Zasnova konstrukcijskega jeklenega okvirja za 4-nadstropni hotel v Papui Novi Gvineji

 

Lokacija: Papua Nova Gvineja

Potresna cona: Potresna jakost od8 stopinj(enakovredno PGA ≈ 0,3 g na podlagi ASCE 7 ali podobnih lokalnih kod)

Vetrna obremenitev: osnovna hitrost vetra =120 km/h (~33.3 m/s)

Snežna obremenitev: Noben

Uporaba zgradbe:

1. stopnja: Parkirna garaža (višina=3.8 m)

Stopnje 2–4: Hotelske sobe za goste (višina od - do - nadstropja=3.7 m, 3,7 m oziroma 3,4 m)

Vrsta strehe: Eno{0}}kapna streha(predpostavljen naklon=2% za drenažo)

Zunanje stene: Ne{0}}strukturni votli betonski bloki (lokalno zgrajeni;ni nosilno-)

Talni sistem: Kompozitna jeklena plošča z ulitim--betonskim vrhom(se navede)

 

 

Skupna dolžina stavbe: 80 m

Konfiguracija načrta:

Vzhodno krilo: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Zahodno krilo: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Opomba: Načrt jene-pravokoten, verjetno v obliki L- ali stopničast. Za strukturno analizo se stavba obravnava kot dva povezana bloka z možno dilatacijo ali togo povezavo, odvisno od seizmičnih podrobnosti.

Tipične velikosti zaliva: Predpostavimo razmik med stolpci7,5 m vzdolžnoin6,0 m prečno(nastavljivo glede na arhitekturni vnos).

 

 

Primarna koda: AISC 360-16 (Specifikacije za strukturne jeklene zgradbe)

Seizmično načrtovanje: ASCE 7-16 (ali enakovredno – prilagojeno za seizmičnost PNG)

Vetrna obremenitev: ASCE 7-16, poglavje 27 (usmerjevalni postopek)

Materialni standardi: ASTM A992 (nosilci/stebri), ASTM A36 (plošče, sekundarni členi)

 

 

 

Komponenta	Obremenitev (kN/m²)
Jeklena plošča + 125 mm Betonska plošča (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Strop, MEP, zaključki	0.5
Ostrešje (kovinska kritina + izolacija)	0.3
Stena iz votlega bloka (ne{0}}konstrukcijska, vendar uporabljena kot linijska obremenitev na nosilce)	~3,0 kN/m(na meter višine)

 

 

Raven	LL (kN/m²)	Referenca
1. nivo (parkirišče)	2.5	ASCE 7
Stopnje 2–4 (hotel)	1.9	ASCE 7 (stanovanjski)
Streha	0.5	Vzdrževalna obremenitev

 

 

Osnovna hitrost vetra:V = 33.3 m/s

Kategorija izpostavljenosti:C(ob predpostavki primestnega/urbanega terena)

Faktor sunka:G = 0.85

Tlačni koeficient (Cp):

Stena (privetrna):+0.8

Stena (zavetrna):–0.5

Streha (eno-naklon):–0,9 do –0,3(odvisno od cone)

Uporaba enačbe ASCE 7. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Ob predpostavki (K_z=0.85) na srednji-višini (~7 m), (I=1.0), (K_{zt}=1.0), (K_d=0.85):
[ q_z ≈ 0.613 × 0.85 × 1.0 × 0.85 × (33.3)^2 × 1.0 ≈ 0,613 × 0,7225 × 1109 ≈ 490 Pa ≈ 0,49 kN/m² ]

Projektni tlak vetra:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Najvišji tlak stene ≈0,33 kN/m²(veter), sesalna ≈–0,21 kN/m²(zavetrje)

Opomba: Zaradi nizke rasti (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektralni odziv: Za območje 8 stopinj predpostavimoS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervativna ocena za lokalno prilagoditev ASCE 7)

Kategorija tveganja: II

R-faktor (jekleni momentni okvir): R = 8(za okvir posebnega trenutka – SMF)

Faktor pomembnosti: (I_e = 1.0)

Približno temeljno obdobje:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Skupna višina (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m pribl.)

Seizmični osnovni striž:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5 % celotne teže- pomembno.

 

 

Tlorisna površina ≈ (55,6×27) + (25×41,7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 zasedena nadstropja + streha ≈ 4 nadstropja

Povpr. DL + LL na nadstropje ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Skupna teža (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Osnovni strig (V ≈ 0,125 × 57.500 ≈7.200 kN

→ Seizmika vlada nad vetromza bočno oblikovanje.

 

 

Sistem za upiranje stranski sili (LFRS):

Posebni koncentrično vezani okvirji (SCBF)ozOkvirji za posebne trenutke (SMF)

Glede na arhitekturno prilagodljivost in potrebo po odprtem parkirišču,SCBFprednostno zaradi učinkovitosti in duktilnosti v visoko{0}}potresnih območjih.

Gravitacijski sistem:

Kompozitni nosilci(W-oblike s strižnimi zatiči + kovinska plošča + betonska plošča)

Stolpci: HSS ali W-prerezi, neprekinjeni od temeljev do strehe

Opornica: X-pritrditev v obe smeri na jedrih stopnic/dvigal in obodu, kjer je to mogoče

Streha: Eno-naklon, podprt s poševnimi strešnimi tramovi ali stožčastimi okvirji; purlins na vrhu.

 

 

6.1 Talni tramovi (tipična notranjost)

Razpon: 7,5 m

Obremenitev: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

Največji moment: (M=wL^2/8=30.9 × 7,5^2 / 8 ≈ 217 kN·m)

Zahtevani modul preseka: (Z_x Večji ali enak M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Preizkusni del: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Robni nosilci (z obremenitvijo stene)

Dodatna obremenitev stene: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Skupaj w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Stebri (notranjost, 4 nadstropja)

Območje pritoka: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Aksialna obremenitev na tla: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Skupni P ≈ 4 × 232 =928 kN

Dodajte 20 % za seizmične aksialne učinke →P_u ≈ 1,115 kN

Učinkovita dolžina (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Preizkus:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 kN >>1.115 kN → OK)

Uporabite W250×67 ali HSS203×203×9,5 za varčnost

6.4 Oporni členi (SCBF)

Predpostavimo oporo v 2 poljih na smer

Seizmični strižni stolpec na polje ≈ 7.200 / (število opornih okvirjev)

Predpostavimo 4 oporne okvirje v vsako smer → ~900 kN na okvir

Diagonalna sila: (F=V / sinθ); θ=45 stopinja → F ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 kN

Zahtevani A_g Večji ali enak 1.270.000 / (0,9 × 345) ≈4.090 mm²

Sojenje: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK za napetost/stisk s preverjanjem vitkosti)

 

 

Kovinski krov: Conform® 2.0 ali Bondek®(globina profila=60 mm)

Betonska plošča: 125 mm debeline, f'c=25 MPa

Strižni čepi: 19 mm premer × 100 mm višina, razmaknjena na300 mm okvzdolž tramov

Sestavljeno dejanje: Predvideva se popolna interakcija v skladu s poglavjem I AISC 360

 

 

Zahtevano poročilo o tleh– predpostavimo zmerno nosilnost (150 kPa)

Odzivi stolpcev: Max ~1.200 kN → velikost temelja ≈ √(1.200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolirana podlaga

Seizmično sidrišče: Sidrne palice, zasnovane za dviganje in striženje po ACI 318

 

 

Žarek-na-steber: Končne plošče z vijačenjem ali varjene momentne povezave (če se uporablja SMF)

Opornica-na-ustav: Whitmorova metoda odseka po seizmičnih določbah AISC

Podpora za krov: Preprost ležaj na zgornji prirobnici nosilca

 

 

Postavka	Specifikacija
LFRS	Posebni koncentrično vezani okvirji (SCBF)
Gravitacijski žarki	Š410×60 (notranjost), Š460×74 (rob)
Stolpci	Š250×67 ali HSS203×203×9,5
Naramnice	HSS152×152×9,5
Talna plošča	60 mm globoka kompozitna kovinska plošča + 125 mm beton
Seizmični osnovni striž	~7.200 kN (upravlja zasnovo)
Pritisk vetra	~0,33 kN/m² (ne-vlada)
Naklon strehe	2% enojni naklon, podprt s poševnimi špirovci

 

 

Angažirajte lokalnega geotehničnega inženirja za poročilo o zemljini.

Usklajujte se z arhitektom, da poiščete oporne okvirje, ne da bi ovirali parkiranje ali sobe.

Uporabite korozijsko{0}}odporen barvni sistem (okolje C4 po ISO 12944 – obalni PNG).

Zagotovite gibljive spoje, če so vzhodna/zahodna krila znatno zamaknjena.

Izvedite podrobno 3D strukturno analizo z uporabo programske opreme (npr. ETABS, SAP2000), vključno z učinki P-Δ.

 

 

 

Ta ocena tonaže jekla zajema primarne in sekundarne strukturne jeklene elemente, potrebne za gravitacijske in bočne obremenitve-sistemov 4-nadstropnega hotela, vključno z:

Stebri (od temeljev do strehe)

Talni in strešni nosilci (kompozitna izvedba)

Oporni členi (posebni koncentrično oporni okvirji – SCBF)

Ogrodje strehe (poševni špirovci in gredi)

Povezave (ocenjeno kot 5 % teže glavnega člana)

Izključeno:

Kovinski krov (velja za ne{0}}strukturno oblogo/podporo za plošče)

Sidrne palice, osnovne plošče (vključeno v dodatek za povezavo)

Stopnice, ograje, razno jeklo

 

 

Zazidalni načrt je sestavljen iz dveh povezanih blokov:

vzhodni blok: 55.6 m × 27 m

West Block: 25 m × 41.7 m
→ Skupni odtis ≈2,544 m²

Tipična mreža stolpcev:7,5 m (vzdolžno) × 6,0 m (prečno)

Število stolpcev:

Vzhodni blok: (55,6/7,5 ≈ 8 odprtin → 9 vrstic) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 vrstic) =45 stolpcev

Zahodni blok: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 vrstice) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 vrstice) =32 stolpcev

Odštejte prekrivanje na stičišču (~5 skupnih stolpcev) →Skupno število stolpcev ≈ 72

Nadstropja: 4 ravni (vključno s streho)

Oklepni okvirji: 2 na smer na blok →Skupaj 8 opornih odprtin

Naklon strehe: 2%, podprta s poševnimi tramovi; brez rešetk

 

 

Glede na naravo projekta kot javnega stanovanjskega stanovanja, smo se odločili okrepiti celoten strukturni sistem, da bi ustvarili robustno zgradbo z življenjsko dobo, ki presega 100 let. Da bi to dosegli, smo zamenjali običajne stebre s -jeklenimi stebri iz škatlastega preseka in jih na-gradbišču zapolnili z betonom, s čimer smo znatno povečali celotno trdnost konstrukcije.

 

 

razdelek:Vrsta škatle 400x400x12x12 mm(masa=146.2 kg/m)

Višina na stolpec:

Raven 1: 3,8 m

Stopnje 2–3: 3,7 m vsaka

Nivo 4: 3,4 m
→ Skupna višina =14.6 m

Skupna dolžina stolpca=72 × 14.6 =1,051 m

Teža stebra=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 ton

Opomba: pritlični stebri so lahko težji; to je povprečje.

 

 

Notranji tramovi: Š500X290X10X16 mm (masa=109.6 kg/m)

Razpon: 7,5 m

Število na nadstropje:

Vzhodni blok: 5 prečnih črt × 8 vzdolžnih zalivov=40

Zahodni blok: 8 prečnih črt × 3 vzdolžne odprtine=24
→ 64 notranjih nosilcev na etažo

Skupaj za 3 nadstropja + strešni okvir=4 × 64 =256 žarkov

Dolžina=256 × 7.5 =1,920 m

Teža=1,920 × 109.6=210.432 kg

Robni/obodni nosilci: Š600X200X12X12 mm (masa=92 kg/m)

Dolžina oboda na nadstropje ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – prekrivanje ≈290 m/t

Predpostavite robne tramove vsakih 6 m → ~48 robnih tramov na nadstropje

Skupaj=4 × 48 =192 žarkov, povpr. razpon=6.0 m

Dolžina=192 × 6 =1,152 m

Teža=1,152 × 92=105.984 kg

Skupna teža žarka = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 tone

 

 

razdelek:HSS152×152×9,5(masa=42.5 kg/m)

Zaboji: skupaj 8 (4 na V-Z, 4 na S-J)

Vsak zaliv ima 2 diagonali na nadstropje → 4 nadstropja × 2 =8 diagonal na oklepano linijo okvirja

Skupaj diagonal=8 sličic × 8 =64 naramnic

Povpr. diagonalna dolžina (za odprtino 7,5 m × 3,7 m pri 45 stopinjah):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Skupna dolžina naramnice=64 × 8.4 =538 m

Teža naramnice=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 ton

 

 

Glavni strešni špirovci sledijo eno-pobočnemu profilu; uporabaW310×45(45 kg/m)

Razmik: 3,0 m oc (za podporo gred)

Skupna površina strehe=2,544 m² → dolžina špirovca ​​≈ širina stavbe (največ 41,7 m)

Število špirovcev ≈ 80 m / 3,0 ≈27 vrstic

Povpr. dolžina špirovca ​​= 35 m (ponderirano povprečje širin vzhod/zahod)

Skupna dolžina špirovcev=27 × 35 =945 m

Teža špirovca ​​= 945 × 45 =42.525 kg

Purlins: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), razmik 1,5 m oc

Skupna dolžina gredi ≈ (2544 m² / 1,5 m razmika) × 1,0 m =1,696 m

Teža=1,696 × 5.5 =9,328 kg

Skupna streha iz jekla = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 tone

 

 

Standardna praksa:5%skupne teže glavnega člana

Glavni člani skupaj=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tone

Povezave=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 tone

 

 

Komponenta	Teža (ton)
Stolpci	153.7
Talni in robni nosilci	316.4
Oporo (SCBF)	22.9
Ogrodje strehe (špirovci + grede)	51.9
Povezave (5%)	27.3
Skupno ocenjeno strukturno jeklo	572,2 tone

 

 

Skupna tlorisna površina =2,544 m²

Jeklo na enoto površine=572.2 t / 2.544 m² =225 kg/m²

To je razumno za 4-nadstropno potresno-jekleno zgradbo z opornimi okvirji v visoko potresnem območju.

 

 

Optimizacijski potencial: Uporaba večjih zalivov ali zmanjšanih opornikov bi lahko zmanjšala tonažo, vendar potresne zahteve v PNG omejujejo zmanjšanja.

Lokalna izdelava: Razmislite o razpoložljivosti standardnih odsekov v PNG ali Avstraliji (predvideni so običajni odseki, kot so W-shapes in HSS).

Zaščita pred korozijo: Zaradi obalnega tropskega okolja je vse jeklo za vroče cinkanje ali dupleksni sistem barvanja.

Kontingenca: Dodaj5–10%za razvoj dizajna, arhitekturne spremembe ali neučinkovitost detajlov →Končna ocena proračuna: ~615–700 ton. Če dodamo nekaj stopnišča in konstrukcije za dvigala, bo vse skupaj približno650 ~ 750 tonv finalu.

Pripravil: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datum: 16. januar 2026
Podlaga: AISC 360-16, predhodni načrt, seizmične predpostavke ASCE 7-16