Dizajn oceľového rámu pre 4-poschodový hotel v Papue-Novej Guinei

 

Poloha: Papua Nová Guinea

Seizmická zóna: Seizmická intenzita8 stupňov(ekvivalent PGA ≈ 0,3 g na základe ASCE 7 alebo podobných miestnych kódov)

Zaťaženie vetrom: Základná rýchlosť vetra =120 km/h (~33.3 m/s)

Zaťaženie snehom: žiadne

Použitie budovy:

Úroveň 1: Parkovacia garáž (výška=3.8 m)

Úrovne 2–4: Hotelové izby pre hostí (od poschodia- po{1}}výška poschodia=3.7 m, 3,7 m, respektíve 3,4 m)

Typ strechy: Jedno-šikmá strecha(predpokladaný sklon=2 % pre odvodnenie)

Vonkajšie steny: Ne-konštrukčné duté betónové bloky (miestne postavené;nezaťažené-ložisko)

Podlahový systém: Kompozitná oceľová paluba s liatym-na-betónovým povrchom(bude špecifikované)

 

 

Celková dĺžka budovy: 80 m

Konfigurácia plánu:

Východné krídlo: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Západné krídlo: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Poznámka: Plán je takýnie-obdĺžnikové, pravdepodobne v tvare L-alebo stupňovité. Pre statickú analýzu je budova riešená ako dva spojené bloky s možnosťou dilatácie alebo tuhého spojenia v závislosti od seizmických detailov.

Typické veľkosti zálivu: Predpokladajme rozstup stĺpcov7,5 m pozdĺžnea6,0 m priečne(nastaviteľné podľa architektonického vstupu).

 

 

Primárny kód: AISC 360-16 (Špecifikácia pre oceľové konštrukcie)

Seizmický dizajn: ASCE 7-16 (alebo ekvivalent – ​​prispôsobený pre seizmicitu PNG)

Zaťaženie vetrom: ASCE 7-16, kapitola 27 (Smerný postup)

Materiálové normy: ASTM A992 (nosníky/stĺpy), ASTM A36 (dosky, sekundárne členy)

 

 

 

Komponent	Zaťaženie (kN/m²)
Oceľová doska + 125 mm betónová doska (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Strop, europoslanec, povrchová úprava	0.5
Strešná krytina (kovová paluba + izolácia)	0.3
Stena z dutých blokov (nie -konštrukčná, ale použitá ako líniové zaťaženie nosníkov)	~3,0 kN/m(na meter výšky)

 

 

úroveň	LL (kN/m²)	Odkaz
Úroveň 1 (parkovanie)	2.5	ASCE 7
Úrovne 2 – 4 (hotel)	1.9	ASCE 7 (obytné)
Strecha	0.5	Zaťaženie údržby

 

 

Základná rýchlosť vetra:V = 33.3 m/s

Kategória vystavenia:C(za predpokladu predmestského/mestského terénu)

Faktor poryvu:G = 0.85

Koeficient tlaku (Cp):

Stena (proti vetru):+0.8

Stena (závetrie):–0.5

Strecha (jednoduchý-sklon):–0,9 až –0,3(v závislosti od zóny)

Použitie ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Za predpokladu (K_z=0.85) v strednej- výške (~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 ]

Návrhový tlak vetra:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maximálny tlak steny ≈0,33 kN/m²(v smere vetra), sanie ≈-0,21 kN/m²(závetrie)

Poznámka: Kvôli nízkemu vzostupu (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrálna odozva: Pre 8-stupňovú zónu predpokladajteS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervatívny odhad na miestnu adaptáciu ASCE 7)

Kategória rizika: II

R-faktor (oceľový momentový rám): R = 8(pre Special Moment Frame – SMF)

Faktor dôležitosti: (I_e = 1.0)

Približné základné obdobie:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Celková výška (v_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) približne m)

Seizmický základný šmyk:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} Z=\\frac{1.0}{8} Z=0.125 Z ]
→ 12,5 % z celkovej hmotnosti- významné.

 

 

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

3 obývané poschodia + strecha ≈ 4 poschodia

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

Celková hmotnosť (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Základný šmyk (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7 200 kN

→ Seizmické vplyvy ovládajú vietorpre bočný dizajn.

 

 

Systém odolnosti voči laterálnej sile (LFRS):

Špeciálne koncentricky vystužené rámy (SCBF)aleboŠpeciálne momentové snímky (SMF)

Vzhľadom na architektonickú flexibilitu a potrebu otvoreného parkovania,SCBFuprednostňuje sa pre efektívnosť a ťažnosť v-seizmických zónach.

Gravitačný systém:

Kompozitné nosníky(W-tvary s šmykovými čapmi + kovová paluba + betónová doska)

Stĺpce: HSS alebo W-sekcie súvislé od základov po strechu

Vystuženie: X-vystuženie v oboch smeroch na jadrách schodiska/výťahu a na obvode, ak je to možné

Strecha: Jednoduchý-sklon podporovaný šikmými strešnými nosníkmi alebo kužeľovými rámami; väznice na vrchu.

 

 

6.1 Podlahové nosníky (typický interiér)

Rozpätie: 7,5 m

Zaťaženie: (š=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

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

Požadovaný modul prierezu: (Z_x Väčšie alebo rovné M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Skúšobná sekcia: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Okrajové nosníky (so zaťažením steny)

Dodatočné zaťaženie steny: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Celkom w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Stĺpce (interiér, 4 poschodia)

Prítoková plocha: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Axiálne zaťaženie na podlahu: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Celkové P ≈ 4 × 232 =928 kN

Pridajte 20 % pre seizmické axiálne účinky →P_u ≈ 1 115 kN

Efektívna dĺžka (KL ≈ 0,8 × 3700=2, 960 mm)

Skúška:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2 880 kN >>1 115 kN → OK)

Pre úsporu použite W250×67 alebo HSS203×203×9,5

6.4 Výstužné členy (SCBF)

Predpokladajme vystuženie v 2 poliach v každom smere

Seizmický šmykový šmyk na pole ≈ 7 200 / (počet vystužených rámov)

Predpokladajme 4 vystužené rámy v každom smere → ~900 kN na rám

Diagonálna sila: (F=V / sinθ); θ=45 stupeň → F ≈ 900 / 0,707 ≈1 270 kN

Požadované A_g Väčšie alebo rovné 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4 090 mm²

Trial: HSS152×152×9,5(A=5, 200 mm², OK pre napätie/stlačenie s kontrolou štíhlosti)

 

 

Kovová paluba: Conform® 2.0 alebo Bondek®(hĺbka profilu=60 mm)

Betónová doska: Hrúbka 125 mm, f'c=25 MPa

Šmykové skrutky: Priemer 19 mm × výška 100 mm, rozmiestnené na300 mm ocpozdĺž trámov

Zložená akcia: Úplná interakcia sa predpokladá podľa kapitoly I AISC 360

 

 

Vyžaduje sa pôdna správa– predpokladajte strednú nosnosť (150 kPa)

Stĺpec Reakcie: Max ~1 200 kN → veľkosť pätky ≈ ​​√ (1 200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolovaný základ

Seizmické kotvenie: Kotviace tyče určené na zdvíhanie a strih podľa ACI 318

 

 

Preniesť-do{1}}stĺpca: Skrutkované koncové dosky alebo zvárané momentové spojenia (ak sa používa SMF)

Pripevnite-na-gusset: Metóda rezov Whitmore podľa seizmických ustanovení AISC

Podpora paluby: Jednoduché ložisko na hornej prírube nosníka

 

 

Položka	Špecifikácia
LFRS	Špeciálne koncentricky vystužené rámy (SCBF)
Gravitačné lúče	Š410×60 (interiér), Š460×74 (okraj)
Stĺpce	W250×67 alebo HSS203×203×9,5
Rovnátka	HSS152×152×9,5
Podlahová paluba	60 mm hlboká kompozitná kovová paluba + 125 mm betónu
Seizmický základný šmyk	~7 200 kN (riadi dizajn)
Tlak vetra	~0,33 kN/m² (neriadiace sa-)
Sklon strechy	2% jednoduchý sklon, podopretý šikmými krokvami

 

 

Zapojte miestneho geotechnického inžiniera do správy o pôde.

V spolupráci s architektom lokalizujte vystužené rámy bez toho, aby bránili parkovaniu alebo miestnostiam.

Používajte náterový systém odolný voči korózii- (prostredie C4 podľa normy ISO 12944 – pobrežné PNG).

Ak sú východné/západné krídla výrazne posunuté, zabezpečte pohybové spoje.

Vykonajte podrobnú 3D štrukturálnu analýzu pomocou softvéru (napr. ETABS, SAP2000) vrátane P-Δ efektov.

 

 

 

Tento odhad tonáže ocele zahŕňa primárne a sekundárne konštrukčné oceľové prvky potrebné pre systémy odolnosti proti gravitácii a bočnému zaťaženiu- 4-poschodového hotela vrátane:

Stĺpy (od základov po strechu)

Podlahové a strešné nosníky (kompozitné prevedenie)

Výstužné prvky (špeciálne koncentricky vystužené rámy – SCBF)

Konštrukcia strechy (šikmé krokvy a väznice)

Spojenia (odhadované ako 5 % hmotnosti hlavného člena)

Vylúčené:

Kovová paluba (považuje sa za-nekonštrukčný obklad/podpora dosky)

Kotviace tyče, základové dosky (zahrnuté v prídavkoch na pripojenie)

Schody, zábradlia, rôzne ocele

 

 

Stavebný plán pozostáva z dvoch spojených blokov:

Východný blok: 55.6 m × 27 m

Západný blok: 25 m × 41.7 m
→ Celková stopa ≈2,544 m²

Typická stĺpcová mriežka:7,5 m (pozdĺžne) × 6,0 m (priečne)

Počet stĺpcov:

Východný blok: (55,6/7,5 ≈ 8 polí → 9 riadkov) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 riadkov) =45 stĺpcov

Západný blok: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 riadky) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 riadkov) =32 stĺpcov

Odpočítajte prekrytie na križovatke (~5 zdieľaných stĺpcov) →Celkový počet stĺpcov ≈ 72

Poschodia: 4 úrovne (vrátane strechy)

Vystužené rámy: 2 na smer na blok →Celkom 8 vystužených polí

Sklon strechy: 2 %, podopretá šikmými nosníkmi; žiadne krovy

 

 

Vzhľadom na charakter projektu ako verejného rezidenčného bývania sme sa rozhodli posilniť celý konštrukčný systém tak, aby vznikol robustný objekt so životnosťou presahujúcou 100 rokov. Aby sme to dosiahli, nahradili sme konvenčné stĺpy oceľovými stĺpmi so skriňovým{2}}profilom a na mieste sme ich naplnili-betónom, čím sme výrazne zvýšili celkovú pevnosť konštrukcie.

 

 

Sekcia:Typ krabice 400X400x12x12mm(hmotnosť=146.2 kg/m)

Výška na stĺpec:

Úroveň 1: 3,8 m

Úrovne 2–3: 3,7 m každá

Úroveň 4: 3,4 m
→ Celková výška =14.6 m

Celková dĺžka stĺpca=72 × 14.6 =1,051 m

Hmotnosť stĺpa=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tony

Poznámka: Prízemné stĺpy môžu byť ťažšie; toto je priemer.

 

 

Vnútorné trámy: WH500X290X10X16mm (hmotnosť=109.6 kg/m)

Rozpätie: 7,5 m

Počet na poschodie:

Východný blok: 5 priečnych línií × 8 pozdĺžnych polí=40

Západný blok: 8 priečnych línií × 3 pozdĺžne polia=24
→ 64 vnútorných trámov na poschodie

Spolu za 3 poschodia + strešná konštrukcia=4 × 64 =256 lúčov

Dĺžka=256 × 7.5 =1,920 m

Hmotnosť=1, 920 × 109.6=210 432 kg

Okrajové/obvodové nosníky: WH600X200X12X12mm (hmotnosť=92 kg/m)

Obvodová dĺžka na poschodie ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – prekrytie ≈290 m/poschodie

Predpokladajme okrajové nosníky každých 6 m → ~48 okrajových nosníkov na poschodie

Celkom=4 × 48 =192 lúčov, priem. rozpätie=6.0 m

Dĺžka=192 × 6 =1,152 m

Hmotnosť=1,152 × 92=105 984 kg

Celková hmotnosť lúča = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tony

 

 

Sekcia:HSS152×152×9,5(hmotnosť=42.5 kg/m)

Vystužené polia: celkom 8 (4 na V-Z, 4 na S-}J.

Každý priestor má 2 uhlopriečky na poschodie → 4 poschodia × 2 =8 uhlopriečok na vystuženú rámovú líniu

Celkové uhlopriečky=8 snímok × 8 =64 rovnátka

Priem. diagonálna dĺžka (pre pole 7,5 m × 3,7 m pri 45 stupňoch):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Celková dĺžka zložených zátvoriek=64 × 8.4 =538 m

Vzperná hmotnosť=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tony

 

 

Hlavné strešné krokvy sledujú jednoduchý-profil sklonu; použitieW310×45(45 kg/m)

Rozstup: 3,0 m oc (na podopretie väzníc)

Celková plocha strechy=2,544 m² → dĺžka krokiev ≈ šírka budovy (max. 41,7 m)

Počet krokiev ≈ 80 m / 3,0 ≈27 riadkov

Priem. dĺžka krokvy=35 m (vážený priemer východnej/západnej šírky)

Celková dĺžka krokvy=27 × 35 =945 m

Hmotnosť krokvy=945 × 45 =42 525 kg

Vaznice: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), rozmiestnené 1,5 m oc

Celková dĺžka väznice ≈ (2 544 m² / rozstup 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Hmotnosť=1, 696 × 5.5 =9 328 kg

Celková strešná oceľ = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tony

 

 

Štandardná prax:5%celkovej hmotnosti hlavného člena

Hlavní členovia spolu=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 ton

Pripojenia=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 tony

 

 

Komponent	Hmotnosť (tony)
Stĺpce	153.7
Podlahové a okrajové nosníky	316.4
Vystuženie (SCBF)	22.9
Konštrukcia strechy (krokvy + väznice)	51.9
Pripojenia (5 %)	27.3
Celková odhadovaná konštrukčná oceľ	572,2 tony

 

 

Celková podlahová plocha =2,544 m²

Oceľ na jednotku plochy=572.2 t / 2 544 m² =225 kg/m²

To je rozumné pre 4-poschodovú seizmicky-oceľovú budovu s vystuženými rámami v oblasti s vysokou seizmickou odolnosťou.

 

 

Potenciál optimalizácie: Použitie väčších polí alebo zníženého vystuženia by mohlo znížiť tonáž, ale seizmické požiadavky na zníženie limitov PNG.

Miestna výroba: Zvážte dostupnosť štandardných sekcií v PNG alebo Austrálii (predpokladajú sa bežné sekcie ako W-tvary a HSS).

Ochrana proti korózii: Celá oceľ bude z dôvodu pobrežného tropického prostredia získaná žiarovým{0}}zinkovaním alebo duplexným náterom.

Pohotovosť: Pridať5–10%na vývoj dizajnu, architektonické zmeny alebo neefektívnosť detailovania →Konečný odhad rozpočtu: ~615–700 ton. Ak pridáte nejaké schodisko a štruktúru pre výťahy, celkovo bude okolo650 až 750 tonvo finále.

Spracoval: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Dátum: 16. januára 2026
Základ: AISC 360-16, predbežné usporiadanie, seizmické predpoklady ASCE 7-16