Структурен анализ и оценка на количеството стомана за пет{0}}етажна стоманена рамка

По-долу е структурен анализ и оценка на стоманения тонаж за описаната пет{0}}етажна стоманена рамкова конструкция

---

 

 

 

За да се извърши смислен анализ на натоварването, се приемат следните разумни допускания (типични за леки промишлени или помощни конструкции):

Собствено натоварване на пода (DL): 1,0 kN/m²
(Включва настилки, облицовки, механични/електрически, ако има такива, и собственото-тегло на вторичните елементи-собственото тегло на първичната греда-ще бъде добавено отделно.)

Жив товар (LL): 2,0 kN/m²
(Типично за леко съхранение или достъп за поддръжка; коригирайте, ако е предвидено различно използване.)

Собствен товар на покрива: 0,8 kN/m²

Живо натоварване на покрива / натоварване от сняг: 1,0 kN/m²

Натоварване от вятър: Тук не се разпределя по етаж; странично съпротивление, управлявано от скоби (анализирано отделно).

 

Геометрия на залива:

Всяка напречна рамка е1,6 м ширина.

Надлъжно разстояние между рамките: 5 отделения → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Така всеки „подов панел“, поддържан от главни греди, има площ =1,6 m × ширина на отсека.

Основни греди (Ш10×22)бягамнадлъжно, свързвайки 6-те напречни рамки на всяко ниво. Следователно всяка греда поддържа половината ширина на притока от съседни заливи-но тъй като структурата е самоОбща ширина 1,6 м, има ефективнодве ръбови грединосеща цялата ширина от 1,6 m (или една централна греда с конзоли). За простота приемамедве надлъжни греди, всеки носещ0,8 м ширина на притока.

Въпреки това, като се има предвид тясната ширина (1,6 м), е по-практично да се моделира подовата система катоедна лентакъдето двете надлъжни греди W10×22 действат каторъбови гредиподдържаща платформа с ширина 1,6 m.

по този начинприточна площ на греда на залив = 0,8 m × дължина на залива.

Но заизчисляване на натоварването на колоната, считаме заобщо натоварване на напречна рамка.

---

 

Всяка напречна рамка (в дадена надлъжна позиция) поддържа:

Половината площ на залива отляво + половината площ отдясно.

За вътрешни рамки (рамки 2–5):

Дължина на притока=(ляв залив + десен залив) / 2

За крайни рамки (кадър 1 и кадър 6):

Дължина на притока=съседен залив / 2

Кадър #	Ляв залив (м)	Десен залив (м)	Дължина на притока (m)	Приточна площ на етаж (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Забележка: Обща площ=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Площ в план=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Последователно.

---

 

 

Мъртъв товар (DL)= 1.0 kN/m²

Активно натоварване (LL)= 2.0 kN/m²

Общо нефакторизирано натоварване= 3.0 kN/m²

Кадър #	Площ (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Общо натоварване на етаж (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Освен това,собствено-тегло на главните гредитрябва да бъдат включени в натоварванията на колоните.

W10×22 тегло=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Всяка рамка се свързва къмдва сегмента на лъча(ляво и дясно)

Дължини на сегментите на лъча=действителни дължини на секции

Пример за рамка 3:

Ляв отсек=5.6 m → тегло на греда=0.321 × 5.6=1.80 kN

Десен канал=2.8 m → тегло на греда=0.321 × 2.8=0.90 kN

Общо собствено{0}}тегло на лъча, свързано с рамка 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Всъщност,теглото на гредата се поддържа изцяло от колони в краищата, така че всяка колона в рамка носиполовината от теглото на всяка съседна греда.

по този начиндопълнително вертикално натоварване от греди на рамка на етаж:=0.5 × (лява секция + дясна секция) × 0,321 kN/m

Изчислете за всеки кадър:

Рамка	Съседни заливи (m)	Обща съседна дължина (m)	Собствено{0}}тегло на греда (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Добавете това към предишните суми:

 

Общо вертикално натоварване на рамка за типичен под (Нива 1–4):

Рамка	Площно натоварване (kN)	+ Тегло на гредата (kN)	Общо на етаж (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

DL на покрива=0.8 kN/m²

Покрив LL=1.0 kN/m²

Общо=1.8 kN/m²

Площно{0}}натоварване на покрива на рамка:

Рамка	Площ (m²)	DL на покрива (kN)	Покрив LL (kN)	Междинна сума (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Добавете същото собствено{0}}тегло на греда (гредите все още присъстват на покрива):

Общо натоварване на покрива на рамка:

Рамка	Натоварване на покривната площ (kN)	+ Тегло на гредата (kN)	Общ покрив (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Ако приемем, че всички етажи са идентични (нива 1–4) и покрив като ниво 5:

Рамка	Натоварване/под (kN)	×4 етажа	Покрив (kN)	Общо натоварване на колоната (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Забележка: Това санефакторизирани сервизни натоварвания. За проектиране използвайте LRFD комбинации (напр. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Гравитационни натоварваниясе прехвърлят от палубата с ширина 1,6 m към надлъжни греди W10×22, след това към колони W8×24 на всяка от 6-те рамки.

Пиково аксиално натоварване на колонатавъзниква при рамки 2 и 5 (~133 kN без фактор).

Странична стабилностсе предоставя от:

Вертикални X-подпори (L3×3×1/4) в поне една секция (напр. 2,8 m централна секция).

Хоризонтално укрепване (C9×20) на покрива (и евентуално други нива) към страничните сили на диафрагмата към скобите.

Структурата естатично определени в гравитацията, искоби{0}}поведение на рамкатауправлява страничната реакция.

Препоръка: Извършете 3D структурен анализ (напр., като използвате SAP2000, ETABS или STAAD.Pro), за да проверите капацитета на елементите, дрейфа и силите на свързване при комбинирано натоварване според AISC 360 и местните строителни норми.

---

Край на анализа.

 

Адаптивни региони: Чили, Филипините, Нова Кредония, Тонга, Вирджински острови, остров Реюнион, Перу...

Приложения: Структурни компоненти за складиране, съхранение, логистика, стелажи за машини и други специални цели

Брой разкази: 5

Обща височина: 12,2 m → средна етажна височина=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Ширина на сградата (къса посока): 1.6 m

Дължина на сградата (дълга посока): 25.2 m

Рамки (напречни рамки): 6 кадъра, разположени на [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] по дължината на 25,2 m
→ Сума на общото разстояние=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (постоянно)

Основни членове:

Колони: W8×24 (по ASTM A992 или еквивалент)

Основни греди (греди): Ш10×22

Хоризонтално укрепване: C9×20 (секция на канала)

Вертикално (етажно) укрепване: L3×3×1/4 (равен-ъгъл на краката)

 

Конструкцията е устойчива на момент -рамка, странично стабилизирана чрез диагонални скоби както в хоризонтална, така и във вертикална равнина.

Път на гравитационно натоварване:
Подовите натоварвания (мъртви + живи) се прехвърлят чрез подова система (не е описана подробно тук) към главни греди (W10×22), след това към колони (W8×24). Като се има предвид тясната ширина (1,6 m), вероятно е главните греди да се простират напречно (1,6 m) и да се поддържат от колони, подравнени по посока на 25,2 m. Въпреки това, като се има предвид типичната практика и определянето на членове, е по-правдоподобно, че:

Theглавните греди вървят надлъжно(25,2 m посока), поддържани от напречни рамки, разположени на всеки ~5–6 m.

Но със само 1,6 м ширина това предполага aтясна конструкция с един-залив, евентуално мост, навес или опорна рамка за оборудване.

Като се има предвид геометрията (1,6 м ширина × 25,2 м дължина × 12,2 м височина), това изглежда елинейна рамка(напр. подпорна конструкция за комунални услуги или пешеходна пътека), с 6 напречни рамки (всяка с ширина 1,6 m), разположени по дължината на 25,2 m.

Така:

всекинапречна рамкасе състои от две колони (височина=2.44 m на етаж × 5=12.2 m общо) и свързващи греди на всяко ниво.

Основни греди(W10 × 22) вероятно се изпълняванадлъжно, свързващи напречните рамки на всяко етажно ниво.

Стягане:

Хоризонтално укрепване(C9×20) на покрива и евентуално на междинни нива за прехвърляне на странични натоварвания към сковани рамки.

Вертикално (етажно) укрепване(L3×3×1/4) в една или повече гнезда за осигуряване на странична коравина срещу вятърни/сеизмични натоварвания.

 

 

Единични тегла (от ръководството на AISC):

W8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

W10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: тегло ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (изчислено от площ ≈ 1,44 in²)

---

А. Колони

Брой напречни рамки: 6 бр

Всеки кадър има 2 колони (приемайки правоъгълна рамка)

Общо колони=6 × 2=12

Височина на колона=12.2 m

Обща дължина на колоната=12 × 12.2=146.4 m

Тегло на стоманената колона=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5,226 кг

 

B. Главни греди (надлъжни греди)

Ако приемем греди на всяко от 5-те етажни нива, минаващи по цялата дължина от 25,2 m, идва лъча на ниво(плюс 6 от 1,6 м ширина):

Греди на ниво=2

Нива=5

Обща дължина на лъча=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Тегло на стоманената греда=300 m × 32,7 kg/m ≈9,810 кг

Забележка: Ако конструкцията използва само една централна греда или различна конфигурация, коригирайте съответно. Това предполага периметърно рамкиране.

 

C. Хоризонтална скоба (C9×20)

Обикновено се инсталира на нивото на покрива и евентуално на междинните етажи. Да приемем:

Един хоризонтален укрепващ слой на покрива (плоско укрепване, образуващо X или единичен диагонал на панел)

Панели между рамки: 5 панела (между 6 рамки)

Диагонална дължина на панел ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (за 5,6 m гнезда); за 2,8 m отделение: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

ПредположетеX-укрепване само в един отсек(минимум за стабилност), напр. в централната 2,8-метрова зона:

Диагонали на покрива: 2 × 3.22=6.44 m

Възможно също на нивото на земята или междинно: приемете 3 нива с укрепване → 3 × 6.44=19.3 m

Обща дължина C9×20 ≈ 20 m (консервативна)

Тегло=20 m × 29,8 kg/m ≈596 кг

Ако се използва пълна хоризонтална конструкция на всяко ниво, количеството се увеличава значително. Това е минимална оценка. всъщност има хоризонтални скоби във всеки отсек, така че действителното използване ще бъде много повече.

 

D. Вертикална (етажна) скоба (L3×3×1/4)

Предположетеедин скован заливпо дължината (напр. между рама 3 и 4, напречно на 2,8 m секция) с X-подпори на всеки етаж.

Брой етажи=5 → 5 укрепващи панела

Височина на панела=2.44 m, ширина=2.8 m

Диагонална дължина на панел=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Два диагонала на панел (X-скоба) → 2 × 3.71=7.42 m на етаж

Обща дължина=5 × 7.42=37.1 m

Тегло=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 кг

Ако са закрепени няколко отделения, умножете съответно.

---

 

 

Компонент	Тегло (кг)
Колони (W8×24)	5,226
Основни греди (W10×22)	9,810
Хоризонтална скоба (C9×20)	596
Вертикално укрепване (L3×3×1/4)	271
Общо (прибл.)	15,903 кг

≈ 15,9 метрични тона

Забележка: Това изключва връзки, основни плочи, вторични елементи или настил. Действителното производствено тегло може да бъде с 10–15% по-високо поради детайли на свързване и отпадъци.

---

 

 

Стройност: W8×24 колони (d ≈ 8 инча, A ≈ 7,08 инча²) над 12,2 m височина без скоби може да са тънки. Коефициентът на ефективна дължина (K) зависи от крайните условия. За фиксирано-закрепено, KL/r може да надхвърли ограниченията, освен ако не е поставен в скоби.Вертикалното укрепване е от съществено значениеза намаляване на ефективната дължина на колоната.

Размах на лъча: W10×22 над 5,6 m (ако гредите се простират напречно между рамките) е разумно за леки натоварвания. Но ако гредите се простират непрекъснато на 25,2 m, деформацията и якостта биха били неадекватни-по този начин предполагаемата конфигурация (гредите като надлъжни прегради между напречните рамки) е по-правдоподобна.

Странична стабилност: Осигурява се чрез комбинация от вертикални X-подпори (устойчиви на вятър/сеизмични) и хоризонтални подпори (диафрагмено действие).

Предположения за натоварване: Без конкретни мъртви/живи/ветрови натоварвания, това е предварителна оценка. Изисква се подробен дизайн според AISC 360.

---

 

Заключение
Описаната стоманена рамка е тясна, много{0}}етажна скрепена рамка с приблизителен стоманен тонаж отприблизително 15,9 метрични тона. Структурната система разчита на диагонално укрепване за странична стабилност и размерите на елементите изглеждат подходящи за леко-до-умерено натоварване, при условие че правилното укрепване намалява ефективната дължина на колоната. Преди строителството се препоръчва пълен структурен анализ, включително комбинации от товари, дизайн на връзката и проверки за експлоатационна годност.