Dizajn konstrukcijskog čeličnog okvira za hotel s 4 kata u Papui Novoj Gvineji

 

Mjesto: Papua Nova Gvineja

Seizmička zona: Seizmički intenzitet od8 stupnjeva(ekvivalentno PGA ≈ 0,3 g na temelju ASCE 7 ili sličnih lokalnih kodova)

Opterećenje vjetrom: Osnovna brzina vjetra =120 km/h (~33.3 m/s)

Snježno opterećenje: Nijedan

Upotreba zgrade:

Razina 1: Parkirna garaža (visina=3.8 m)

Razine 2–4: Hotelske sobe za goste (od-do-kata visine=3.7 m, 3,7 m, odnosno 3,4 m)

Vrsta krova: Jedno{0}}kosi krov(pretpostavljeni nagib=2% za odvod)

Vanjski zidovi: ne{0}}strukturalni šuplji betonski blokovi (lokalno izgrađeni;nije nosiv-)

Podni sustav: Kompozitna čelična paluba s lijevanim--betonskim vrhom(navesti)

 

 

Ukupna dužina zgrade: 80 m

Konfiguracija plana:

Istočno krilo: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Zapadno krilo: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Bilješka: Plan jene{0}}pravokutan, vjerojatno u obliku L-ili stepenastog. Za strukturnu analizu zgrada se tretira kao dva povezana bloka s mogućom dilatacijskom spojnicom ili krutom vezom ovisno o seizmičkim detaljima.

Tipične veličine zaljeva: pretpostaviti razmak stupaca od7,5 m uzdužnoi6,0 m poprečno(podesivo prema arhitektonskom unosu).

 

 

Primarni kod: AISC 360-16 (Specifikacije za konstrukcijske čelične zgrade)

Seizmičko projektiranje: ASCE 7-16 (ili ekvivalent – ​​prilagođen za PNG seizmičnost)

Opterećenje vjetrom: ASCE 7-16, Poglavlje 27 (Smjerni postupak)

Standardi materijala: ASTM A992 (grede/stupovi), ASTM A36 (ploče, sekundarni elementi)

 

 

 

komponenta	Opterećenje (kN/m²)
Čelična paluba + 125 mm Betonska ploča (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Strop, MEP, Završne obrade	0.5
Krov (metalna ploča + izolacija)	0.3
Zid od šupljih blokova (ne{0}}konstrukcijski, ali primijenjen kao linijski teret na grede)	~3,0 kN/m(po metru visine)

 

 

Razina	LL (kN/m²)	Referenca
Razina 1 (parkiranje)	2.5	ASCE 7
Razine 2–4 (hotel)	1.9	ASCE 7 (stambeno)
Krov	0.5	Opterećenje održavanja

 

 

Osnovna brzina vjetra:V = 33.3 m/s

Kategorija izloženosti:C(pod pretpostavkom prigradskog/urbanog terena)

Faktor vjetra:G = 0.85

Koeficijent tlaka (Cp):

Zid (prema vjetru):+0.8

Zid (zavjetrina):–0.5

Krov (jedno-kosi):–0,9 do –0,3(ovisno o zoni)

Korištenje ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Uz pretpostavku (K_z=0.85) na srednjoj-visini (~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 ]

Projektirani tlak vjetra:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maks. tlak zida ≈0,33 kN/m²(prema vjetru), usis ≈–0,21 kN/m²(zavjetrinski)

Bilješka: Zbog niskog rasta (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektralni odgovor: Za zonu od 8 stupnjeva, pretpostavimoS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervativna procjena prema lokalnoj prilagodbi ASCE 7)

Kategorija rizika: II

R-faktor (čelični momentni okvir): R = 8(za okvir za posebne trenutke – SMF)

Faktor važnosti: (I_e = 1.0)

Približno temeljno razdoblje:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Ukupna visina (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m približno.)

Seizmičko osnovno smicanje:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% ukupne težine- značajan.

 

 

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

3 useljena kata + krov ≈ 4 etaže

Prosj. DL + LL po katu ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Ukupna težina (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Osnovno smicanje (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7.200 kN

→ Seizmika upravlja vjetromza bočni dizajn.

 

 

Sustav otpora bočnoj sili (LFRS):

Specijalni koncentrični okviri (SCBF)iliOkviri za posebne trenutke (SMF)

S obzirom na arhitektonsku fleksibilnost i potrebu za otvorenim parkiralištem,SCBFpreferira se zbog učinkovitosti i duktilnosti u visoko{0}}seizmičkim zonama.

Gravitacijski sustav:

Kompozitne grede(W-oblici s klinovima za smicanje + metalna ploča + betonska ploča)

Stupci: HSS ili W-sekcije kontinuirane od temelja do krova

Učvršćivanje: X-učvršćenje u oba smjera na jezgrama stubišta/dizala i perimetra gdje je to moguće

Krov: Jednostruki-nagib poduprt kosim krovnim gredama ili suženim okvirima; purlins na vrhu.

 

 

6.1 Podne grede (tipični interijer)

Raspon: 7,5 m

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

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

Potreban modul presjeka: (Z_x Veći ili jednak M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Odjel za suđenje: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Rubne grede (s opterećenjem zida)

Dodatno opterećenje zida: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Ukupno w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Stupovi (unutrašnjost, 4 kata)

Područje pritoka: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Aksijalno opterećenje po podu: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Ukupno P ≈ 4 × 232 =928 kN

Dodajte 20% za seizmičke aksijalne učinke →P_u ≈ 1,115 kN

Efektivna duljina (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Proba:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 kN >>1.115 kN → OK)

Koristite W250×67 ili HSS203×203×9.5 za ekonomičnost

6.4 Uporni članovi (SCBF)

Pretpostavimo ukrućenje na 2 polja po smjeru

Seizmičko smicanje po nizu ≈ 7 200 / (broj ukrućenih okvira)

Pretpostavimo 4 ukrućena okvira u svakom smjeru → ~900 kN po okviru

Dijagonalna sila: (F=V / sinθ); θ=45 stupanj → F ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 kN

Zahtijevani A_g Veći ili jednak 1.270.000 / (0,9×345) ≈4 090 mm²

suđenje: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK za napetost/sabijanje s provjerom vitkosti)

 

 

Metalna paluba: Conform® 2.0 ili Bondek®(dubina profila=60 mm)

Betonska ploča: 125 mm debljine, f'c=25 MPa

Smični klinovi: 19 mm promjer × 100 mm visina, razmaknuti na300 mm ocduž greda

Kompozitno djelovanje: Pretpostavlja se puna interakcija prema AISC 360 Poglavlje I

 

 

Obavezno izvješće o tlu– pretpostaviti umjerenu nosivost (150 kPa)

Reakcije stupca: Max ~1.200 kN → veličina temelja ≈ √(1.200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolirano podnožje

Seizmičko sidrište: Sidrene šipke dizajnirane za podizanje i smicanje prema ACI 318

 

 

Greda-na-stup: Vijčane završne ploče ili zavareni momentni spojevi (ako se koristi SMF)

Uteg-na-Umetnuti ušitak: Whitmoreova metoda presjeka prema AISC seizmičkim odredbama

Podrška za palubu: Jednostavan ležaj na gornjoj prirubnici grede

 

 

Artikal	Specifikacija
LMSFI	Specijalni koncentrični okviri (SCBF)
Gravitacijske grede	Š410×60 (unutrašnjost), Š460×74 (rub)
Stupci	Š250×67 ili HSS203×203×9,5
Proteza za zube	HSS152×152×9,5
Podna paluba	60 mm duboka kompozitna metalna paluba + 125 mm beton
Seizmičko osnovno smicanje	~7,200 kN (uređuje dizajn)
Tlak vjetra	~0,33 kN/m² (ne-vladajuće)
Nagib krova	2% jednostruki nagib, poduprt kosim rogovima

 

 

Angažirajte lokalnog inženjera geotehnike za izradu izvješća o tlu.

Koordinirajte s arhitektom kako biste locirali učvršćene okvire bez ometanja parkinga ili prostorija.

Koristite sustav boje -otporan na koroziju (C4 okruženje prema ISO 12944 – obalni PNG).

Osigurajte pokretne zglobove ako su istočno/zapadno krila znatno pomaknuta.

Izvršite detaljnu 3D strukturnu analizu pomoću softvera (npr. ETABS, SAP2000) uključujući P-Δ efekte.

 

 

 

Ova procjena tonaže čelika pokriva primarne i sekundarne konstrukcijske čelične elemente potrebne za gravitacijske i bočne{0}}sustave otpornosti na opterećenje 4-katnog hotela, uključujući:

Stupovi (od temelja do krova)

Podne i krovne grede (kompozitni dizajn)

Uporni elementi (posebni koncentrično ukrućeni okviri – SCBF)

Krovni okvir (kosi rogovi i grede)

Veze (procjenjuje se kao 5% težine glavnog člana)

Isključeno:

Metalna paluba (smatra se ne{0}}strukturnom oblogom/podlogom od ploča)

Sidrene šipke, temeljne ploče (uključeno u dodatak za spajanje)

Stepenice, ograde, razni čelik

 

 

Plan izgradnje se sastoji od dva povezana bloka:

Istočni blok: 55.6 m × 27 m

Zapadni blok: 25 m × 41.7 m
→ Ukupni otisak ≈2,544 m²

Tipična mreža stupaca:7,5 m (uzdužno) × 6,0 m (poprečno)

Broj stupaca:

Istočni blok: (55,6/7,5 ≈ 8 polja → 9 redaka) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 redaka) =45 stupaca

Zapadni blok: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 retka) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 redaka) =32 stupca

Oduzmi preklapanje na spoju (~5 zajedničkih stupaca) →Ukupno stupaca ≈ 72

Katovi: 4 etaže (uključujući krov)

Ukrućeni okviri: 2 po smjeru po bloku →Ukupno 8 ukrućenih polja

Nagib krova: 2%, poduprt kosim gredama; bez rešetki

 

 

S obzirom na prirodu projekta kao javne stambene zgrade, odlučili smo ojačati cijeli konstruktivni sustav kako bismo stvorili robusnu zgradu s vijekom trajanja većim od 100 godina. Da bismo to postigli, zamijenili smo konvencionalne stupove čeličnim stupovima -kutijastog presjeka i ispunili ih na-licu mjesta betonom, značajno povećavajući ukupnu čvrstoću konstrukcije.

 

 

Odjeljak:Vrsta kutije 400X400x12x12mm(masa=146.2 kg/m)

Visina po stupcu:

Razina 1: 3,8 m

Razine 2–3: 3,7 m svaka

Razina 4: 3,4 m
→ Ukupna visina =14.6 m

Ukupna duljina stupca=72 × 14.6 =1,051 m

Težina stupa=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 tona

Napomena: stupovi prizemlja mogu biti teži; ovo je prosjek.

 

 

Unutarnje grede: Š500X290X10X16 mm (masa=109.6 kg/m)

Raspon: 7,5 m

Broj po etaži:

Istočni blok: 5 poprečnih linija × 8 uzdužnih polja=40

Zapadni blok: 8 poprečnih linija × 3 uzdužna polja=24
→ 64 unutarnje grede po podu

Ukupno za 3 kata + krovni okvir=4 × 64 =256 greda

Duljina=256 × 7.5 =1,920 m

Težina=1,920 × 109.6=210,432 kg

Rubne/obodne grede: Š600X200X12X12 mm (masa=92 kg/m)

Duljina perimetra po katu ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – preklapanje ≈290 m/kat

Pretpostavimo rubne grede svakih 6 m → ~48 rubnih greda po podu

Ukupno=4 × 48 =192 grede, prosj. raspon=6.0 m

Duljina=192 × 6 =1,152 m

Težina=1,152 × 92=105.984 kg

Ukupna težina grede = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 tone

 

 

Odjeljak:HSS152×152×9,5(masa=42.5 kg/m)

Ukrućena polja: ukupno 8 (4 na E-W, 4 na S-S)

Svaki niz ima 2 dijagonale po katu → 4 kata × 2 =8 dijagonala po ukrućenoj liniji okvira

Ukupno dijagonala=8 okvira × 8 =64 zatege

Prosj. dijagonalna duljina (za otvor od 7,5 m × 3,7 m pod kutom od 45 stupnjeva):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Ukupna duljina naramenice=64 × 8.4 =538 m

Težina nosača=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tona

 

 

Glavni krovni rogovi slijede jedno-profil nagiba; koristitiW310×45(45 kg/m)

Razmak: 3,0 m oc (za podupiranje greda)

Ukupna površina krova=2,544 m² → duljina rogova ≈ širina zgrade (maks. 41,7 m)

Broj rogova ≈ 80 m / 3,0 ≈27 redaka

Prosj. duljina rogova=35 m (ponderirani prosjek širina istok/zapad)

Ukupna duljina rogova=27 × 35 =945 m

Težina rogova=945 × 45 =42.525 kg

Purlins: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), razmak 1,5 m oc

Ukupna duljina grede ≈ (2544 m² / 1,5 m razmak) × 1,0 m =1,696 m

Težina=1,696 × 5.5 =9,328 kg

Potpuni čelični krov = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 tona

 

 

Standardna praksa:5%ukupne težine glavnog člana

Ukupno glavnih članova=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tona

Veze=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 tone

 

 

komponenta	Težina (tona)
Stupci	153.7
Podne i rubne grede	316.4
Uporište (SCBF)	22.9
Krovni okvir (rogovi + grede)	51.9
Veze (5%)	27.3
Ukupno procijenjeni konstrukcijski čelik	572,2 tone

 

 

Ukupna površina poda =2,544 m²

Čelik po jedinici površine=572.2 t / 2,544 m² =225 kg/m²

To je razumno za 4-katnu seizmi{2}}čeličnu zgradu s ukrućenim okvirima u visoko seizmičkom području.

 

 

Potencijal optimizacije: Korištenje većih otvora ili smanjenih ukrućenja moglo bi smanjiti tonažu, ali seizmički zahtjevi u PNG-u ograničavaju smanjenja.

Lokalna izrada: Razmotrite dostupnost standardnih odjeljaka u PNG-u ili Australiji (pretpostavljaju se uobičajeni dijelovi poput W-oblika i HSS-a).

Zaštita od korozije: Sav čelik za vruće-pocinčavanje ili dvostruki sustav bojanja zbog obalnog tropskog okoliša.

Kontingencija: Dodaj5–10%za razvoj dizajna, arhitektonske promjene ili neučinkovitosti detalja →Konačna procjena proračuna: ~615–700 tona. Ako dodate malo stubišta i strukture za dizala, sve će biti dobro650~750 tonau konačnom.

Pripremio: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datum: 16. siječnja 2026
Osnova: AISC 360-16, preliminarni izgled, ASCE 7-16 seizmičke pretpostavke