Rakenteellinen teräsrunkosuunnittelu 4-kerroksiseen hotelliin Papua-Uudessa-Guineassa

 

Sijainti: Papua-Uusi-Guinea

Seisminen vyöhyke: Seisminen intensiteetti8 astetta(vastaa PGA:ta ≈ 0,3 g ASCE 7:n tai vastaavien paikallisten koodien perusteella)

Tuulikuorma: Tuulen perusnopeus =120 km/h (~33.3 m/s)

Lumikuorma: Ei mitään

Rakennuksen käyttö:

Taso 1: Parkkihalli (korkeus=3.8 m)

Tasot 2-4: Hotellihuoneet (kerroksessa---lattiakorkeus=3.7 m, 3,7 m ja 3,4 m)

Katon tyyppi: Yksi{0}}kalteva katto(oletettu kaltevuus=2 % salaojitusta varten)

Ulkoseinät: Ei--rakenteelliset ontot betonilohkot (paikallisesti rakennetut;ei kantava-)

Lattiajärjestelmä: Komposiittiteräskansi, jossa on valettu--betonipäällys(täsmennettävä)

 

 

Rakennuksen kokonaispituus: 80 m

Suunnitelman määritys:

East Wing: 55.6 m (L) × 27 m (W)

West Wing: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Huom: Suunnitelma onei--suorakulmainen, todennäköisesti L-muotoinen tai porrastettu. Rakenneanalyysiä varten rakennusta käsitellään kahtena yhdistettynä lohkona, joissa on mahdollinen paisuntaliitos tai jäykkä liitos seismisten yksityiskohtien mukaan.

Tyypilliset lahden koot: Oletetaan sarakeväliksi7,5 m pituussuunnassaja6,0 m poikittain(säädettävä arkkitehtonisen tulon mukaan).

 

 

Ensisijainen koodi: AISC 360-16 (teräsrakenteiden eritelmät)

Seisminen suunnittelu: ASCE 7-16 (tai vastaava – sovitettu PNG-seismisyyteen)

Tuulikuorma: ASCE 7-16, luku 27 (Suuntainen menettely)

Materiaalistandardit: ASTM A992 (palkit/pilarit), ASTM A36 (levyt, toissijaiset osat)

 

 

 

Komponentti	Kuorma (kN/m²)
Teräskansi + 125 mm betonilaatta (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Katto, MEP, viimeistely	0.5
Katto (metallikansi + eristys)	0.3
Ontto lohkoseinä (ei-rakenteellinen, mutta käytetään palkkien viivakuormituksena)	~3,0 kN/m(korkeusmetriä kohti)

 

 

Taso	LL (kN/m²)	Viite
Taso 1 (pysäköinti)	2.5	ASCE 7
Tasot 2–4 (hotelli)	1.9	ASCE 7 (asuin)
Katto	0.5	Huolto kuormitus

 

 

Tuulen perusnopeus:V = 33.3 m/s

Altistumisluokka:C(olettaen, että maasto on esikaupunki/kaupunki)

Puuskatekijä:G = 0.85

Painekerroin (Cp):

Seinä (tuuleen):+0.8

Seinä (avunpuoleinen):–0.5

Katto (yksi-kaltevuus):-0,9 - -0,3(vyöhykkeestä riippuen)

ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Olettaen (K_z=0.85) keskikorkeudella- (~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 ]

Suunniteltu tuulenpaine:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Max seinäpaine ≈0,33 kN/m²(tuuleen), imu ≈–0,21 kN/m²(suojanpuoleinen)

Huom: alhaisen nousun takia (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektrivaste: Oletetaan 8 asteen vyöhykkeelläS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konservatiivinen arvio ASCE 7:n paikallista mukautusta kohti)

Riskiluokka: II

R-kerroin (teräsmomenttikehys): R = 8(Special Moment Frame - SMF)

Tärkeystekijä: (I_e = 1.0)

Arvioitu peruskausi:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Kokonaiskorkeus (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m noin.)

Seisminen perusleikkaus:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} L=\\frac{1.0}{8} L=0.125 L ]
→ 12,5 % kokonaispainosta- merkittävää.

 

 

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

3 asutettua kerrosta + katto ≈ 4 tasoa

Keskim. DL + LL per kerros ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Kokonaispaino (L ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Perusleikkaus (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 kN

→ Seisminen hallitsee tuultasivusuuntaiseen suunnitteluun.

 

 

Lateral Force Resisting System (LFRS):

Erityiset samankeskisesti jäykistetyt kehykset (SCBF)taiSpecial Moment Frames (SMF)

Arkkitehtoninen joustavuus ja avoimen pysäköinnin tarve,SCBFsuositaan tehokkuuden ja sitkeyden vuoksi korkean{0}}seismisellä vyöhykkeellä.

Gravitaatiojärjestelmä:

Komposiittipalkit(W-muodot leikkausnastoilla + metallikansi + betonilaatta)

Sarakkeet: HSS- tai W{0}}-osuudet jatkuvat perustuksista kattoon

Piristävä: X-jäykistys molempiin suuntiin portaiden/hissien ytimillä ja kehällä mahdollisuuksien mukaan

Katto: Yksi{0}}kaltevuus, jota tukevat kaltevat kattopalkit tai kartiomaiset kehykset; orret päällä.

 

 

6.1 Lattiapalkit (tyypillinen sisustus)

Etäisyys: 7,5 m

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

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

Vaadittu leikkausmoduuli: (Z_x suurempi tai yhtä suuri kuin M / (0,9 F_y)=217 × 10⁶ / (0,9 × 345) ≈ 700 × 10³ mm³)

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

6.2 Reunapalkit (seinäkuormalla)

Seinän lisäkuorma: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Yhteensä w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Pylväät (sisustus, 4 kerrosta)

Sivujoen pinta-ala: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Aksiaalinen kuorma kerrosta kohti: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Yhteensä P ≈ 4 × 232 =928 kN

Lisää 20 % seismisistä aksiaalisista vaikutuksista →P_u ≈ 1 115 kN

Tehollinen pituus (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Kokeilu:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9 × 345 × 9290 ≈2 880 kN >>1 115 kN → OK)

Käytä taloudellisuutta varten W250×67 tai HSS203×203×9,5

6.4 Tukijäsenet (SCBF)

Oletetaan, että jäykistys on 2 riviä kohti

Seisminen kerrosleikkaus kenttää kohti ≈ 7 200 / (jäykistettyjen kehysten lukumäärä)

Oletetaan 4 jäykistettyä kehystä kumpaankin suuntaan → ~900 kN kehystä kohti

Diagonaalivoima: (F=V / sinθ); θ=45 aste → F ≈ 900 / 0,707 ≈1 270 kN

Pakollinen A_g suurempi tai yhtä suuri kuin 1 270 000 / (0,9 × 345) ≈4 090 mm²

Oikeudenkäynti: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK kireydelle/puristukselle hoikkatarkastuksella)

 

 

Metallinen kansi: Conform® 2.0 tai Bondek®(profiilin syvyys=60 mm)

Betonilaatta: 125 mm paksu, f'c=25 MPa

Leikkausnastat: Halkaisija 19 mm × korkeus 100 mm, välimatkan päässä300 mm ocpalkkeja pitkin

Yhdistelmätoiminta: Täysi vuorovaikutus oletetaan AISC 360:n luvun I mukaan

 

 

Maaperäraportti vaaditaan– oletetaan kohtuullinen kantavuus (150 kPa)

Sarakkeen reaktiot: Max ~1 200 kN → jalustan koko ≈ √(1 200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 meristetty jalusta

Seisminen ankkuri: Ankkuritangot, jotka on suunniteltu nostoon ja leikkaukseen ACI 318:n mukaan

 

 

Säde-pylvääseen-: Ruuvatut päätylevyt tai hitsatut momenttiliitokset (jos käytetään SMF:ää)

Kiinnitä-kiinnitys-: Whitmore-leikkausmenetelmä AISC Seismic Provisions -säännösten mukaisesti

Kannen tuki: Yksinkertainen laakeri palkin ylälaipassa

 

 

Tuote	Erittely
LFRS	Erityiset samankeskisesti jäykistetyt kehykset (SCBF)
Painovoimasäteet	W410×60 (sisä), L 460×74 (reuna)
Sarakkeet	W250×67 tai HSS203×203×9,5
Aaltosulkeet	HSS152×152×9,5
Lattian kansi	60 mm syvä komposiittimetallikansi + 125 mm betonia
Seisminen perusleikkaus	~7 200 kN (ohjaa suunnittelua)
Tuulenpaine	~0,33 kN/m² (ei--säätö)
Katon kaltevuus	2 % yksikaltevuus, kaltevien kattopalkkien tukema

 

 

Pyydä paikallinen geotekninen insinööri maaperäraporttia varten.

Yhteensovita arkkitehdin kanssa paikantaaksesi jäykistetyt kehykset estämättä pysäköintiä tai huoneita.

Käytä korroosionkestävää- maalijärjestelmää (C4-ympäristö ISO 12944:n mukaan – rannikkoalueiden PNG).

Järjestä liikenivelet, jos itä-/länsisiivet ovat merkittävästi siirtyneet.

Suorita yksityiskohtainen 3D-rakenneanalyysi ohjelmistoilla (esim. ETABS, SAP2000), mukaan lukien P-Δ-efektit.

 

 

 

Tämä teräksen vetoisuusarvio kattaa 4-kerroksisen hotellin painovoiman ja sivuttaiskuorman{0}}kestäviä järjestelmiä varten tarvittavat primaariset ja toissijaiset rakenneteräselementit, mukaan lukien:

Pilarit (perustasta kattoon)

Lattia- ja kattopalkit (komposiittirakenne)

Jäykistysosat (erityiset samankeskisesti jäykistetut kehykset – SCBF)

Katon kehystys (kalteva kattotuoli ja orret)

Liitännät (arviolta 5 % pääosan painosta)

Poissuljettu:

Metallikanne (jota pidetään ei--rakenteellisen verhouksen/laatan tukena)

Ankkuritangot, pohjalevyt (sisältyvät liitäntävaraan)

Portaat, kaiteet, sekalaista terästä

 

 

Rakennussuunnitelma koostuu kahdesta yhdistetystä lohkosta:

Itäinen lohko: 55.6 m × 27 m

Länsikortteli: 25 m × 41.7 m
→ Kokonaisjalanjälki ≈2,544 m²

Tyypillinen sarakeruudukko:7,5 m (pitkittäin) × 6,0 m (poikittais)

Sarakkeiden lukumäärä:

Itäkortteli: (55,6/7,5 ≈ 8 lahtea → 9 riviä) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 riviä) =45 saraketta

Länsikortteli: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 riviä) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 riviä) =32 saraketta

Vähennä päällekkäisyys risteyksessä (~5 jaettua saraketta) →Sarakkeita yhteensä ≈ 72

Kerrokset: 4 tasoa (katto mukaan lukien)

Jäykistetyt kehykset: 2 per suunta per lohko →Yhteensä 8 jäykistettyä paikkaa

Katon kaltevuus: 2%, kaltevien palkkien tukema; ei ristikoita

 

 

Ottaen huomioon hankkeen luonteen julkisena asuntona päätimme vahvistaa koko rakennejärjestelmää luodaksemme kestävän rakennuksen, jonka käyttöikä on yli 100 vuotta. Tämän saavuttamiseksi korvasimme perinteiset pylväät laatikko-teräspylväillä ja täytimme ne paikan päällä-betonilla, mikä paransi merkittävästi rakenteellista kokonaislujuutta.

 

 

Osio:Laatikon tyyppi 400x400x12x12mm(massa=146.2 kg/m)

Korkeus saraketta kohden:

Taso 1: 3,8 m

Tasot 2–3: kukin 3,7 m

Taso 4: 3,4 m
→ Kokonaiskorkeus =14.6 m

Sarakkeen kokonaispituus=72 × 14.6 =1,051 m

Pylvään paino=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 tonnia

Huomautus: Pohjakerroksen pylväät voivat olla raskaampia; tämä on keskiarvo.

 

 

Sisäpuoliset palkit: WH500X290X10X16mm (massa=109.6 kg/m)

Etäisyys: 7,5 m

Lukumäärä kerrosta kohti:

Itäkortteli: 5 poikittaista linjaa × 8 pitkittäistä poukamaa=40

Länsikortteli: 8 poikittaista linjaa × 3 pitkittäistä poukamaa=24
→ 64 sisäpalkkia per kerros

Yhteensä 3 kerrosta + kattokehys=4 × 64 =256 palkkia

Pituus=256 × 7.5 =1,920 m

Paino=1,920 × 109.6=210 432 kg

Reuna-/kehäpalkit: WH600X200X12X12mm (massa=92 kg/m)

Kehyksen pituus kerrosta kohti ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – limitys ≈290 m/kerros

Oletetaan reunapalkit 6 m välein → ~48 reunapalkkia kerrosta kohti

Yhteensä=4 × 48 =192 palkkia, keskim. jänneväli=6.0 m

Pituus=192 × 6 =1,152 m

Paino=1,152 × 92=105 984 kg

Palkin kokonaispaino = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 tonnia

 

 

Osio:HSS152×152×9,5(massa=42.5 kg/m)

Tukevat paikat: yhteensä 8 (4 E-W, 4 N-S)

Jokaisessa kentässä on 2 diagonaalia per tarina → 4 kerrosta × 2 =8 diagonaalia per jäykistetty kehysviiva

Diagonaalit yhteensä=8 kehystä × 8 =64 olkaimet

Keskim. diagonaalinen pituus (7,5 m × 3,7 m lahdelle 45 asteen kulmassa):
( P=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Aaltosulkeiden kokonaispituus=64 × 8.4 =538 m

Ahdin paino=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tonnia

 

 

Pääkaton kattopalkit noudattavat yhtä-kaltevuusprofiilia; käyttääW310×45(45 kg/m)

Etäisyys: 3,0 m oc (orreiden tukemiseksi)

Katon kokonaispinta-ala=2,544 m² → kattopalkin pituus ≈ rakennuksen leveys (max 41,7 m)

Koskien lukumäärä ≈ 80 m / 3,0 ≈27 riviä

Keskim. sarven pituus=35 m (idän/lännen leveyden painotettu keskiarvo)

Sarjan kokonaispituus=27 × 35 =945 m

Sarjan paino=945 × 45 =42525 kg

Purlinit: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), 1,5 m oc:n välein

Orren kokonaispituus ≈ (2 544 m² / 1,5 m etäisyys) × 1,0 m =1,696 m

Paino=1,696 × 5.5 =9,328 kg

Täydellinen kattoteräs = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 tonnia

 

 

Vakiokäytäntö:5%pääjäsenen kokonaispainosta

Pääjäsenet yhteensä=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tonnia

Liitännät=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 tonnia

 

 

Komponentti	Paino (tonnia)
Sarakkeet	153.7
Lattia- ja reunapalkit	316.4
Jäykistys (SCBF)	22.9
Katon kehystys (koskettimet + orret)	51.9
Liitännät (5 %)	27.3
Arvioitu rakenneteräs yhteensä	572,2 tonnia

 

 

Kokonaiskerrosala =2,544 m²

Teräs pinta-alayksikköä kohti=572.2 t / 2 544 m² =225 kg/m²

Tämä on järkevää 4-kerroksiselle seismisen-kestävälle teräsrakennukselle, jossa on jäykistetyt rungot korkean seismisellä alueella.

 

 

Optimointipotentiaali: Suurempien lahtien käyttö tai pienempi jäykistys voi pienentää vetoisuutta, mutta PNG:n seismiset vaatimukset rajoittavat vähennyksiä.

Paikallinen valmistus: Harkitse osioiden vakiosaatavuutta PNG- tai Australiassa (oletetaan, että osiot ovat yleisiä, kuten W{0}}-muodot ja HSS).

Korroosiosuojaus: Kaikki teräs kuumasinkitys- tai duplex-maalausjärjestelmälle trooppisen rannikkoympäristön vuoksi.

Satunnaisuus: Lisää5–10%suunnittelun kehittämiseen, arkkitehtonisiin muutoksiin tai yksityiskohtien tehottomuuteen →Lopullinen budjettiarvio: ~615–700 tonnia. Jos lisäät portaita ja hissien rakennetta, kokonaisuus on noin650-750 tonniafinaalissa.

Valmistaja: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Päivämäärä: 16. tammikuuta 2026
Perus: AISC 360-16, alustava layout, ASCE 7-16 seismiset oletukset