ancoratge i la resistència de càlcul de la secció. Resistència d’adherència de l’ancoratge per cargols Ø 32. Ft,bond,Rd = ·(π·Ø·lb·fbd) (Eq 2.1.44 font : CT DB-SE) On: Lbd : és la longitud d’ancoratge mínima. Per una barra de ø32mm, equival a 480 mm (figura 2.1.81), en el cas ha estudiar la solució adoptada pel CYPE 2011 és de 550 mm. Figura 2.1.81. Valors de càlcul de la tensió d’adherència fbd en MPa. Avaluant l’ Eq 2.1.44. s’obté que la resistència d’adherència de l’ancoratge val: Ft,bond,Rd = 120.6 kN. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 145 Resistència de càlcul de la secció del cargol d’ancoratge a tracció: Fv.Rd = (Eq 2.1.45 font : CT DB-SE) Avaluant l’ Eq 2.1.45 s’obté que la resistència de càlcul de la secció del cargol d’ancoratge a tracció val: Fv.Rd = 463.1 kN Per tant la resistència d’un únic cargol d’ancoratge és: Ft,ancord,Rd = min (Ft,bond,Rd ; Fv.Rd) = 120.6 kN. 2.1.8.1.2. Comprovació de la resistència de la unió a l’esforç axial i moment combinats Determinació de la resistència de compressió axial: Les dimensions utilitzades per aquest càlcul són les següents: Dimensions placa base: tp: 25 mm bp: 650 mm hp: 650 mm Dimensions del pilar: hp: 300 mm bp: 300 mm ep: 11 mm e1: 19 mm Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 146 Dimensions de la sabata: h: 700 mm b: 2250 mm a: 4000 mm Primer es calcula la resistència de càlcul de la superfície de recolzament: fjd = βj·αj·fcd (Eq 2.1.45 font : CT DB-SE) On: α és el mínim de: 1 + = 1+ = 2.08 (Eq 2.1.46) 1+ 2 = 1+ 2 = 6.63 (Eq 2.1.47) eh = (hf – hp – 2·e1)/2 = (4000 - 300 - 38) = 1831 1 +2 = 3.94 (Eq 2.1.48) bp = (b – bp – 2e1 )/2 = (2250 – 300 – 38) = 956 Per tant α val 2.08. Avaluant l’Eq 45 s’obté: fjd = βj·αj·fcd = ·2.08· = 23.11 N/mm2. Es considera que només una part de la placa treballa a compressió, per tant, cal calcular l’àrea eficaç de la placa (àrea del casquet equivalent). L’àrea eficaç Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 147 estarà formada per la regió de placa limitada per segments de recta paral·lels a les cares del perfil que forma la secció d’arrancada del suport, a una màxima distància c que es defineix a continuació. c = = 19· = 36 mm. (Eq 2.1.49) Seguidament es determina la resistència de compressió de la placa base: Nj,Rd = 2·Ffc,Rd + Fwc.Rd = fjd·(2·(bp + 2·c)·(2·c + e1) + (hp -2·c -2·ep)·(2·c + ep) Nj,Rd = 23.11·(2·(300 + 72)·(72 + 19) + (300 – 72 – 11)·(72 + 11) = 1582 kN. (Eq 2.1.50) L’axial màxim en els pòrtics equival a 373 kN, per tant es comprova que: 1582 kN > 350 kN. Determinar la resistència a tracció per càrrega axial: S’obté la resistència a la tracció de les files de cargols d’ancoratge als dos costats de la unió. Hi ha quatre maneres diferents de ruptura del casquet equivalent segons la figura 2.1.81. i una cinquena ruptura del casquet especial. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 148 Figura 2.1.81. Modes d’esgotament possibles. Font web Access Steel. Verificació del mode d’esgotament especial. La longitud efectiva del casquet es calcula de la següent manera: Leff,nc = min ((0.5·bp);(4·m + 1.25 ex);(e + 2·m + 0.625·e);(0.5·ω + 2·m + 0.625·e). (Eq 2.1.51) Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 149 On: Figura 2.1.82. dibuix de la placa base. bp: 650 mm. m: 275 mm. ex: 50 mm. ω: 550 mm. Per tant avaluant l’ Eq 2.1.51. s’obté: Leff,nc = min (325 ; 1265 ; 631.25 ; 805.25), per tant equival a 325. El mode d’esgotament especial és possible només si: Lb < lb = · = 239.47. (Eq 2.1. 52) Per tant, es compleix la verificació ja que Lb > lb = 550mm > 239.47mm. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 150 Resistència del casquet equivalent en T a tracció: La resistència de càlcul d’una fila de cargols, Ft,Rd, és la mínima per els 4 modes d’esgotament indicats anteriorment en funció de la resistència a flexió de ròtula plàstica: Mpl,Rd = leff ·pl,Rd = leff · (Eq 2.1.53) Avaluant l’ Eq 2.1.5.3: Mpl,Rd = 325· = 13.3 kN·m Mode 1, mecànic plàstic: Ft,Rd = = = 193 kN. (Eq 2.1.54) Mode 2, mode d’esgotament mix: Ft,Rd = = = 131 kN. (Eq 2.1.55) Mode 3, esgotament del cargol d’ancoratge: Ft,Rd = 2· = 241.2 kN. (Eq 2.1.56) Mode 4, ànima del pilar a tracció:ç Ft,Rd = bp·ep·fyd = 300·11·261.9 = 864 kN. (Eq 2.1.57) Per tant Ft,Rd = 131 kN per fila d’ancoratge (Eq 2.1.55), això implica 44 kN per cargol, que equival a una resistència a tracció de 352 kN. Per tant es compleix la verificació Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 151 Nt,Rd = Ft,Rd = 354 kN > 350 kN (màxim esforç a tracció). Resistència de la unió per una combinació de càrrega M+N Per comprovar la resistència del moment de càlcul MRd s’utilitza la taula 6.7 de l’eurocodi EN 1993 1-8 (figura 2.1.84). MR,d = min (Eq 2.1.58) On: Zt1 = 275 mm. Zt2 = 137.5 mm. en = = = 0.46 m. Avaluant l’ Eq 2.1.58 s’obté: MR,d = min = min (1120 kN·m ; 1879 kN·m) = 1120 kN·m 1120 kN·m > 409 kN·m, per tant es comprova que aguanta la combinació M+N. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 152 Figura 2.1.84. Taula 6.7 de En 1993 1-8 2.1.8.1.3. Resistència a tallant de la unió No es té en compte l’acció del fregament entre la placa i el formigó degut a que hi ha combinacions d’accions en que hi ha axial de tracció i per tant no hi ha fregament. La resistència a tallant d’un pern d’ancoratge, Rv, ancoratge Rd : Fv,Rd = (Eq 2.1.59) On: α: 0.44 – 0.0003·fb = 0.20. (Eq 2.1.60) Avaluant l’ Eq 2.1.60. s’obté una resistència a tallant: Fv,Rd = 102.91 kN. Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 153 Fv,Rd > tallant màxim 87 kNper tan es comprova l’esforç a tallant. 2.1.8.2. Unió pilar llinda S’ha realitzat la comprovació manual de la unió amb les comprovacions de resistència dels elements que la formen així com el càlcul del moment resistent màxim que és capaç de suportar la unió. Totes les verificacions s’han realitzat seguint la normativa que dicta el Codi Tècnic. La unió presenta les següents reaccions calculades pel CYPE 2011. My: 367 kN·m. Ny: 116 kN. Ty: 96 kN. La unió es comporta com una unió rígida, d’aquesta manera es verifica de la manera que s’exposa a continuació i també s’aconsegueix eliminar l’efecte palanca. Un efecte molt perjudicial ja que multiplica els esforços degut perquè apareix un punt de recolzament que multiplica la força (figura 2.1.85). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 256  Llei 54/1997 del 27 de novembre del sector elèctric, que té per objecte regular les activitats destinades al subministrament d’energies elèctriques consistent en la seva generació, transport, distribució, serveis de recàrrega energètica comercialització i intercanvis intracomunitaris i internacionals així com la gestió econòmica i tècnica del sistema elèctric.  Reial Decret 2818/1998 del 23 de desembre, sobre producció elèctrica d’instal·lacions que s’abasteixen d’energies renovables, té per objectiu el desenvolupament reglamentari del la Llei 54/1997 del 27 de novembre pel que fa als requisits i procediments de inscripció en el registre corresponent, a les condicions d’entregues d’energia i al règim econòmic  Reial Decret 1663/2000 del 29 de setembre, sobre la connexió d’instal·lacions fotovoltaiques a la xarxa de baixa tensió.  Reial Decret 436/2004 del 12 de març, en el que s’estableix la metodologia per a l’actualització i sistematització del règim jurídic i econòmic de l’activitat de producció elèctrica en règim especial.  Reial Decret 661/2007 del 25 de maig pel que es regula l’activitat de producció d’energia elèctrica en règim especial i determina el preu de venda en funció del tipus d’instal·lació.  Reial Decret 1578/2008 del 26 de setembre, en que es modifica la retribució de l’activitat de producció d’energia elèctrica mitjançant tecnologia solar fotovoltaica per instal·lacions posteriors a la data límit de manteniment que s’exposa a la retribució del Reial Decret 661/2007 del 25 de maig.  Reglament Electrotècnic per a Baixa Tensió amb les seves corresponents ITC, Instruccions Tècniques Complementàries. Especialment la ITC-BT 40, que es refereix a les instal·lacions elèctriques de baixa tensió.  Reial Decret 842/2002 del 2 d’agost, per el que s’aprova el Reglament Electrotècnic e Baixa Tensió. ( REBT ). Càlcul de l’estructura d’una nau industrial de l’empresa TOYOTA pàg. 257 Pàgines web  http://www.toyota.es (empresa TOYOTA).  http://www.constructalia.com (Arcelor-Mittal).  http://www.portalplanetasedna.com.ar/ingenieria/tabla_perfiles_laminado s (prontuari de perfils laminats).  http://www.construnario.com/diccionario/swf/27013/perfiles%20de%20co rreas. (prontuari de perfils conformats).  http://www.cuantumsolar.com (dispositius instal·lació fotovoltaica).  http://www.tycoelectronics.com/default.aspx (dispositius instal·lació fotovoltaica).  http://www.abb.com/ProductGuide (dispositius instal·lació fotovoltaica).  http://75.125.60.8/~schlette/home.html (elements de subjecció dels panells).  http://www.construmatica.com/bedec/f/2173 (preus de dispositius electrònics).  http://es.kyero.com/weather/4234-la-garriga-tiempo (temperatures mitjanes).  http://www.voltimum.es/search/zona+pluviometrica+isoyeta+mapa+espa na.html  (taules pluviomètriques).  http://www.ieca.es/detPublicaciones.asp?id_rep=75&Hoja=3 (plec de condicions per eslanades).  http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6338/15/15-E02ESTRUCTURA%20DETALLS.pdf (forjat col·laborant).  http://www.alusink.com/pdf/MUR-50.pdf (mur cortina).  http://www.aridosantolin.es/prefabricados/productos/bloques.htm (mur perimetral).  http://www.wallroof.com/ (Central del panel, tancaments de xapa).