Дизайн на структурна стоманена рамка за 4-етажен хотел в Папуа Нова Гвинея

 

Местоположение: Папуа Нова Гвинея

Сеизмична зона: Сеизмичен интензитет на8 градуса(еквивалентно на PGA ≈ 0,3 g въз основа на ASCE 7 или подобни местни кодове)

Вятърно натоварване: Основна скорост на вятъра =120 км/ч (~33.3 m/s)

Снежно натоварване: Няма

Използване на сградата:

Ниво 1: Гараж за паркиране (височина=3.8 m)

Нива 2–4: Хотелски стаи за гости (височина от-до-етаж=3.7 м, 3,7 м и 3,4 м съответно)

Тип покрив: Едноскатен-покрив(приет наклон=2% за дренаж)

Външни стени: не-структурни кухи бетонни блокове (изградени на място;не издържа{0}}на натоварване)

Подова система: Композитна стоманена палуба с отлята-на-бетонова покривка(ще бъде уточнено)

 

 

Обща дължина на сградата: 80 m

Конфигурация на план:

Източно крило: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Западно крило: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Забележка: Планът ене{0}}правоъгълен, вероятно L-образна или стъпаловидна. За структурен анализ сградата се третира като два свързани блока с възможна разширителна фуга или твърда връзка в зависимост от сеизмичните детайли.

Типични размери на заливите: Приемете разстоянието между колоните от7,5 м надлъжнои6,0 м напречно(регулируемо за архитектурен вход).

 

 

Първичен код: AISC 360-16 (Спецификация за конструкционни стоманени сгради)

Сеизмичен дизайн: ASCE 7-16 (или еквивалент – адаптиран за PNG сеизмичност)

Вятърно натоварване: ASCE 7-16, Глава 27 (Процедура по насочване)

Стандарти за материали: ASTM A992 (греди/колони), ASTM A36 (плочи, вторични елементи)

 

 

 

Компонент	Натоварване (kN/m²)
Стоманена настилка + 125 mm Бетонна плоча (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Таван, MEP, Довършителни работи	0.5
Покрив (метална настилка + изолация)	0.3
Стена от кухи блокове (не{0}}структурна, но приложена като линейно натоварване върху гредите)	~3,0 kN/m(на метър височина)

 

 

Ниво	LL (kN/m²)	справка
Ниво 1 (паркинг)	2.5	ASCE 7
Нива 2–4 (хотел)	1.9	ASCE 7 (жилищен)
Покрив	0.5	Натоварване при поддръжка

 

 

Основна скорост на вятъра:V = 33.3 m/s

Категория на експозиция:C(приемайки крайградски/градски терен)

Коефициент на пориви:G = 0.85

Коефициент на налягане (Cp):

Стена (на вятъра):+0.8

Стена (подветрена):–0.5

Покрив (един-скатен):–0,9 до –0,3(в зависимост от зоната)

Използване на ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Приемайки (K_z=0.85) на средна-височина (~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 ]

Проектно налягане на вятъра:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Максимално налягане на стената ≈0,33 kN/m²(на вятъра), засмукване ≈–0,21 kN/m²(подветрена страна)

Забележка: Поради ниския ръст (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Спектрален отговор: За 8-градусова зона, приеметеS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(консервативна оценка за местна адаптация на ASCE 7)

Категория на риска: II

R{0}}фактор (стоманена моментна рамка): R = 8(за специална моментна рамка – SMF)

Фактор на важност: (I_e = 1.0)

Приблизителен основен период:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Обща височина (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m прибл.)

Сеизмично срязване на основата:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% от общото тегло- значително.

 

 

Площ на пода ≈ (55,6×27) + (25×41,7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 заети етажа + покрив ≈ 4 нива

ср. DL + LL на етаж ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Общо тегло (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Основно срязване (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ Сеизмиката управлява вятъраза страничен дизайн.

 

 

Система за устойчивост на странична сила (LFRS):

Специални концентрично сковани рамки (SCBF)илиРамки за специални моменти (SMF)

Като се има предвид архитектурната гъвкавост и необходимостта от открит паркинг,SCBFпредпочитан за ефективност и пластичност в силно-сеизмични зони.

Гравитационна система:

Композитни греди(W-форми със срязващи се шпилки + метална настилка + бетонна плоча)

Колони: HSS или W-секции, непрекъснати от основата до покрива

Стягане: X-укрепване в двете посоки при сърцевините на стълбите/асансьора и периметъра, където е възможно

Покрив: Единичен-скат, поддържан от наклонени покривни греди или конусовидни рамки; сърмени конци отгоре.

 

 

6.1 Подови греди (типичен интериор)

Размах: 7,5м

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

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

Изискван модул на сечение: (Z_x По-голямо или равно на M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Пробен раздел: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, ОК)

6.2 Крайни греди (с натоварване на стената)

Допълнително натоварване на стената: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Общо w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Колони (Интериор, 4 етажа)

Площ на притока: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Аксиално натоварване на етаж: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Общо P ≈ 4 × 232 =928 kN

Добавете 20% за сеизмични аксиални ефекти →P_u ≈ 1,115 kN

Ефективна дължина (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

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

Използвайте W250×67 или HSS203×203×9.5 за икономия

6.4 Подпорни елементи (SCBF)

Да предположим укрепване на 2 отсека във всяка посока

Сеизмично срязване на етаж на секция ≈ 7 200 / (брой рамки с скоби)

Да приемем 4 сковани рамки във всяка посока → ~900 kN на рамка

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

Изисква се A_g По-голямо или равно на 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4090 mm²

Изпитание: HSS152×152×9.5(A=5,200 mm², ОК за опън/компресия с проверка за тънкост)

 

 

Метална палуба: Conform® 2.0 или Bondek®(дълбочина на профила=60 mm)

Бетонна плоча: 125 мм дебелина, f'c=25 MPa

Срязващи шпилки: 19 mm диаметър × 100 mm височина, разположени на300 мм окпо греди

Съставно действие: Предполага се пълно взаимодействие съгласно AISC 360, глава I

 

 

Изисква се доклад за почвата– приемете умерена носеща способност (150 kPa)

Реакции на колона: Макс ~1200 kN → размер на основата ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mизолирана основа

Сеизмично закрепване: Анкерни пръти, проектирани за повдигане и срязване съгласно ACI 318

 

 

Греда-към-колона: Завинтени крайни плочи или заварени моментни връзки (ако се използва SMF)

Скоба-към-Главна: Метод на сечението на Уитмор съгласно разпоредбите за сеизмични мерки на AISC

Поддръжка на палубата: Просто лагеруване на горния фланец на гредата

 

 

Елемент	Спецификация
ЗМСФО	Специални концентрично сковани рамки (SCBF)
Гравитационни лъчи	W410×60 (интериор), W460×74 (ръб)
Колони	W250×67 или HSS203×203×9.5
Скоби	HSS152×152×9.5
Подова палуба	60 mm дълбока композитна метална палуба + 125 mm бетон
Сеизмично срязване на основата	~7200 kN (управлява дизайна)
Налягане на вятъра	~0,33 kN/m² (не-управляващ)
Наклон на покрива	2% единичен наклон, поддържан от наклонени греди

 

 

Ангажирайте местен геотехнически инженер за доклад за почвата.

Координирайте се с архитекта, за да намерите скоби, без да възпрепятствате паркирането или стаите.

Използвайте устойчива{0}}на корозия система за боядисване (среда C4 по ISO 12944 – крайбрежен PNG).

Осигурете подвижни фуги, ако крилата изток/запад са значително изместени.

Извършете подробен 3D структурен анализ с помощта на софтуер (напр. ETABS, SAP2000), включително P-Δ ефекти.

 

 

 

Тази оценка на стоманения тонаж обхваща първичните и вторичните структурни стоманени елементи, необходими за системите за устойчивост на гравитация и странично{0}}натоварване на 4-етажния хотел, включително:

Колони (от основата до покрива)

Подови и покривни греди (композитен дизайн)

Подпорни елементи (специални концентрично сковани рамки – SCBF)

Рамка на покрива (наклонени греди и греди)

Връзки (изчислени като 5% от теглото на основния член)

Изключено:

Метална палуба (считана за не{0}}структурна облицовка/опора за плоча)

Анкерни пръти, основни плочи (включени в надбавката за свързване)

Стълби, парапети, разни стомани

 

 

Планът за застрояване се състои от два свързани блока:

Източен блок: 55.6 m × 27 m

Западен блок: 25 m × 41.7 m
→ Общ отпечатък ≈2,544 m²

Типична решетка на колони:7,5 m (надлъжно) × 6,0 m (напречно)

Брой колони:

Източен блок: (55,6/7,5 ≈ 8 отсека → 9 реда) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 реда) =45 колони

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

Извадете припокриването на кръстовището (~5 споделени колони) →Общо колони ≈ 72

Етажи: 4 нива (включително покрив)

Скрепени рамки: 2 на посока на блок →Общо 8 сковани отсека

Наклон на покрива: 2%, поддържан от наклонени греди; без ферми

 

 

Като се има предвид естеството на проекта като обществено жилищно строителство, ние решихме да укрепим цялата структурна система, за да създадем здрава сграда с експлоатационен живот над 100 години. За да постигнем това, заменихме конвенционалните колони със стоманени колони с кутия-секция и ги запълнихме на-сайта с бетон, като значително подобрихме цялостната здравина на конструкцията.

 

 

Раздел:Тип кутия 400Х400х12х12мм(маса=146.2 kg/m)

Височина на колона:

Ниво 1: 3,8 м

Нива 2–3: 3,7 m всяко

Ниво 4: 3,4м
→ Обща височина =14.6 m

Обща дължина на колоната=72 × 14.6 =1,051 m

Тегло на колоната=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 кг ≈ 153,7 тона

Забележка: Колоните на приземния етаж може да са по-тежки; това е средно.

 

 

Вътрешни греди: WH500X290X10X16mm (маса=109.6 kg/m)

Размах: 7,5м

Брой на етаж:

Източен блок: 5 напречни линии × 8 надлъжни полета=40

Западен блок: 8 напречни линии × 3 надлъжни полета=24
→ 64 вътрешни греди на етаж

Общо за 3 етажа + рамка на покрива=4 × 64 =256 греди

Дължина=256 × 7.5 =1,920 m

Тегло=1,920 × 109.6=210,432 кг

Крайни/периметърни греди: WH600X200X12X12mm (маса=92 kg/m)

Дължина на периметъра на етаж ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – припокриване ≈290 м/ет

Да приемем ръбови греди на всеки 6 m → ~48 ръбови греди на етаж

Общо=4 × 48 =192 греди, ср. обхват=6.0 m

Дължина=192 × 6 =1,152 m

Тегло=1,152 × 92=105,984 кг

Общо тегло на гредата = 210,432 + 105,984 = 316 416 кг ≈ 316,4 тона

 

 

Раздел:HSS152×152×9.5(маса=42.5 kg/m)

Скоби: общо 8 (4 в E-W, 4 в N-S)

Всеки отсек има 2 диагонала на етаж → 4 етажа × 2 =8 диагонала на линия на скоби

Общо диагонали=8 кадъра × 8 =64 скоби

ср. диагонална дължина (за 7,5 m × 3,7 m отсек при 45 градуса):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Обща дължина на скобата=64 × 8.4 =538 m

Тегло на скобата=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 тона

 

 

Основните греди на покрива следват профил с един{0}}наклон; използванеW310×45(45 kg/m)

Разстояние: 3,0 m oc (за поддържане на греди)

Обща покривна площ=2,544 m² → дължина на гредите ≈ ширина на сградата (макс. 41,7 m)

Брой на гредите ≈ 80 m / 3,0 ≈27 реда

ср. дължина на гредата=35 m (претеглено ср. ширини изток/запад)

Обща дължина на гредите=27 × 35 =945 m

Тегло на гредите=945 × 45 =42,525 кг

Перлини: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), разстояние 1,5 m oc

Обща дължина на греди ≈ (2544 m² / 1,5 m разстояние) × 1,0 m =1,696 m

Тегло=1,696 × 5.5 =9,328 кг

Обща покривна стомана = 42,525 + 9,328 = 51 853 кг ≈ 51,9 тона

 

 

Стандартна практика:5%от общото тегло на главния член

Общо основни членове=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 тона

Връзки=0.05 × 533,900 =27 245 кг ≈ 27,3 тона

 

 

Компонент	Тегло (тонове)
Колони	153.7
Подови и ръбни греди	316.4
Подпори (SCBF)	22.9
Рамка на покрива (греди + греди)	51.9
Връзки (5%)	27.3
Общо изчислена структурна стомана	572,2 тона

 

 

Обща подова площ =2,544 m²

Стомана на единица площ=572.2 t / 2 544 m² =225 кг/м²

Това е разумно за 4-етажна сеизмично-устойчива стоманена сграда със сковани рамки в силно сеизмичен регион.

 

 

Потенциал за оптимизация: Използването на по-големи отсеци или намалено укрепване може да намали тонажа, но сеизмичните изисквания в PNG ограничават намаленията.

Местно производство: Помислете за наличието на стандартни секции в PNG или Австралия (предполагат се общи секции като W-форми и HSS).

Защита от корозия: Цялата стомана за горещо поцинковане или дуплексна система за боядисване поради крайбрежната тропическа среда.

Непредвидени обстоятелства: Добавяне5–10%за разработване на дизайн, архитектурни промени или неефективност на детайлите →Окончателна бюджетна оценка: ~615–700 тона. Ако добавите малко стълбище и конструкция за асансьори, всичко ще бъде наоколо650~750 тонавъв финала.

Изготвен от: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Дата: 16 януари 2026 г
Основа: AISC 360-16, предварително оформление, сеизмични допускания ASCE 7-16