Stålkonstruktion för ett 4-våningshotell i Papua Nya Guinea

 

Plats: Papua Nya Guinea

Seismisk zon: Seismisk intensitet av8 grader(motsvarande PGA ≈ 0,3g baserat på ASCE 7 eller liknande lokala koder)

Vindbelastning: Grundläggande vindhastighet =120 km/h (~33.3 m/s)

Snöbelastning: Ingen

Användning av byggnader:

Nivå 1: Parkeringsgarage (höjd=3.8 m)

Nivå 2–4: Hotellrum (golv-till-golvhöjd=3.7 m, 3,7 m respektive 3,4 m)

Typ av tak: Tak med enkel-lutning(antagen lutning=2 % för dränering)

Ytterväggar: Icke-strukturella ihåliga betongblock (lokalt konstruerade;inte bärande-)

Golvsystem: Kompositståldäck med gjuten-på-plats av betong(ska specificeras)

 

 

Total byggnadslängd: 80 m

Plan konfiguration:

Östra flygeln: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Västra flygeln: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Notera: Planen äricke-rektangulär, troligen L-formad eller stegad. För strukturell analys behandlas byggnaden som två sammankopplade block med möjlig expansionsfog eller stel koppling beroende på seismiska detaljer.

Typiska Bay storlekar: Antag kolumnavstånd för7,5 m längsgåendeoch6,0 m på tvären(justerbar per arkitektonisk input).

 

 

Primär kod: AISC 360-16 (Specifikation för strukturella stålbyggnader)

Seismisk design: ASCE 7-16 (eller motsvarande – anpassad för PNG-seismicitet)

Vindbelastning: ASCE 7-16, kapitel 27 (Riktningsprocedur)

Materialstandarder: ASTM A992 (balkar/kolonner), ASTM A36 (plattor, sekundära delar)

 

 

 

Komponent	Belastning (kN/m²)
Ståldäck + 125 mm betongplatta (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Tak, MEP, Finish	0.5
Takbeläggning (metalldäck + isolering)	0.3
Ihålig blockvägg (icke-strukturell, men applicerad som linjebelastning på balkar)	~3,0 kN/m(per meter höjd)

 

 

Nivå	LL (kN/m²)	Hänvisning
Nivå 1 (parkering)	2.5	ASCE 7
Nivå 2–4 (hotell)	1.9	ASCE 7 (bostäder)
Tak	0.5	Underhållsbelastning

 

 

Grundläggande vindhastighet:V = 33.3 m/s

Exponeringskategori:C(förutsatt förorts-/stadsterräng)

Gust faktor:G = 0.85

Tryckkoefficient (Cp):

Vägg (vindåt):+0.8

Vägg (lä):–0.5

Tak (enkel-lutning):–0,9 till –0,3(beroende på zon)

Med ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Om du antar (K_z=0.85) i mitten-höjd (~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 ]

Design vindtryck:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Max väggtryck ≈0,33 kN/m²(vindåt), sug ≈–0,21 kN/m²(lä)

Notera: På grund av låg stigning (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Spektralt svar: För 8-graderszon, antaS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(konservativ uppskattning per lokal anpassning av ASCE 7)

Riskkategori: II

R-faktor (momentram i stål): R = 8(för Special Moment Frame – SMF)

Viktighetsfaktor: (I_e = 1.0)

Ungefärlig grundläggande period:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Total höjd (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m ca.)

Seismisk basskjuvning:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5 % av totalvikten- betydande.

 

 

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

3 upptagna våningar + tak ≈ 4 plan

Genomsnittlig DL + LL per våning ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Totalvikt (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57 500 kN

Basskjuvning (V ≈ 0,125 × 57 500 ≈7 200 kN

→ Seismiken styr över vindenför lateral design.

 

 

Lateral Force Resisting System (LFRS):

Special Concentrically Braced Frames (SCBF)ellerSpecial Moment Frames (SMF)

Med tanke på arkitektonisk flexibilitet och behov av öppen parkering,SCBFföredragen för effektivitet och duktilitet i hög-seismiska zoner.

Tyngdkraftssystem:

Sammansatta balkar(W-former med klippreglar + metalldäck + betongplatta)

Kolumner: HSS- eller W-sektioner kontinuerliga från grund till tak

Uppiggande: X-stag i båda riktningarna vid trappor/hisskärnor och omkrets där så är möjligt

Tak: Enkel-lutning som stöds av sluttande takbjälkar eller avsmalnande ramar; räfflor på toppen.

 

 

6.1 Golvbalkar (typisk interiör)

Spännvidd: 7,5 m

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

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

Erforderlig sektionsmodul: (Z_x Större än eller lika med M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

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

6.2 Kantbalkar (med väggbelastning)

Ytterligare väggbelastning: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Totalt w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Kolumner (interiör, 4 våningar)

Biflodsområde: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Axiallast per våning: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Totalt P ≈ 4 × 232 =928 kN

Lägg till 20 % för seismiska axiella effekter →P_u ≈ 1 115 kN

Effektiv längd (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

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

Använd W250×67 eller HSS203×203×9.5 för ekonomi

6.4 Bracing Members (SCBF)

Antag stag vid 2 fack per riktning

Seismisk berättelseskjuvning per vik ≈ 7 200 / (antal förstärkta ramar)

Antag 4 förstärkta ramar i varje riktning → ~900 kN per ram

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

Krävs A_g Större än eller lika med 1 270 000 / (0,9×345) ≈4 090 mm²

Rättegång: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK för spänning/kompression med smalhetskontroll)

 

 

Metalldäck: Conform® 2.0 eller Bondek®(profildjup=60 mm)

Betongplatta: 125 mm tjock, f'c=25 MPa

Skärstift: 19 mm diameter × 100 mm höjd, fördelade på300 mm oclängs balkar

Sammansatt åtgärd: Full interaktion antas enligt AISC 360 kapitel I

 

 

Jordrapport krävs– anta måttlig bärighet (150 kPa)

Kolumnreaktioner: Max ~1 200 kN → fotstorlek ≈ √(1 200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 misolerad fot

Seismisk ankarplats: Förankringsstänger designade för lyftning och skjuvning enligt ACI 318

 

 

Beama-till-kolumn: Bultade ändplattor eller svetsade momentanslutningar (om SMF används)

Spänn fast-till-kil: Whitmore sektionsmetod enligt AISC Seismic Provisions

Däckstöd: Enkelt lager på balkens toppfläns

 

 

Punkt	Specifikation
LFRS	Special Concentrically Braced Frames (SCBF)
Gravity Beams	B410×60 (interiör), B460×74 (kant)
Kolumner	B250×67 eller HSS203×203×9,5
Hängslen	HSS152×152×9,5
Golvdäck	60 mm djupt kompositmetalldäck + 125 mm betong
Seismisk basskjuvning	~7 200 kN (reglerar design)
Vindtryck	~0,33 kN/m² (icke-styrande)
Taklutning	2 % enkel lutning, stödd av sluttande takbjälkar

 

 

Anlita lokal geoteknisk ingenjör för markrapport.

Samordna med arkitekten för att lokalisera förstärkta ramar utan att hindra parkering eller rum.

Använd korrosionsbeständigt-färgsystem (C4-miljö enligt ISO 12944 – kustnära PNG).

Tillhandahåll rörelsefogar om öst/väst vingar är avsevärt förskjutna.

Utför detaljerad 3D-strukturanalys med programvara (t.ex. ETABS, SAP2000) inklusive P-Δ-effekter.

 

 

 

Denna uppskattning av ståltonnage täcker de primära och sekundära konstruktionsstålelementen som krävs för tyngdkrafts- och sidolastmotståndssystemen- i det fyra våningar höga hotellet, inklusive:

Kolumner (från grund till tak)

Golv och takbjälkar (kompositdesign)

Stativdelar (Special Concentrically Braced Frames – SCBF)

Takram (lutande takbjälkar och räfflor)

Anslutningar (uppskattat som 5 % av huvudmedlemmens vikt)

Utesluten:

Metalldäck (anses som icke-strukturell beklädnad/plattastöd)

Förankringsstänger, bottenplattor (ingår i anslutningsbidrag)

Trappor, räcken, diverse stål

 

 

Byggnadsplanen består av två sammankopplade block:

Östra kvarteret: 55.6 m × 27 m

Västra kvarteret: 25 m × 41.7 m
→ Totalt fotavtryck ≈2,544 m²

Typiskt kolumnrutnät:7,5 m (längsgående) × 6,0 m (tvärgående)

Antal kolumner:

Östra blocket: (55,6/7,5 ≈ 8 fack → 9 linjer) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 linjer) =45 kolumner

Västra blocket: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 linjer) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 linjer) =32 kolumner

Dra av överlappning vid korsningen (~5 delade kolumner) →Totalt antal kolumner ≈ 72

Våningar: 4 våningar (inklusive tak)

Stamade ramar: 2 per riktning per block →Totalt 8 st förstärkta fack

Taklutning: 2 %, stödd av lutande balkar; inga takstolar

 

 

Med tanke på projektets karaktär av allmännyttiga bostäder beslutade vi att förstärka hela struktursystemet för att skapa en robust byggnad med en livslängd på över 100 år. För att uppnå detta ersatte vi konventionella pelare med stålpelare i låd-sektion och fyllde dem på -platsen med betong, vilket avsevärt förbättrade den totala strukturella hållfastheten.

 

 

Avsnitt:Box typ 400X400x12x12mm(massa=146.2 kg/m)

Höjd per kolumn:

Nivå 1: 3,8 m

Nivå 2–3: 3,7 m vardera

Nivå 4: 3,4 m
→ Total höjd =14.6 m

Total kolumnlängd=72 × 14.6 =1,051 m

Kolumnvikt=1,051 m × 146,2 kg/m =153 656 kg ≈ 153,7 ton

Obs: Bottenvåningens pelare kan vara tyngre; detta är ett genomsnitt.

 

 

Inre balkar: WH500X290X10X16mm (massa=109.6 kg/m)

Spännvidd: 7,5 m

Antal per våning:

Östra blocket: 5 tvärgående linjer × 8 längsgående fack=40

Västra blocket: 8 tvärgående linjer × 3 längsgående fack=24
→ 64 inre balkar per våning

Totalt för 3 våningar + takram=4 × 64 =256 strålar

Längd=256 × 7.5 =1,920 m

Vikt=1,920 × 109.6=210 432 kg

Kant-/perimeterbalkar: WH600X200X12X12mm (massa=92 kg/m)

Omkretslängd per våning ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – överlappning ≈290 m/våning

Antag kantbalkar var 6:e ​​m → ~48 kantbalkar per våning

Totalt=4 × 48 =192 strålar, snitt spänn=6.0 m

Längd=192 × 6 =1,152 m

Vikt=1,152 × 92=105 984 kg

Total strålvikt = 210,432 + 105,984 = 316 416 kg ≈ 316,4 ton

 

 

Avsnitt:HSS152×152×9,5(massa=42.5 kg/m)

Stagade fack: totalt 8 (4 i Ö-V, 4 i N-S)

Varje vik har 2 diagonaler per berättelse → 4 våningar × 2 =8 diagonaler per förstärkt ramlinje

Totalt antal diagonaler=8 ramar × 8 =64 hängslen

Genomsnittlig diagonal längd (för 7,5 m × 3,7 m vik vid 45 grader):
(L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m)

Total staglängd=64 × 8.4 =538 m

Bygelvikt=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 ton

 

 

Huvudtaksparrar följer enkel-lutningsprofil; användaW310×45(45 kg/m)

Avstånd: 3,0 m oc (för att stödja rälsen)

Total takarea=2,544 m² → takbjälklängd ≈ byggnadsbredd (max 41,7 m)

Antal takbjälkar ≈ 80 m / 3,0 ≈27 rader

Genomsnittlig takbjälkens längd=35 m (vägd snitt av öst/västlig bredd)

Total takbjälklängd=27 × 35 =945 m

Spärrvikt=945 × 45 =42 525 kg

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

Total längd ≈ (2 544 m² / 1,5 m avstånd) × 1,0 m =1,696 m

Vikt=1,696 × 5.5 =9 328 kg

Totalt takstål = 42,525 + 9,328 = 51 853 kg ≈ 51,9 ton

 

 

Standardpraxis:5%av den totala huvudmedlemmens vikt

Huvudmedlemmar totalt=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 ton

Anslutningar=0.05 × 533,900 =27 245 kg ≈ 27,3 ton

 

 

Komponent	Vikt (ton)
Kolumner	153.7
Golv & Kantbalkar	316.4
Stag (SCBF)	22.9
Takinramning (balkar + räfflor)	51.9
Anslutningar (5 %)	27.3
Totalt uppskattat konstruktionsstål	572,2 ton

 

 

Total golvyta =2,544 m²

Stål per ytenhet=572.2 t / 2 544 m² =225 kg/m²

Detta är rimligt för en 4-seismisk-beständig stålbyggnad med stagade ramar i ett högseismiskt område.

 

 

Optimeringspotential: Användning av större fack eller minskad stag kan sänka tonnaget, men seismiska krav i PNG begränsar minskningarna.

Lokal tillverkning: Tänk på tillgänglighet av standardsektioner i PNG eller Australien (vanliga sektioner som W-former och HSS antas).

Korrosionsskydd: Helt stål för att ta emot varm-doppförzinkning eller duplexfärgsystem på grund av kustnära tropiska miljöer.

Beredskap: Lägg till5–10%för designutveckling, arkitektoniska förändringar eller detaljerade ineffektiviteter →Slutlig budgetuppskattning: ~615–700 ton. Om lägga till en trappa och struktur för hissar, kommer totalt att finnas runt650~750 toni final.

Utarbetad av: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Datum: 16 januari 2026
Bas: AISC 360-16, preliminär layout, ASCE 7-16 seismiska antaganden