Strukturanalys och uppskattning av stålkvantitet för en fem{0}}vånings stålram

Nedan är en strukturanalys och uppskattning av ståltonnage för den beskrivna stålramskonstruktionen i fem-våningar

---

 

 

 

För att utföra en meningsfull lastanalys används följande rimliga antaganden (typiskt för lätta industri- eller bruksstödstrukturer):

Golvets egenbelastning (DL): 1,0 kN/m²
(Inkluderar trädäck, ytbehandlingar, mekaniska/elektriska om sådana finns, och egen-vikt för sekundära elements-primära balks egen-vikt läggs till separat.)

Live load (LL): 2,0 kN/m²
(Typiskt för lätt förvaring eller underhåll; justera om annan användning är avsedd.)

Taket egenlast: 0,8 kN/m²

Takspänning / snölast: 1,0 kN/m²

Vindbelastning: Inte fördelat per våning här; sidomotstånd hanteras av stag (analyseras separat).

 

Bay geometri:

Varje tvärgående ram är1,6 m bred.

Längsgående avstånd mellan ramar: 5 fack → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Således har varje "golvpanel" som stöds av helbalkar arean =1,6 m × fackets bredd.

Helljus (W10×22)siktlängsgående, som förbinder de 6 tvärgående ramarna på varje nivå. Därför stöder varje balk halva biflodsbredden från intilliggande vikar-men eftersom strukturen endast är1,6 m bred totalt, det finns effektivttvå kantbalkarstöder hela 1,6 m bredd (eller en central balk med konsoler). För enkelhetens skull antar vitvå längsgående balkar, varje bärande0,8 m biflodsbredd.

Men med tanke på den smala bredden (1,6 m) är det mer praktiskt att modellera golvsystemet somen enda remsadär de två längsgående W10×22-balkarna fungerar somkantbalkarstöder en 1,6 m bred plattform.

Således,biflodsområde per balk per vik = 0,8 m × facklängd.

Men förkolumnbelastningsberäkning, anser vi atttotal belastning per tvärgående ram.

---

 

Varje tvärgående ram (vid en given longitudinell position) stöder:

Halva arean av viken till vänster + halva arean till höger.

För invändiga ramar (ram 2–5):

Biflods längd=(vänster vik + höger bay) / 2

För ändramar (ram 1 och ram 6):

Biflods längd=intilliggande vik / 2

Ram #	Left Bay (m)	Höger vik (m)	Biflods längd (m)	Biloppsyta per våning (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

Notera: Total yta=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Hel planyta=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Konsekvent.

---

 

 

Dödlast (DL)= 1.0 kN/m²

Live Load (LL)= 2.0 kN/m²

Total opåverkad belastning= 3.0 kN/m²

Ram #	Yta (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Total belastning per våning (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

Dessutom,egen-vikt för helljusmåste ingå i kolumnbelastningar.

B10×22 vikt=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Varje ram ansluter tilltvå strålsegment(vänster och höger)

Strålsegmentlängder=faktiska fältlängder

Exempel för bildruta 3:

Vänster vik=5.6 m → balkvikt=0.321 × 5.6=1.80 kN

Höger fack=2.8 m → balkvikt=0.321 × 2.8=0.90 kN

Total balks egen-vikt biflod till ram 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Egentligen,balkvikten är helt uppburen av pelare i ändarna, så varje kolumn vid en ram bärhälften av varje intilliggande balks vikt.

Således,ytterligare vertikal belastning från balkar per ram per våning:=0.5 × (vänster fack + höger fack) × 0,321 kN/m

Beräkna för varje ram:

Ram	Intilliggande vikar (m)	Total intilliggande längd (m)	Beam Self-Vikt (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

Lägg till detta till tidigare summor:

 

Total vertikal belastning per ram per typiskt golv (nivåer 1–4):

Ram	Ytbelastning (kN)	+ Strålvikt (kN)	Totalt per våning (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

---

 

 

Tak DL=0.8 kN/m²

Tak LL=1.0 kN/m²

Totalt=1.8 kN/m²

Yta-baserad taklast per ram:

Ram	Yta (m²)	Tak DL (kN)	Tak LL (kN)	Delsumma (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

Lägg till samma balks egen-vikt (balkar finns kvar på taket):

Total taklast per ram:

Ram	Takyta last (kN)	+ Strålvikt (kN)	Totalt tak (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

---

 

 

Förutsatt att alla våningar är identiska (nivå 1–4) och tak som nivå 5:

Ram	Last/golv (kN)	× 4 våningar	Tak (kN)	Total kolumnbelastning (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

Notera: Dessa äropartisk servicebelastning. För design, använd LRFD-kombinationer (t.ex. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Tyngdkraftsbelastningaröverförs från det 1,6 m breda däcket till längsgående W10×22-balkar, sedan till W8×24-pelare vid var och en av de 6 ramarna.

Toppaxiella belastningen för kolonnenförekommer vid ramar 2 och 5 (~133 kN opåverkad).

Sidostabilitettillhandahålls av:

Vertikal X-stag (L3×3×1/4) i minst ett fack (t.ex. 2,8 m mittfack).

Horisontell stagning (C9×20) vid tak (och eventuellt andra nivåer) till membrans sidokrafter till stagna ramar.

Strukturen ärstatiskt bestämd i gravitationen, ochstärkt-rambeteendestyr lateral respons.

Rekommendation: Utför en 3D-strukturanalys (t.ex. med hjälp av SAP2000, ETABS eller STAAD.Pro) för att verifiera elementets kapacitet, drift och anslutningskrafter under kombinerad belastning enligt AISC 360 och lokala byggregler.

---

Slut på analys.

 

Anpassningsbara regioner:Chile, Filippinerna, Nya Credonia, Tonga, Jungfruöarna, Reunion Island, Peru...

Ansökningar: Strukturella komponenter för lager, lagring, logistik, maskinställ och andra speciella ändamål

Antal berättelser: 5

Total höjd: 12,2 m → genomsnittlig berättelsehöjd=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Byggnadsbredd (kort riktning): 1.6 m

Byggnadslängd (lång riktning): 25.2 m

Ramfack (tvärgående ramar): 6 ramar fördelade på [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] längs den 25,2 m långa längden
→ Totalt utrymmesavstånd summa=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konsekvent)

Primärmedlemmar:

Kolumner: W8×24 (enligt ASTM A992 eller motsvarande)

Huvudbalkar (balkar): B10×22

Horisontell stag: C9×20 (kanalsektion)

Vertikal (stor) stag: L3×3×1/4 (lika-benvinkel)

 

Strukturen är en momentbeständig ram som stabiliseras i sidled med diagonalstag i både horisontella och vertikala plan.

Gravity Load Path:
Golvlaster (död + strömförande) överförs via golvsystem (ej detaljerat här) till huvudbalkar (W10×22), sedan till pelare (W8×24). Med tanke på den smala bredden (1,6 m) är det troligt att huvudbalkarna sträcker sig tvärs (1,6 m) och stöds av pelare i linje med 25,2 m-riktningen. Med tanke på typisk praxis och medlemsbeteckning är det dock mer troligt att:

Dehelljus löper längsgående(25,2 m riktning), stödd av tvärgående ramar med mellanrum på ~5–6 m.

Men med bara 1,6 m bredd tyder detta på enenkel-vikt smal struktur, möjligen en bro, kapell eller utrustningsstödram.

Med tanke på geometrin (1,6 m bred × 25,2 m lång × 12,2 m hög) verkar detta vara enlinjär ram(t.ex. en stödkonstruktion för verktyg eller en gångväg), med 6 tvärgående ramar (var och en 1,6 m bred) fördelade längs 25,2 m längd.

Således:

Varjetvärgående rambestår av två kolumner (höjd=2.44 m per våning × 5=12.2 m totalt) och anslutande balkar på varje nivå.

Helljus(W10×22) troligtvis kördlängsgående, som förbinder de tvärgående ramarna på varje våningsplan.

Uppiggande:

Horisontell stag(C9×20) vid tak och eventuellt mellanliggande nivåer för att överföra sidobelastningar till stagna ramar.

Vertikal (berättelse) stag(L3×3×1/4) i ett eller flera fack för att ge sidostyvhet mot vind/seismiska belastningar.

 

 

Enhetsvikter (från AISC Manual):

B8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

B10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: vikt ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (beräknat från area ≈ 1,44 tum²)

---

A. Kolumner

Antal tvärgående ramar: 6

Varje ram har 2 kolumner (förutsatt rektangulär ram)

Totalt antal kolumner=6 × 2=12

Höjd per kolumn=12.2 m

Total kolumnlängd=12 × 12.2=146.4 m

Stålpelares vikt=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5 226 kg

 

B. Huvudbalkar (längsgående balkar)

Förutsatt att balkar på var och en av de 5 våningsplanen löper över hela 25,2 m längd, ochtvå balkar per nivå(plus 6 av 1,6 m bredd):

Strålar per nivå=2

Nivåer=5

Total strållängd=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Balkstålvikt=300 m × 32,7 kg/m ≈9 810 kg

Obs: Om strukturen bara använder en central balk eller annan konfiguration, justera därefter. Detta förutsätter perimeterinramning.

 

C. Horisontell stag (C9×20)

Installeras vanligtvis i taknivå och eventuellt på mellanvåningar. Anta:

Ett horisontellt stödskikt vid taket (planstagning som bildar X eller enkel diagonal per panel)

Paneler mellan ramar: 5 paneler (mellan 6 ramar)

Diagonal längd per panel ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (för 5,6 m fack); för 2,8 m vik: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

AntaX-stag endast i ett fack(minimum för stabilitet), t.ex. i den centrala 2,8 m viken:

Diagonaler vid tak: 2 × 3.22=6.44 m

Eventuellt även på marknivå eller mellanliggande: antag 3 nivåer med stag → 3 × 6.44=19.3 m

Total C9×20 längd ≈ 20 m (konservativ)

Vikt=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Om fullständig horisontell trussning används på varje nivå ökar mängden avsevärt. Detta är en minimal uppskattning. Det finns faktiskt horisontella stag i varje fack, så den faktiska användningen blir mycket mer.

 

D. Vertikal (berättelse) stag (L3×3×1/4)

Antaen förstärkt viklängs längden (t.ex. mellan bildruta 3 och 4, tvärs över 2,8 m bukten) med X-stag vid varje våning.

Antal våningar=5 → 5 stödpaneler

Panelhöjd=2.44 m, bredd=2.8 m

Diagonal längd per panel=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Två diagonaler per panel (X-klammer) → 2 × 3.71=7.42 m per berättelse

Total längd=5 × 7.42=37.1 m

Vikt=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Om flera fack är förstärkta, multiplicera därefter.

---

 

 

Komponent	Vikt (kg)
Kolumner (B8×24)	5,226
Helljus (W10×22)	9,810
Horisontell stag (C9×20)	596
Vertikal stag (L3×3×1/4)	271
Totalt (ungefär)	15 903 kg

≈ 15,9 ton

Obs: Detta exkluderar anslutningar, bottenplattor, sekundära delar eller däck. Den faktiska tillverkningsvikten kan vara 10–15 % högre på grund av anslutningsdetaljer och spill.

---

 

 

Slankhet: B8×24 kolumner (d ≈ 8 tum, A ≈ 7,08 tum²) över 12,2 m ostödd höjd kan vara smala. Effektiv längdfaktor (K) beror på slutförhållandena. För fast-nålt kan KL/r överskrida gränserna om inte stag.Vertikal stag är viktigtför att minska den effektiva kolumnlängden.

Strålvidd: B10×22 över 5,6 m (om balkar spänner mellan ramar i tvärled) är rimligt för lätta belastningar. Men om balkar spänner över 25,2 m kontinuerligt, skulle avböjning och styrka vara otillräckliga-så den antagna konfigurationen (balkar som längsgående bågar mellan tvärgående ramar) är mer rimlig.

Sidostabilitet: Tillhandahålls av kombinationen av vertikal X-stag (motstår vind/seismisk) och horisontell stag (membranverkan).

Belastningsantaganden: Utan specifika döda/live/vindlaster är detta en preliminär uppskattning. Detaljerad design enligt AISC 360 krävs.

---

 

Slutsats
Den beskrivna stålramen är en smal, fler{0}}vånings stagram med ett uppskattat ståltonnage påcirka 15,9 ton. Det strukturella systemet förlitar sig på diagonalstag för sidostabilitet, och elementstorlekar verkar vara tillräckliga för lätt-till-måttlig belastning, förutsatt att korrekt stöd minskar pelarens effektiva längder. En fullständig strukturell analys inklusive lastkombinationer, anslutningsdesign och servicekontroller rekommenderas före konstruktion.