Szerkezeti acélváz kialakítása egy 4 emeletes szállodához Pápua Új-Guineában

 

Elhelyezkedés: Pápua Új-Guinea

Szeizmikus zóna: Szeizmikus intenzitása8 fok(egyenértékű PGA-val ≈ 0,3 g az ASCE 7 vagy hasonló helyi kódok alapján)

Szélterhelés: Alap szélsebesség =120 km/h (~33.3 m/s)

Hóterhelés: Egyik sem

Épülethasználat:

1. szint: Parkolóház (magasság:=3.8 m)

2–4. szint: Szállodai vendégszobák (---padlómagasság=3.7 m, 3,7 m, illetve 3,4 m)

Tető típusa: Egy{0}}lejtős tető(a vízelvezetéshez=2% feltételezett lejtő)

Külső falak: Nem-szerkezeti üreges betontömbök (helyi építésű;nem teher{0}}csapágy)

Padlórendszer: Kompozit acél fedélzet -beöntött-betonnal(meghatározandó)

 

 

Teljes épülethossz: 80 m

Terv konfigurációja:

Keleti szárny: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Nyugati szárny: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Jegyzet: A terv aznem-téglalap alakú, valószínűleg L-alakú vagy lépcsős. A szerkezeti elemzéshez az épületet két összefüggő blokkként kezeljük, lehetséges dilatációs hézaggal vagy merev csatlakozással a szeizmikus részletektől függően.

Tipikus öbölméretek: Tegyük fel az oszlopközt7,5 m hossziránybanés6,0 m keresztben(építészeti bemenetenként állítható).

 

 

Elsődleges kód: AISC 360-16 (Acélszerkezeti épületekre vonatkozó előírások)

Szeizmikus tervezés: ASCE 7-16 (vagy azzal egyenértékű – PNG szeizmicitáshoz adaptálva)

Szélterhelés: ASCE 7-16, 27. fejezet (Irányított eljárás)

Anyagszabványok: ASTM A992 (gerendák/oszlopok), ASTM A36 (lemezek, másodlagos elemek)

 

 

 

Összetevő	Terhelés (kN/m²)
Acél fedélzet + 125 mm-es betonlap (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Mennyezet, MEP, Befejezés	0.5
Tetőfedés (fém burkolat + szigetelés)	0.3
Üreges blokkfal (nem{0}}strukturális, de vonalterhelésként alkalmazzák a gerendákon)	~3,0 kN/m(magasság méterenként)

 

 

Szint	LL (kN/m²)	Referencia
1. szint (parkoló)	2.5	ASCE 7
2–4. szint (szálloda)	1.9	ASCE 7 (lakósági)
Tető	0.5	Karbantartási terhelés

 

 

Alap szélsebesség:V = 33.3 m/s

Expozíciós kategória:C(elővárosi/városi terepet feltételezve)

Légzési tényező:G = 0.85

Nyomás együttható (Cp):

Fal (szélre):+0.8

Fal (hátszél):–0.5

Tető (egy-lejtős):–0,9 és –0,3 között(zónától függően)

Az ASCE 7 Eq. 27.3-1 használatával:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Feltételezve (K_z=0.85) közép-magasságban (~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 ]

Tervezett szélnyomás:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Max falnyomás ≈0,33 kN/m²(szél felé), szívás ≈–0,21 kN/m²(szél alatti)

Jegyzet: Az alacsony emelkedés miatt (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrális válasz: 8 fokos zóna esetén tegyük felS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervatív becslés az ASCE 7 helyi adaptációja szerint)

Kockázati kategória: II

R-tényező (acél nyomatékkeret): R = 8(Speciális pillanat kerethez – SMF)

Fontossági tényező: (I_e = 1.0)

Hozzávetőleges alapidőszak:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Teljes magasság (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m kb.)

Szeizmikus alapnyírás:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ A teljes tömeg 12,5%-a- jelentős.

 

 

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

3 lakott emelet + tető ≈ 4 szint

Átl. DL + LL emeletenként ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Teljes tömeg (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Alap nyírás (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ A szeizmikus uralkodik a szél felettoldalirányú kialakításhoz.

 

 

Lateral Force Resisting System (LFRS):

Speciális koncentrikus merevítésű keretek (SCBF)vagyKülönleges pillanatok keretei (SMF)

Tekintettel az építészeti rugalmasságra és a nyitott parkoló igényére,SCBFnagy{0}}szeizmikus zónákban a hatékonyság és a hajlékonyság szempontjából előnyös.

Gravitációs rendszer:

Kompozit gerendák(W-alak nyírócsapokkal + fém fedélzet + betonlap)

Oszlopok: HSS vagy W{0}}szakaszok folyamatosak az alaptól a tetőig

Frissítő: X-merevítés mindkét irányban a lépcső/lift magjainál és kerületében, ahol lehetséges

Tető: Egy-lejtő, amelyet ferde tetőgerendák vagy kúpos keretek támogatnak; szelemenek a tetején.

 

 

6.1 Padlógerendák (tipikus belső tér)

Fesztáv: 7,5 m

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

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

Szükséges metszetmodulus: (Z_x nagyobb vagy egyenlő, mint M / (0,9 F_y)=217 × 10⁶ / (0,9 × 345) ≈ 700 × 10³ mm³)

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

6.2 élgerendák (falterheléssel)

További falterhelés: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Összesen w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Oszlopok (belső, 4 szintes)

Mellékág területe: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Axiális terhelés padlónként: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Összes P ≈ 4 × 232 =928 kN

Adjon hozzá 20%-ot a szeizmikus axiális hatásokért →P_u ≈ 1115 kN

Hatásos hossz (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Próba:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9 × 345 × 9290 ≈2880 kN >>1115 kN → OK)

A gazdaságosság érdekében használjon W250×67 vagy HSS203×203×9,5

6.4 Merevítő tagok (SCBF)

Tételezzük fel a merevítést irányonként 2 résnél

Szeizmikus rétegnyírás rekeszenként ≈ 7200 / (merevített keretek száma)

Tételezzünk fel 4 merevített keretet mindkét irányban → ~900 kN keretenként

Átlós erő: (F=V / sinθ); θ=45 fok → F ≈ 900 / 0,707 ≈1270 kN

Kötelező A_g nagyobb vagy egyenlő, mint 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4090 mm²

Próba: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², megfelelő a feszültséghez/tömörítéshez karcsúsági ellenőrzéssel)

 

 

Fém fedélzet: Conform® 2.0 vagy Bondek®(profilmélység=60 mm)

Betonlap: 125 mm vastag, f'c=25 MPa

Nyíró csapok: 19 mm átmérő × 100 mm magasság, távolságra:300 mm ocgerendák mentén

Összetett akció: A teljes interakció feltételezése az AISC 360 I. fejezete szerint

 

 

Talajjelentés szükséges– mérsékelt teherbírást feltételezünk (150 kPa)

Oszlopreakciók: Max ~1200 kN → talpméret ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 melszigetelt lábazat

Szeizmikus horgonyzóhely: ACI 318 szerint emelésre és nyírásra tervezett horgonyrudak

 

 

Sugár-az-oszlopba: Csavarozott véglemezek vagy hegesztett nyomatékos csatlakozások (ha SMF-et használnak)

Rögzítve-a-Gussethez: Whitmore metszetmódszer az AISC szeizmikus rendelkezések szerint

Deck Support: Egyszerű csapágy a gerenda felső karimáján

 

 

Tétel	Specifikáció
LFRS	Speciális koncentrikus merevítésű keretek (SCBF)
Gravitációs gerendák	W410×60 (belső), W460×74 (szél)
Oszlopok	W250×67 vagy HSS203×203×9,5
Fogszabályozó	HSS152×152×9,5
Floor Deck	60 mm mély kompozit fém fedélzet + 125 mm beton
Szeizmikus alapnyírás	~7200 kN (a kialakítást szabályozza)
Szélnyomás	~0,33 kN/m² (nem-irányító)
Tetőlejtő	2% szimpla lejtő, ferde szarufákkal alátámasztva

 

 

Vegye fel a helyi geotechnikai mérnököt a talajjelentéshez.

Egyeztessen az építészsel, hogy megtalálja a merevített kereteket anélkül, hogy akadályozná a parkolást vagy a szobákat.

Használjon korrózióálló-festési rendszert (C4 környezet az ISO 12944 szerint – tengerparti PNG).

Biztosítson mozgási illesztéseket, ha a keleti/nyugati szárnyak jelentősen el vannak tolva.

Végezzen részletes 3D szerkezeti elemzést szoftverrel (pl. ETABS, SAP2000), beleértve a P-Δ effektusokat.

 

 

 

Ez az acélűrtartalom-becslés lefedi a 4 emeletes szálloda gravitációs és oldalirányú terhelésének{0}}álló rendszereihez szükséges elsődleges és másodlagos szerkezeti acélelemeket, beleértve:

Oszlopok (az alaptól a tetőig)

Padló- és tetőgerendák (kompozit kivitel)

Merevítő elemek (speciális koncentrikusan merevített keretek – SCBF)

Tetőszerkezet (ferde szarufák és szelemenek)

Csatlakozások (becslések szerint a fő tag tömegének 5%-a)

Kizárva:

Fém fedélzet (nem{0}}szerkezeti burkolat/födém alátámasztásnak tekinthető)

Horgonyrudak, alaplemezek (a csatlakozási ráhagyás része)

Lépcsők, korlátok, különféle acél

 

 

Az építési terv két összefüggő blokkból áll:

Keleti blokk: 55.6 m × 27 m

Nyugati blokk: 25 m × 41.7 m
→ Teljes lábnyom ≈2,544 m²

Tipikus oszloprács:7,5 m (hosszirányú) × 6,0 m (keresztirányú)

Oszlopok száma:

Keleti blokk: (55,6/7,5 ≈ 8 öböl → 9 vonal) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 vonal) =45 oszlop

Nyugati blokk: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 sor) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 sor) =32 oszlop

Az átfedés levonása a csomópontnál (~5 megosztott oszlop) →Összes oszlop ≈ 72

Emeletek: 4 szint (tetővel együtt)

Merevített keretek: 2 db / blokk →Összesen 8 merevített öböl

Tető lejtése: 2%, ferde gerendákkal alátámasztva; nincs rácsos

 

 

Tekintettel a projekt közcélú lakóház jellegére, úgy döntöttünk, hogy a teljes szerkezeti rendszert megerősítjük, hogy egy robusztus épületet hozzunk létre, amelynek élettartama meghaladja a 100 évet. Ennek elérése érdekében a hagyományos oszlopokat dobozos-szelvényű acéloszlopokra cseréltük, és a helyszínen feltöltöttük-betonnal, ami jelentősen megnövelte az általános szerkezeti szilárdságot.

 

 

Szakasz:Doboz típusa 400x400x12x12mm(tömeg=146.2 kg/m)

Magasság oszloponként:

1. szint: 3,8 m

2–3. szint: egyenként 3,7 m

4. szint: 3,4 m
→ Teljes magasság =14.6 m

Teljes oszlophossz=72 × 14.6 =1,051 m

Oszlop tömege=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tonna

Megjegyzés: A földszinti oszlopok nehezebbek lehetnek; ez egy átlag.

 

 

Belső gerendák: WH500X290X10X16mm (tömeg=109.6 kg/m)

Fesztáv: 7,5 m

Szám/szint:

Keleti blokk: 5 keresztirányú vonal × 8 hosszanti öböl=40

Nyugati blokk: 8 keresztirányú vonal × 3 hosszanti öböl=24
→ 64 belső gerenda padlónként

Összesen 3 emelet + tetőkeret=4 × 64 =256 gerenda

Hossz=256 × 7.5 =1,920 m

Súly=1,920 × 109.6=210 432 kg

Él/Kerül gerendák: WH600X200X12X12mm (tömeg=92 kg/m)

Kerület hossza emeletenként ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – átfedés ≈290 m/emelet

Tételezzünk fel peremgerendákat 6 méterenként → ~48 peremgerendát padlónként

Összesen=4 × 48 =192 gerenda, átl. fesztáv=6.0 m

Hossz=192 × 6 =1,152 m

Súly=1,152 × 92=105 984 kg

Teljes gerenda tömeg = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tonna

 

 

Szakasz:HSS152×152×9,5(tömeg=42.5 kg/m)

Merevített nyílások: összesen 8 (4 K-Ny-on, 4 É-D-en)

Mindegyik mezőnek 2 átlója van emeletenként → 4 szint × 2 =8 átló merevített keretvonalonként

Összes átló=8 képkocka × 8 =64 fogszabályozó

Átl. átlós hossz (7,5 m × 3,7 m öbölhöz 45 fokos szögben):
(L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m)

Teljes zárójel hossza=64 × 8.4 =538 m

Merevítő súlya=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tonna

 

 

A fő tető szarufák egy-lejtős profilt követnek; használatW310×45(45 kg/m)

Távolság: 3,0 m oc (a szelemenek alátámasztásához)

Teljes tetőterület=2,544 m² → szarufák hossza ≈ épületszélesség (max. 41,7 m)

Szarufák száma ≈ 80 m / 3,0 ≈27 sor

Átl. szarufa hossza=35 m (a keleti/nyugati szélesség súlyozott átlaga)

A szarufa teljes hossza=27 × 35 =945 m

Szarufa súlya=945 × 45 =42.525 kg

Szelemenek: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), 1,5 m oc távolságra

A szelemen teljes hossza ≈ (2544 m² / 1,5 m távolság) × 1,0 m =1,696 m

Súly=1,696 × 5.5 =9.328 kg

Teljes tetőacél = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tonna

 

 

Normál gyakorlat:5%a teljes fő tag tömegéből

Fő tagok összesen=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tonna

Csatlakozások=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 tonna

 

 

Összetevő	Súly (tonna)
Oszlopok	153.7
Padló- és élgerendák	316.4
Merevítő (SCBF)	22.9
Tetőkeret (szarufák + szelemenek)	51.9
Csatlakozások (5%)	27.3
Összes becsült szerkezeti acél	572,2 tonna

 

 

Teljes alapterület =2,544 m²

Acél egységnyi területen=572.2 t / 2544 m² =225 kg/m²

Ez ésszerű egy 4-emeletes szeizmikus-acélszerkezetű, merevített keretekkel rendelkező acélépület esetén, magas szeizmikus régióban.

 

 

Optimalizálási lehetőség: Nagyobb öblök vagy csökkentett merevítések használata csökkentheti a tonnatartalmat, de a PNG szeizmikus követelményei korlátozzák a csökkentést.

Helyi gyártás: Fontolja meg a szakaszok szabványos elérhetőségét PNG-ben vagy Ausztráliában (az általános szakaszokat, például a W{0}}alakot és a HSS-t feltételezzük).

Korrózióvédelem: A part menti trópusi környezet miatt minden acél tüzihorganyzást vagy duplex festési rendszert kap.

Esetlegesség: Hozzáad5–10%tervfejlesztéshez, építészeti változtatásokhoz vagy részletezési hiányosságokhoz →Végső költségvetési becslés: ~615–700 tonna. Ha hozzáadunk néhány lépcsőt és felvonószerkezetet, összességében kb650-750 tonnaa döntőben.

Készítette: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Időpont: 2026. január 16
Alap: AISC 360-16, előzetes elrendezés, ASCE 7-16 szeizmikus feltételezések