Projekt stalowej ramy konstrukcyjnej dla czteropiętrowego hotelu w Papui Nowej Gwinei

 

Lokalizacja: Papua Nowa Gwinea

Strefa sejsmiczna: Intensywność sejsmiczna8 stopni(odpowiednik PGA ≈ 0,3 g w oparciu o ASCE 7 lub podobne przepisy lokalne)

Obciążenie wiatrem: Podstawowa prędkość wiatru =120 kilometrów na godzinę (~33.3 m/s)

Ładunek śniegu: Nic

Użytkowanie budynku:

Poziom 1: Garaż (wysokość=3.8 m)

Poziomy 2–4: Pokoje hotelowe (odpowiednio-wysokość-piętra=3.7 m, 3,7 m i 3,4 m)

Typ dachu: Dach jednospadowy-(założone nachylenie=2% dla drenażu)

Ściany zewnętrzne: Nie-konstrukcyjne pustaki betonowe (konstruowane lokalnie;nie obciąża-nośności)

System podłogowy: Pomost ze stali kompozytowej z wierzchnią-betonową-odlewaną na miejscu(do określenia)

 

 

Całkowita długość budynku: 80 m

Konfiguracja planu:

Wschodnie skrzydło: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Zachodnie skrzydło: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Notatka: Plan jest takinie-prostokątny, prawdopodobnie w kształcie litery L-lub schodkowy. Na potrzeby analizy statycznej budynek jest traktowany jako dwa połączone bloki z możliwym połączeniem dylatacyjnym lub połączeniem sztywnym, w zależności od szczegółów sejsmicznych.

Typowe rozmiary zatok: Załóż, że odstęp między kolumnami wynosiwzdłużnie 7,5 mI6,0 m poprzecznie(regulowane według danych wejściowych architektury).

 

 

Kod podstawowy: AISC 360-16 (Specyfikacja dla konstrukcji stalowych)

Projekt sejsmiczny: ASCE 7-16 (lub odpowiednik – dostosowany do sejsmiczności PNG)

Obciążenie wiatrem: ASCE 7-16, rozdział 27 (procedura kierunkowa)

Standardy materiałowe: ASTM A992 (belki/słupy), ASTM A36 (płyty, elementy drugorzędne)

 

 

 

Część	Obciążenie (kN/m²)
Pomost stalowy + 125 mm Płyta betonowa (ρ=24 kN/m3)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Sufit, MEP, wykończenia	0.5
Pokrycie dachu (pokrycie blachą + izolacja)	0.3
Ściana z pustaków blokowych (-niekonstrukcyjna, ale stosowana jako obciążenie liniowe na belkach)	~3,0 kN/m(na metr wysokości)

 

 

Poziom	LL (kN/m²)	Odniesienie
Poziom 1 (Parking)	2.5	ASCE 7
Poziomy 2–4 (Hotel)	1.9	ASCE 7 (mieszkalne)
Dach	0.5	Obciążenie konserwacyjne

 

 

Podstawowa prędkość wiatru:V = 33.3 m/s

Kategoria narażenia:C(zakładając teren podmiejski/miejski)

Czynnik podmuchu:G = 0.85

Współczynnik ciśnienia (Cp):

Ściana (nawietrzna):+0.8

Ściana (zawietrzna):–0.5

Dach (jedno-spadowy):–0,9 do –0,3(w zależności od strefy)

Korzystanie z równania ASCE 7. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Zakładając (K_z=0.85) w połowie-wysokości (~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 ]

Projektowe ciśnienie wiatru:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maksymalne ciśnienie ścianki ≈0,33 kN/m²(na wiatr), ssanie ≈–0,21 kN/m²(zawietrzny)

Notatka: Ze względu na niski wzrost (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Odpowiedź widmowa: Załóżmy, że dla strefy 8 stopniS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(ostrożne szacunki według lokalnej adaptacji ASCE 7)

Kategoria ryzyka: II

Współczynnik R- (stalowa rama momentowa): R = 8(dla Specjalnej Ramki Momentowej – SMF)

Czynnik ważności: (I_e = 1.0)

Przybliżony okres podstawowy:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Wysokość całkowita (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m ok.)

Sejsmiczne ścinanie podstawy:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% całkowitej masy- znaczące.

 

 

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

3 zajęte piętra + dach ≈ 4 poziomy

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

Masa całkowita (szer. ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Ścinanie podstawy (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ Sejsmika rządzi wiatremdo projektowania bocznego.

 

 

System wytrzymywania siły bocznej (LFRS):

Specjalne koncentrycznie usztywnione ramy (SCBF)LubSpecjalne klatki momentów (SMF)

Biorąc pod uwagę elastyczność architektoniczną i potrzebę otwartego parkingu,SCBFpreferowany ze względu na wydajność i plastyczność w-strefach o wysokiej aktywności sejsmicznej.

System grawitacyjny:

Belki zespolone(kształty W-z kołkami ścinanymi + płyta metalowa + płyta betonowa)

Kolumny: przekroje HSS lub W-ciągłe od fundamentu do dachu

Orzeźwiający: Stężenie X-w obu kierunkach na rdzeniach schodów/wind i na obwodzie, jeśli to możliwe

Dach: Pojedyncze-nachylenie wsparte na nachylonych belkach dachowych lub stożkowych ramach; płatwie na górze.

 

 

6.1 Belki podłogowe (typowe wnętrze)

Rozpiętość: 7,5 m

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

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

Wymagany moduł przekroju: (Z_x większy lub równy M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Sekcja Próbna: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Belki krawędziowe (z obciążeniem ściany)

Dodatkowe obciążenie ściany: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Razem w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Kolumny (wnętrze, 4 piętra)

Powierzchnia dopływu: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Obciążenie osiowe na podłogę: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Razem P ≈ 4 × 232 =928 kN

Dodaj 20% na sejsmiczne efekty osiowe →P_u ≈ 1115 kN

Długość efektywna (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

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

Dla oszczędności użyj W250×67 lub HSS203×203×9,5

6.4 Elementy usztywniające (SCBF)

Załóżmy, że stężenie odbywa się w 2 przęsłach w każdym kierunku

Ścinanie kondygnacji sejsmicznej na przęsło ≈ 7200 / (liczba ram stężonych)

Załóżmy, że 4 ramy usztywnione w każdym kierunku → ~900 kN na ramę

Siła diagonalna: (F=V / sinθ); θ=45 stopień → F ≈ 900 / 0,707 ≈1270 kN

Wymagane A_g Większe lub równe 1 270 000 / (0,9×345) ≈4090 mm²

Test: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK dla rozciągania/ściskania z kontrolą smukłości)

 

 

Metalowy pokład: Conform® 2.0 lub Bondek®(głębokość profilu=60 mm)

Płyta Betonowa: Grubość 125 mm, f'c=25 MPa

Kołki ścinane: Średnica 19 mm × wysokość 100 mm, rozmieszczone w godz300 mm okwzdłuż belek

Akcja złożona: Zakłada się pełną interakcję zgodnie z AISC 360 Rozdział I

 

 

Wymagany raport dotyczący gleby– przyjąć umiarkowaną nośność (150 kPa)

Reakcje kolumnowe: Max ~1200 kN → rozmiar stopy ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolowana podstawa

Zakotwienie sejsmiczne: Pręty kotwowe zaprojektowane do podnoszenia i ścinania zgodnie z ACI 318

 

 

Belka-do-słupa: Przykręcane płyty końcowe lub spawane połączenia momentowe (jeśli zastosowano SMF)

Przymocuj-do-klinu: Metoda przekroju Whitmore'a zgodnie z przepisami sejsmicznymi AISC

Wsparcie pokładu: Proste łożysko na górnym pasie belki

 

 

Przedmiot	Specyfikacja
LFRS	Specjalne koncentrycznie usztywnione ramy (SCBF)
Belki grawitacyjne	S410×60 (wnętrze), S460×74 (krawędź)
Kolumny	W250×67 lub HSS203×203×9,5
Aparat ortodontyczny	HSS152×152×9,5
Pokład podłogowy	Pomost z kompozytu metalowego o głębokości 60 mm + 125 mm z betonu
Sejsmiczne ścinanie podstawy	~7200 kN (reguluje projekt)
Ciśnienie wiatru	~0,33 kN/m² (nie-regulujący)
Nachylenie dachu	Pojedynczy spadek o nachyleniu 2%, wsparty na nachylonych krokwiach

 

 

Zaangażuj lokalnego inżyniera geotechnika w celu uzyskania raportu dotyczącego gleby.

Skoordynuj z architektem lokalizację usztywnionych ram bez utrudniania parkowania lub pomieszczeń.

Stosuj system malarski-odporny na korozję (środowisko C4 zgodnie z normą ISO 12944 – przybrzeżne PNG).

Zapewnij złącza dylatacyjne, jeśli skrzydła wschodnie/zachodnie są znacznie przesunięte.

Wykonaj szczegółową analizę strukturalną 3D za pomocą oprogramowania (np. ETABS, SAP2000) uwzględniającego efekty P-Δ.

 

 

 

Ten szacunkowy tonaż stali obejmuje główne i drugorzędne elementy stalowe konstrukcyjne wymagane do systemów grawitacyjnych i odpornych na obciążenia boczne- czteropiętrowego hotelu, w tym:

Kolumny (od fundamentu po dach)

Belki stropowe i dachowe (projekt zespolony)

Elementy usztywniające (specjalne ramy wzmocnione koncentrycznie – SCBF)

Konstrukcja dachu (skośne krokwie i płatwie)

Połączenia (szacowane jako 5% ciężaru głównego elementu)

Wyłączony:

Pokład metalowy (uważany za-okładzinę/podparcie płyty niekonstrukcyjnej)

Pręty kotwowe, płyty podstawy (w ramach naddatku na przyłącze)

Schody, balustrady, inna stal

 

 

Plan budynku składa się z dwóch połączonych ze sobą bloków:

Blok Wschodni: 55.6 m × 27 m

Blok Zachodni: 25 m × 41.7 m
→ Całkowita powierzchnia ≈2,544 m²

Typowa siatka kolumn:7,5 m (wzdłużny) × 6,0 m (poprzeczny)

Liczba kolumn:

Blok wschodni: (55,6/7,5 ≈ 8 przęseł → 9 linii) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 linii) =45 kolumn

Blok zachodni: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 linie) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 linii) =32 kolumny

Odejmij nakładanie się na skrzyżowaniu (~5 wspólnych kolumn) →Łączna liczba kolumn ≈ 72

Piętra: 4 poziomy (w tym dach)

Ramy usztywnione: 2 w każdym kierunku na blok →Łącznie 8 usztywnionych przęseł

Nachylenie dachu: 2%, podparte belkami pochyłymi; żadnych kratownic

 

 

Biorąc pod uwagę charakter projektu jako publiczne budownictwo mieszkaniowe, zdecydowaliśmy się wzmocnić cały system konstrukcyjny, aby stworzyć solidny budynek o żywotności przekraczającej 100 lat. Aby to osiągnąć, zastąpiliśmy konwencjonalne kolumny słupami-stalowymi o przekroju skrzynkowym i wypełniliśmy je-betonem na miejscu, co znacznie zwiększyło ogólną wytrzymałość konstrukcji.

 

 

Sekcja:Typ pudełka 400X400x12x12mm(masa=146.2 kg/m)

Wysokość na kolumnę:

Poziom 1: 3,8 m

Poziomy 2–3: 3,7 m każdy

Poziom 4: 3,4 m
→ Wysokość całkowita =14.6 m

Całkowita długość kolumny=72 × 14.6 =1,051 m

Masa kolumny=1,051 m × 146,2 kg/m =153656 kg ≈ 153,7 ton

Uwaga: Kolumny na parterze mogą być cięższe; to jest średnia.

 

 

Belki wewnętrzne: WH500X290X10X16mm (masa=109.6 kg/m)

Rozpiętość: 7,5 m

Liczba na piętrze:

Blok wschodni: 5 linii poprzecznych × 8 przęseł podłużnych=40

Blok zachodni: 8 linii poprzecznych × 3 przęsła podłużne=24
→ 64 belki wewnętrzne na piętro

Razem dla 3 pięter + konstrukcja dachu=4 × 64 =256 belek

Długość=256 × 7.5 =1,920 m

Waga=1,920 × 109.6=210 432 kg

Belki krawędziowe/obwodowe: WH600X200X12X12mm (masa=92 kg/m)

Długość obwodu na piętro ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – zakładka ≈290 m/piętro

Przyjmij, że belki krawędziowe są co 6 m → ~48 belek krawędziowych na podłogę

Razem=4 × 48 =192 belki, średnio rozpiętość=6.0 m

Długość=192 × 6 =1,152 m

Waga=1,152 × 92=105 984 kg

Całkowita masa belki = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tony

 

 

Sekcja:HSS152×152×9,5(masa=42.5 kg/m)

Przęsła usztywnione: łącznie 8 (4 w E-W, 4 w N-S)

Każde przęsło ma 2 przekątne na piętro → 4 piętra × 2 =8 przekątnych na linię ramy stężonej

Suma przekątnych=8 klatek × 8 =64 szelki

Śr. długość przekątnej (dla przęsła 7,5 m × 3,7 m pod kątem 45 stopni):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Całkowita długość aparatu=64 × 8.4 =538 m

Masa usztywnienia=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tony

 

 

Główne krokwie dachowe mają profil-spadowy; używaćW310×45(45 kg/m)

Rozstaw: 3,0 m oc (do podparcia płatwi)

Całkowita powierzchnia dachu=2,544 m² → długość krokwi ≈ szerokość budynku (maks. 41,7 m)

Liczba krokwi ≈ 80 m / 3,0 ≈27 linii

Śr. długość krokwi=35 m (średnia ważona szerokości wschód/zachód)

Całkowita długość krokwi=27 × 35 =945 m

Masa krokwi=945 × 45 =42525 kg

Płatwie: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), w odstępie 1,5 m oc

Całkowita długość płatwi ≈ (2544 m² / rozstaw 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Waga=1,696 × 5.5 =9328 kg

Całkowita stal dachowa = 42,525 + 9,328 = 51853 kg ≈ 51,9 ton

 

 

Standardowa praktyka:5%całkowitej masy głównego elementu

Łącznie główni członkowie=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 ton

Połączenia=0.05 × 533,900 =27245 kg ≈ 27,3 tony

 

 

Część	Waga (tony)
Kolumny	153.7
Belki podłogowe i krawędziowe	316.4
Stężenie (SCBF)	22.9
Konstrukcja dachu (krokwie + płatwie)	51.9
Połączenia (5%)	27.3
Całkowita szacunkowa stal konstrukcyjna	572,2 ton

 

 

Całkowita powierzchnia piętra =2,544 m²

Stal na jednostkę powierzchni=572.2 t / 2544 m² =225 kg/m²

Jest to rozsądne w przypadku 4-piętrowego budynku ze stali odpornej na wstrząsy sejsmiczne- ze usztywnionymi ramami w regionie o dużym natężeniu sejsmicznym.

 

 

Potencjał optymalizacji: Zastosowanie większych przęseł lub zmniejszonych stężeń może obniżyć tonaż, ale wymagania sejsmiczne w PNG zmniejszają limity.

Lokalna produkcja: Weź pod uwagę dostępność sekcji standardowych w formacie PNG lub Australii (zakłada się, że przekroje wspólne, takie jak kształty W- i HSS).

Ochrona przed korozją: Cała stal ma zostać-ocynkowana ogniowo lub pomalowana metodą duplex ze względu na przybrzeżne środowisko tropikalne.

Ewentualność: Dodać5–10%w przypadku opracowywania projektu, zmian architektonicznych lub nieefektywności w opracowywaniu szczegółów →Ostateczny szacunkowy budżet: ~615–700 ton. Jeśli dodasz trochę schodów i konstrukcji do wind, całość będzie w porządku650 ~ 750 tonw finale.

Przygotowane przez: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Data: 16 stycznia 2026 r
Podstawa: AISC 360-16, układ wstępny, założenia sejsmiczne ASCE 7-16