Strukturna analiza in ocena količine jekla za pet-nadstropni jekleni okvir

Spodaj je strukturna analiza in ocena tonaže jekla za opisano pet{0}}nadstropno jekleno okvirno strukturo

---

 

 

 

Za izvedbo smiselne analize obremenitve so sprejete naslednje razumne predpostavke (značilne za podporne konstrukcije lahke industrije ali javnih služb):

Lastna obremenitev tal (DL): 1,0 kN/m²
(Vključuje talne obloge, zaključke, mehansko/električno, če obstaja, in lastno-težo sekundarnih elementov-lastno težo primarnega nosilca-bo dodal ločeno.)

Življenjska obremenitev (LL): 2,0 kN/m²
(Običajno za lažje shranjevanje ali vzdrževalni dostop; prilagodite, če je predvidena drugačna uporaba.)

Strešna lastna obremenitev: 0,8 kN/m²

Življenjska obremenitev strehe / obremenitev snega: 1,0 kN/m²

Obremenitev z vetrom: tukaj ni porazdeljeno po nadstropju; stranski upor, obdelan z oporo (analizirano ločeno).

 

Geometrija zaliva:

Vsak prečni okvir je1,6 m širine.

Vzdolžni razmik med okvirji: 5 zalivov → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Tako ima vsaka "talna plošča", podprta z glavnimi nosilci, površino =1,6 m × širina zaliva.

Glavni nosilci (Š10×22)tečivzdolžno, ki povezuje 6 prečnih okvirjev na vsaki ravni. Zato vsak nosilec podpira polovico širine pritoka iz sosednjih zalivov-toda ker je struktura leSkupna širina 1,6 m, dejansko obstajajodva robna nosilcanosi celotno širino 1,6 m (ali en sredinski nosilec s konzolami). Zaradi poenostavitve predpostavljamodva vzdolžna nosilca, vsak nosi0,8 m širine pritoka.

Vendar pa je glede na ozko širino (1,6 m) bolj praktično modelirati talni sistem koten trakkjer delujeta dva vzdolžna nosilca W10×22robni nosilcipodpira 1,6 m široko ploščad.

torejobmočje pritoka na gredo na zaliv = 0,8 m × dolžina zaliva.

Ampak zaizračun obremenitve stebra, upoštevamoskupna obremenitev na prečni okvir.

---

 

Vsak prečni okvir (v danem vzdolžnem položaju) podpira:

Polovica območja zaliva na njegovi levi + polovica območja na njegovi desni.

Za notranje okvirje (okvirji 2–5):

Dolžina pritoka=(levi zaliv + desni zaliv) / 2

Za končne okvirje (okvir 1 in okvir 6):

Dolžina pritoka=sosednji zaliv / 2

Okvir št.	Levi zaliv (m)	Desni zaliv (m)	Dolžina pritoka (m)	Pritočna površina na nadstropje (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Opomba: Skupna površina=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Celotna površina tlorisa=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Dosledno.

---

 

 

Prosta obremenitev (DL)= 1.0 kN/m²

Živa obremenitev (LL)= 2.0 kN/m²

Skupna nefaktorizirana obremenitev= 3.0 kN/m²

Okvir št.	Površina (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Skupna obremenitev na tla (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Poleg tegalastna-teža dolgih nosilcevje treba vključiti v obremenitve stolpca.

W10×22 teža=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Vsak okvir se poveže zdva segmenta žarka(levo in desno)

Dolžine segmentov nosilca=dejanske dolžine zalivk

Primer za okvir 3:

Levo polje=5.6 m → teža nosilca=0.321 × 5.6=1.80 kN

Desno polje=2.8 m → teža nosilca=0.321 × 2.8=0.90 kN

Skupna lastna teža žarka-pritok okvirja 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Pravzaprav,teža nosilca je v celoti podprta s stebri na koncih, tako da vsak stolpec na okvirju nosipolovico teže vsakega sosednjega nosilca.

torejdodatna navpična obremenitev od nosilcev na okvir na tla:=0.5 × (levo ležišče + desno ležišče) × 0,321 kN/m

Izračunajte za vsak okvir:

Okvir	Sosednji zalivi (m)	Skupna sosednja dolžina (m)	Lastna{0}}teža nosilca (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Dodajte to prejšnjim vsotam:

 

Skupna navpična obremenitev na okvir na tipično tla (stopnje 1–4):

Okvir	Površinska obremenitev (kN)	+ Teža nosilca (kN)	Skupaj na nadstropje (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

Streha DL=0.8 kN/m²

Streha LL=1.0 kN/m²

Skupaj=1.8 kN/m²

Površinska-obremenitev strehe na okvir:

Okvir	Površina (m²)	Streha DL (kN)	Streha LL (kN)	Vmesni seštevek (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Dodajte enako lastno-težo trama (tramovi so še vedno prisotni na strehi):

Skupna obremenitev strehe na okvir:

Okvir	Obremenitev strešne površine (kN)	+ Teža nosilca (kN)	Skupna streha (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Ob predpostavki, da so vsa nadstropja enaka (stopnje 1–4) in streha kot raven 5:

Okvir	Obremenitev/tla (kN)	×4 nadstropja	Streha (kN)	Skupna obremenitev stebra (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Opomba: To sonefaktorirane storitvene obremenitve. Za oblikovanje uporabite kombinacije LRFD (npr. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Gravitacijske obremenitvese prenesejo s plošče širine 1,6 m na vzdolžne nosilce W10×22, nato na stebre W8×24 pri vsakem od 6 okvirjev.

Najvišja osna obremenitev stebrase pojavi pri okvirjih 2 in 5 (~133 kN brez faktorjev).

Bočna stabilnostzagotavlja:

Navpični X-oporniki (L3×3×1/4) v vsaj enem odseku (npr. 2,8 m osrednji odsek).

Horizontalne opornice (C9×20) na strehi (in po možnosti na drugih ravneh) za bočne sile diafragme na oporne okvirje.

Struktura jestatično določena v gravitaciji, invedenje-okvirja z oklepajiuravnava bočni odziv.

Priporočilo: Izvedite 3D strukturno analizo (npr. z uporabo SAP2000, ETABS ali STAAD.Pro), da preverite zmogljivosti členov, odnašanje in povezovalne sile pri kombinirani obremenitvi po AISC 360 in lokalnih gradbenih kodah.

---

Konec analize.

 

Prilagodljive regije:Čile, Filipini, Nova Credonia, Tonga, Deviški otoki, otok Reunion, Peru ...

Aplikacije: Strukturne komponente za skladiščenje, skladiščenje, logistiko, regale za stroje in druge posebne namene

Število zgodb: 5

Skupna višina: 12,2 m → povprečna višina nadstropja=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Širina stavbe (kratka smer): 1.6 m

Dolžina zgradbe (dolga smer): 25.2 m

Okvirji (prečni okvirji): 6 okvirjev, razporejenih na [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] vzdolž 25,2 m dolžine
→ Skupna vsota razmika med zalivi=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konsistentno)

Primarni člani:

Stolpci: W8×24 (po ASTM A992 ali enakovredno)

Glavni nosilci (nosilci): Š10×22

Horizontalna vezava: C9×20 (odsek kanala)

Navpična (nadstropna) opornica: L3×3×1/4 (enako-kot noge)

 

Struktura je okvir,-odporen na trenutke, bočno stabiliziran z diagonalnimi oporniki v vodoravni in navpični ravnini.

Pot gravitacijske obremenitve:
Talne obremenitve (mrtve + žive) se preko talnega sistema (tukaj niso podrobno opisane) prenesejo na glavne nosilce (Š10×22), nato na stebre (Š8×24). Glede na majhno širino (1,6 m) je verjetno, da se glavni nosilci raztezajo prečno (1,6 m) in so podprti s stebri, poravnanimi v smeri 25,2 m. Vendar je glede na običajno prakso in imenovanje članov bolj verjetno, da:

Theglavni nosilci potekajo vzdolžno(smer 25,2 m), podprto s prečnimi okvirji, razporejenimi na vsakih ~5–6 m.

Toda s samo 1,6 m širine to kaže na aozka zgradba z eno-zalivom, po možnosti most, nadstrešek ali podporni okvir opreme.

Glede na geometrijo (1,6 m širok × 25,2 m dolg × 12,2 m visok) se zdi, da je tolinearni okvir(npr. podporna konstrukcija za komunalne storitve ali prehod), s 6 prečnimi okvirji (vsak širok 1,6 m), razporejenimi po dolžini 25,2 m.

Tako:

Vsakprečni okvirje sestavljen iz dveh stolpcev (višina=2.44 m na etažo × 5=12.2 m skupaj) in povezovalnih tramov na vsaki ravni.

Glavni žarki(Š10 × 22) verjetno tečevzdolžno, povezovanje prečnih okvirjev na vsaki etaži.

Opornica:

Horizontalna opornica(C9×20) na strehi in po možnosti vmesnih nivojih za prenos stranskih obremenitev na podporne okvirje.

Vertikalna (etažna) opornica(L3×3×1/4) v eni ali več odprtinah za zagotavljanje bočne togosti proti vetrnim/potresnim obremenitvam.

 

 

Teže enot (iz priročnika AISC):

W8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

W10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: teža ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (izračunano iz površine ≈ 1,44 in²)

---

A. Stolpci

Število prečnih okvirjev: 6

Vsak okvir ima 2 stolpca (ob predpostavki, da je okvir pravokoten)

Skupno število stolpcev=6 × 2=12

Višina na stolpec=12.2 m

Skupna dolžina stolpca=12 × 12.2=146.4 m

Teža jekla stebra=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 kg

 

B. Glavni nosilci (vzdolžni nosilci)

Ob predpostavki, da so nosilci na vsakem od 5 nivojev nadstropja v celotni dolžini 25,2 m indva žarka na nivo(plus 6 od 1,6 m širine):

Tramovi na raven=2

Stopnje=5

Skupna dolžina trama=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Teža jeklenega nosilca=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kg

Opomba: če struktura uporablja samo en osrednji nosilec ali drugačno konfiguracijo, ustrezno prilagodite. To predvideva okvirjanje oboda.

 

C. Vodoravna opornica (C9×20)

Običajno nameščen na ravni strehe in po možnosti v vmesnih nadstropjih. Predpostavimo:

En vodoravni oporni sloj na strehi (načrtni opornik, ki tvori X ali eno diagonalo na ploščo)

Paneli med okvirji: 5 panelov (med 6 okvirji)

Diagonalna dolžina na ploščo ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (za polja 5,6 m); za 2,8 m odprtino: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

PredpostavimoX-oporje samo v enem zalivu(najmanj za stabilnost), npr. v osrednji 2,8 m odprtini:

Diagonale na strehi: 2 × 3.22=6.44 m

Morda tudi na nivoju tal ali vmes: predvidevamo 3 nivoje z oporniki → 3 × 6.44=19.3 m

Skupna dolžina C9×20 ≈ 20 m (konzervativno)

Teža=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Če se na vseh ravneh uporablja popolno vodoravno omejevanje, se količina znatno poveča. To je minimalna ocena. pravzaprav so v vsakem zalivu vodoravne opornice, tako da bo dejanska uporaba veliko večja.

 

D. Navpična (nadstropna) opornica (L3×3×1/4)

Predpostavimoen oklepni zalivvzdolž dolžine (npr. med okvirjem 3 in 4, preko 2,8 m polja) z X-oporami na vsakem nadstropju.

Število nadstropij=5 → 5 opornih plošč

Višina plošče=2.44 m, širina=2.8 m

Diagonalna dolžina na ploščo=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Dve diagonali na ploščo (X-oklepaj) → 2 × 3.71=7.42 m na etažo

Skupna dolžina=5 × 7.42=37.1 m

Teža=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Če je pritrjenih več odprtin, jih ustrezno pomnožite.

---

 

 

Komponenta	Teža (kg)
Stolpci (Š8×24)	5,226
Glavni nosilci (Š10×22)	9,810
Vodoravna opornica (C9×20)	596
Navpične opornice (L3×3×1/4)	271
Skupaj (pribl.)	15.903 kg

≈ 15,9 ton

Opomba: To ne vključuje povezav, osnovnih plošč, sekundarnih elementov ali podov. Dejanska teža izdelave je lahko 10–15 % višja zaradi povezovalnih podrobnosti in odpadkov.

---

 

 

Vitkost: Stebri W8 × 24 (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) nad 12,2 m višine brez opornikov so lahko vitki. Faktor efektivne dolžine (K) je odvisen od končnih pogojev. Pri pripetem-pripetem lahko KL/r preseže omejitve, razen če je oklepan.Vertikalna opornica je nujnaza zmanjšanje efektivne dolžine stolpca.

Razpon žarka: Š10×22 nad 5,6 m (če se nosilci raztezajo med okvirji prečno) je smiselno za majhne obremenitve. Toda če se tramovi neprekinjeno raztezajo na 25,2 m, bi bila upogibnost in trdnost neustrezna-zato je predpostavljena konfiguracija (nosilci kot vzdolžni pasovi med prečnimi okvirji) bolj verjetna.

Bočna stabilnost: Zagotovljeno s kombinacijo navpičnih X-opornikov (odporen na veter/potres) in vodoravnih opornikov (delovanje diafragme).

Predpostavke o obremenitvi: Brez posebnih mrtvih/živih/vetrnih obremenitev je to predhodna ocena. Zahtevana je podrobna zasnova po AISC 360.

---

 

Zaključek
Opisani jekleni okvir je ozek, več{0}}nadstropni oporni okvir z ocenjeno jekleno tonažopribližno 15,9 ton. Strukturni sistem se za bočno stabilnost opira na diagonalno oporo, velikosti elementov pa se zdijo primerne za manjše-do-zmerne obremenitve, pod pogojem, da pravilno oporo zmanjša efektivno dolžino stebra. Pred gradnjo je priporočljiva popolna strukturna analiza, vključno s kombinacijami obremenitev, načrtovanjem povezave in pregledi uporabnosti.