Σχεδιασμός δομικού σκελετού από χάλυβα για ξενοδοχείο 4 ορόφων στην Παπούα Νέα Γουινέα

 

Τοποθεσία: Παπούα Νέα Γουινέα

Σεισμική Ζώνη: Σεισμική ένταση του8 μοίρες(ισοδύναμο με PGA ≈ 0,3 g βάσει ASCE 7 ή παρόμοιων τοπικών κωδικών)

Φορτίο ανέμου: Βασική ταχύτητα ανέμου =120 km/h (~33.3 m/s)

Φορτίο χιονιού: Κανένας

Χρήση Κτιρίου:

Επίπεδο 1: Χώρος στάθμευσης (ύψος=3.8 m)

Επίπεδα 2–4: Δωμάτια επισκεπτών ξενοδοχείου (από όροφο-έως-ύψος ορόφου=3.7 m, 3,7 m και 3,4 m αντίστοιχα)

Τύπος στέγης: Μονόκλιση-οροφή(υποτιθέμενη κλίση=2% για αποχέτευση)

Εξωτερικοί τοίχοι: Μη-δομικοί κοίλοι τσιμεντόλιθοι (τοπικά κατασκευασμένοι.χωρίς ρουλεμάν-)

Σύστημα δαπέδου: Σύνθετο χαλύβδινο κατάστρωμα με χυτή-επί τόπου-επικάλυψη από σκυρόδεμα(θα διευκρινιστεί)

 

 

Συνολικό μήκος κτιρίου: 80 m

Διαμόρφωση σχεδίου:

Ανατολική Πτέρυγα: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Δυτική Πτέρυγα: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Σημείωμα: Το σχέδιο είναιμη-ορθογώνιο, πιθανότατα σε σχήμα L- ή βαθμιδωτό. Για τη στατική ανάλυση, το κτίριο αντιμετωπίζεται ως δύο συνδεδεμένα μπλοκ με πιθανή αρμό διαστολής ή άκαμπτη σύνδεση ανάλογα με τις σεισμικές λεπτομέρειες.

Τυπικά μεγέθη κόλπων: Υποθέστε την απόσταση στηλών του7,5 m κατά μήκοςκαι6,0 m εγκάρσια(ρυθμιζόμενο ανά αρχιτεκτονική είσοδο).

 

 

Πρωτεύων Κώδικας: AISC 360-16 (Προδιαγραφές για δομικά μεταλλικά κτίρια)

Σεισμικός Σχεδιασμός: ASCE 7-16 (ή ισοδύναμο – προσαρμοσμένο για σεισμικότητα PNG)

Φορτίο ανέμου: ASCE 7-16, Κεφάλαιο 27 (Κατευθυντική Διαδικασία)

Πρότυπα Υλικών: ASTM A992 (δοκοί/κολώνες), ASTM A36 (πλάκες, δευτερεύοντα μέλη)

 

 

 

Συστατικό	Φορτίο (kN/m²)
Χάλυβας καταστρώματος + 125 mm Πλάκα σκυροδέματος (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Οροφή, ευρωβουλευτής, τελειώματα	0.5
Στέγες (μεταλλικό κατάστρωμα + μόνωση)	0.3
Τοίχος κοίλου μπλοκ (μη-δομικός, αλλά εφαρμόζεται ως φορτίο γραμμής σε δοκούς)	~3,0 kN/m(ανά μέτρο ύψος)

 

 

Επίπεδο	LL (kN/m²)	Αναφορά
Επίπεδο 1 (Χώρος στάθμευσης)	2.5	ASCE 7
Επίπεδα 2–4 (Ξενοδοχείο)	1.9	ASCE 7 (οικιστικό)
Στέγη	0.5	Φορτίο συντήρησης

 

 

Βασική ταχύτητα ανέμου:V = 33.3 m/s

Κατηγορία έκθεσης:C(υποθέτοντας προαστιακό/αστικό έδαφος)

Συντελεστής ριπής:G = 0.85

Συντελεστής πίεσης (Cp):

Τοίχος (προς τον άνεμο):+0.8

Τοίχος (υπήνεμος):–0.5

Οροφή (μονόκλιση-):–0,9 έως –0,3(ανάλογα με τη ζώνη)

Χρησιμοποιώντας το ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Υποθέτοντας (K_z=0.85) στο μέσο-ύψος (~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 ]

Πίεση ανέμου σχεδιασμού:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Μέγιστη πίεση τοίχου ≈0,33 kN/m²(προς τον άνεμο), αναρρόφηση ≈–0,21 kN/m²(υπήνεμος)

Σημείωμα: Λόγω χαμηλής ανόδου (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Φασματική Απόκριση: Για ζώνη 8 μοιρών, υποθέστεS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(συντηρητική εκτίμηση ανά τοπική προσαρμογή του ASCE 7)

Κατηγορία κινδύνου: II

R-συντελεστής (πλαίσιο ροπής από χάλυβα): R = 8(για Special Moment Frame – SMF)

Συντελεστής Σημασίας: (I_e = 1.0)

Κατά προσέγγιση Θεμελιώδης Περίοδος:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Συνολικό ύψος (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m περίπου)

Σεισμική διάτμηση βάσης:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% του συνολικού βάρους- σημαντικό.

 

 

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

3 κατειλημμένοι όροφοι + στέγη ≈ 4 επίπεδα

Μέσος όρος DL + LL ανά όροφο ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Συνολικό βάρος (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Διάτμηση βάσης (V ≈ 0,125 × 57.500 ≈7.200 kN

→ Ο σεισμικός κυβερνά τον άνεμογια πλευρικό σχεδιασμό.

 

 

Πλευρικό σύστημα αντίστασης δύναμης (LFRS):

Ειδικά ομόκεντρα κουφώματα (SCBF)ήSpecial Moment Frames (SMF)

Δεδομένης της αρχιτεκτονικής ευελιξίας και της ανάγκης για ανοιχτό πάρκινγκ,SCBFπροτιμάται για απόδοση και ολκιμότητα σε ζώνες υψηλής-σεισμικής ενέργειας.

Σύστημα Βαρύτητας:

Σύνθετες δοκοί(W-σχήματα με καρφιά διάτμησης + μεταλλικό κατάστρωμα + πλάκα σκυροδέματος)

Στήλες: Διατομές HSS ή W- συνεχόμενες από τη θεμελίωση μέχρι την οροφή

Στηρίζων: X-στήριγμα και προς τις δύο κατευθύνσεις στους πυρήνες σκαλοπατιών/ασανσέρ και περιμετρικά όπου είναι δυνατόν

Στέγη: Μονή-κλίση που υποστηρίζεται από κεκλιμένες δοκούς οροφής ή κωνικά πλαίσια. τεγίδες από πάνω.

 

 

6.1 Δοκάρια δαπέδου (Τυπικό εσωτερικό)

Άνοιγμα: 7,5 m

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

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

Απαιτούμενος συντελεστής τομής: (Z_x μεγαλύτερο ή ίσο με M / (0,9 F_y)=217×106 / (0,9×345) ≈ 700×103 mm³)

Δοκιμαστικό Τμήμα: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, ΟΚ)

6.2 Δοκοί ακμών (με φορτίο τοίχου)

Πρόσθετο φορτίο τοίχου: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Σύνολο w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Στήλες (Εσωτερικό, 4 ορόφους)

Περιοχή παραπόταμου: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Αξονικό φορτίο ανά όροφο: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Σύνολο P ≈ 4 × 232 =928 kN

Προσθέστε 20% για σεισμικές αξονικές επιδράσεις →P_u ≈ 1.115 kN

Πραγματικό μήκος (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Δίκη:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 kN >>1,115 kN → ΟΚ)

Χρησιμοποιήστε W250×67 ή HSS203×203×9,5 για οικονομία

6.4 Bracing Members (SCBF)

Υποθέστε στήριγμα σε 2 θέσεις ανά κατεύθυνση

Σεισμική διάτμηση ιστορίας ανά κόλπο ≈ 7.200 / (αριθμός ενισχυμένων πλαισίων)

Υποθέστε 4 ενισχυμένα πλαίσια σε κάθε κατεύθυνση → ~ 900 kN ανά πλαίσιο

Διαγώνια δύναμη: (F=V / sinθ); θ=45 βαθμός → F ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 kN

Απαιτούμενο A_g Μεγαλύτερο ή ίσο με 1.270.000 / (0,9×345) ≈4.090 mm²

Δίκη: HSS152×152×9,5(Α=5,200 mm², ΟΚ για τάνυση/συμπίεση με έλεγχο λεπτότητας)

 

 

Μεταλλικό Κατάστρωμα: Conform® 2.0 ή Bondek®(βάθος προφίλ=60 mm)

Πλάκα σκυροδέματος: Πάχος 125 mm, f'c=25 MPa

Διατμητικά καρφιά: 19 mm διάμετρος × 100 mm ύψος, σε απόσταση σε300 mm ocκατά μήκος δοκών

Σύνθετη Δράση: Υποτίθεται η πλήρης αλληλεπίδραση σύμφωνα με το AISC 360 Κεφάλαιο I

 

 

Απαιτείται αναφορά εδάφους– υποθέστε μέτρια φέρουσα ικανότητα (150 kPa)

Αντιδράσεις στήλης: Μέγιστο ~1.200 kN → μέγεθος βάσης ≈ √(1.200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mαπομονωμένη βάση

Σεισμικό αγκυροβόλιο: Ράβδοι αγκύρωσης σχεδιασμένες για ανύψωση και διάτμηση ανά ACI 318

 

 

Δοκός-σε-Στήλη: Βιδωμένες ακραίες πλάκες ή συγκολλημένες συνδέσεις ροπής (εάν χρησιμοποιείται SMF)

Στερεώστε-στο-Gusset: Μέθοδος τομής Whitmore ανά Σεισμικές Διατάξεις AISC

Υποστήριξη καταστρώματος: Απλό ρουλεμάν στην επάνω φλάντζα δοκού

 

 

Είδος	Προσδιορισμός
LFRS	Ειδικά ομόκεντρα κουφώματα (SCBF)
Δοκοί Βαρύτητας	Π410×60 (εσωτερικό), Π460×74 (άκρο)
Στήλες	W250×67 ή HSS203×203×9,5
Σιδεράκια	HSS152×152×9,5
Κατάστρωμα ορόφου	Σύνθετο μεταλλικό κατάστρωμα βάθους 60 mm + 125 mm σκυρόδεμα
Σεισμική διάτμηση βάσης	~7.200 kN (καθορίζει το σχέδιο)
Πίεση ανέμου	~0,33 kN/m² (μη-κυβερνητικό)
Κλίση στέγης	2% μονή κλίση, που υποστηρίζεται από κεκλιμένες δοκούς

 

 

Προσλάβετε τοπικό γεωτεχνικό μηχανικό για έκθεση εδάφους.

Συντονιστείτε με τον αρχιτέκτονα για να εντοπίσετε κουφώματα με κουφώματα χωρίς να εμποδίζετε τη στάθμευση ή τα δωμάτια.

Χρησιμοποιήστε σύστημα βαφής ανθεκτικό στη διάβρωση{0} (περιβάλλον C4 ανά ISO 12944 – παράκτιο PNG).

Παρέχετε συνδέσμους κίνησης εάν τα ανατολικά/δυτικά φτερά είναι σημαντικά μετατοπισμένα.

Εκτελέστε λεπτομερή τρισδιάστατη δομική ανάλυση χρησιμοποιώντας λογισμικό (π.χ. ETABS, SAP2000) συμπεριλαμβανομένων των εφέ P{4}}Δ.

 

 

 

Αυτή η εκτίμηση χωρητικότητας χάλυβα καλύπτει τα κύρια και δευτερεύοντα δομικά στοιχεία χάλυβα που απαιτούνται για τα συστήματα αντίστασης στη βαρύτητα και το πλευρικό φορτίο-του 4ώροφου ξενοδοχείου, συμπεριλαμβανομένων:

Στήλες (από θεμέλιο μέχρι στέγη)

Δοκοί δαπέδου και οροφής (σύνθετος σχεδιασμός)

Μέλη στήριξης (Ειδικά ομόκεντρα κουφώματα – SCBF)

Πλαισιώσεις οροφής (επικλινείς δοκοί και τεγίδες)

Συνδέσεις (εκτιμάται ως 5% του βάρους του κύριου μέλους)

Εξαιρούνται:

Μεταλλικό κατάστρωμα (που θεωρείται μη-δομική επένδυση/στήριγμα πλάκας)

Ράβδοι αγκύρωσης, πλάκες βάσης (περιλαμβάνονται στο επίδομα σύνδεσης)

Σκάλες, κάγκελα, διάφορα χάλυβα

 

 

Το σχέδιο κτιρίου αποτελείται από δύο συνδεδεμένα μπλοκ:

Ανατολικό Μπλοκ: 55.6 m × 27 m

Δυτικό Μπλοκ: 25 m × 41.7 m
→ Συνολικό αποτύπωμα ≈2,544 m²

Τυπικό πλέγμα στηλών:7,5 m (διαμήκης) × 6,0 m (εγκάρσια)

Αριθμός στηλών:

Ανατολικό μπλοκ: (55,6/7,5 ≈ 8 θέσεις → 9 γραμμές) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 γραμμές) =45 στήλες

Δυτικό μπλοκ: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 γραμμές) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 γραμμές) =32 στήλες

Αφαιρέστε την επικάλυψη στη διασταύρωση (~5 κοινόχρηστες στήλες) →Σύνολο στηλών ≈ 72

Όροφοι: 4 επίπεδα (συμπεριλαμβανομένης της στέγης)

Σκελετοί με νάρθηκες: 2 ανά κατεύθυνση ανά μπλοκ →8 συνολικές βάσεις

Κλίση στέγης: 2%, που υποστηρίζεται από κεκλιμένα δοκάρια. όχι ζευκτά

 

 

Δεδομένης της φύσης του έργου ως δημόσιας κατοικίας, αποφασίσαμε να ενισχύσουμε ολόκληρο το δομικό σύστημα για να δημιουργήσουμε ένα στιβαρό κτίριο με διάρκεια ζωής άνω των 100 ετών. Για να το επιτύχουμε αυτό, αντικαταστήσαμε τις συμβατικές κολώνες με κολώνες από χάλυβα από κουτί-και τις γεμίσαμε-στο εργοτάξιο με σκυρόδεμα, ενισχύοντας σημαντικά τη συνολική δομική αντοχή.

 

 

Τμήμα:Τύπος κουτιού 400X400x12x12mm(μάζα=146.2 kg/m)

Ύψος ανά στήλη:

Επίπεδο 1: 3,8 μ

Επίπεδα 2–3: 3,7 m το καθένα

Επίπεδο 4: 3,4 μ
→ Συνολικό ύψος =14.6 m

Συνολικό μήκος στήλης=72 × 14.6 =1,051 m

Βάρος στήλης=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 τόνοι

Σημείωση: Οι κολώνες του ισογείου μπορεί να είναι πιο βαριές. αυτός είναι ένας μέσος όρος.

 

 

Εσωτερικά Δοκάρια: WH500X290X10X16mm (μάζα=109.6 kg/m)

Άνοιγμα: 7,5 m

Αριθμός ανά όροφο:

Ανατολικό μπλοκ: 5 εγκάρσιες γραμμές × 8 διαμήκεις κόλπους=40

Δυτικό μπλοκ: 8 εγκάρσιες γραμμές × 3 διαμήκεις κόλπους=24
→ 64 εσωτερικά δοκάρια ανά όροφο

Σύνολο για 3 ορόφους + πλαίσιο στέγης=4 × 64 =256 δοκάρια

Μήκος=256 × 7.5 =1,920 m

Βάρος=1,920 × 109.6=210.432 κιλά

Δοκοί ακμών/περιμετρικών: WH600X200X12X12mm (μάζα=92 kg/m)

Μήκος περιμέτρου ανά όροφο ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – επικάλυψη ≈290 m/όροφο

Υποθέστε ακραίες δοκούς κάθε 6 m → ~48 ακραίες δοκοί ανά όροφο

Σύνολο=4 × 48 =192 δοκάρια, μέσος όρος span=6.0 m

Μήκος=192 × 6 =1,152 m

Βάρος=1,152 × 92=105.984 κιλά

Συνολικό βάρος δοκού = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 τόνοι

 

 

Τμήμα:HSS152×152×9,5(μάζα=42.5 kg/m)

Στερεωμένες θέσεις: 8 συνολικά (4 στα Α-Δ, 4 στα Β-Ν)

Κάθε κόλπο έχει 2 διαγώνιες ανά ιστορία → 4 ιστορίες × 2 =8 διαγώνιοι ανά ενισχυμένη γραμμή πλαισίου

Σύνολο διαγωνίων=8 καρέ × 8 =64 τιράντες

Μέσος όρος διαγώνιο μήκος (για κόλπο 7,5 m × 3,7 m σε 45 μοίρες):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Συνολικό μήκος άγκιστρου=64 × 8.4 =538 m

Βάρος νάρθηκα=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 τόνοι

 

 

Τα δοκάρια της κύριας οροφής ακολουθούν το προφίλ μονής-κλίσης. χρήσηW310×45(45 kg/m)

Διάστημα: 3,0 m oc (για τη στήριξη τεγίδων)

Συνολική επιφάνεια στέγης=2,544 m² → μήκος δοκού ≈ πλάτος κτιρίου (μέγ. 41,7 m)

Αριθμός δοκών ≈ 80 m / 3,0 ≈27 γραμμές

Μέσος όρος μήκος δοκού=35 m (σταθμισμένο μέσο πλάτος ανατολικού/δυτικού)

Συνολικό μήκος δοκού=27 × 35 =945 m

Βάρος δοκού=945 × 45 =42.525 κιλά

Τεγίδες: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), σε απόσταση 1,5 m oc

Συνολικό μήκος τεγίδας ≈ (2.544 m² / απόσταση 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Βάρος=1,696 × 5.5 =9.328 κιλά

Ολικός χάλυβας οροφής = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 τόνοι

 

 

Τυπική πρακτική:5%του συνολικού βάρους του κύριου μέλους

Σύνολο κύριων μελών=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 τόνους

Συνδέσεις=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 τόνοι

 

 

Συστατικό	Βάρος (τόνοι)
Στήλες	153.7
Δοκάρια δαπέδου & ακμών	316.4
Στήριγμα (SCBF)	22.9
Κορνίζα οροφής (δοκάρια + τεγίδες)	51.9
Συνδέσεις (5%)	27.3
Συνολικός εκτιμώμενος δομικός χάλυβας	572,2 τόνοι

 

 

Συνολική επιφάνεια ορόφου =2,544 m²

Χάλυβας ανά μονάδα επιφάνειας=572.2 t / 2.544 m² =225 kg/m²

Αυτό είναι λογικό για ένα-σεισμογενές-ανθεκτικό κτίριο 4 ορόφων με ενισχυμένα κουφώματα σε περιοχή με υψηλή σεισμικότητα.

 

 

Δυνατότητα βελτιστοποίησης: Η χρήση μεγαλύτερων χώρων ή μειωμένης στήριξης θα μπορούσε να μειώσει την χωρητικότητα, αλλά οι σεισμικές απαιτήσεις σε PNG περιορίζουν τις μειώσεις.

Τοπική Κατασκευή: Εξετάστε τη διαθεσιμότητα τυπικής ενότητας σε PNG ή Αυστραλία (υποθέτονται κοινές ενότητες όπως τα σχήματα W-και HSS).

Προστασία από τη διάβρωση: Όλο το ατσάλι για να δέχεται-εν θερμό γαλβανισμό ή σύστημα βαφής διπλής όψης λόγω του παράκτιου τροπικού περιβάλλοντος.

Ενδεχόμενο: Προσθήκη5–10%για ανάπτυξη σχεδιασμού, αρχιτεκτονικές αλλαγές ή αναποτελεσματικές λεπτομέρειες →Τελική εκτίμηση προϋπολογισμού: ~615–700 τόνοι. Εάν προσθέσετε λίγη σκάλα και δομή για ανελκυστήρες, το σύνολο θα είναι γύρω650~750 τόνοιστον τελικό.

Προετοιμασία: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Ημερομηνία: 16 Ιανουαρίου 2026
Βάση: AISC 360-16, προκαταρκτική διάταξη, σεισμικές υποθέσεις ASCE 7-16