Strukturna analiza i procjena količine čelika za pet-katni čelični okvir

Ispod je strukturalna analiza i procjena tonaže čelika za opisanu strukturu čeličnog okvira s pet-katnica

---

 

 

 

Da bi se izvršila smislena analiza opterećenja, usvojene su sljedeće razumne pretpostavke (tipične za lake industrijske ili komunalne potporne strukture):

Vlastito opterećenje poda (DL): 1,0 kN/m²
(Uključuje podove, završne radove, mehaničke/električne ako ih ima i vlastitu-težinu sekundarnih članova-težinu vlastite primarne grede-dodat će se zasebno.)

Živo opterećenje (LL): 2,0 kN/m²
(Tipično za lagano skladištenje ili pristup održavanju; prilagodite ako je predviđena drugačija uporaba.)

Smrt teret na krovu: 0,8 kN/m²

Živo opterećenje krova / opterećenje snijegom: 1,0 kN/m²

Opterećenje vjetrom: Ovdje nije raspoređeno po etažama; bočni otpor kojim se rukuje podupiranjem (analizira se zasebno).

 

Geometrija zaljeva:

Svaki poprečni okvir je1,6 m širine.

Uzdužni razmak između okvira: 5 polja → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Dakle, svaka "podna ploča" podržana glavnim gredama ima površinu =1,6 m × širina polja.

Glavne grede (Š10×22)trčanjeuzdužno, povezujući 6 poprečnih okvira na svakoj razini. Stoga svaka greda nosi polovicu širine pritoka iz susjednih zaljeva-ali budući da je struktura samoUkupna širina 1,6 m, postoje učinkovitodvije rubne gredenosi punu širinu od 1,6 m (ili jednu središnju gredu s konzolama). Radi jednostavnosti, pretpostavljamodvije uzdužne grede, svaki nosi0,8 m širine pritoka.

Međutim, s obzirom na usku širinu (1,6 m), praktičnije je modelirati podni sustav kaojednu trakugdje dvije uzdužne grede W10×22 djeluju kaorubni nosačipodržava platformu širine 1,6 m.

dakle,tributary area po gredi po zaljevu = 0,8 m × duljina polja.

Ali zaproračun opterećenja stupca, smatramoukupno opterećenje po poprečnom okviru.

---

 

Svaki poprečni okvir (na određenom uzdužnom položaju) podržava:

Pola površine zaljeva s lijeve strane + pola površine s desne strane.

Za unutarnje okvire (Okviri 2–5):

Duljina pritoka=(lijevi zaljev + desni zaljev) / 2

Za krajnje okvire (okvir 1 i okvir 6):

Duljina pritoka=susjedni zaljev / 2

Broj okvira	Lijevi zaljev (m)	Desni zaljev (m)	Duljina pritoka (m)	Pritočna površina po podu (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

Bilješka: Ukupna površina=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Ukupna površina=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Dosljedan.

---

 

 

Vlastito opterećenje (DL)= 1.0 kN/m²

Živo opterećenje (LL)= 2.0 kN/m²

Ukupno opterećenje bez faktora= 3.0 kN/m²

Broj okvira	Površina (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Ukupno opterećenje po podu (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

Dodatno,vlastita-težina glavnih gredamoraju biti uključeni u opterećenja stupova.

W10×22 težina=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Svaki se okvir povezuje sdva segmenta grede(lijevo i desno)

Duljine segmenata grede=stvarne duljine niza

Primjer za okvir 3:

Lijevo polje=5.6 m → težina grede=0.321 × 5.6=1.80 kN

Desno polje=2.8 m → težina grede=0.321 × 2.8=0.90 kN

Ukupna vlastita{0}}težina snopa pridonosi Okviru 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Zapravo,težinu grede u potpunosti nose stupovi na krajevima, tako da svaki stupac u okviru nosipola težine svake susjedne grede.

dakle,dodatno okomito opterećenje od greda po okviru po podu:=0.5 × (lijevo polje + desno polje) × 0,321 kN/m

Izračunajte za svaki okvir:

Okvir	Susjedni zaljevi (m)	Ukupna susjedna duljina (m)	Vlastita{0}}težina grede (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

Dodajte ovo prethodnim zbrojevima:

 

Ukupno okomito opterećenje po okviru po tipičnom podu (Razine 1–4):

Okvir	Površinsko opterećenje (kN)	+ Težina grede (kN)	Ukupno po podu (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

---

 

 

Krov DL=0.8 kN/m²

Krov LL=1.0 kN/m²

Ukupno=1.8 kN/m²

Površinsko opterećenje-krova po okviru:

Okvir	Površina (m²)	Krov DL (kN)	Krov LL (kN)	Međuzbroj (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

Dodajte istu vlastitu{0}}težinu grede (grede su još uvijek prisutne na krovu):

Ukupno opterećenje krova po okviru:

Okvir	Opterećenje površine krova (kN)	+ Težina grede (kN)	Ukupni krov (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

---

 

 

Pod pretpostavkom da su svi katovi identični (Razine 1–4) i krov kao Razina 5:

Okvir	Opterećenje/pod (kN)	×4 kata	Krov (kN)	Ukupno opterećenje stupa (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

Bilješka: Ovo sunefaktorizirana servisna opterećenja. Za dizajn koristite LRFD kombinacije (npr. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Gravitacijska opterećenjaprenose se s palube širine 1,6 m na uzdužne grede W10×22, zatim na stupove W8×24 na svakom od 6 okvira.

Vršno aksijalno opterećenje stupajavlja se na okvirima 2 i 5 (~133 kN bez faktora).

Bočna stabilnostosigurava:

Vertikalni X-ukrućenje (L3×3×1/4) u barem jednom polju (npr. središnje polje od 2,8 m).

Horizontalna ukrućenja (C9×20) na krovu (i moguće na drugim razinama) na bočne sile dijafragme na ukrućene okvire.

Struktura jestatički određeni u gravitaciji, iponašanje za{0}}okviraupravlja bočnim odgovorom.

Preporuka: Izvršite 3D strukturnu analizu (npr. korištenjem SAP2000, ETABS ili STAAD.Pro) za provjeru kapaciteta elemenata, pomaka i sila povezivanja pod kombiniranim opterećenjem prema AISC 360 i lokalnim građevinskim propisima.

---

Kraj analize.

 

Prilagodljive regije: Čile, Filipini, Nova Credonia, Tonga, Djevičanski otoci, otok Reunion, Peru...

Prijave: Strukturne komponente za skladištenje, skladištenje, logistiku, police za strojeve i druge posebne namjene

Broj priča: 5

Ukupna visina: 12,2 m → prosječna visina kata=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Širina zgrade (kratki smjer): 1.6 m

Dužina zgrade (dugi smjer): 25.2 m

Okvirni okviri (poprečni okviri): 6 okvira raspoređenih na [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] duž duljine od 25,2 m
→ Zbroj ukupnih razmaka nizova=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konzistentno)

Primarni članovi:

Stupci: W8×24 (prema ASTM A992 ili ekvivalentu)

Glavne grede (nosači): Š10×22

Horizontalno ukrućenje: C9×20 (presjek kanala)

Okomito (katno) ukrućenje: L3×3×1/4 (jednak-kut nogu)

 

Struktura je okvir-otporan na momente bočno stabiliziran dijagonalnim ukrućenjem u vodoravnoj i okomitoj ravnini.

Gravitacijski put opterećenja:
Opterećenja poda (mrtvo + živo) prenose se preko podnog sustava (ovdje nije detaljno) na glavne grede (Š10×22), zatim na stupove (Š8×24). S obzirom na usku širinu (1,6 m), vjerojatno je da se glavne grede protežu poprečno (1,6 m) i podupiru ih stupovi poredani u smjeru od 25,2 m. Međutim, s obzirom na tipičnu praksu i imenovanje članova, vjerojatnije je da:

Theglavne grede teku uzdužno(smjer 25,2 m), poduprti poprečnim okvirima raspoređenim svakih ~5–6 m.

Ali sa samo 1,6 m širine, to sugerira auska struktura s jednim-zaljevom, eventualno most, nadstrešnica ili potporni okvir opreme.

S obzirom na geometriju (1,6 m širine × 25,2 m dužine × 12,2 m visine), čini se da je ovolinearni okvir(npr. potporna konstrukcija za komunalije ili prolaz), sa 6 poprečnih okvira (svaki širok 1,6 m) raspoređenih duž duljine od 25,2 m.

Stoga:

Svakipoprečni okvirsastoji se od dva stupa (visina=2.44 m po katu × 5=12.2 m ukupno) i spojnih greda na svakoj razini.

Glavne grede(W10×22) vjerojatno trčanjeuzdužno, povezujući poprečne okvire na svakoj razini poda.

Učvršćivanje:

Horizontalna ukrućenja(C9×20) na krovu i eventualno međurazinama za prijenos bočnih opterećenja na ukrućene okvire.

Vertikalni (katni) podupirač(L3×3×1/4) u jednoj ili više polja za pružanje bočne krutosti protiv vjetra/seizmičkih opterećenja.

 

 

Jedinične težine (iz AISC priručnika):

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: težina ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (izračunato iz površine ≈ 1,44 in²)

---

A. Kolone

Broj poprečnih okvira: 6

Svaki okvir ima 2 stupca (pod pretpostavkom pravokutnog okvira)

Ukupno stupaca=6 × 2=12

Visina po stupcu=12.2 m

Ukupna duljina stupca=12 × 12.2=146.4 m

Težina stupa od čelika=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5,226 kg

 

B. Glavne grede (uzdužni nosači)

Pretpostavljajući da grede na svakoj od 5 etaža idu cijelom dužinom od 25,2 m, idvije grede po razini(plus 6 od 1,6 m širine):

Grede po razini=2

Razine=5

Ukupna duljina grede=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Težina čelične grede=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kg

Napomena: Ako struktura koristi samo jednu središnju gredu ili drugačiju konfiguraciju, prilagodite to u skladu s tim. Ovo pretpostavlja uokvirivanje perimetra.

 

C. Vodoravna ukrućenja (C9×20)

Obično se postavlja na razini krova i eventualno na međukatovima. Pretpostavimo:

Jedan horizontalni sloj ukrućenja na krovu (plan ukrućenja koji oblikuje X ili jednu dijagonalu po panelu)

Paneli između okvira: 5 panela (između 6 okvira)

Duljina dijagonale po panelu ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (za polja od 5,6 m); za polje od 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

pretpostavitiX-učvršćenje samo u jednom polju(minimum za stabilnost), npr. u središnjem pojasu od 2,8 m:

Dijagonale na krovu: 2 × 3.22=6.44 m

Moguće također na razini tla ili srednje: pretpostavimo 3 razine s ukrućenjem → 3 × 6.44=19.3 m

Ukupna duljina C9×20 ≈ 20 m (konzervativno)

Težina=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Ako se na svakoj razini koristi potpuna vodoravna rešetka, količina se značajno povećava. Ovo je minimalna procjena. zapravo postoje horizontalne ukrućenja u svakom otvoru, tako da će stvarna upotreba biti mnogo veća.

 

D. Vertikalni (katni) podupirač (L3×3×1/4)

pretpostavitijedan braced baypo dužini (npr. između okvira 3 i 4, preko niza od 2,8 m) s X-upornicima na svakom katu.

Broj katova=5 → 5 potpornih ploča

Visina ploče=2.44 m, širina=2.8 m

Duljina dijagonale po ploči=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Dvije dijagonale po panelu (X-brace) → 2 × 3.71=7.42 m po katu

Ukupna dužina=5 × 7.42=37.1 m

Težina=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Ako je učvršćeno više polja, pomnožite ih u skladu s tim.

---

 

 

komponenta	Težina (kg)
Stupci (Š8×24)	5,226
Glavne grede (Š10×22)	9,810
Vodoravna ukrućenja (C9×20)	596
Vertikalno ukrućenje (L3×3×1/4)	271
Ukupno (približno)	15.903 kg

≈ 15,9 metričkih tona

Napomena: Ovo isključuje spojeve, temeljne ploče, sekundarne elemente ili podove. Stvarna težina izrade može biti 10–15% veća zbog detalja povezivanja i otpada.

---

 

 

Vitkost: Stupovi W8×24 (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) viši od 12,2 m bez učvršćenja mogu biti vitki. Faktor efektivne duljine (K) ovisi o krajnjim uvjetima. Za prikvačeno-prikvačeno, KL/r može premašiti ograničenja osim ako nije u zagradama.Okomito učvršćivanje je neophodnokako bi se smanjila efektivna duljina stupca.

Raspon grede: Š10×22 preko 5,6 m (ako su grede poprečno raspoređene između okvira) razumno je za mala opterećenja. Ali ako grede imaju kontinuirani raspon od 25,2 m, progib i čvrstoća ne bi bili odgovarajući-pa je pretpostavljena konfiguracija (grede kao uzdužni pojas između poprečnih okvira) vjerojatnija.

Bočna stabilnost: Omogućeno kombinacijom okomitog X-ukrućenja (otpornost na vjetar/seizmiku) i vodoravnog ukrućenja (djelovanje dijafragme).

Pretpostavke opterećenja: Bez specifičnih mrtvih/živih opterećenja/opterećenja vjetrom, ovo je preliminarna procjena. Potreban je detaljan dizajn prema AISC 360.

---

 

Zaključak
Opisani čelični okvir je uski, više{0}}katni ukrućeni okvir s procijenjenom čeličnom tonažom odpribližno 15,9 metričkih tona. Strukturni sustav oslanja se na dijagonalna ukrućenja za bočnu stabilnost, a veličine elemenata čine se primjerenima za mala-do-umjerena opterećenja, pod uvjetom da pravilno učvršćenje smanjuje efektivne duljine stupova. Prije izgradnje preporuča se potpuna strukturalna analiza uključujući kombinacije opterećenja, dizajn spojeva i provjere upotrebljivosti.