Дизајн челичног конструкцијског оквира за хотел са 4 спрата у Папуи Новој Гвинеји

 

Локација: Папуа Нова Гвинеја

Сеизмичка зона: Сеизмички интензитет оф8 степени(еквивалентно ПГА ≈ 0,3 г на основу АСЦЕ 7 или сличних локалних кодова)

Винд Лоад: Основна брзина ветра =120 км/х (~33.3 m/s)

Снов Лоад: Ниједан

Употреба зграде:

Ниво 1: Паркинг гаража (висина=3.8 м)

Нивои 2–4: Хотелске собе за госте (висина од-до-пода=3.7 м, 3,7 м, односно 3,4 м)

Рооф Типе: Једнослојни{0}}кров(претпостављени нагиб=2% за одводњавање)

Спољашњи зидови: Не-неструктурални шупљи бетонски блокови (локално изграђени;нема{0}}носивост)

Подни систем: Композитна челична палуба са ливеним-у-бетонским преливом(треба навести)

 

 

Укупна дужина зграде: 80 m

Конфигурација плана:

Источно крило: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Западно крило: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Напомена: План јене-правоугаоне, вероватно у облику слова Л- или степенастог облика. За конструктивну анализу, објекат се третира као два повезана блока са могућим дилатационим спојем или крутим спојем у зависности од сеизмичког детаља.

Типичне величине залива: Претпоставити размак колона од7,5 м по дужинии6,0 м попречно(подесиво према архитектонском улазу).

 

 

Примарни код: АИСЦ 360-16 (Спецификација за грађевинске челичне конструкције)

Сеисмиц Десигн: АСЦЕ 7-16 (или еквивалентно – прилагођено за ПНГ сеизмичност)

Винд Лоад: АСЦЕ 7-16, Поглавље 27 (Процедура усмерења)

Стандарди материјала: АСТМ А992 (греде/стубови), АСТМ А36 (плоче, секундарни елементи)

 

 

 

Компонента	Оптерећење (кН/м²)
Челична палуба + 125 мм бетонска плоча (ρ=24 кН/м³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Плафон, МЕП, Завршне обраде	0.5
Кров (метална палуба + изолација)	0.3
Зид од шупљих блокова (није-структуран, али се примењује као линијско оптерећење на греде)	~3,0 кН/м(по метру висине)

 

 

Ниво	ЛЛ (кН/м²)	Референца
Ниво 1 (паркинг)	2.5	АСЦЕ 7
Нивои 2–4 (хотел)	1.9	АСЦЕ 7 (стамбени)
Кров	0.5	Оптерећење одржавања

 

 

Основна брзина ветра:V = 33.3 m/s

Категорија изложености:C(под претпоставком приградског/урбаног терена)

Фактор налета:G = 0.85

Коефицијент притиска (Цп):

Зид (на ветар):+0.8

Зид (заветрина):–0.5

Кров (један-нагиб):–0,9 до –0,3(у зависности од зоне)

Коришћење АСЦЕ 7 Ек. 27.3-1:
[ к_з=0.613 К_з К_{зт} К_д В^2 И ]
Претпостављајући (К_з=0.85) на средњој-висини (~7 м), (И=1.0), (К_{зт}=1.0), (К_д=0.85):
[ q_z ≈ 0.613 × 0.85 × 1.0 × 0.85 × (33.3)^2 × 1.0 ≈ 0,613 × 0,7225 × 1109 ≈ 490 Па ≈ 0,49 кН/м² ]

Пројектовани притисак ветра:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Мак зидни притисак ≈0,33 кН/м²(на ветар), усисавање ≈–0,21 кН/м²(заветрина)

Напомена: Због ниског раста (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Спецтрал Респонсе: За зону од 8 степени, претпоставитеС_ДС=1.0, S_D1 = 0.6(конзервативна процена по локалној адаптацији АСЦЕ 7)

Категорија ризика: ИИ

Р{0}}фактор (челични моментни оквир): R = 8(за оквир посебног тренутка – СМФ)

Фактор важности: (I_e = 1.0)

Приближни основни период:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Укупна висина (х_н=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) м приближно.)

Сеизмички смицање базе:
[ В=\\фрац{С_{ДС}}{Р/И_е} В=\\фрац{1.0}{8} В=0.125 В ]
→ 12,5% укупне тежине- значајно.

 

 

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

3 заузета спрата + кров ≈ 4 нивоа

Авг. ДЛ + ЛЛ по спрату ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 кН/м²

Укупна тежина (В ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 кН

Основни смицање (В ≈ 0,125 × 57,500 ≈7.200 кН

→ Сеизмика управља ветромза бочни дизајн.

 

 

Систем отпорности на бочну силу (ЛФРС):

Специјални концентрично причвршћени оквири (СЦБФ)илиОквири специјалних тренутака (СМФ)

С обзиром на архитектонску флексибилност и потребу за отвореним паркингом,СЦБФпреферирано због ефикасности и дуктилности у високим{0}}сеизмичким зонама.

Гравитациони систем:

Композитне греде(Ш{0}}облици са смичућим држачима + метална палуба + бетонска плоча)

Колумне: ХСС или В{0}}секције континуиране од темеља до крова

Брацинг: Кс-учвршћивање у оба смера на језгри степеништа/лифта и периметру где је то могуће

Кров: Један-нагиб подржан косим кровним гредама или конусним рамовима; греде на врху.

 

 

6.1 Подне греде (типични ентеријер)

Распон: 7,5 м

Оптерећење: (в=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 кН/м)

Максимални момент: (М=вЛ^2/8=30.9 × 7,5^2 / 8 ≈ 217 кН·м)

Потребан модул пресека: (З_к већи или једнак М / (0,9 Ф_и)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ мм³)

Триал Сецтион: W410×60(Зₓ=773×10³ мм³, ОК)

6.2 Ивичне греде (са оптерећењем зида)

Додатно оптерећење зида: 3,0 кН/м × 3,7 м =11,1 кН/м

Укупно в ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 кН/м

М ≈ 295 кН·м →W460×74(Зₓ=942×10³ мм³)

6.3 Колоне (унутрашњост, 4 спрата)

Површина притока: 7,5 м × 6,0 м=45 м²

Аксијално оптерећење по поду: (3.25 + 1.9) × 45=232 кН

Укупно П ≈ 4 × 232 =928 кН

Додати 20% за сеизмичке аксијалне ефекте →П_у ≈ 1,115 кН

Ефективна дужина (КЛ ≈ 0,8 × 3700=2, 960 мм)

суђење:W250×73(А=9,290 мм², р=119 мм → КЛ/р ≈ 25 → φПₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 кН >>1115 кН → ОК)

За економичност користите В250×67 или ХСС203×203×9.5

6.4 Причврсни елементи (СЦБФ)

Претпоставите учвршћивање у 2 лежишта по правцу

Сеизмичко смицање спрата по заливу ≈ 7.200 / (број рамова са ужетом)

Претпоставимо 4 укочена оквира у сваком правцу → ~900 кН по оквиру

Дијагонална сила: (Ф=В / синθ); θ=45 степен → Ф ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 кН

Неопходан А_г Већи или једнак 1.270.000 / (0,9×345) ≈4,090 мм²

Суђење: ХСС152×152×9.5(А=5, 200 мм², ОК за затезање/компресију са провером виткости)

 

 

Метал Децк: Цонформ® 2.0 или Бондек®(дубина профила=60 мм)

Бетонска плоча: дебљине 125 мм, ф'ц=25 МПа

Схеар Студс: Пречник 19 мм × висина 100 мм, размакнуто у300 мм оцдуж греда

Цомпосите Ацтион: Потпуна интеракција се претпоставља према АИСЦ 360 Поглавље И

 

 

Потребан је извештај о земљишту– претпоставити умерену носивост (150 кПа)

Цолумн Реацтионс: Мак ~1200 кН → величина основе ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mизоловано упориште

Сеисмиц Анцхораге: Сидрене шипке дизајниране за подизање и смицање према АЦИ 318

 

 

Беам-то- Цолумн: Заврњене завршне плоче или заварени моментни спојеви (ако се користи СМФ)

Браце-до-Гуссет: Вхитморе метода пресека према АИСЦ Сеизмичким одредбама

Децк Суппорт: Једноставан лежај на горњој прирубници греде

 

 

Ставка	Спецификација
ЛСРС	Специјални концентрично причвршћени оквири (СЦБФ)
Гравити Беамс	Ш410×60 (унутрашњост), Ш460×74 (ивица)
Колумне	Ш250×67 или ХСС203×203×9,5
Брацес	ХСС152×152×9.5
Флоор Децк	60 мм дубока композитна метална палуба + 125 мм бетон
Сеизмички смицање базе	~7.200 кН (уређује дизајн)
Винд Прессуре	~0,33 кН/м² (није-управни)
Рооф Слопе	2% једноструки нагиб, подржан косим роговима

 

 

Ангажовати локалног геотехничког инжењера за извештај о земљишту.

Координирајте са архитектом да бисте лоцирали учвршћене оквире без ометања паркинга или просторија.

Користите систем фарбања{0}}отпоран на корозију (Ц4 окружење по ИСО 12944 – приобални ПНГ).

Обезбедите зглобове за кретање ако су источно/западна крила значајно помакнута.

Извршите детаљну 3Д структурну анализу користећи софтвер (нпр. ЕТАБС, САП2000) укључујући П-Δ ефекте.

 

 

 

Ова процена тонаже челика обухвата примарне и секундарне челичне елементе који су потребни за системе отпорности на гравитацију и бочно оптерећење{0}}четвороспратног хотела, укључујући:

Стубови (од темеља до крова)

Подне и кровне греде (композитни дизајн)

Спојни елементи (специјални концентрично учвршћени оквири – СЦБФ)

Уоквиривање крова (коси рогови и греде)

Прикључци (процењено као 5% тежине главног члана)

Искључено:

Метална палуба (сматра се не-подршка за облагање/плоче)

Сидрене шипке, основне плоче (укључено у додатак за повезивање)

Степенице, ограде, разни челик

 

 

План зграде се састоји од два повезана блока:

Источни блок: 55.6 m × 27 m

Вест Блоцк: 25 m × 41.7 m
→ Укупан отисак ≈2,544 m²

Типична мрежа колона:7,5 м (уздужно) × 6,0 м (попречно)

Број колона:

Источни блок: (55,6/7,5 ≈ 8 поља → 9 редова) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 редова) =45 колона

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

Одбијте преклапање на споју (~5 дељених колона) →Укупно колона ≈ 72

Спратови: 4 нивоа (укључујући кров)

Укочени оквири: 2 по правцу по блоку →Укупно 8 учвршћених лежишта

Нагиб крова: 2%, подупрт косим гредама; нема труссес

 

 

С обзиром на природу пројекта као јавног стамбеног становања, одлучили смо да ојачамо цео структурални систем како бисмо створили робусну зграду са веком трајања преко 100 година. Да бисмо то постигли, заменили смо конвенционалне стубове челичним стубовима -пресека и на лицу места их испунили-бетоном, значајно повећавајући укупну чврстоћу конструкције.

 

 

Одељак:Тип кутије 400Кс400к12к12мм(маса=146.2 кг/м)

Висина по колони:

Ниво 1: 3,8 м

Нивои 2–3: 3,7 м сваки

Ниво 4: 3,4 м
→ Укупна висина =14.6 m

Укупна дужина колоне=72 × 14.6 =1,051 m

Тежина стуба=1, 051 м × 146,2 кг/м =153.656 кг ≈ 153,7 тона

Напомена: Стубови приземља могу бити тежи; ово је просек.

 

 

Унутрашње греде: ВХ500Кс290Кс10Кс16мм (маса=109.6 кг/м)

Распон: 7,5 м

Број по спрату:

Источни блок: 5 попречних линија × 8 уздужних преграда=40

Западни блок: 8 попречних линија × 3 уздужна поља=24
→ 64 унутрашње греде по спрату

Укупно за 3 спрата + кровни оквир=4 × 64 =256 греда

Дужина=256 × 7.5 =1,920 m

Тежина=1, 920 × 109.6=210,432 кг

Ивице/периметарске греде: ВХ600Кс200Кс12Кс12мм (маса=92 кг/м)

Дужина периметра по спрату ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – преклапање ≈290 м/сп

Претпоставите ивичне греде на сваких 6 м → ~48 ивичних греда по спрату

Укупно=4 × 48 =192 греде, авг. распон=6.0 м

Дужина=192 × 6 =1,152 m

Тежина=1,152 × 92=105,984 кг

Укупна тежина зрака = 210,432 + 105,984 = 316.416 кг ≈ 316,4 тоне

 

 

Одељак:ХСС152×152×9.5(маса=42.5 кг/м)

Ограничени одељци: укупно 8 (4 у Е-З, 4 у С-Ј)

Сваки залив има 2 дијагонале по спрату → 4 спрата × 2 =8 дијагонала по линији укоченог оквира

Укупно дијагонала=8 оквира × 8 =64 брацес

Авг. дужина дијагонале (за залив 7,5 м × 3,7 м под углом од 45 степени):
( Л=\\скрт{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 м)

Укупна дужина заграде=64 × 8.4 =538 m

Тежина носача=538 × 42.5 =22,865 кг ≈ 22,9 тона

 

 

Главни кровни рогови прате једнослојни-профил; користитиW310×45(45 кг/м)

Размак: 3,0 м оц (да подупире греде)

Укупна кровна површина=2, 544 м² → дужина рогова ≈ ширина зграде (макс. 41,7 м)

Број рогова ≈ 80 м / 3,0 ≈27 редова

Авг. дужина сплава=35 м (пондерисана прос. ширина исток/запад)

Укупна дужина рогова=27 × 35 =945 m

Тежина сплава=945 × 45 =42,525 кг

Пурлинс: Ц200×20×2,5 (5,5 кг/м), размак 1,5 м оц

Укупна дужина греде ≈ (2,544 м² / 1,5 м размака) × 1,0 м =1,696 m

Тежина=1, 696 × 5.5 =9,328 кг

Тотал Рооф Стеел = 42,525 + 9,328 = 51.853 кг ≈ 51,9 тона

 

 

Стандардна пракса:5%укупне тежине главног члана

Главни чланови укупно=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 тона

Везе=0.05 × 533,900 =27.245 кг ≈ 27,3 тоне

 

 

Компонента	Тежина (тоне)
Колумне	153.7
Подне и ивичне греде	316.4
Учвршћивање (СЦБФ)	22.9
Уоквиривање крова (сплави + греде)	51.9
Везе (5%)	27.3
Укупно процењени конструкциони челик	572,2 тоне

 

 

Укупна површина =2,544 m²

Челик по јединици површине=572.2 т / 2,544 м² =225 кг/м²

Ово је разумно за челичну зграду од 4-спрата-отпорну на сеизмику са укоченим оквирима у високосеизмичком региону.

 

 

Потенцијал оптимизације: Употреба већих лежишта или смањеног учвршћења може смањити тонажу, али сеизмички захтеви у ПНГ ограничавају смањење.

Лоцал Фабрицатион: Узмите у обзир доступност стандардних одељака у ПНГ или Аустралији (претпостављају се уобичајени одељци као што су В-облици и ХСС).

Заштита од корозије: Цео челик за топло-поцинковање или дуплекс фарбање због приобалног тропског окружења.

Непредвиђено: Адд5–10%за развој дизајна, архитектонске промене или детаљне неефикасности →Коначна процена буџета: ~615–700 тона. Ако додате степенице и конструкцију за лифтове, све ће бити около650~750 тонау финалу.

Припремио: Хангзхоу Ксики Буилдинг Цо., ЛТД.
Датум: 16. јануар 2026
Основа: АИСЦ 360-16, прелиминарни изглед, АСЦЕ 7-16 сеизмичке претпоставке