Strukturālā tērauda karkasa dizains četrstāvu viesnīcai Papua-Jaungvinejā

 

Atrašanās vieta: Papua-Jaungvineja

Seismiskā zona: Seismiskā intensitāte8 grādi(ekvivalents PGA ≈ 0,3 g, pamatojoties uz ASCE 7 vai līdzīgiem vietējiem kodiem)

Vēja slodze: pamata vēja ātrums =120 km/h (~33.3 m/s)

Sniega slodze: Nav

Ēkas izmantošana:

1. līmenis: autostāvvietas garāža (augstums=3.8 m)

2.–4. līmenis: viesnīcas viesu numuri (attiecīgi no -līdz-stāva augstums=3.7 m, 3,7 m un 3,4 m)

Jumta tips: Viens{0}}slīpuma jumts(pieņemtais slīpums=2% drenāžai)

Ārsienas: ne-strukturāli dobi betona bloki (būvēti lokāli;nav slodzes-nešanas)

Grīdas sistēma: Kompozītmateriāla tērauda klājs ar ielietu--betona pārklājumu(tiks precizēts)

 

 

Kopējais ēkas garums: 80 m

Plāna konfigurācija:

Austrumu spārns: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Rietumu spārns: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Piezīme: Plāns irne-taisnstūrveida, iespējams, L-forma vai pakāpiena. Konstrukcijas analīzei ēka tiek uzskatīta par diviem savienotiem blokiem ar iespējamu izplešanās šuvi vai stingru savienojumu atkarībā no seismiskās detaļas.

Tipiski līča izmēri: pieņemsim, ka kolonnu atstatums ir7,5 m gareniskiun6,0 m šķērsām(regulējams pēc arhitektūras ieejas).

 

 

Primārais kods: AISC 360-16 (specifikācijas tērauda konstrukcijām)

Seismiskais dizains: ASCE 7-16 (vai līdzvērtīgs — pielāgots PNG seismiskumam)

Vēja slodze: ASCE 7-16, 27. nodaļa (virziena procedūra)

Materiālu standarti: ASTM A992 (sijas/kolonnas), ASTM A36 (plāksnes, sekundārie elementi)

 

 

 

Komponents	Slodze (kN/m²)
Tērauda klājs + 125 mm betona plāksne (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Griesti, EP deputāts, apdare	0.5
Jumta segums (metāla klājs + izolācija)	0.3
Doba bloku siena (nav-strukturāla, bet tiek piemērota kā līniju slodze uz sijām)	~3,0 kN/m(uz metru augstuma)

 

 

Līmenis	LL (kN/m²)	Atsauce
1. līmenis (autostāvvieta)	2.5	ASCE 7
2.–4. līmenis (viesnīca)	1.9	ASCE 7 (dzīvojamais)
Jumts	0.5	Apkopes slodze

 

 

Pamata vēja ātrums:V = 33.3 m/s

Ekspozīcijas kategorija:C(pieņemot piepilsētas/pilsētas reljefu)

Vēsu faktors:G = 0.85

Spiediena koeficients (Cp):

Siena (pret vēju):+0.8

Siena (aizvējā):–0.5

Jumts (viens{0}}slīpums):–0,9 līdz –0,3(atkarībā no zonas)

Izmantojot ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Pieņemot (K_z=0.85) vidējā-augstumā (~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 ]

Projektētais vēja spiediens:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maksimālais sienas spiediens ≈0,33 kN/m²(pret vēju), sūkšana ≈–0,21 kN/m²(aizvējā)

Piezīme: Sakarā ar zemo pieaugumu (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrālā reakcija: 8 grādu zonai pieņemsimS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konservatīvs aprēķins atbilstoši ASCE 7 vietējai adaptācijai)

Riska kategorija: II

R-faktors (tērauda momenta rāmis): R = 8(Īpaša mirkļa kadram — SMF)

Svarīguma faktors: (I_e = 1.0)

Aptuvenais pamatperiods:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Kopējais augstums (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m aptuveni)

Seismiskā bāzes bīde:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% no kopējā svara- nozīmīgs.

 

 

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

3 aizņemti stāvi + jumts ≈ 4 līmeņi

Vid. DL + LL uz stāvu ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Kopējais svars (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Bāzes bīde (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ Seismisks regulē vējusānu dizainam.

 

 

Sānu spēka pretestības sistēma (LFRS):

Īpaši koncentriski sastiprināti rāmji (SCBF)vaiĪpašo mirkļu kadri (SMF)

Ņemot vērā arhitektonisko elastību un nepieciešamību pēc atklātas autostāvvietas,SCBFpriekšroka tiek dota efektivitātei un elastībai augstās{0}}seismiskās zonās.

Gravitācijas sistēma:

Kompozītmateriālu sijas(W{0}}formas ar bīdes tapām + metāla klājs + betona plāksne)

Kolonnas: HSS vai W{0}}sekcijas, kas ir nepārtrauktas no pamatiem līdz jumtam

Stiprināšana: X-nostiprināšana abos virzienos pie kāpņu/lifta serdes un perimetrā, kur iespējams

Jumts: viens{0}}slīpums, ko atbalsta slīpa jumta sijas vai konusveida rāmji; purlins virsū.

 

 

6.1. Grīdas sijas (tipisks interjers)

Platums: 7,5 m

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

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

Nepieciešamais sekcijas modulis: (Z_x lielāks vai vienāds ar M / (0,9 F_y)=217 × 10⁶ / (0,9 × 345) ≈ 700 × 10³ mm³)

Izmēģinājuma sadaļa: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, labi)

6.2 Malu sijas (ar sienas slodzi)

Papildu sienas slodze: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Kopā w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3. kolonnas (interjers, 4 stāvi)

Pietekas laukums: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Aksiālā slodze uz grīdu: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Kopējais P ≈ 4 × 232 =928 kN

Pievienojiet 20% seismiskiem aksiālajiem efektiem →P_u ≈ 1115 kN

Efektīvais garums (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Izmēģinājums:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9 × 345 × 9290 ≈2880 kN >>1115 kN → OK)

Ekonomijas nolūkos izmantojiet W250 × 67 vai HSS203 × 203 × 9,5

6.4. Stiprinājuma elementi (SCBF)

Pieņemsim, ka stiprinājums ir 2 līnijās katrā virzienā

Seismiskā slāņa šķērsgriezums uz nodalījumu ≈ 7200 / (stiprināto rāmju skaits)

Pieņemsim, ka katrā virzienā ir 4 nostiprināti rāmji → ~ 900 kN katrā rāmī

Diagonālais spēks: (F=V / sinθ); θ=45 grāds → F ≈ 900 / 0,707 ≈1270 kN

Nepieciešamais A_g ir lielāks vai vienāds ar 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4090 mm²

Tiesas process: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², piemērots spriegošanai/saspiešanai ar slaiduma pārbaudi)

 

 

Metāla klājs: Conform® 2.0 vai Bondek®(profila dziļums=60 mm)

Betona plāksne: 125 mm biezs, f'c=25 MPa

Bīdes kniedes: 19 mm diametrs × 100 mm augstums, ar atstarpi plkst300 mm ocgar sijām

Saliktā darbība: Pilnīga mijiedarbība pieņemta saskaņā ar AISC 360 I nodaļu

 

 

Nepieciešams augsnes ziņojums– pieņemt mērenu nestspēju (150 kPa)

Kolonnu reakcijas: maks. ~1200 kN → pamatnes izmērs ≈ √(1200/150) ≈2.8 m × 2.8 mizolēts pamats

Seismiskais enkurvieta: Enkura stieņi, kas paredzēti pacelšanai un bīdei atbilstoši ACI 318

 

 

Sija-uz-kolonnu: pieskrūvētas gala plāksnes vai metināti momenta savienojumi (ja tiek izmantots SMF)

Piestipriniet-uz-Gusset: Vitmora sekcijas metode saskaņā ar AISC seismiskiem noteikumiem

Klāja atbalsts: Vienkāršs gultnis uz sijas augšējā atloka

 

 

Vienums	Specifikācija
LFRS	Īpaši koncentriski sastiprināti rāmji (SCBF)
Gravitācijas stari	W410×60 (interjers), W460×74 (mala)
Kolonnas	W250×67 vai HSS203×203×9,5
Bikšturi	HSS152×152×9,5
Grīdas klājs	60 mm dziļš kompozītmetāla klājs + 125 mm betons
Seismiskā bāzes bīde	~7200 kN (pārvalda dizainu)
Vēja spiediens	~0,33 kN/m² (nav-vadības)
Jumta slīpums	2% viens slīpums, balstās uz slīpām spārēm

 

 

Piesaistiet vietējo ģeotehnisko inženieri augsnes ziņojuma sagatavošanai.

Saskaņojiet ar arhitektu, lai atrastu nostiprinātos rāmjus, netraucējot stāvēšanai vai telpām.

Izmantojiet korozijizturīgu krāsu sistēmu (C4 vide atbilstoši ISO 12944 — piekrastes PNG).

Nodrošiniet kustības savienojumus, ja austrumu/rietumu spārni ir ievērojami nobīdīti.

Veiciet detalizētu 3D struktūras analīzi, izmantojot programmatūru (piemēram, ETABS, SAP2000), tostarp P-Δ efektus.

 

 

 

Šis tērauda tonnāžas aprēķins aptver primāros un sekundāros konstrukciju tērauda elementus, kas nepieciešami četrstāvu viesnīcas gravitācijas un sānu slodzes{0}}izturības sistēmām, tostarp:

Kolonnas (no pamatiem līdz jumtam)

Grīdas un jumta sijas (kompozīta konstrukcija)

Stiprinājuma elementi (īpaši koncentriski nostiprināti rāmji — SCBF)

Jumta karkass (slīpas spāres un spāres)

Savienojumi (aprēķināts kā 5% no galvenā elementa svara)

Izslēgts:

Metāla klājs (tiek uzskatīts par ne{0}}strukturālu apšuvuma/plātņu atbalstu)

Enkuru stieņi, pamatplāksnes (iekļautas savienojuma rezervē)

Kāpnes, margas, dažādi tēraudi

 

 

Ēkas plāns sastāv no diviem savienotiem blokiem:

Austrumu bloks: 55.6 m × 27 m

Rietumu bloks: 25 m × 41.7 m
→ Kopējais nospiedums ≈2,544 m²

Tipisks kolonnu režģis:7,5 m (gareniski) × 6,0 m (šķērsvirzienā)

Kolonnu skaits:

Austrumu bloks: (55,6/7,5 ≈ 8 līči → 9 līnijas) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 līnijas) =45 kolonnas

Rietumu bloks: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 līnijas) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 rindas) =32 kolonnas

Atskaitīt pārklāšanos krustojumā (~5 koplietojamas kolonnas) →Kopā kolonnas ≈ 72

Stāvi: 4 līmeņi (ieskaitot jumtu)

Fiksētie rāmji: 2 katrā virzienā vienā blokā →Kopā 8 stiprinājumi

Jumta slīpums: 2%, balstās uz slīpām sijām; nav kopņu

 

 

Ņemot vērā projekta kā valsts dzīvojamo māju raksturu, mēs nolēmām stiprināt visu strukturālo sistēmu, lai izveidotu spēcīgu ēku, kuras kalpošanas laiks pārsniedz 100 gadus. Lai to panāktu, mēs nomainījām parastās kolonnas ar kārbas-profila tērauda kolonnām un uz vietas-aizpildījām tās ar betonu, ievērojami uzlabojot kopējo konstrukcijas izturību.

 

 

Sadaļa:Kastes tips 400X400x12x12mm(masa=146.2 kg/m)

Kolonnas augstums:

1. līmenis: 3,8 m

2.–3. līmenis: katrs 3,7 m

4. līmenis: 3,4 m
→ Kopējais augstums =14.6 m

Kopējais kolonnas garums=72 × 14.6 =1,051 m

Kolonnas svars=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tonnas

Piezīme. Pirmā stāva kolonnas var būt smagākas; šis ir vidējais rādītājs.

 

 

Interjera sijas: WH500X290X10X16mm (masa=109.6 kg/m)

Platums: 7,5 m

Skaits vienā stāvā:

Austrumu bloks: 5 šķērslīnijas × 8 garenvirziena līči=40

Rietumu bloks: 8 šķērslīnijas × 3 garenvirziena līči=24
→ 64 iekšējās sijas vienā stāvā

Kopā 3 stāvi + jumta karkass=4 × 64 =256 sijas

Garums=256 × 7.5 =1,920 m

Svars=1,920 × 109.6=210 432 kg

Malu/perimetra sijas: WH600X200X12X12mm (masa=92 kg/m)

Perimetra garums vienā stāvā ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – pārklāšanās ≈290 m/stāvā

Pieņemsim, ka malu sijas ik pēc 6 m → ~48 malu sijas vienā stāvā

Kopā=4 × 48 =192 sijas, vid. laidums=6.0 m

Garums=192 × 6 =1,152 m

Svars=1,152 × 92=105 984 kg

Kopējais sijas svars = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tonnas

 

 

Sadaļa:HSS152×152×9,5(masa=42.5 kg/m)

Stiprinājumi: kopā 8 (4 E-R, 4 Z-D)

Katrā līcī ir 2 diagonāles katrā stāstā → 4 stāvi × 2 =8 diagonāles uz katru fiksēto rāmja līniju

Kopējais diagonāļu skaits:=8 kadri × 8 =64 breketes

Vid. diagonāles garums (7,5 m × 3,7 m līcī 45 grādu leņķī):
(L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m)

Kopējais skavas garums=64 × 8.4 =538 m

Stiprinājuma svars=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tonnas

 

 

Galvenie jumta spāres seko viena-slīpuma profilam; izmantotW310×45(45 kg/m)

Attālums: 3,0 m oc (lai atbalstītu žagarus)

Kopējā jumta platība=2,544 m² → spāres garums ≈ ēkas platums (maks. 41,7 m)

Spāru skaits ≈ 80 m / 3,0 ≈27 rindas

Vid. spāres garums=35 m (svērtais vidējais austrumu/rietumu platumā)

Kopējais spāres garums=27 × 35 =945 m

Spāres svars=945 × 45 =42 525 kg

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

Kopējais čaulas garums ≈ (2544 m² / 1,5 m atstatums) × 1,0 m =1,696 m

Svars=1,696 × 5.5 =9,328 kg

Kopējais jumta tērauds = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tonnas

 

 

Standarta prakse:5%no kopējā galvenā locekļa svara

Galvenie dalībnieki kopā=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tonnas

Savienojumi=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 tonnas

 

 

Komponents	Svars (tonnas)
Kolonnas	153.7
Grīdas un malu sijas	316.4
Stiprināšana (SCBF)	22.9
Jumta karkass (spāres + spāres)	51.9
Savienojumi (5%)	27.3
Kopējais aptuvenais strukturālais tērauds	572,2 tonnas

 

 

Kopējā grīdas platība =2,544 m²

Tērauds uz laukuma vienību=572.2 t / 2544 m² =225 kg/m²

Tas ir saprātīgi 4-stāvu seismiski-izturīgai tērauda ēkai ar nostiprinātiem rāmjiem reģionā ar augstu seismisko līmeni.

 

 

Optimizācijas potenciāls: Lielāku līču vai samazinātu stiprinājumu izmantošana var samazināt tonnāžu, bet seismiskās prasības PNG ierobežo samazinājumu.

Vietējā ražošana: apsveriet standarta sadaļu pieejamību PNG vai Austrālijā (tiek pieņemtas tādas izplatītas sadaļas kā W{0}}formas un HSS).

Korozijas aizsardzība: viss tērauds, kas paredzēts karstās -galvanizācijas vai dupleksās krāsošanas sistēmai piekrastes tropiskās vides dēļ.

Neparedzētiem gadījumiem: Pievienot5–10%dizaina izstrādei, arhitektūras izmaiņām vai detaļu neefektivitātei →Galīgā budžeta tāme: ~615–700 tonnas. Ja pievienosim dažas kāpnes un liftu konstrukciju, kopumā būs aptuveni650–750 tonnasfinālā.

Sagatavoja: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datums: 2026. gada 16. janvāris
Pamats: AISC 360-16, sākotnējais izkārtojums, ASCE 7-16 seismiskie pieņēmumi