طراحی اسکلت فلزی برای یک هتل 4 طبقه در پاپوآ گینه نو

 

مکان: پاپوآ گینه نو

منطقه لرزه نگاری: شدت لرزه ای از8 درجه(معادل PGA ≈ 0.3g بر اساس ASCE 7 یا کدهای محلی مشابه)

بار باد: سرعت پایه باد =120 کیلومتر در ساعت (~33.3 m/s)

بار برف: هیچ کدام

کاربری ساختمان:

سطح 1: پارکینگ (ارتفاع=3.8 متر)

سطوح 2-4: اتاق‌های مهمان هتل (به ترتیب-تا-ارتفاع طبقات=3.7 متر، 3.7 متر و 3.4 متر)

نوع سقف: سقف تک شیب-(شیب فرضی=2% برای زهکشی)

دیوارهای خارجی: بلوک‌های بتنی توخالی غیرسازه‌ای-(ساخته شده در محل.بلبرینگ-بار نیست)

سیستم کف: عرشه فولادی کامپوزیت با روکش بتنی-درجا-(مشخص می شود)

 

 

طول کل ساختمان: 80 m

پیکربندی پلان:

بال شرقی: 55.6 m (L) × 27 m (W)

بال غربی: 25 m (L) × 41.7 m (W)

توجه داشته باشید: طرح این استغیر مستطیلی-، احتمالاً L-شکل یا پلکانی است. برای تجزیه و تحلیل سازه، ساختمان به عنوان دو بلوک متصل با اتصالات انبساط احتمالی یا اتصال صلب بسته به جزئیات لرزه ای در نظر گرفته می شود.

اندازه های معمولی خلیج: فاصله ستون ها را فرض کنید7.5 متر طولیو6.0 متر عرضی(قابل تنظیم در هر ورودی معماری).

 

 

کد اولیه: AISC 360-16 (مشخصات برای سازه های فولادی)

طراحی لرزه ای: ASCE 7-16 (یا معادل آن - سازگار برای لرزه خیزی PNG)

بار باد: ASCE 7-16, Chapter 27 (رویه جهت دار)

استانداردهای مواد: ASTM A992 (تیر/ستون)، ASTM A36 (صفحات، اعضای ثانویه)

 

 

 

جزء	بار (kN/m²)
عرشه فولادی + 125 میلی‌متر دال بتنی (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
سقف، MEP، پایان	0.5
سقف (متال عرشه + عایق)	0.3
دیوار بلوک توخالی (ساختاری نیست، اما به عنوان بار خطی روی تیرها اعمال می شود)	~3.0 کیلونیوتن بر متر(به ازای هر متر ارتفاع)

 

 

سطح	LL (kN/m²)	مرجع
سطح 1 (پارکینگ)	2.5	ASCE 7
سطوح 2-4 (هتل)	1.9	ASCE 7 (مسکونی)
سقف	0.5	بار تعمیر و نگهداری

 

 

سرعت اولیه باد:V = 33.3 m/s

دسته نوردهی:C(با فرض برون شهری/زمین شهری)

عامل ضربه:G = 0.85

ضریب فشار (Cp):

دیوار (به سمت باد):+0.8

دیوار (سرفراز):–0.5

سقف (یک شیب-):-0.9 تا -0.3(بسته به منطقه)

با استفاده از معادله ASCE 7. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
با فرض (K_z=0.85) در ارتفاع متوسط- (~7 متر)، (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 ]

فشار باد طراحی:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
حداکثر فشار دیوار ≈0.33 کیلونیوتن بر متر مربع(به سمت باد)، مکش ≈-0.21 kN/m²(سرفراز)

توجه داشته باشید: به دلیل افزایش کم (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

پاسخ طیفی: برای منطقه 8 درجه، فرض کنیدS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(برآورد محافظه کارانه در هر انطباق محلی ASCE 7)

دسته ریسک: II

ضریب R- (قاب لحظه ای فولادی): R = 8(برای قاب لحظه خاص - SMF)

فاکتور اهمیت: (I_e = 1.0)

دوره بنیادی تقریبی:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(قد کل (h_n=3.8 + 3×3.7 - 0.3=14.6) متر تقریباً.)

برش پایه لرزه ای:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12.5 درصد وزن کل- قابل توجه است.

 

 

مساحت طبقه ≈ (55.6×27) + (25×41.7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 طبقه اشغال شده + سقف ≈ 4 سطح

میانگین DL + LL در هر طبقه ≈ (3.75 + 1.9) ≈5.65 کیلونیوتن بر متر مربع

وزن کل (W ≈ 2544 × 5.65 × 4 ≈57500 کیلونیوتن

برش پایه (V ≈ 0.125 × 57500 ≈7200 کیلونیوتن

→ لرزه بر باد حاکم استبرای طراحی جانبی

 

 

سیستم مقاومت جانبی نیروی جانبی (LFRS):

قاب های ویژه هم مرکز مهاربندی شده (SCBF)یاقاب های لحظه ای ویژه (SMF)

با توجه به انعطاف‌پذیری معماری و نیاز به پارکینگ روباز،SCBFبرای کارایی و شکل پذیری در مناطق لرزه خیز-.

سیستم گرانش:

تیرهای مرکب(شکل های W- با ناودانی برشی + عرشه فلزی + دال بتنی)

ستون ها: مقاطع HSS یا W-از پی تا پشت بام پیوسته هستند

مهاربندی: X-در هر دو جهت در هسته پلکان/آسانسور و محیط اطراف آن در صورت امکان

سقف: یک شیب-که توسط تیرهای سقف شیبدار یا قاب های مخروطی پشتیبانی می شود. پرلین ها در بالا

 

 

6.1 تیرهای کف (داخلی معمولی)

دهانه: 7.5 متر

بار: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

حداکثر لحظه: (M=wL^2/8=30.9 × 7.5^2 / 8 ≈ 217 kN·m)

مدول بخش مورد نیاز: (Z_x بزرگتر یا مساوی M / (0.9 F_y)=217×106 / (0.9×345) ≈ 700×10³ mm³)

بخش آزمایشی: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³، خوب)

6.2 تیرهای لبه (با بار دیوار)

بار اضافی دیوار: 3.0 کیلونیوتن بر متر × 3.7 متر =11.1 کیلونیوتن بر متر

مجموع w ≈ 30.9 + 11.1 =42.0 کیلونیوتن بر متر

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 ستون (داخلی، 4 طبقه)

مساحت شاخه: 7.5 متر × 6.0 متر=45 متر مربع

بار محوری در هر طبقه: ({0}}) × 45=232 کیلونیوتن

کل P ≈ 4 × 232 =928 کیلونیوتن

برای اثرات محوری لرزه ای → 20% اضافه کنیدP_u ≈ 1115 کیلونیوتن

طول موثر (KL ≈ 0.8 × 3700=2,960 mm)

آزمایشی:W250×73(A=9،290 mm²، r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0.9×345×9290 ≈2880 کیلونیوتن >>1,115 کیلونیوتن → خوب)

از W250×67 یا HSS203×203×9.5 برای صرفه جویی استفاده کنید

6.4 اعضای مهاربندی (SCBF)

مهاربندی را در 2 جایگاه در هر جهت فرض کنید

برش طبقه لرزه ای در هر خلیج ≈ 7200 / (تعداد قاب مهاربندی شده)

4 قاب مهاربندی شده در هر جهت → ~ 900 کیلو نیوتن در هر قاب را فرض کنید

نیروی مورب: (F=V / sinθ); θ=45 درجه → F ≈ 900 / 0.707 ≈1270 کیلونیوتن

A_g مورد نیاز بیشتر یا مساوی 1,270,000 / (0.9×345) ≈4090 میلی متر مربع

محاکمه: HSS152×152×9.5(یک=5، 200 میلی‌متر مربع، برای کشش/فشردگی با بررسی باریکی مناسب است)

 

 

عرشه فلزی: Conform® 2.0 یا Bondek®(عمق نمایه=60 میلی متر)

دال بتنی: ضخامت 125 میلی متر، f'c=25 مگاپاسکال

ناودانی برشی: 19 میلی متر قطر × 100 میلی متر ارتفاع، با فاصله در300 میلی متر ocدر امتداد تیرها

اکشن ترکیبی: تعامل کامل در فصل اول AISC 360 فرض شده است

 

 

گزارش خاک مورد نیاز است- ظرفیت باربری متوسط ​​(150 کیلو پاسکال) را در نظر بگیرید

واکنش های ستونی: حداکثر ~ 1200 کیلو نیوتن → اندازه پایه ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mپایه ایزوله

لنگر لرزه ای: میله های لنگر برای بالا بردن و برش بر اساس ACI 318 طراحی شده اند

 

 

پرتو-به-ستون: صفحات انتهایی پیچ شده یا اتصالات لنگر جوشی (در صورت استفاده از SMF)

برانید-به-گوست: روش مقطع Whitmore بر اساس مقررات لرزه ای AISC

پشتیبانی از عرشه: یاتاقان ساده روی فلنج بالای تیر

 

 

مورد	مشخصات
LFRS	قاب های ویژه هم مرکز مهاربندی شده (SCBF)
پرتوهای جاذبه	W410×60 (داخلی)، W460×74 (لبه)
ستون ها	W250×67 یا HSS203×203×9.5
بریس ها	HSS152×152×9.5
عرشه طبقه	عرشه فلزی مرکب با عمق 60 میلی متر + 125 میلی متر بتن
برش پایه لرزه ای	~7200 کیلونیوتن (طراحی را کنترل می کند)
فشار باد	~0.33 kN/m² (غیر-حاکم‌کننده)
شیب سقف	2% شیب تکی، که توسط تیرهای شیبدار پشتیبانی می شود

 

 

مهندس ژئوتکنیک محلی را برای گزارش خاک درگیر کنید.

با معمار هماهنگ کنید تا قاب های مهاربندی شده را بدون ایجاد مانع در پارکینگ یا اتاق ها تعیین کنید.

از سیستم رنگ مقاوم در برابر خوردگی{0} استفاده کنید (محیط C4 در ISO 12944 - PNG ساحلی).

در صورتی که بال های شرقی/غربی به طور قابل توجهی جابجا شده اند، اتصالات حرکتی را فراهم کنید.

با استفاده از نرم افزار (به عنوان مثال، ETABS، SAP2000) از جمله جلوه های P{4}}، تجزیه و تحلیل ساختاری سه بعدی دقیق را انجام دهید.

 

 

 

این تخمین تناژ فولاد، عناصر اولیه و ثانویه سازه فولادی مورد نیاز برای سیستم‌های مقاوم در برابر گرانش و بار جانبی هتل 4 طبقه را پوشش می‌دهد، از جمله:

ستون ها (از پی تا سقف)

تیرهای کف و سقف (طراحی کامپوزیت)

اعضای مهاربندی (قاب‌های مهاربندی شده متحدالمرکز ویژه - SCBF)

قاب بندی سقف (خراب های شیب دار و پرلین)

اتصالات (تخمین زده شده به عنوان 5٪ وزن عضو اصلی)

مستثنی شده:

عرشه فلزی (در نظر گرفته شده غیر{0}}روکش/ساختار پشتیبانی از دال)

میله های لنگر، صفحات پایه (شامل کمک هزینه اتصال)

پله، نرده، فولاد متفرقه

 

 

پلان ساختمان از دو بلوک متصل تشکیل شده است:

بلوک شرق: 55.6 m × 27 m

بلوک غرب: 25 m × 41.7 m
≈ رد کل ≈2,544 m²

شبکه ستون معمولی:7.5 متر (طولی) × 6.0 متر (عرضی)

تعداد ستون ها:

بلوک شرقی: (55.6/7.5 ≈ 8 خلیج → 9 خط) × (27/6 ≈ 4.5 → 5 خط) =45 ستون

بلوک غربی: (25/7.5 ≈ 3.3 → 4 lines) × (41.7/6 ≈ 7 → 8 lines) =32 ستون

کسر همپوشانی در محل اتصال (~5 ستون مشترک) →کل ستون ها ≈ 72

طبقات: 4 سطح (شامل سقف)

قاب های مهاربندی شده: 2 در هر جهت در هر بلوک →8 عدد دهانه مهاربندی شده

شیب سقف: 2٪، توسط تیرهای شیبدار پشتیبانی می شود. بدون خرپا

 

 

با توجه به ماهیت پروژه به عنوان مسکن مسکونی عمومی، ما تصمیم گرفتیم کل سیستم ساختاری را تقویت کنیم تا ساختمانی مقاوم با عمر مفید بیش از 100 سال ایجاد کنیم. برای دستیابی به این هدف، ستون‌های معمولی را با ستون‌های فولادی با بخش-جایگزین کردیم و آنها را در سایت با بتن پر کردیم، که به طور قابل توجهی مقاومت کلی سازه را افزایش داد.

 

 

بخش:نوع جعبه 400X400x12x12mm(جرم=146.2 کیلوگرم در متر)

ارتفاع هر ستون:

سطح 1: 3.8 متر

سطوح 2-3: هر کدام 3.7 متر

سطح 4: 3.4 متر
→ ارتفاع کل =14.6 m

طول کل ستون=72 × 14.6 =1,051 m

وزن ستون=1،051 متر × 146.2 کیلوگرم بر متر =153656 کیلوگرم ≈ 153.7 تن

توجه: ستون های طبقه همکف ممکن است سنگین تر باشند. این یک میانگین است

 

 

تیرهای داخلی: WH500X290X10X16mm (جرم=109.6 کیلوگرم بر متر)

دهانه: 7.5 متر

تعداد در هر طبقه:

بلوک شرقی: 5 خط عرضی × 8 خلیج طولی=40

بلوک غربی: 8 خط عرضی × 3 خلیج طولی=24
→ 64 تیر داخلی در هر طبقه

مجموع برای 3 طبقه + قاب سقف=4 × 64 =256 پرتو

طول=256 × 7.5 =1,920 m

وزن=1,920 × 109.6=210432 کیلوگرم

تیرهای لبه / محیطی: WH600X200X12X12mm (جرم=92 کیلوگرم بر متر)

طول محیط در هر طبقه ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) - همپوشانی ≈290 متر در طبقه

فرض کنید تیرهای لبه هر 6 متر → ~ 48 تیر لبه در هر طبقه

مجموع=4 × 48 =192 پرتو، میانگین دهانه=6.0 متر

طول=192 × 6 =1,152 m

وزن=1،152 × 92=105984 کیلوگرم

وزن کل پرتو = 210,432 + 105,984 = 316416 کیلوگرم ≈ 316.4 تن

 

 

بخش:HSS152×152×9.5(جرم=42.5 کیلوگرم در متر)

حفره های مهاربندی شده: 8 در مجموع (4 در شرق- غرب، 4 در شمال-)

هر خلیج دارای 2 مورب در هر طبقه → 4 طبقه × 2 =8 قطر در هر خط قاب مهاربندی شده

مجموع قطرها=8 فریم × 8 =64 بریس

میانگین طول مورب (برای خلیج 7.5 × 3.7 متر در 45 درجه):
( L=\\sqrt{7.5^2 + 3.7^2} ≈ 8.4 متر)

طول کل پرانتز=64 × 8.4 =538 m

وزن مهاربند=538 × 42.5 =22،{1}} کیلوگرم ≈ 22.9 تن

 

 

تیرهای سقف اصلی از نمایه یک شیب- پیروی می کنند. استفاده کنیدW310×45(45 کیلوگرم بر متر)

فاصله: 3.0 متر سانتی‌گراد (برای حمایت از پرلین)

مساحت کل سقف=2،544 متر مربع → طول تیر ≈ عرض ساختمان (حداکثر 41.7 متر)

تعداد تیرها ≈ 80 متر / 3.0 ≈27 خط

میانگین طول تیرک=35 متر (میانگین وزنی عرض شرقی/غربی)

طول کل تیرک=27 × 35 =945 m

وزن رافت=945 × 45 =42525 کیلوگرم

برلین: C200×20×2.5 (5.5 کیلوگرم بر متر)، با فاصله 1.5 متر بر ثانیه

طول کل پرلین ≈ (2544 متر مربع / فاصله 1.5 متر) × 1.0 متر =1,696 m

وزن=1،696 × 5.5 =9,328 کیلوگرم

فولاد سقف کل = 42,525 + 9,328 = 51853 کیلوگرم ≈ 51.9 تن

 

 

تمرین استاندارد:5%وزن کل اعضای اصلی

مجموع اعضای اصلی=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533.9 تن

اتصالات=0.05 × 533،900 =27245 کیلوگرم ≈ 27.3 تن

 

 

جزء	وزن (تن)
ستون ها	153.7
تیرهای کف و لبه	316.4
مهاربندی (SCBF)	22.9
قاب بندی سقف (رافت + بریل)	51.9
اتصالات (5%)	27.3
کل فولاد سازه ای برآورد شده	572.2 تن

 

 

مساحت کل طبقه =2,544 m²

فولاد در واحد سطح=572.2 تن / 2544 متر مربع =225 کیلوگرم بر متر مربع

این برای یک ساختمان فولادی مقاوم در برابر لرزه 4 طبقه- با قاب های مهاربندی شده در یک منطقه با لرزه بالا منطقی است.

 

 

پتانسیل بهینه سازی: استفاده از محفظه های بزرگتر یا مهاربندهای کاهش یافته می تواند تناژ را کاهش دهد، اما نیازهای لرزه ای در کاهش PNG محدود می شود.

ساخت محلی: در دسترس بودن بخش استاندارد را در PNG یا استرالیا در نظر بگیرید (بخش‌های رایج مانند W{0}}شکل‌ها و HSS فرض می‌شوند).

حفاظت در برابر خوردگی: تمام فولادها برای دریافت-سیستم رنگ گالوانیزه گرم یا دوبلکس به دلیل محیط استوایی ساحلی.

احتمالی: اضافه کردن5–10%برای توسعه طراحی، تغییرات معماری، یا جزئیات ناکارآمدی →برآورد بودجه نهایی: ~615-700 تن. اگر مقداری پله و سازه برای آسانسور اضافه کنید، به طور کلی در اطراف خواهد بود650 تا 750 تندر فینال

تهیه شده توسط: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
تاریخ: 16 ژانویه 2026
اساس: AISC 360-16، طرح اولیه، فرضیات لرزه ای ASCE 7-16