Konstrukce ocelového rámu pro 4patrový hotel v Papui Nové Guineji

 

Umístění: Papua Nová Guinea

Seismická zóna: Seismická intenzita8 stupňů(ekvivalent PGA ≈ 0,3 g na základě ASCE 7 nebo podobných místních kódů)

Zatížení větrem: Základní rychlost větru =120 km/h (~33.3 m/s)

Sněhové zatížení: Žádný

Využití budovy:

Úroveň 1: Parkovací garáž (výška=3.8 m)

Úrovně 2–4: Hotelové pokoje pro hosty (výška-až{1}}podlaží=3.7 m, 3,7 m, respektive 3,4 m)

Typ střechy: Jedno-šikmá střecha(předpokládaný sklon=2 % pro odvodnění)

Vnější stěny: Nekonstrukční duté betonové bloky -postaveny lokálně;nezatížené-ložisko)

Podlahový systém: Kompozitní ocelová paluba s litým-na-betonovým povrchem(bude upřesněno)

 

 

Celková délka budovy: 80 m

Konfigurace plánu:

Východní křídlo: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Západní křídlo: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Poznámka: Plán jene-pravoúhlé, pravděpodobně ve tvaru L-nebo stupňovité. Pro statickou analýzu je budova řešena jako dva spojené bloky s možností dilatace nebo tuhého spojení v závislosti na seismických detailech.

Typické velikosti zálivu: Předpokládejme rozteč sloupců7,5 m podélněa6,0 m příčně(nastavitelné podle architektonického vstupu).

 

 

Primární kód: AISC 360-16 (Specifikace pro ocelové konstrukce)

Seismický design: ASCE 7-16 (nebo ekvivalent – ​​přizpůsobený pro seizmicitu PNG)

Zatížení větrem: ASCE 7-16, Kapitola 27 (Směrový postup)

Materiálové normy: ASTM A992 (nosníky/sloupy), ASTM A36 (desky, sekundární členy)

 

 

 

Komponent	Zatížení (kN/m²)
Ocelová deska + 125 mm Betonová deska (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Strop, poslanec EP, povrchové úpravy	0.5
střešní krytina (plech + izolace)	0.3
Stěna z dutých bloků (není -konstrukční, ale aplikovaná jako liniové zatížení na nosníky)	~3,0 kN/m(na metr výšky)

 

 

Úroveň	LL (kN/m²)	Odkaz
Úroveň 1 (parkování)	2.5	ASCE 7
Úrovně 2–4 (hotel)	1.9	ASCE 7 (rezidenční)
Střecha	0.5	Zátěž údržby

 

 

Základní rychlost větru:V = 33.3 m/s

Kategorie expozice:C(za předpokladu předměstského/městského terénu)

Faktor poryvu:G = 0.85

Tlakový koeficient (Cp):

Stěna (návětrná):+0.8

Stěna (závětří):–0.5

Střecha (jedno-sklon):–0,9 až –0,3(v závislosti na zóně)

Pomocí ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Za předpokladu (K_z=0.85) ve střední- výšce (~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 ]

Návrhový tlak větru:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Max. tlak stěny ≈0,33 kN/m²(po větru), sání ≈–0,21 kN/m²(závětří)

Poznámka: Kvůli nízkému vzestupu (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrální odezva: Předpokládejme pro 8stupňovou zónuS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervativní odhad na místní přizpůsobení ASCE 7)

Kategorie rizika: II

R-faktor (ocelový momentový rám): R = 8(pro snímek Special Moment Frame – SMF)

Faktor důležitosti: (I_e = 1.0)

Přibližné základní období:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Celková výška (v_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) cca m)

Seismické základní smyky:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} Z=\\frac{1.0}{8} Z=0.125 Z ]
→ 12,5 % celkové hmotnosti- významné.

 

 

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

3 obsazená podlaží + střecha ≈ 4 podlaží

Prům. DL + LL za patro ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Celková hmotnost (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Základní smyk (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7 200 kN

→ Seismika ovládá vítrpro boční provedení.

 

 

Lateral Force Resisting System (LFRS):

Speciální soustředně vyztužené rámy (SCBF)neboSpeciální momentové snímky (SMF)

Vzhledem k architektonické flexibilitě a potřebě otevřeného parkování,SCBFupřednostňuje se pro účinnost a tažnost v oblastech s vysokou-seismickou zátěží.

Gravitační systém:

Kompozitní nosníky(V-tvary se smykovými trny + kovová deska + betonová deska)

Sloupce: HSS nebo W-profily souvislé od základů po střechu

Osvěžující: X-vyztužení v obou směrech u jader schodiště/výtahu a obvodu, kde je to možné

Střecha: Jednoduchý-sklon podepřený šikmými střešními nosníky nebo zkosenými rámy; vaznice nahoře.

 

 

6.1 Podlahové nosníky (typický interiér)

Rozpětí: 7,5m

Zatížení: (š=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

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

Požadovaný modul průřezu: (Z_x větší nebo rovno M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×103 mm³)

Zkušební sekce: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Okrajové nosníky (se zatížením stěny)

Dodatečné zatížení stěny: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Celkem w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Sloupce (interiér, 4 podlaží)

Plocha přítoku: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Axiální zatížení na podlahu: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Celkem P ≈ 4 × 232 =928 kN

Přidejte 20 % pro seismické axiální účinky →P_u ≈ 1 115 kN

Efektivní délka (KL ≈ 0,8 × 3700=2, 960 mm)

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

Pro úsporu použijte W250×67 nebo HSS203×203×9,5

6.4 Výztužné členy (SCBF)

Předpokládejme vyztužení ve 2 polích na směr

Seismický smyk příběhu na pole ≈ 7 200 / (počet vyztužených rámů)

Předpokládejme 4 vyztužené rámy v každém směru → ~900 kN na rám

Diagonální síla: (F=V / sinθ); θ=45 stupeň → F ≈ 900 / 0,707 ≈1 270 kN

Požadované A_g Větší nebo rovno 1 270 000 / (0,9×345) ≈4 090 mm²

Soud: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK pro tah/tlak s kontrolou štíhlosti)

 

 

Kovová paluba: Conform® 2.0 nebo Bondek®(hloubka profilu=60 mm)

Betonová deska: tloušťka 125 mm, f'c=25 MPa

Smykové čepy: Průměr 19 mm × výška 100 mm, rozmístěný na300 mm ocpodél trámů

Složená akce: Předpokládá se úplná interakce podle kapitoly I AISC 360

 

 

Vyžaduje se zpráva o půdě– předpokládejte střední nosnost (150 kPa)

Sloupcové reakce: Max ~1 200 kN → velikost patky ≈ ​​√ (1 200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolovaný základ

Seismické kotvení: Kotevní tyče určené pro zdvih a střih podle ACI 318

 

 

Přenést-do-sloupce: Šroubované koncové desky nebo svařované momentové spoje (pokud se používá SMF)

Brace-k-Gusset: Whitmoreova metoda řezu podle seismických ustanovení AISC

Podpora paluby: Jednoduché uložení na horní přírubě nosníku

 

 

Položka	Specifikace
LFRS	Speciální soustředně vyztužené rámy (SCBF)
Gravitační paprsky	Š410×60 (interiér), Š460×74 (hrana)
Sloupce	W250×67 nebo HSS203×203×9,5
Rovnátka	HSS152×152×9,5
Podlahová paluba	60 mm hluboká kompozitní kovová paluba + 125 mm betonu
Seismické základní smyky	~7 200 kN (řídí design)
Tlak větru	~0,33 kN/m² (neřídí se-)
Sklon střechy	2% jednoduchý sklon, podepřený šikmými krokvemi

 

 

Požádejte místního geotechnického inženýra o půdní zprávu.

Ve spolupráci s architektem lokalizujte vyztužené rámy, aniž by překážely parkování nebo místnostem.

Použijte antikorozní-nátěrový systém (prostředí C4 podle ISO 12944 – pobřežní PNG).

Pokud jsou východní/západní křídla výrazně posunuta, zajistěte pohybové spáry.

Proveďte detailní 3D strukturální analýzu pomocí softwaru (např. ETABS, SAP2000) včetně P-Δ efektů.

 

 

 

Tento odhad tonáže oceli pokrývá primární a sekundární konstrukční ocelové prvky potřebné pro systémy odolnosti proti gravitaci a bočnímu zatížení-čtyřpatrového hotelu, včetně:

Sloupy (od základů po střechu)

Podlahové a střešní nosníky (kompozitní provedení)

Výztužné prvky (Speciální soustředně vyztužené rámy – SCBF)

Střešní skelet (šikmé krokve a vaznice)

Připojení (odhadováno jako 5 % hmotnosti hlavního členu)

Vyloučeno:

Kovová paluba (považuje se za-nekonstrukční obklad/podpěru desky)

Kotevní tyče, základní desky (zahrnuto v přídavku na připojení)

Schody, zábradlí, různé oceli

 

 

Stavební plán se skládá ze dvou propojených bloků:

východní blok: 55.6 m × 27 m

Západní blok: 25 m × 41.7 m
→ Celková stopa ≈2,544 m²

Typická mřížka sloupců:7,5 m (podélný) × 6,0 m (příčný)

Počet sloupců:

Východní blok: (55,6/7,5 ≈ 8 polí → 9 řádků) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 řádků) =45 sloupců

Západní blok: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 řádky) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 řádků) =32 sloupců

Odečíst překrytí na křižovatce (~5 sdílených sloupců) →Celkový počet sloupců ≈ 72

Podlaží: 4 úrovně (včetně střechy)

Vyztužené rámy: 2 na směr na blok →Celkem 8 vyztužených polí

Sklon střechy: 2 %, podepřená šikmými trámy; žádné vazníky

 

 

Vzhledem k povaze projektu jako veřejného rezidenčního bydlení jsme se rozhodli posílit celý konstrukční systém tak, aby vznikla robustní budova s ​​životností přesahující 100 let. Abychom toho dosáhli, nahradili jsme konvenční sloupy ocelovými sloupy se skříňovými-profily a na místě je naplnili-betonem, čímž jsme výrazně zvýšili celkovou pevnost konstrukce.

 

 

Sekce:Typ krabice 400X400x12x12mm(hmotnost=146.2 kg/m)

Výška na sloupec:

Úroveň 1: 3,8 m

Úrovně 2–3: 3,7 m každá

Úroveň 4: 3,4 m
→ Celková výška =14.6 m

Celková délka sloupce=72 × 14.6 =1,051 m

Hmotnost sloupu=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tuny

Poznámka: Sloupy v přízemí mohou být těžší; tohle je průměr.

 

 

Vnitřní trámy: WH500X290X10X16mm (hmotnost=109.6 kg/m)

Rozpětí: 7,5m

Počet na podlaží:

Východní blok: 5 příčných linií × 8 podélných polí=40

Západní blok: 8 příčných linií × 3 podélná pole=24
→ 64 vnitřních nosníků na patro

Celkem za 3 podlaží + střešní konstrukce=4 × 64 =256 paprsků

Délka=256 × 7.5 =1,920 m

Hmotnost=1, 920 × 109.6=210 432 kg

Okrajové/obvodové nosníky: WH600X200X12X12mm (hmotnost=92 kg/m)

Obvodová délka na podlaží ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – překrytí ≈290 m/podlaha

Předpokládejme okrajové nosníky každých 6 m → ~48 okrajových nosníků na podlahu

Celkem=4 × 48 =192 paprsků, prům. rozpětí=6.0 m

Délka=192 × 6 =1,152 m

Hmotnost=1,152 × 92=105 984 kg

Celková hmotnost paprsku = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tuny

 

 

Sekce:HSS152×152×9,5(hmotnost=42.5 kg/m)

Vyztužená pole: celkem 8 (4 na V-Z, 4 na S-J)

Každý prostor má 2 úhlopříčky na patro → 4 patra × 2 =8 úhlopříček na linii vyztuženého rámu

Celkové úhlopříčky=8 snímků × 8 =64 rovnátek

Prům. diagonální délka (pro pole 7,5 m × 3,7 m při 45 stupních):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Celková délka složené závorky=64 × 8.4 =538 m

Hmotnost vzpěry=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tuny

 

 

Hlavní střešní krokve sledují jednoduchý-profil sklonu; použitíW310×45(45 kg/m)

Rozteč: 3,0 m oc (pro podepření vaznic)

Celková plocha střechy=2,544 m² → délka krokví ≈ šířka budovy (max. 41,7 m)

Počet krokví ≈ 80 m / 3,0 ≈27 řádků

Prům. délka krokve=35 m (vážený průměr východní/západní šířky)

Celková délka krokve=27 × 35 =945 m

Hmotnost krokve=945 × 45 =42 525 kg

Vaznice: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), rozmístěno 1,5 m oc

Celková délka vaznice ≈ (2 544 m² / rozteč 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Hmotnost=1,696 × 5.5 =9 328 kg

Celková střešní ocel = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tuny

 

 

Standardní praxe:5%celkové hmotnosti hlavního členu

Hlavní členové celkem=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tuny

Připojení=0.05 × 533, 900 =27 245 kg ≈ 27,3 tuny

 

 

Komponent	Hmotnost (tuny)
Sloupce	153.7
Podlahové a okrajové nosníky	316.4
Výztuha (SCBF)	22.9
Střešní rám (krokve + vaznice)	51.9
Připojení (5 %)	27.3
Celková odhadovaná konstrukční ocel	572,2 tuny

 

 

Celková podlahová plocha =2,544 m²

Ocel na jednotku plochy=572.2 t / 2 544 m² =225 kg/m²

To je rozumné pro 4-patrovou seismicky odolnou- ocelovou budovu s vyztuženými rámy v oblasti s vysokou seismickou zátěží.

 

 

Potenciál optimalizace: Použití větších zálivů nebo sníženého vyztužení by mohlo snížit tonáž, ale seizmické požadavky na omezení limitů PNG.

Místní výroba: Zvažte dostupnost standardních sekcí v PNG nebo Austrálii (předpokládají se běžné sekce jako W-tvary a HSS).

Ochrana proti korozi: Celá ocel bude z důvodu pobřežního tropického prostředí podrobena žárovému{0}}zinkování nebo duplexnímu nátěru.

Pohotovost: Přidat5–10%pro vývoj designu, architektonické změny nebo neefektivitu detailů →Konečný odhad rozpočtu: ~615–700 tun. Pokud přidáte nějaké schodiště a konstrukci pro výtahy, celkově bude kolem650-750 tunve finále.

Zpracoval: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datum: 16. ledna 2026
Základ: AISC 360-16, předběžné rozložení, seismické předpoklady ASCE 7-16