Dizajn čeličnog konstrukcijskog okvira za hotel sa 4 sprata u Papui Novoj Gvineji

 

Lokacija: Papua Nova Gvineja

Seizmička zona: Seizmički intenzitet od8 stepeni(ekvivalentno PGA ≈ 0,3g na osnovu ASCE 7 ili sličnih lokalnih kodova)

Opterećenje vjetrom: osnovna brzina vjetra =120 km/h (~33.3 m/s)

Opterećenje snijegom: Nema

Upotreba zgrade:

Nivo 1: Parking garaža (visina=3.8 m)

Nivoi 2–4: Hotelske sobe za goste (od-do-visine poda=3.7 m, 3,7 m, odnosno 3,4 m)

Roof Type: Krov sa jednim nagibom(pretpostavljeni nagib=2% za odvodnju)

Vanjski zidovi: Ne-nestrukturalni šuplji betonski blokovi (lokalno izgrađeni;nema{0}}nosivost)

Podni sistem: Kompozitna čelična paluba sa livenim-u-betonskim prelivom(treba precizirati)

 

 

Ukupna dužina zgrade: 80 m

Konfiguracija plana:

Istočno krilo: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Zapadno krilo: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Napomena: Plan jene-pravougaone, vjerovatno u obliku slova L- ili stepenastog oblika. Za konstruktivnu analizu, zgrada se tretira kao dva povezana bloka s mogućim dilatacijskim spojem ili krutim spojem ovisno o seizmičkim detaljima.

Tipične veličine zaljeva: Pretpostaviti razmak stupaca od7,5 m uzdužnoi6,0 m poprečno(podesivo prema arhitektonskom ulazu).

 

 

Primarni kod: AISC 360-16 (Specifikacija za čelične konstrukcije)

Seismic Design: ASCE 7-16 (ili ekvivalentno – prilagođeno za PNG seizmičnost)

Opterećenje vjetrom: ASCE 7-16, Poglavlje 27 (Procedura usmjerenja)

Standardi materijala: ASTM A992 (grede/stupovi), ASTM A36 (ploče, sekundarni elementi)

 

 

 

Komponenta	Opterećenje (kN/m²)
Čelična paluba + 125 mm Betonska ploča (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Plafon, MEP, Završne obrade	0.5
Krov (metalna paluba + izolacija)	0.3
Zid od šupljih blokova (nije-konstrukcijski, ali se primjenjuje kao linijsko opterećenje na grede)	~3,0 kN/m(po metru visine)

 

 

Nivo	LL (kN/m²)	Referenca
Nivo 1 (parking)	2.5	ASCE 7
Nivoi 2–4 (hotel)	1.9	ASCE 7 (stambeni)
Krov	0.5	Opterećenje održavanja

 

 

Osnovna brzina vjetra:V = 33.3 m/s

Kategorija ekspozicije:C(pod pretpostavkom prigradskog/urbanog terena)

Faktor naleta:G = 0.85

Koeficijent pritiska (Cp):

Zid (u smjeru vjetra):+0.8

Zid (zavjetrina):–0.5

Krov (jedan-nagib):–0,9 do –0,3(ovisno o zoni)

Korištenje ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Pretpostavljajući (K_z=0.85) na srednjoj-visini (~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 ]

Projektovani pritisak vetra:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Maks. zidni pritisak ≈0,33 kN/m²(vjetran), usis ≈–0,21 kN/m²(zavjetrina)

Napomena: Zbog niskog rasta (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektralni odziv: Za zonu od 8 stepeni, pretpostaviteS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konzervativna procjena po lokalnoj adaptaciji ASCE 7)

Kategorija rizika: II

R{0}}faktor (čelični momentni okvir): R = 8(za okvir posebnog trenutka – SMF)

Faktor važnosti: (I_e = 1.0)

Približni temeljni period:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Ukupna visina (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m pribl.)

Seizmički smicanje baze:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% ukupne težine- značajno.

 

 

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

3 nastanjena sprata + krov ≈ 4 nivoa

Avg. DL + LL po spratu ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Ukupna težina (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Osnovni smicanje (V ≈ 0,125 × 57,500 ≈7.200 kN

→ Seizmika upravlja vjetromza bočni dizajn.

 

 

Sistem otpornosti na bočnu silu (LFRS):

Specijalni koncentrično učvršćeni okviri (SCBF)iliOkviri posebnih trenutaka (SMF)

S obzirom na arhitektonsku fleksibilnost i potrebu za otvorenim parkingom,SCBFpoželjan zbog efikasnosti i duktilnosti u visokim{0}}seizmičkim zonama.

Gravitacioni sistem:

Kompozitne grede(W-oblici sa pomičnim klinovima + metalna paluba + betonska ploča)

Kolone: HSS ili W{0}}sekcije kontinuirane od temelja do krova

Bracing: X-učvršćivanje u oba smjera na jezgri stepenica/lifta i perimetru gdje je to moguće

Krov: Jednostruki-nagib podržan kosim krovnim gredama ili konusnim okvirima; grede na vrhu.

 

 

6.1 Podne grede (tipični enterijer)

Raspon: 7,5 m

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

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

Potreban modul presjeka: (Z_x veći ili jednak M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

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

6.2 Ivične grede (sa opterećenjem zida)

Dodatno opterećenje zida: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Ukupno w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Kolone (unutrašnjost, 4 sprata)

Površina pritoka: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Aksijalno opterećenje po podu: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Ukupno P ≈ 4 × 232 =928 kN

Dodati 20% za seizmičke aksijalne efekte →P_u ≈ 1,115 kN

Efektivna dužina (KL ≈ 0,8 × 3700=2, 960 mm)

suđenje:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 kN >>1.115 kN → OK)

Za ekonomičnost koristite W250×67 ili HSS203×203×9.5

6.4 Pričvrsni elementi (SCBF)

Pretpostavite učvršćivanje u 2 ležišta u svakom smjeru

Seizmičko smicanje sprata po zalivu ≈ 7.200 / (broj učvršćenih okvira)

Pretpostavimo 4 ukočena okvira u svakom smjeru → ~900 kN po okviru

Dijagonalna sila: (F=V / sinθ); θ=45 stepen → F ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 kN

Potreban A_g Veći ili jednak 1.270.000 / (0.9×345) ≈4.090 mm²

Suđenje: HSS152×152×9.5(A=5,200 mm², OK za napetost/kompresiju sa provjerom vitkosti)

 

 

Metal Deck: Conform® 2.0 ili Bondek®(dubina profila=60 mm)

Betonska ploča: 125 mm debljine, f'c=25 MPa

Shear Studs: Prečnik 19 mm × visina 100 mm, razmaknuto u300 mm ocduž greda

Composite Action: Potpuna interakcija se pretpostavlja prema AISC 360 Poglavlje I

 

 

Potreban izvještaj o zemljištu– pretpostaviti umjerenu nosivost (150 kPa)

Column Reactions: Max ~1200 kN → veličina temelja ≈ √(1200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mizolovana podloga

Seismic Anchorage: Sidrene šipke dizajnirane za podizanje i smicanje prema ACI 318

 

 

Greda-do-kolona: Zavrnjene završne ploče ili zavareni momentni spojevi (ako se koristi SMF)

Brace-to-Gusset: Whitmore metoda presjeka prema AISC Seizmičkim odredbama

Deck Support: Jednostavan ležaj na gornjoj prirubnici grede

 

 

Stavka	Specifikacija
LSRS	Specijalni koncentrično učvršćeni okviri (SCBF)
Gravity Beams	Š410×60 (unutrašnjost), Š460×74 (rub)
Kolone	Š250×67 ili HSS203×203×9,5
Proteze	HSS152×152×9.5
Floor Deck	60 mm duboka kompozitna metalna paluba + 125 mm beton
Seizmički smicanje baze	~7.200 kN (uređuje dizajn)
Pritisak vjetra	~0,33 kN/m² (bez{1}}upravnog)
Roof Slope	2% jednostruki nagib, poduprt kosim rogovima

 

 

Angažirajte lokalnog geotehničkog inženjera za izvještaj o tlu.

Koordinirajte s arhitektom kako biste locirali učvršćene okvire bez ometanja parkinga ili prostorija.

Koristite sistem boje otporan na koroziju (C4 okruženje prema ISO 12944 – obalni PNG).

Osigurajte zglobove za kretanje ako su istočno/zapadna krila značajno pomaknuta.

Izvršite detaljnu 3D strukturnu analizu koristeći softver (npr. ETABS, SAP2000) uključujući P-Δ efekte.

 

 

 

Ova procjena tonaže čelika pokriva primarne i sekundarne čelične elemente potrebne za sisteme otpornosti na gravitaciju i bočno opterećenje-u 4-kata hotela, uključujući:

Stubovi (od temelja do krova)

Podne i krovne grede (kompozitni dizajn)

Pričvrsni elementi (specijalni koncentrično učvršćeni okviri – SCBF)

Uokvirivanje krova (kosi rogovi i grede)

Priključci (procijenjeno kao 5% težine glavnog člana)

Isključeno:

Metalna paluba (smatra se ne-podrška za obloge/ploče)

Sidrene šipke, osnovne ploče (uključeno u dodatak za spajanje)

Stepenice, ograde, razni čelik

 

 

Plan izgradnje se sastoji od dva povezana bloka:

East Block: 55.6 m × 27 m

West Block: 25 m × 41.7 m
→ Ukupni otisak ≈2,544 m²

Tipična mreža kolona:7,5 m (uzdužno) × 6,0 m (poprečno)

Broj kolona:

Istočni blok: (55,6/7,5 ≈ 8 polja → 9 redova) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 redova) =45 kolona

Zapadni blok: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 reda) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 redova) =32 kolone

Odbijte preklapanje na spoju (~5 zajedničkih kolona) →Ukupno kolona ≈ 72

Spratovi: 4 nivoa (uključujući krov)

Ukočeni okviri: 2 po smjeru po bloku →Ukupno 8 učvršćenih ležišta

Nagib krova: 2%, poduprt kosim gredama; no trusses

 

 

S obzirom na prirodu projekta kao javnog stambenog stanovanja, odlučili smo da ojačamo cijeli strukturalni sistem kako bismo stvorili robusnu zgradu sa vijekom trajanja preko 100 godina. Da bismo to postigli, zamijenili smo konvencionalne stupove čeličnim stupovima -presjeka i na licu mjesta ih napunili betonom, značajno povećavši ukupnu čvrstoću konstrukcije.

 

 

Odjeljak:Tip kutije 400X400x12x12mm(masa=146.2 kg/m)

Visina po stupcu:

Nivo 1: 3,8 m

Nivoi 2–3: 3,7 m svaki

Nivo 4: 3,4 m
→ Ukupna visina =14.6 m

Ukupna dužina kolone=72 × 14.6 =1,051 m

Težina stuba=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 tona

Napomena: Stubovi prizemlja mogu biti teži; ovo je prosek.

 

 

Unutrašnje grede: WH500X290X10X16mm (masa=109.6 kg/m)

Raspon: 7,5 m

Broj po spratu:

Istočni blok: 5 poprečnih linija × 8 uzdužnih uvala=40

Zapadni blok: 8 poprečnih linija × 3 uzdužne uvale=24
→ 64 unutrašnje grede po spratu

Ukupno za 3 sprata + krovni okvir=4 × 64 =256 greda

Dužina=256 × 7.5 =1,920 m

Težina=1,920 × 109.6=210.432 kg

Rubne/perimetarske grede: WH600X200X12X12mm (masa=92 kg/m)

Dužina perimetra po spratu ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – preklapanje ≈290 m/kat

Pretpostavite ivične grede svakih 6 m → ~48 rubnih greda po podu

Ukupno=4 × 48 =192 grede, avg. raspon=6.0 m

Dužina=192 × 6 =1,152 m

Težina=1,152 × 92=105.984 kg

Ukupna težina snopa = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 tone

 

 

Odjeljak:HSS152×152×9.5(masa=42.5 kg/m)

Opremljeni zaljevi: ukupno 8 (4 u E-Z, 4 u S-J)

Svaki zaljev ima 2 dijagonale po katu → 4 kata × 2 =8 dijagonala po liniji okvira

Ukupne dijagonale=8 okvira × 8 =64 proteza

Avg. dužina dijagonale (za zaljev 7,5 m × 3,7 m na 45 stepeni):
( L=\\sqrt{7.5^2 + 3.7^2} ≈ 8.4 m)

Ukupna dužina nosača=64 × 8.4 =538 m

Težina nosača=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 tona

 

 

Glavni krovni rogovi prate jednokosi-profil; koristitiW310×45(45 kg/m)

Razmak: 3,0 m oc (za podupiranje gredica)

Ukupna površina krova=2, 544 m² → dužina rogova ≈ širina zgrade (maks. 41,7 m)

Broj rogova ≈ 80 m / 3,0 ≈27 redova

Avg. dužina rogova=35 m (ponderisana prosječna širina istok/zapad)

Ukupna dužina rogova=27 × 35 =945 m

Težina splava=945 × 45 =42.525 kg

Purlins: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), razmak 1,5 m oc

Ukupna dužina grede ≈ (2,544 m² / 1,5 m razmaka) × 1,0 m =1,696 m

Težina=1,696 × 5.5 =9.328 kg

Totalni krovni čelik = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 tona

 

 

Standardna praksa:5%ukupne težine glavnog člana

Glavni članovi ukupno=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 tona

Veze=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 tone

 

 

Komponenta	Težina (tone)
Kolone	153.7
Podne i rubne grede	316.4
Učvršćivanje (SCBF)	22.9
Krovna konstrukcija (rogovi + grede)	51.9
Veze (5%)	27.3
Ukupna procjena konstrukcijskog čelika	572,2 tone

 

 

Ukupna površina poda =2,544 m²

Čelik po jedinici površine=572.2 t / 2,544 m² =225 kg/m²

Ovo je razumno za čeličnu zgradu od 4-sprata-otpornu na seizmiku sa ukočenim okvirima u visokoseizmičkom području.

 

 

Potencijal optimizacije: Upotreba većih zaljeva ili smanjenih učvršćenja mogla bi smanjiti tonažu, ali seizmički zahtjevi u PNG ograničavaju smanjenja.

Local Fabrication: Uzmite u obzir dostupnost standardnih odjeljaka u PNG-u ili Australiji (pretpostavljaju se uobičajeni dijelovi kao što su W-oblici i HSS).

Zaštita od korozije: Sav čelik za toplo-pocinkovanje ili dupleks farbanje zbog obalnog tropskog okruženja.

Nepredviđeno: Dodaj5–10%za razvoj dizajna, arhitektonske promjene ili detaljne neefikasnosti →Konačna procjena budžeta: ~615–700 tona. Ako se dodaju stepenice i konstrukcija za liftove, sve će biti okolo650~750 tonau finalu.

Pripremio: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datum: 16. januar 2026
Osnova: AISC 360-16, preliminarni izgled, ASCE 7-16 seizmičke pretpostavke