Analiza konstrukcije i procjena količine čelika za peto-čelični okvir

Ispod je analiza konstrukcije i procjena tonaže čelika za opisanu pet-konstrukciju čeličnog okvira

---

 

 

 

Da bi se izvršila značajna analiza opterećenja, usvojene su sljedeće razumne pretpostavke (tipične za lake industrijske ili komunalne potporne strukture):

Podno opterećenje (DL): 1,0 kN/m²
(Uključuje palube, završne obloge, mehaničke/električne ako ih ima i vlastitu-težinu sekundarnih članova-sopstvenu težinu primarne grede-dodate će se zasebno.)

Opterećenje uživo (LL): 2,0 kN/m²
(Uobičajeno za lako skladištenje ili pristup za održavanje; prilagodite ako je predviđena drugačija upotreba.)

Krovno opterećenje: 0,8 kN/m²

Živo opterećenje krova / opterećenje snijegom: 1,0 kN/m²

Opterećenje vjetrom: Ovdje nije raspoređeno po etažama; bočni otpor koji se rješava učvršćivanjem (analizirano zasebno).

 

Geometrija zaljeva:

Svaki poprečni okvir je1,6 m širine.

Uzdužni razmak između okvira: 5 polja → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Dakle, svaka "podna ploča" podržana glavnim gredama ima površinu =1,6 m × širina utora.

Duga greda (Š10×22)trčiuzdužno, povezujući 6 poprečnih okvira na svakom nivou. Dakle, svaka greda podržava polovinu širine pritoka iz susjednih uvala-ali pošto je konstrukcija samoUkupna širina 1,6 m, postoje efektivnodvije rubne gredepodržava punu širinu od 1,6 m (ili jednu centralnu gredu sa konzolama). Radi jednostavnosti, pretpostavljamodvije uzdužne grede, svaki nosi0,8 m širine pritoke.

Međutim, s obzirom na usku širinu (1,6 m), praktičnije je modelirati podni sistem kaojedna trakagdje djeluju dvije uzdužne grede W10×22rubni nosačipodržava platformu širine 1,6 m.

dakle,pritočna površina po gredi po zaljevu = 0,8 m × dužina ležišta.

Ali zaproračun opterećenja stuba, smatramoukupno opterećenje po poprečnom okviru.

---

 

Svaki poprečni okvir (na datoj uzdužnoj poziciji) podržava:

Pola površine zaljeva s njegove lijeve strane + pola površine s njegove desne strane.

Za unutrašnje okvire (okviri 2-5):

Dužina pritoka=(lijevi zaljev + desni zaljev) / 2

Za krajnje okvire (okvir 1 i okvir 6):

Dužina pritoka=susjedni zaljev / 2

okvir #	Lijevi zaljev (m)	Desni zaliv (m)	dužina pritoka (m)	Pritočna površina po spratu (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Napomena: Ukupna površina=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Površina cijelog plana=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Dosljedno.

---

 

 

mrtvo opterećenje (DL)= 1.0 kN/m²

Učitavanje uživo (LL)= 2.0 kN/m²

Ukupno opterećenje bez faktora= 3.0 kN/m²

okvir #	Površina (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Ukupno opterećenje po spratu (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Osim toga,vlastita-težina glavnih gredamoraju biti uključeni u opterećenja stubova.

Š10×22 težina=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Svaki okvir se povezuje nadva segmenta grede(lijevo i desno)

Dužina segmenta grede=stvarne dužine ležišta

Primjer za okvir 3:

Lijevi zaljev=5.6 m → težina grede=0.321 × 5.6=1.80 kN

Desno polje=2.8 m → težina grede=0.321 × 2.8=0.90 kN

Ukupna težina grede -pritoka okvira 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Zapravo,Težina grede je u potpunosti podržana stubovima na krajevima, tako da svaka kolona u okviru nosipola težine svake susjedne grede.

dakle,dodatno vertikalno opterećenje od greda po okviru po podu:=0.5 × (lijevo i desno) × 0,321 kN/m

Izračunajte za svaki okvir:

Okvir	Susjedne uvale (m)	Ukupna susjedna dužina (m)	Vlastita{0}}težina grede (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Dodajte ovo prethodnim ukupnim iznosima:

 

Ukupno vertikalno opterećenje po okviru po tipičnom podu (nivoi 1-4):

Okvir	Područno opterećenje (kN)	+ Težina grede (kN)	Ukupno po spratu (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

Krov DL=0.8 kN/m²

Krov LL=1.0 kN/m²

Ukupno=1.8 kN/m²

Opterećenje krova na osnovu površine{0}}po okviru:

Okvir	Površina (m²)	Krov DL (kN)	Krov LL (kN)	Međuzbroj (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Dodajte istu vlastitu-težinu grede (grede su još uvijek prisutne na krovu):

Ukupno opterećenje krova po okviru:

Okvir	Opterećenje krovne površine (kN)	+ Težina grede (kN)	Ukupni krov (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Pod pretpostavkom da su svi spratovi identični (nivoi 1-4) i krov kao nivo 5:

Okvir	Opterećenje/pod (kN)	×4 sprata	krov (kN)	Ukupno opterećenje stuba (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Napomena: Ovo sunefaktorisana uslužna opterećenja. Za dizajn koristite LRFD kombinacije (npr. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Gravitaciono opterećenjeprenose se sa palube širine 1,6 m na uzdužne grede W10×22, zatim na stubove W8×24 na svakom od 6 okvira.

Maksimalno aksijalno opterećenje stubajavlja se na okvirima 2 i 5 (~133 kN bez faktora).

Bočna stabilnostobezbjeđuje:

Vertikalni X-osiljak (L3×3×1/4) u najmanje jednom ležištu (npr. 2,8 m središnji utor).

Horizontalno učvršćivanje (C9×20) na krovu (i eventualno na drugim nivoima) do bočnih sila dijafragme na ukočenim okvirima.

Struktura jestatički određen u gravitaciji, iPonašanje okvira-okruženog okviraupravlja bočnim odgovorom.

Preporuka: Izvršite 3D strukturnu analizu (npr. korištenjem SAP2000, ETABS ili STAAD.Pro) za provjeru kapaciteta članova, pomaka i spojnih sila pod kombiniranim opterećenjem prema AISC 360 i lokalnim građevinskim propisima.

---

Kraj analize.

 

Prilagodljive regije:Čile, Filipini, Nova Kredonija, Tonga, Djevičanska ostrva, Reunion, Peru...

Prijave: Strukturne komponente za skladištenje, skladištenje, logistiku, regali strojeva i druge posebne namjene

Broj priča: 5

Ukupna visina: 12,2 m → prosječna visina sprata=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Širina zgrade (kratki smjer): 1.6 m

Dužina zgrade (dugi pravac): 25.2 m

Pregrade za okvire (poprečni okviri): 6 okvira raspoređenih na [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] duž 25,2 m dužine
→ Ukupan zbroj razmaka između ležišta=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konzistentan)

Primarni članovi:

Kolone: ​​W8×24 (po ASTM A992 ili ekvivalentnom)

Glavne grede (nosači): Š10×22

Horizontalno učvršćivanje: C9×20 (presjek kanala)

Vertikalni (prizemni) podupirač: L3×3×1/4 (jednaki-ugao noge)

 

Struktura je okvir otporan na momente{0}}bočno stabiliziran dijagonalnim učvršćenjem u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini.

Putanja gravitacionog opterećenja:
Opterećenja poda (mrtvo + živo) se prenose preko podnog sistema (ovdje nije detaljno) na glavne grede (Š10×22), zatim na stupove (Š8×24). S obzirom na usku širinu (1,6 m), vjerovatno je da se glavne grede prostiru poprečno (1,6 m) i da su oslonjene na stubove poređane u pravcu 25,2 m. Međutim, s obzirom na tipičnu praksu i imenovanje članova, vjerojatnije je da:

Theglavne grede idu uzdužno(smjer 25,2 m), podržan poprečnim okvirima raspoređenim na svakih ~5–6 m.

Ali sa samo 1,6 m širine, ovo sugerira ajedna-uska struktura, eventualno most, nadstrešnica ili okvir za podršku opreme.

S obzirom na geometriju (1,6 m širine × 25,2 m dužine × 12,2 m visine), čini se da je ovolinearni okvir(npr. potporna konstrukcija za komunalije ili šetalište), sa 6 poprečnih okvira (svaki širine 1,6 m) raspoređenih duž 25,2 m dužine.

ovako:

Svakipoprečni okvirsastoji se od dva stuba (visina=2.44 m po spratu × 5=12.2 m ukupno) i spojnih greda na svakom nivou.

Glavne grede(Š10×22) vjerovatno radiuzdužno, povezujući poprečne okvire na svakoj etaži.

Bracing:

Horizontalno učvršćivanje(C9×20) na krovu i eventualno na srednjim nivoima za prijenos bočnih opterećenja na učvršćene okvire.

Vertikalni (spratni) podupirači(L3×3×1/4) u jednom ili više ležišta kako bi se osigurala bočna krutost od vjetra/seizmičkih opterećenja.

 

 

Jedinične težine (iz AISC priručnika):

Š8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

Š10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: težina ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (izračunato iz površine ≈ 1,44 in²)

---

A. Kolone

Broj poprečnih okvira: 6

Svaki okvir ima 2 stupca (pretpostavljajući pravokutni okvir)

Ukupan broj kolona=6 × 2=12

Visina po stubu=12.2 m

Ukupna dužina stuba=12 × 12.2=146.4 m

Težina čeličnog stupa=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 kg

 

B. Glavne grede (uzdužni nosači)

Uz pretpostavku da su grede na svakom od 5 spratova u dužini od 25,2 m, idvije grede po nivou(plus 6 od širine 1,6 m):

Grede po nivou=2

Nivoi=5

Ukupna dužina snopa=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Težina čelika grede=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kg

Napomena: Ako struktura koristi samo jednu središnju gredu ili drugu konfiguraciju, prilagodite se u skladu s tim. Ovo pretpostavlja uokvirivanje perimetra.

 

C. Horizontalno učvršćivanje (C9×20)

Obično se instalira na nivou krova i eventualno na međukatovima. Pretpostavimo:

Jedan horizontalni uporni sloj na krovu (plansko učvršćivanje formiranjem X ili jedna dijagonala po panelu)

Paneli između okvira: 5 panela (između 6 okvira)

Dužina dijagonale po panelu ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (za uvale od 5,6 m); za uvalu od 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

PretpostavimoX-učvršćivanje samo u jednom ležištu(minimum za stabilnost), npr. u središnjoj uvali od 2,8 m:

Dijagonale na krovu: 2 × 3.22=6.44 m

Moguće i na nivou tla ili na srednjem nivou: pretpostavimo 3 nivoa sa uporištem → 3 × 6.44=19.3 m

Ukupna dužina C9×20 ≈ 20 m (konzervativno)

Težina=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Ako se na svakom nivou koristi potpuna horizontalna konstrukcija, količina se značajno povećava. Ovo je minimalna procjena. zapravo postoje horizontalne učvršćenja u svakom ležištu, tako da će stvarna upotreba biti mnogo veća.

 

D. Vertikalna (priča) učvršćivanje (L3×3×1/4)

Pretpostavimojedan zaljevduž dužine (npr. između okvira 3 i 4, preko zaljeva od 2,8 m) sa X-uporištem na svakoj etaži.

Broj katova=5 → 5 upornih ploča

Visina panela=2.44 m, širina=2.8 m

Dužina dijagonale po panelu=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Dvije dijagonale po panelu (X-zagrada) → 2 × 3.71=7.42 m po priči

Ukupna dužina=5 × 7.42=37.1 m

Težina=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Ako je spojeno više ležišta, umnožite u skladu s tim.

---

 

 

Komponenta	Težina (kg)
Kolone (Š8×24)	5,226
Glavne grede (Š10×22)	9,810
Horizontalno učvršćivanje (C9×20)	596
Vertikalno učvršćivanje (L3×3×1/4)	271
Ukupno (cca.)	15.903 kg

≈ 15,9 metričkih tona

Napomena: Ovo isključuje priključke, osnovne ploče, sekundarne elemente ili podove. Stvarna težina proizvodnje može biti 10-15% veća zbog detalja veza i otpada.

---

 

 

Vitkost: Š8×24 stubova (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) preko 12,2 m visine bez podupirača mogu biti vitki. Faktor efektivne dužine (K) zavisi od krajnjih uslova. Za zakačene-zakačene, KL/r može premašiti ograničenja osim ako nije pričvršćen.Vertikalno učvršćivanje je neophodnoza smanjenje efektivne dužine stuba.

Beam Span: Š10×22 preko 5,6 m (ako se grede protežu između okvira poprečno) je razumno za mala opterećenja. Ali ako se grede neprekidno protežu u rasponu od 25,2 m, otklon i čvrstoća bi bili neadekvatni-pa je pretpostavljena konfiguracija (grede kao uzdužni pojasevi između poprečnih okvira) vjerodostojnija.

Bočna stabilnost: Obezbeđen kombinacijom vertikalnog X-kočenja (otpornost na vetar/seizmiku) i horizontalnog učvršćenja (delovanje dijafragme).

Pretpostavke opterećenja: Bez specifičnih mrtvih/živih/vetar opterećenja, ovo je preliminarna procjena. Potreban je detaljni dizajn prema AISC 360.

---

 

Zaključak
Opisani čelični okvir je uski, višespratni okvir sa procijenjenom čeličnom tonažom odotprilike 15,9 metričkih tona. Konstruktivni sistem se oslanja na dijagonalno učvršćivanje radi bočne stabilnosti, a veličine članova izgledaju adekvatne za lagano-do-umjereno opterećenje, pod uvjetom da pravilno učvršćivanje smanjuje efektivne dužine stupova. Potpuna konstrukcijska analiza uključujući kombinacije opterećenja, dizajn spoja i provjere upotrebljivosti preporučuje se prije izgradnje.