Konstrukcinio plieno karkaso dizainas 4 aukštų viešbučiui Papua Naujojoje Gvinėjoje

 

Vieta: Papua Naujoji Gvinėja

Seisminė zona: Seisminis intensyvumas8 laipsnių(atitinka PGA ≈ 0,3 g, remiantis ASCE 7 ar panašiais vietiniais kodais)

Vėjo apkrova: pagrindinis vėjo greitis =120 km/val (~33.3 m/s)

Sniego apkrova: Nėra

Pastato naudojimas:

1 lygis: Parkavimo garažas (aukštis=3.8 m)

2–4 lygiai: viešbučio svečių kambariai (aukštis nuo -iki-aukštis atitinkamai=3.7 m, 3,7 m ir 3,4 m)

Stogo tipas: Vieno{0}}šlaito stogas(numatomas drenažo nuolydis=2 %)

Išorinės sienos: ne{0}}konstrukciniai tuščiaviduriai betoniniai blokai (sukonstruoti vietoje;neapkrovos{0}}guolis)

Grindų sistema: Kompozicinis plieninis paklotas su išlietu-į-betoniu(bus patikslinta)

 

 

Bendras pastato ilgis: 80 m

Plano konfigūracija:

Rytų sparnas: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Vakarų sparnas: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Pastaba: Planas toksne{0}}stačiakampis, greičiausiai L-formos arba laiptuoto. Konstrukcinei analizei pastatas traktuojamas kaip du sujungti blokai su galimu kompensatoriumi arba standžia jungtimi, priklausomai nuo seisminių detalių.

Tipiški įlankos dydžiai: Tarkime, kad tarpai tarp stulpelių yra7,5 m išilgaiir6,0 m skersai(reguliuojamas pagal architektūrinį įvestį).

 

 

Pirminis kodas: AISC 360-16 (plieninių konstrukcijų pastatų specifikacija)

Seisminis dizainas: ASCE 7-16 (arba lygiavertis – pritaikytas PNG seismiškumui)

Vėjo apkrova: ASCE 7-16, 27 skyrius (kryptinė procedūra)

Medžiagų standartai: ASTM A992 (sijos / kolonos), ASTM A36 (plokštės, antriniai elementai)

 

 

 

Komponentas	Apkrova (kN/m²)
Plieninis paklotas + 125 mm betoninė plokštė (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Lubos, EP narys, apdaila	0.5
Stogo danga (metalinė danga + izoliacija)	0.3
Tuščiavidurė blokinė siena (ne{0}}struktūrinė, bet taikoma kaip linijų apkrova ant sijų)	~3,0 kN/m(už metrą aukščio)

 

 

Lygis	LL (kN/m²)	Nuoroda
1 lygis (parkavimas)	2.5	ASCE 7
2–4 lygiai (viešbutis)	1.9	ASCE 7 (gyvenamasis)
Stogas	0.5	Techninės priežiūros apkrova

 

 

Pagrindinis vėjo greitis:V = 33.3 m/s

Poveikio kategorija:C(darant priemiesčio / miesto reljefą)

Gūžės faktorius:G = 0.85

Slėgio koeficientas (Cp):

Siena (prie vėjo):+0.8

Siena (pavėjinė):–0.5

Stogas (vienas{0}}šlaitas):–0,9–0,3(priklausomai nuo zonos)

Naudojant ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Darant prielaidą, kad (K_z=0.85) vidutiniame-aukštyje (~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 ]

Projektinis vėjo slėgis:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maksimalus sienos slėgis ≈0,33 kN/m²(prie vėjo), siurbimas ≈–0,21 kN/m²(pavėjinis)

Pastaba: Dėl mažo pakilimo (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrinis atsakas: 8 laipsnių zonoje, tarkimeS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konservatyvus įvertinimas pagal vietinį ASCE 7 pritaikymą)

Rizikos kategorija: II

R-faktorius (plieninis momentinis rėmas): R = 8(specialaus momento kadrui – SMF)

Svarbumo veiksnys: (I_e = 1.0)

Apytikslis pagrindinis laikotarpis:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Apytiksliai bendras aukštis (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m)

Seisminis pagrindo kirpimas:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% viso svorio- reikšmingas.

 

 

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

3 užimti aukštai + stogas ≈ 4 lygiai

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

Bendras svoris (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Bazinė šlytis (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ Seisminis valdo vėjąšoniniam dizainui.

 

 

Šoninės jėgos pasipriešinimo sistema (LFRS):

Specialūs koncentriškai sutvirtinti rėmeliai (SCBF)arbaSpecialūs akimirkų rėmeliai (SMF)

Atsižvelgiant į architektūrinį lankstumą ir poreikį įrengti atvirą automobilių stovėjimo aikštelę,SCBFteikia pirmenybę efektyvumui ir lankstumui didelės{0}}seisminės zonose.

Gravitacijos sistema:

Kompozitinės sijos(W{0}}formos su kirpimo smeigėmis + metalinis paklotas + betono plokštė)

Stulpeliai: HSS arba W{0}}atkarpos, ištisinės nuo pamatų iki stogo

Tvirtinimas: X-tvirtinimas abiem kryptimis ties laiptų / lifto šerdimis ir perimetru, jei įmanoma

Stogas: vienas{0}}šlaitas, paremtas nuožulniomis stogo sijomis arba kūginiais rėmais; antgaliai viršuje.

 

 

6.1 Grindų sijos (įprastas interjeras)

Atstumas: 7,5 m

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

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

Būtinas sekcijos modulis: (Z_x didesnis arba lygus M / (0,9 F_y)=217 × 10⁶ / (0,9 × 345) ≈ 700 × 10³ mm³)

Bandomasis skyrius: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, gerai)

6.2 kraštinės sijos (su sienos apkrova)

Papildoma sienos apkrova: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Iš viso w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Kolonos (interjeras, 4 aukštai)

Intakų plotas: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Ašinė apkrova grindims: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Iš viso P ≈ 4 × 232 =928 kN

Pridėti 20 % seisminiams ašiniams efektams →P_u ≈ 1 115 kN

Efektyvus ilgis (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

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

Ekonomiškumui naudokite W250×67 arba HSS203×203×9,5

6.4 Tvirtinimo elementai (SCBF)

Tarkime, kad sutvirtinimas yra 2 skyriuose viena kryptimi

Seisminis storio šlytis vienoje dalyje ≈ 7 200 / (tvirtintų rėmų skaičius)

Tarkime, kad kiekviena kryptimi yra 4 sutvirtinti rėmai → ~ 900 kN vienam rėmui

Įstrižainė jėga: (F=V / sinθ); θ=45 laipsnis → F ≈ 900 / 0,707 ≈1 270 kN

Būtinas A_g Didesnis arba lygus 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4 090 mm²

Teismo procesas: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², tinka įtempimui / suspaudimui su lieknumo patikrinimu)

 

 

Metalinis denis: Conform® 2.0 arba Bondek®(profilio gylis=60 mm)

Betoninė plokštė: 125 mm storio, f'c=25 MPa

Kirpimo smeigės: 19 mm skersmuo × 100 mm aukštis, išdėstyti tarp300 mm ocpalei sijas

Sudėtinis veiksmas: Manoma, kad visa sąveika pagal AISC 360 I skyrių

 

 

Reikalinga dirvožemio ataskaita– priimti vidutinę laikomąją galią (150 kPa)

Stulpelių reakcijos: maksimalus ~1 200 kN → pagrindo dydis ≈ √(1 200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizoliuotas pamatas

Seisminis inkaras: Inkariniai strypai, skirti pakėlimui ir kirpimui pagal ACI 318

 

 

Spindulys-į-stulpelį: Priveržtos galinės plokštės arba suvirintos momentinės jungtys (jei naudojamas SMF)

Pritvirtinkite-prie-Gusset: Whitmore pjūvio metodas pagal AISC seismines nuostatas

Denio palaikymas: Paprastas sijos viršutinio flanšo guolis

 

 

Prekė	Specifikacija
LFRS	Specialūs koncentriškai sutvirtinti rėmeliai (SCBF)
Gravitacijos spinduliai	W410×60 (vidus), W460×74 (kraštas)
Stulpeliai	W250×67 arba HSS203×203×9,5
Petnešos	HSS152×152×9,5
Grindų denis	60 mm gylio kompozitinis metalinis paklotas + 125 mm betonas
Seisminis pagrindo kirpimas	~7 200 kN (valdo dizainą)
Vėjo slėgis	~0,33 kN/m² (ne{1}}reguliuojantis)
Stogo nuolydis	2% vienas nuolydis, paremtas nuožulniomis gegnėmis

 

 

Pasikvieskite vietinį geotechnikos inžinierių, kad gautumėte dirvožemio ataskaitą.

Pasitarkite su architektu, kad surastumėte sutvirtintus rėmus, netrukdydami automobilių stovėjimo aikštelės ar patalpų.

Naudokite korozijai{0}}atsparių dažų sistemą (C4 aplinka pagal ISO 12944 – pakrantės PNG).

Suteikite judėjimo jungtis, jei rytiniai / vakariniai sparnai yra gerokai pasislinkę.

Atlikite išsamią 3D struktūrinę analizę naudodami programinę įrangą (pvz., ETABS, SAP2000), įskaitant P-Δ efektus.

 

 

 

Šis plieno tonažo įvertinimas apima pirminius ir antrinius konstrukcinius plieno elementus, reikalingus 4 aukštų viešbučio gravitacijai ir šoninei apkrovai{0}}atsparioms sistemoms, įskaitant:

Kolonos (nuo pamatų iki stogo)

Grindų ir stogo sijos (kompozicinis dizainas)

Tvirtinimo elementai (specialūs koncentriškai sutvirtinti rėmai – SCBF)

Stogo karkasas (nuožulnios gegnės ir garbanos)

Jungtys (apskaičiuota kaip 5 % pagrindinio elemento svorio)

Neįtraukta:

Metalinis paklotas (laikomas ne{0}}konstrukciniu apmušimu / plokščių atrama)

Inkaro strypai, pagrindo plokštės (įeina į prijungimo priedą)

Laiptai, turėklai, įvairūs plienai

 

 

Pastato planą sudaro du sujungti blokai:

Rytų blokas: 55.6 m × 27 m

Vakarų blokas: 25 m × 41.7 m
→ Bendras pėdsakas ≈2,544 m²

Įprastas stulpelių tinklelis:7,5 m (išilginis) × 6,0 m (skersinis)

Stulpelių skaičius:

Rytinis blokas: (55,6/7,5 ≈ 8 įlankos → 9 linijos) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 eilutės) =45 stulpeliai

Vakarinis blokas: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 eilutės) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 eilutės) =32 stulpeliai

Atimti persidengimą sankryžoje (~5 bendrinami stulpeliai) →Iš viso stulpelių ≈ 72

Grindys: 4 lygiai (su stogu)

Sutvirtinti rėmai: 2 kiekviena kryptimi viename bloke →Iš viso 8 sutvirtintos įlankos

Stogo nuolydis: 2%, paremtas nuožulniomis sijomis; jokių santvarų

 

 

Atsižvelgdami į tai, kad projektas yra viešasis gyvenamasis būstas, nusprendėme sustiprinti visą konstrukcinę sistemą, kad sukurtume tvirtą pastatą, kurio tarnavimo laikas viršytų 100 metų. Norėdami tai pasiekti, įprastus stulpelius pakeitėme dėžės-profilio plieninėmis kolonomis ir vietoje-užpildėme jas betonu, taip žymiai padidindami bendrą konstrukcijos stiprumą.

 

 

Skyrius:Dėžutės tipas 400x400x12x12mm(masė=146.2 kg/m)

Stulpelio aukštis:

1 lygis: 3,8 m

2–3 lygiai: po 3,7 m

4 lygis: 3,4 m
→ Bendras aukštis =14.6 m

Bendras stulpelio ilgis=72 × 14.6 =1,051 m

Kolonėlės svoris=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tonos

Pastaba: pirmo aukšto kolonos gali būti sunkesnės; tai yra vidurkis.

 

 

Vidaus sijos: WH500X290X10X16mm (masė=109.6 kg/m)

Atstumas: 7,5 m

Skaičius viename aukšte:

Rytinis blokas: 5 skersinės linijos × 8 išilginės įlankos=40

Vakarinis blokas: 8 skersinės linijos × 3 išilginės įlankos=24
→ 64 vidinės sijos viename aukšte

Iš viso 3 aukštai + stogo karkasas=4 × 64 =256 sijos

Ilgis=256 × 7.5 =1,920 m

Svoris=1,920 × 109.6=210 432 kg

Kraštinės / perimetro sijos: WH600X200X12X12mm (masė=92 kg/m)

Perimetro ilgis aukšte ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – persidengimas ≈290 m/aukšte

Tarkime, kraštinės sijos kas 6 m → ~48 kraštinės sijos viename aukšte

Iš viso=4 × 48 =192 sijos, vid. tarpatramis=6.0 m

Ilgis=192 × 6 =1,152 m

Svoris=1, 152 × 92=105 984 kg

Bendras sijos svoris = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tonos

 

 

Skyrius:HSS152×152×9,5(masė=42.5 kg/m)

Sutvirtinti skyreliai: iš viso 8 (4 rytų- vakaruose, 4 šiaurės- pietuose)

Kiekvienoje dalyje yra 2 įstrižainės → 4 aukštai × 2 =8 įstrižainės vienoje sutvirtinto rėmo linijoje

Iš viso įstrižainių:=8 kadrų × 8 =64 petnešos

Vid. įstrižainės ilgis (7,5 m × 3,7 m įlankai 45 laipsnių kampu):
(L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m)

Bendras petnešos ilgis=64 × 8.4 =538 m

Įtvaras svoris=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tonos

 

 

Pagrindinės stogo gegnės yra vieno{0}}šlaito profilyje; naudotiW310×45(45 kg/m)

Atstumas: 3,0 m oc (galiotėms palaikyti)

Bendras stogo plotas=2,544 m² → gegnės ilgis ≈ pastato plotis (maks. 41,7 m)

Gegnių skaičius ≈ 80 m / 3,0 ≈27 eilutės

Vid. gegnės ilgis=35 m (svertinis rytų / vakarų pločių vidurkis)

Bendras gegnių ilgis=27 × 35 =945 m

Gegnės svoris=945 × 45 =42 525 kg

Garbanos: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), 1,5 m oc atstumu

Bendras garbanos ilgis ≈ (2 544 m² / 1,5 m atstumas) × 1,0 m =1,696 m

Svoris=1, 696 × 5.5 =9 328 kg

Visas stogo plienas = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tonos

 

 

Standartinė praktika:5%viso pagrindinio nario svorio

Pagrindiniai nariai iš viso=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tonos

Jungtys=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 tonos

 

 

Komponentas	Svoris (tonomis)
Stulpeliai	153.7
Grindų ir kraštų sijos	316.4
Tvirtinimas (SCBF)	22.9
Stogo karkasas (gegnės + garbanos)	51.9
Jungtys (5%)	27.3
Bendras numatomas konstrukcinis plienas	572,2 tonos

 

 

Bendras grindų plotas =2,544 m²

Plienas ploto vienetui=572.2 t / 2 544 m² =225 kg/m²

Tai pagrįsta 4-aukštų seisminiam-atspariam plieniniam pastatui su sutvirtintais rėmais didelės seisminės zonos regione.

 

 

Optimizavimo potencialas: Naudojant didesnes įlankas arba sumažinus tvirtinimą, gali sumažėti tonažas, tačiau seisminiai PNG poreikiai riboja sumažinimą.

Vietinė gamyba: Atsižvelkite į standartinį skyrių prieinamumą PNG arba Australijoje (manomos įprastos skiltys, pvz., W{0}}formos ir HSS).

Apsauga nuo korozijos: visas plienas skirtas karštam-galvanizavimui arba dvipusio dažymo sistemai dėl pakrantės atogrąžų aplinkos.

Nenumatytas atvejis: Pridėti5–10%projektavimo kūrimui, architektūros pakeitimams ar detalizavimo neefektyvumui →Galutinė biudžeto sąmata: ~615–700 tonų. Jei pridėsite šiek tiek laiptų ir liftų konstrukcijos, apskritai bus maždaug650–750 tonųfinale.

Parengė: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Data: 2026 m. sausio 16 d
Pagrindas: AISC 360-16, preliminarus išdėstymas, ASCE 7-16 seisminės prielaidos