Проект стального каркаса для 4-этажного отеля в Папуа-Новой Гвинее

 

Расположение: Папуа-Новая Гвинея

Сейсмическая зона: Сейсмическая интенсивность8 градусов(эквивалент PGA ≈ 0,3 г на основе ASCE 7 или аналогичных местных норм)

Ветровая нагрузка: Базовая скорость ветра =120 км/ч (~33.3 m/s)

Снежная нагрузка: Никто

Использование здания:

Уровень 1: Гараж (высота=3.8 м)

Уровни 2–4: гостиничные номера (высота от-до-этажа=3.7 м, 3,7 м и 3,4 м соответственно.

Тип крыши: Односкатная-крыша(предполагаемый уклон=2 % для дренажа)

Наружные стены: Не-конструкционные пустотелые бетонные блоки (местного строительства;не несущий-подшипник)

Система пола: Композитный стальной настил с монолитным-моно-бетонным покрытием(уточняется)

 

 

Общая длина здания: 80 m

Конфигурация плана:

Восточное крыло: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Западное крыло: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Примечание: План такойне-прямоугольный, вероятно, L-образный или ступенчатый. При структурном расчете здание рассматривается как два соединенных блока с возможным деформационным швом или жестким соединением в зависимости от сейсмической детализации.

Типичные размеры отсеков: Предположим, интервал между столбцами7,5 м в продольном направлениии6,0 м в поперечном направлении(регулируется в зависимости от архитектурного входа).

 

 

Первичный код: AISC 360-16 (Спецификация для зданий из стальных конструкций)

Сейсмический Проект: ASCE 7-16 (или эквивалент – адаптированный для сейсмичности PNG)

Ветровая нагрузка: ASCE 7-16, Глава 27 (Процедура направления)

Стандарты материалов: ASTM A992 (балки/колонны), ASTM A36 (плиты, второстепенные элементы)

 

 

 

Компонент	Нагрузка (кН/м²)
Стальной настил + 125 мм Бетонная плита (ρ=24 кН/м³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Потолок, MEP, Отделка	0.5
Кровля (металлочерепица + утеплитель)	0.3
Стена из пустотелых блоков (не-несущая, но применяемая в качестве линейной нагрузки на балки)	~3,0 кН/м(на метр высоты)

 

 

Уровень	LL (кН/м²)	Ссылка
Уровень 1 (Парковка)	2.5	АСКЭ 7
Уровни 2–4 (Отель)	1.9	ASCE 7 (жилой)
Крыша	0.5	Техническая нагрузка

 

 

Базовая скорость ветра:V = 33.3 m/s

Категория воздействия:C(при условии пригородной/городской местности)

Фактор порыва:G = 0.85

Коэффициент давления (Cp):

Стена (наветренная):+0.8

Стена (подветренная):–0.5

Крыша (односкатная-):от –0,9 до –0,3(в зависимости от зоны)

Используя уравнение ASCE 7. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Предполагая (K_z=0.85) на средней- высоте (~7 м), (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 Па ≈ 0,49 кН/м² ]

Расчетное давление ветра:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Макс. давление на стену ≈0,33 кН/м²(наветренная), всасывание ≈–0,21 кН/м²(подветренная сторона)

Примечание: Из-за низкого роста (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Спектральный отклик: Предположим, что для зоны 8 градусовС_ДС=1.0, S_D1 = 0.6(консервативная оценка для местной адаптации ASCE 7)

Категория риска: II

R-коэффициент (стальная моментная рама): R = 8(для кадра специального момента – SMF)

Фактор важности: (I_e = 1.0)

Приблизительный фундаментальный период:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Общая высота (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) м прибл.)

Сейсмический базовый сдвиг:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% от общего веса- значимо.

 

 

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

3 занятых этажа + крыша ≈ 4 уровня

Среднее DL + LL за этаж ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 кН/м²

Общий вес (Вт ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 кН

Базовый сдвиг (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7200 кН

→ Сейсмика управляет ветромдля бокового дизайна.

 

 

Система сопротивления боковой силе (LFRS):

Специальные рамы с концентрическими связями (SCBF)илиРамки специального момента (SMF)

Учитывая архитектурную гибкость и необходимость открытой парковки,СКБФпредпочтителен из-за эффективности и пластичности в зонах повышенной-сейсмичности.

Гравитационная система:

Композитные балки(W-профили со срезными шпильками + металлический настил + бетонная плита)

Столбцы: секции HSS или W-непрерывны от фундамента до крыши.

Распорка: X-распорки в обоих направлениях на сердцевине лестницы/лифта и по периметру, где это возможно.

Крыша: одинарный-скат, поддерживаемый наклонными балками крыши или коническими рамами; прогоны сверху.

 

 

6.1 Балки перекрытия (типовой интерьер)

Пролет: 7,5 м

Нагрузка: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 кН/м)

Максимальный момент: (M=wL^2/8=30.9 × 7,5^2 / 8 ≈ 217 кН·м)

Требуемый момент сопротивления сечения: (Z_x Больше или равно M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ мм³)

Пробная секция: W410×60(Zₓ=773×10³ мм³, ОК)

6.2 Краевые балки (с нагрузкой на стену)

Дополнительная нагрузка на стену: 3,0 кН/м × 3,7 м =11,1 кН/м

Всего w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 кН/м

М ≈ 295 кН·м →W460×74(Zₓ=942×10³ мм³)

6.3 Колонны (Интерьер, 4 этажа)

Площадь притока: 7,5 м × 6,0 м=45 м²

Осевая нагрузка на этаж: (3.25 + 1.9) × 45=232 кН

Всего P ≈ 4 × 232 =928 кН

Добавьте 20% на сейсмические осевые воздействия →P_u ≈ 1115 кН

Эффективная длина (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 мм)

Пробный:W250×73(A=9,290 мм², r=119 мм → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2880 кН >>1115 кН → ОК)

Используйте W250×67 или HSS203×203×9,5 для экономии.

6.4 Распорки (SCBF)

Предположим, что раскосы имеют по 2 пролета в каждом направлении.

Сдвиг сейсмического этажа на пролет ≈ 7200 / (количество раскосов)

Предположим 4 скрепленных рамы в каждом направлении → ~900 кН на рамку.

Диагональная сила: (F=В/sinθ); θ=45 градус → F ≈ 900/0,707 ≈1270 кН

Требуется A_g Больше или равно 1 270 000 / (0,9×345) ≈4090 мм²

Пробный: HSS152×152×9,5(A=5, 200 мм², подходит для растяжения/сжатия с проверкой гибкости)

 

 

Металлическая палуба: Conform® 2.0 или Bondek®(глубина профиля=60 мм)

Бетонная плита: толщина 125 мм, f'c=25 МПа

Срезные шпильки: Диаметр 19 мм × высота 100 мм, с интервалом300 мм ок.вдоль балок

Составное действие: Предполагается полное взаимодействие согласно AISC 360, Глава I.

 

 

Требуется отчет о почве– предполагать умеренную несущую способность (150 кПа)

Реакции колонки: Макс ~1200 кН → размер опоры ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mизолированный фундамент

Сейсмический Анкоридж: Анкерные стержни рассчитаны на подъем и сдвиг согласно ACI 318.

 

 

Балка-к-колонне: Торцевые пластины на болтах или сварные соединения (при использовании SMF).

Распорка-к-косынке: Метод разреза Уитмора в соответствии с положениями AISC по сейсморазведке.

Поддержка колоды: Простая опора на верхнем фланце балки.

 

 

Элемент	Спецификация
ОРС	Специальные рамы с концентрическими связями (SCBF)
Гравитационные лучи	Ш410×60 (внутри), Ш460×74 (край)
Столбцы	Ш250×67 или HSS203×203×9,5
Брекеты	HSS152×152×9,5
Напольная палуба	Композитный металлический настил глубиной 60 мм + 125 мм бетон
Сейсмический базовый сдвиг	~7200 кН (регулируется конструкция)
Давление ветра	~0,33 кН/м² (не-неопределяющий)
Наклон крыши	2% односкатный, поддерживается наклонными стропилами

 

 

Привлеките местного инженера-геолога для составления отчета о почве.

Координируйте свои действия с архитектором, чтобы найти раскосы, не мешая парковке или комнатам.

Используйте коррозионно--стойкую систему окраски (среда C4 по ISO 12944 – прибрежные районы PNG).

Обеспечьте деформационные швы, если восточное/западное крылья значительно смещены.

Выполните подробный трехмерный структурный анализ с помощью программного обеспечения (например, ETABS, SAP2000), включая эффекты P-Δ.

 

 

 

Эта оценка тоннажа стали охватывает первичные и вторичные стальные элементы конструкции, необходимые для систем, противодействующих гравитации и боковым нагрузкам-4-этажного отеля, включая:

Колонны (от фундамента до крыши)

Балки перекрытия и крыши (композитная конструкция)

Распорки (специальные рамы с концентрическими связями – SCBF)

Каркас крыши (наклонные стропила и прогоны)

Соединения (оценивается как 5% от веса основного элемента)

Исключено:

Металлический настил (считается не-несущей облицовкой/опорой плиты)

Анкерные стержни, опорные плиты (входят в припуск на соединение)

Лестницы, перила, разная сталь

 

 

План здания состоит из двух связанных между собой блоков:

Восточный блок: 55.6 m × 27 m

Западный блок: 25 m × 41.7 m
→ Общая площадь ≈2,544 m²

Типичная сетка столбцов:7,5 м (продольный) × 6,0 м (поперечный)

Количество столбцов:

Восточный блок: (55,6/7,5 ≈ 8 отсеков → 9 линий) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 линий) =45 столбцов

Западный блок: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 строки) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 строк) =32 столбца

Убрать перекрытие на стыке (~5 общих столбцов) →Всего столбцов ≈ 72

Этажей: 4 уровня (включая крышу)

Скрепленные рамы: по 2 в каждом направлении на блок →Всего 8 скрепленных отсеков

Уклон крыши: 2%, поддерживается наклонными балками; никаких ферм

 

 

Учитывая характер проекта как государственного жилого дома, мы решили усилить всю конструктивную систему, чтобы создать прочное здание со сроком службы более 100 лет. Для достижения этой цели мы заменили обычные колонны стальными колоннами коробчатого-секции и залили их на-бетоне, что значительно повысило общую прочность конструкции.

 

 

Раздел:Тип коробки 400х400х12х12мм(масса=146.2 кг/м)

Высота на столбец:

Уровень 1: 3,8 м

Уровни 2–3: по 3,7 м каждый.

Уровень 4: 3,4 м
→ Общая высота =14.6 m

Общая длина столбца=72 × 14.6 =1,051 m

Вес колонны=1,051 м × 146,2 кг/м =153 656 кг ≈ 153,7 тонны

Примечание. Колонны первого этажа могут быть тяжелее; это средний показатель.

 

 

Внутренние балки: WH500X290X10X16мм (масса=109.6 кг/м)

Пролет: 7,5 м

Количество на этаже:

Восточный блок: 5 поперечных линий × 8 продольных пролетов=40

Западный блок: 8 поперечных линий × 3 продольных пролета=24
→ 64 внутренних балки на этаж

Итого для 3 этажей + каркас крыши=4 × 64 =256 лучей

Длина=256 × 7.5 =1,920 m

Вес=1,920 × 109.6=210 432 кг

Краевые/периметральные балки: WH600X200X12X12мм (масса=92 кг/м)

Длина периметра этажа ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – перекрытие ≈290 м/этаж

Предположим, краевые балки каждые 6 м → ~ 48 краевых балок на этаж.

Всего=4 × 48 =192 луча, ср. пролет=6.0 м

Длина=192 × 6 =1,152 m

Вес=1,152 × 92=105 984 кг

Общий вес балки = 210,432 + 105,984 = 316 416 кг ≈ 316,4 тонны

 

 

Раздел:HSS152×152×9,5(масса=42.5 кг/м)

Раскосные отсеки: всего 8 (4 на востоке-западе, 4 на севере-юга)

Каждый отсек имеет 2 диагонали на этаж → 4 этажа × 2 =8 диагоналей на линию каркаса

Всего диагоналей=8 кадров × 8 =64 брекеты

Среднее длина по диагонали (для пролета 7,5 м × 3,7 м под углом 45 градусов):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 м )

Общая длина скобки=64 × 8.4 =538 m

Вес распорки=538 × 42.5 =22,865 кг ≈ 22,9 тонны

 

 

Стропила основной крыши имеют односкатный-профиль; использоватьW310×45(45 кг/м)

Расстояние: 3,0 м (для поддержки прогонов)

Общая площадь крыши=2,544 м² → длина стропил ≈ ширина здания (максимум 41,7 м)

Количество стропил ≈ 80 м/3,0 ≈27 строк

Среднее длина стропила=35 м (среднее взвешенное значение ширины восток/запад)

Общая длина стропил=27 × 35 =945 m

Вес стропила=945 × 45 =42 525 кг

прогоны: C200×20×2,5 (5,5 кг/м), расстояние между ними 1,5 м

Общая длина прогона ≈ (2544 м² / шаг 1,5 м) × 1,0 м =1,696 m

Вес=1,696 × 5.5 =9328 кг

Общая стальная крыша = 42,525 + 9,328 = 51 853 кг ≈ 51,9 тонны

 

 

Стандартная практика:5%общего веса основного члена

Всего основных участников=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 тонны

Соединения=0.05 × 533,900 =27 245 кг ≈ 27,3 тонны

 

 

Компонент	Вес (тонны)
Столбцы	153.7
Половые и краевые балки	316.4
Распорка (SCBF)	22.9
Каркас крыши (стропила + прогоны)	51.9
Связи (5%)	27.3
Общая оценка конструкционной стали	572,2 тонны

 

 

Общая площадь =2,544 m²

Сталь на единицу площади=572.2 т/2 544 м² =225 кг/м²

Это приемлемо для 4-сейсмостойкого-стального здания с раскосными каркасами в высокосейсмическом регионе.

 

 

Потенциал оптимизации: Использование более крупных пролетов или уменьшенных распорок может снизить тоннаж, но сейсмические требования в PNG ограничивают сокращение.

Местное производство: рассмотрите возможность наличия стандартных разделов в формате PNG или Австралии (предполагаются общие разделы, такие как W-формы и HSS).

Защита от коррозии: Вся сталь подлежит горячему-оцинкованию или двухслойной окраске в связи с прибрежными тропическими условиями.

Непредвиденные обстоятельства: Добавлять5–10%для разработки дизайна, архитектурных изменений или детализации неэффективности →Окончательная смета бюджета: ~615–700 тонн.. Если добавить лестницу и конструкцию для лифтов, в целом будет примерно650~750 тоннв финале.

Подготовлено: Ханчжоу Xixi Building Co., LTD.
Дата: 16 января 2026 г.
Основа: AISC 360-16, предварительная планировка, сейсмические предположения ASCE 7-16.