Конструкція сталевого каркасу для 4-поверхового готелю в Папуа-Новій Гвінеї

 

Розташування: Папуа Нова Гвінея

Сейсмічна зона: Сейсмічна інтенсивність8 градусів(еквівалентно PGA ≈ 0,3 г на основі ASCE 7 або аналогічних місцевих кодів)

Вітрове навантаження: основна швидкість вітру =120 км/год (~33.3 m/s)

Снігове навантаження: жодного

Використання будівлі:

Рівень 1: Гараж (висота=3.8 м)

Рівні 2–4: номери готелю (висота ---поверху=3.7 м, 3,7 м і 3,4 м відповідно)

Тип даху: Односхилий-дах(передбачуваний ухил=2% для дренажу)

Зовнішні стіни: не-конструкційні порожнисті бетонні блоки (місцевого будівництва;не витримує-навантаження)

Система підлоги: Композитний сталевий настил із литим--бетонним покриттям(уточнюється)

 

 

Загальна довжина будівлі: 80 m

Конфігурація плану:

Східне крило: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Західне крило: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Примітка: План єне-прямокутний, ймовірно, L-форми або ступінчасті. Для структурного аналізу будівлю розглядають як два з’єднані блоки з можливим розширювальним швом або жорстким з’єднанням залежно від сейсмічних характеристик.

Типові розміри бухти: припустимо, що інтервал між стовпцями становить7,5 м по довжиніі6,0 м поперек(регулюється для архітектурного входу).

 

 

Первинний код: AISC 360-16 (Специфікація для конструкційних сталевих будівель)

Сейсмічний проект: ASCE 7-16 (або еквівалент – адаптований для сейсмічності PNG)

Вітрове навантаження: ASCE 7-16, Розділ 27 (Напрямна процедура)

Стандарти матеріалів: ASTM A992 (балки/колони), ASTM A36 (пластини, вторинні елементи)

 

 

 

компонент	Навантаження (кН/м²)
Сталевий настил + 125 мм Бетонна плита (ρ=24 кН/м³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Стеля, МЕП, Оздоблення	0.5
Покрівля (металопрокат + утеплювач)	0.3
Стіна з порожнистих блоків (-неконструкційна, але застосована як лінійне навантаження на балки)	~3,0 кН/м(на метр висоти)

 

 

Рівень	LL (кН/м²)	довідка
Рівень 1 (парковка)	2.5	ASCE 7
Рівні 2–4 (готель)	1.9	ASCE 7 (житловий)
Дах	0.5	Технічне навантаження

 

 

Базова швидкість вітру:V = 33.3 m/s

Категорія впливу:C(припускаючи приміську/міську місцевість)

Фактор поривів:G = 0.85

Коефіцієнт тиску (Cp):

Стіна (навітряна):+0.8

Стіна (підвітряна):–0.5

Дах (односхилий):від –0,9 до –0,3(в залежності від зони)

Використовуючи ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Припускаючи (K_z=0.85) на середній-висоті (~7 м), (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 Па ≈ 0,49 кН/м² ]

Розрахунковий тиск вітру:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Максимальний тиск на стінку ≈0,33 кН/м²(навітряний), всмоктування ≈–0,21 кН/м²(підвітряний)

Примітка: Через низький підйом (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Спектральний відгук: Для 8-градусної зони, припустимоS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(консервативна оцінка для місцевої адаптації ASCE 7)

Категорія ризику: II

R-фактор (сталева моментна рама): R = 8(для рамки особливого моменту – SMF)

Фактор важливості: (I_e = 1.0)

Приблизний фундаментальний період:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Загальна висота (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) м прибл.)

Сейсмічний зсув основи:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% від загальної ваги- значний.

 

 

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

3 заселені поверхи + дах ≈ 4 рівні

Середнє DL + LL на поверх ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 кН/м²

Загальна вага (Ш ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 кН

Базовий зсув (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 кН

→ Сейсміка керує вітромдля бічного дизайну.

 

 

Система опору бічній силі (LFRS):

Спеціальні концентрично скріплені рами (SCBF)абоРамки для особливих моментів (SMF)

Враховуючи архітектурну гнучкість і необхідність відкритого паркування,SCBFкращий за ефективність і пластичність у -сейсмічних зонах.

Гравітаційна система:

Композитні балки(W-форми зі зрізними шпильками + металевий настил + бетонна плита)

Стовпці: HSS або W-секції безперервні від фундаменту до даху

Розкоси: X-розтяжки в обох напрямках на сходах/ліфтах і периметрі, де це можливо

Дах: один-схил, що підтримується похилими балками даху або конічними рамами; прогони зверху.

 

 

6.1 Балки підлоги (типовий інтер’єр)

Проліт: 7,5 м

Навантаження: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 кН/м)

Максимальний момент: (M=wL^2/8=30.9 × 7,5^2 / 8 ≈ 217 кН·м)

Необхідний модуль перерізу: (Z_x більше або дорівнює M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ мм³)

Пробна секція: W410×60(Zₓ=773×10³ мм³, OK)

6.2 Крайові балки (з навантаженням на стіну)

Додаткове навантаження на стіну: 3,0 кН/м × 3,7 м =11,1 кН/м

Загальний w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 кН/м

M ≈ 295 кН·м →W460×74(Zₓ=942×10³ мм³)

6.3 Колони (Інтер'єр, 4 поверхи)

Площа притоки: 7,5 м × 6,0 м=45 м²

Осьове навантаження на поверх: (3.25 + 1.9) × 45=232 кН

Загальний P ≈ 4 × 232 =928 кН

Додайте 20% для сейсмічних осьових ефектів →P_u ≈ 1,115 кН

Ефективна довжина (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 мм)

Випробування:W250×73(A=9,290 мм², r=119 мм → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2880 кН >>1115 кН → OK)

Для економії використовуйте W250×67 або HSS203×203×9.5

6.4 Розкоси (SCBF)

Припустимо кріплення по 2 відсіки в кожному напрямку

Сейсмічний зсув поверху на відсік ≈ 7200 / (кількість каркасів зі скріпленнями)

Припустимо, що 4 скріплені рами в кожному напрямку → ~900 кН на раму

Діагональна сила: (F=V / sinθ); θ=45 градус → F ≈ 900 / 0,707 ≈1270 кН

Необхідний A_g Більше або дорівнює 1 270 000 / (0,9×345) ≈4090 мм²

суд: HSS152×152×9,5(A=5,200 мм², добре для натягу/стиску з перевіркою стрункості)

 

 

Металева колода: Conform® 2.0 або Bondek®(глибина профілю=60 мм)

Бетонна плита: Товщина 125 мм, f'c=25 МПа

Зрізні шпильки: 19 мм діаметр × 100 мм висота, з інтервалом в300 мм окуздовж балок

Композитна дія: передбачається повна взаємодія відповідно до розділу I AISC 360

 

 

Потрібен звіт про ґрунт– припустити помірну несучу здатність (150 кПа)

Колонка Реакції: Макс. ~1200 кН → розмір основи ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mізольована опора

Сейсмічний Анкоридж: Анкерні стрижні, призначені для підйому та зсуву відповідно до ACI 318

 

 

Балка-до-колони: Болтові кінцеві пластини або зварні моментні з'єднання (якщо використовується SMF)

Скоба-до-Гастовиці: Метод розрізу Вітмора згідно з Положеннями про сейсморозвідку AISC

Підтримка колоди: Простий підшипник на верхньому фланці балки

 

 

Пункт	Специфікація
LFRS	Спеціальні концентрично скріплені рами (SCBF)
Гравітаційні балки	Ш410×60 (всередині), Ш460×74 (край)
Стовпці	W250×67 або HSS203×203×9,5
Брекети	HSS152×152×9,5
Підлоговий настил	Композитний металевий настил глибиною 60 мм + 125 мм бетон
Сейсмічний зсув основи	~7200 кН (регулює конструкцію)
Тиск вітру	~0,33 кН/м² (-недержавний)
Ухил даху	2% односхил, спирається на похилі крокви

 

 

Залучіть місцевого інженера-геотехніка для звіту про ґрунт.

Зв’яжіться з архітектором, щоб розташувати кріпильні рами, не заважаючи паркуванню чи кімнатам.

Використовуйте корозійно{0}}стійку систему фарби (середовище C4 відповідно до ISO 12944 – прибережна PNG).

Забезпечте рухові шви, якщо східні/західні крила значно зміщені.

Виконайте детальний 3D структурний аналіз за допомогою програмного забезпечення (наприклад, ETABS, SAP2000), включаючи ефекти P-Δ.

 

 

 

Ця оцінка сталевого тоннажу охоплює первинні та вторинні сталеві елементи конструкції, необхідні для гравітаційних і бічних навантажень-систем опору 4-поверхового готелю, зокрема:

Колони (від фундаменту до даху)

Балки перекриття та даху (збірна конструкція)

Елементи розкосів (спеціальні рами з концентричними розкосами – SCBF)

Каркас даху (скаті крокви та прогони)

З’єднання (за оцінками 5% ваги основного члена)

Виключено:

Металевий настил (вважається не-структурним покриттям/підтримкою плит)

Анкерні стрижні, опорні плити (входять у припуск на з’єднання)

Сходи, перила, сталь різна

 

 

План забудови складається з двох з'єднаних блоків:

Східний блок: 55.6 m × 27 m

Західний блок: 25 m × 41.7 m
→ Загальний слід ≈2,544 m²

Типова сітка стовпців:7,5 м (поздовжнє) × 6,0 м (поперечне)

Кількість стовпців:

Східний блок: (55,6/7,5 ≈ 8 відсіків → 9 ліній) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 ліній) =45 колон

Західний блок: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 рядки) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 рядки) =32 колони

Вирахувати перекриття на стику (~5 спільних колон) →Всього колонок ≈ 72

Поверховість: 4 рівні (включаючи дах)

Скріплені рами: 2 на напрямок на блок →Всього 8 кріплень

Ухил даху: 2%, спирається на похилі балки; без ферм

 

 

Враховуючи характер проекту як громадського житлового будівництва, ми вирішили зміцнити всю конструкцію, щоб створити міцну будівлю з терміном служби понад 100 років. Щоб досягти цього, ми замінили звичайні колони сталевими колонами-коробчатого перерізу та залили їх на місці-бетоном, значно підвищивши загальну міцність конструкції.

 

 

Розділ:Тип коробки 400х400х12х12 мм(маса=146.2 кг/м)

Висота колони:

Рівень 1: 3,8 м

2–3 рівні: по 3,7 м

Рівень 4: 3,4 м
→ Загальна висота =14.6 m

Загальна довжина стовпця=72 × 14.6 =1,051 m

Вага колони=1,051 м × 146,2 кг/м =153 656 кг ≈ 153,7 тонни

Примітка: колони першого поверху можуть бути важчими; це середній показник.

 

 

Міжкімнатні балки: WH500X290X10X16 мм (маса=109.6 кг/м)

Проліт: 7,5 м

Кількість на поверсі:

Східний блок: 5 поперечних ліній × 8 поздовжніх відсіків=40

Західний блок: 8 поперечних ліній × 3 поздовжні секції=24
→ 64 внутрішні балки на поверх

Разом на 3 поверхи + каркас даху=4 × 64 =256 балок

Довжина=256 × 7.5 =1,920 m

Вага=1,920 × 109.6=210,432 кг

Крайові/периметральні балки: WH600X200X12X12 мм (маса=92 кг/м)

Довжина периметра на поверх ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – перекриття ≈290 м/пов

Припустимо, що крайові балки кожні 6 м → ~48 крайових балок на поверх

Усього=4 × 48 =192 балки, середнє проліт=6.0 м

Довжина=192 × 6 =1,152 m

Вага=1,152 × 92=105 984 кг

Загальна вага балки = 210,432 + 105,984 = 316 416 кг ≈ 316,4 тонни

 

 

Розділ:HSS152×152×9,5(маса=42.5 кг/м)

Закріплені відсіки: всього 8 (4 на сх.-зах., 4 на пн.-пд.)

Кожен відсік має 2 діагоналі на поверх → 4 поверхи × 2 =8 діагоналей на кожну скобкову лінію рамки

Загальна кількість діагоналей=8 кадрів × 8 =64 дужки

Середнє довжина діагоналі (для бухти 7,5 м × 3,7 м під кутом 45 градусів):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 м )

Загальна довжина дужки=64 × 8.4 =538 m

Вага скоби=538 × 42.5 =22,865 кг ≈ 22,9 тонни

 

 

Основні крокви даху мають одно-профіль схилу; використовуватиW310×45(45 кг/м)

Відстань: 3,0 м oc (для підтримки прогонів)

Загальна площа даху=2,544 м² → довжина крокв ≈ ширина будівлі (макс. 41,7 м)

Кількість крокв ≈ 80 м / ≈ 3,027 рядків

Середнє довжина крокви=35 м (зважене середнє значення ширини схід/захід)

Загальна довжина крокв=27 × 35 =945 m

Вага крокви=945 × 45 =42,525 кг

Прогони: C200×20×2,5 (5,5 кг/м), відстань 1,5 м oc

Загальна довжина обрешітки ≈ (2544 м² / 1,5 м відстань) × 1,0 м =1,696 m

Вага=1,696 × 5.5 =9,328 кг

Total Roof Steel = 42,525 + 9,328 = 51 853 кг ≈ 51,9 тонни

 

 

Стандартна практика:5%загальної ваги основного члена

Усього основних учасників=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 тонни

З’єднання=0.05 × 533,900 =27 245 кг ≈ 27,3 тонни

 

 

компонент	Вага (тонни)
Стовпці	153.7
Перекриття та крайові балки	316.4
Розкоси (SCBF)	22.9
Каркас даху (крокви + прогони)	51.9
Підключення (5%)	27.3
Загальна оцінка конструкційної сталі	572,2 тонни

 

 

Загальна площа =2,544 m²

Сталь на одиницю площі=572.2 т / 2544 м² =225 кг/м²

Це доцільно для 4-поверхової сейсмостійкої-сталевої будівлі з кріпильними каркасами в сейсмонебезпечному регіоні.

 

 

Потенціал оптимізації: використання більших відсіків або зменшення кріплень може знизити тоннаж, але сейсмічні вимоги в PNG обмежують скорочення.

Місцеве виготовлення: розгляньте доступність стандартних розділів у PNG або Австралії (передбачається, що загальні розділи, такі як W-shapes і HSS).

Захист від корозії: уся сталь для гарячого цинкування або дуплексної системи фарбування через прибережні тропічні умови.

Непередбачені обставини: Додати5–10%для розробки дизайну, архітектурних змін або неефективності деталей →Остаточна оцінка бюджету: ~615–700 тонн. Якщо додати кілька сходів і конструкції для ліфтів, загалом буде добре650-750 тонну фіналі.

Підготовлено: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Дата: 16 січня 2026 року
Основа: AISC 360-16, попередній макет, сейсмічні припущення ASCE 7-16