עיצוב מסגרת פלדה מבנית למלון בן 4 קומות בפפואה גינאה החדשה

 

מִקוּם: פפואה גינאה החדשה

אזור סיסמי: עוצמה סיסמית של8 מעלות(שווה ערך ל-PGA ≈ 0.3g על בסיס ASCE 7 או קודים מקומיים דומים)

עומס רוח: מהירות רוח בסיסית =120 קמ"ש (~33.3 m/s)

עומס שלג: אַף לֹא אֶחָד

שימוש בבניין:

רמה 1: מוסך חניה (גובה=3.8 מ')

רמות 2-4: חדרי אירוח במלון (גובה-עד-קומה=3.7 מ', 3.7 מ' ו-3.4 מ' בהתאמה)

סוג גג: גג משופע- יחיד(הנחה של שיפוע=2% עבור ניקוז)

קירות חיצוניים: גושי בטון חלולים לא-מבניים (בנוי מקומי;לא עומס-)

מערכת רצפה: סיפון פלדה מורכב עם ציפוי בטון-יצוק-במקום(יש לציין)

 

 

אורך הבניין הכולל: 80 m

תצורת תוכנית:

האגף המזרחי: 55.6 m (L) × 27 m (W)

האגף המערבי: 25 m (L) × 41.7 m (W)

פֶּתֶק: התוכנית היאלא-מלבני, כנראה בצורת L-או מדורגת. לצורך ניתוח מבני, הבניין מטופל כשני בלוקים מחוברים עם חיבור התפשטות אפשרי או חיבור קשיח בהתאם לפרטים הסיסמיים.

מידות מפרץ אופייניות: נניח מרווח עמודות של7.5 מ' לאורךו6.0 מ' לרוחב(ניתן להתאמה לפי קלט אדריכלי).

 

 

קוד ראשי: AISC 360-16 (מפרט עבור מבני פלדה מבניים)

עיצוב סיסמי: ASCE 7-16 (או שווה ערך - מותאם לסייסמיות PNG)

עומס רוח: ASCE 7-16, פרק 27 (נוהל כיוון)

תקנים חומריים: ASTM A992 (קורות/עמודות), ASTM A36 (לוחות, איברים משניים)

 

 

 

רְכִיב	עומס (kN/m²)
סיפון פלדה + 125 מ"מ לוח בטון (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
תקרה, חבר הפרלמנט האירופי, גימורים	0.5
קירוי (דק מתכת + בידוד)	0.3
קיר בלוקים חלול (לא-מבני, אבל מופעל כעומס קו על קורות)	~3.0 קילו-ניין/מטר(למטר גובה)

 

 

רָמָה	LL (kN/m²)	הַפנָיָה
רמה 1 (חניה)	2.5	ASCE 7
רמות 2-4 (מלון)	1.9	ASCE 7 (מגורים)
גַג	0.5	עומס תחזוקה

 

 

מהירות רוח בסיסית:V = 33.3 m/s

קטגוריית חשיפה:C(בהנחה של שטח פרברי/עירוני)

גורם משב רוח:G = 0.85

מקדם לחץ (Cp):

קיר (לרוח):+0.8

קיר (ברוחב):–0.5

גג (שיפוע-יחיד):-0.9 עד -0.3(תלוי באזור)

באמצעות ASCE 7 Eq. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
בהנחה (K_z=0.85) באמצע- גובה (~7 מ'), (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 קילו-ניין/מ"ר ]

לחץ רוח עיצובי:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
≈ לחץ קיר מקסימלי ≈0.33kN/m²(לרוח), יניקה ≈-0.21 קילו-ניין/מ"ר(צַד הַמוּגָן מִן הַרוּחַ)

פֶּתֶק: עקב עלייה נמוכה (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

תגובה ספקטרלית: עבור אזור 8 מעלות, נניחS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(הערכה שמרנית לפי התאמה מקומית של ASCE 7)

קטגוריית סיכון: II

R-גורם (מסגרת רגעי פלדה): R = 8(עבור מסגרת רגע מיוחד - SMF)

גורם חשיבות: (I_e = 1.0)

תקופה יסודית משוערת:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(גובה כולל (h_n=3.8 + 3×3.7 – 0.3=14.6) מ' בערך)

גזירת בסיס סיסמית:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12.5% ​​מהמשקל הכולל- משמעותי.

 

 

שטח רצפה ≈ (55.6×27) + (25×41.7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 קומות תפוסה + גג ≈ 4 מפלסים

ממוצע DL + LL לקומה ≈ (3.75 + 1.9) ≈5.65 קילוואן/מ"ר

משקל כולל (W ≈ 2544 × 5.65 × 4 ≈57,500 קילו-אן

גזירת בסיס (V ≈ 0.125 × 57,500 ≈7,200 קילו-אן

→ סיסמיקה שולטת על הרוחלעיצוב רוחבי.

 

 

מערכת התנגדות לכוח רוחבי (LFRS):

מסגרות קונצנטריות מיוחדות (SCBF)אוֹמסגרות רגע מיוחד (SMF)

בהינתן גמישות אדריכלית וצורך בחניה פתוחה,SCBFמועדף עבור יעילות ומשיכות באזורים-סיסמיים גבוהים.

מערכת כבידה:

קורות מרוכבות(W-צורות עם חתיכים גזירה + סיפון מתכת + לוח בטון)

עמודות: HSS או W-חתכים מתמשכים מהיסוד לגג

חיזוק: X-מתג בשני הכיוונים בליבות המדרגות/מעלית ובהיקף במידת האפשר

גַג: שיפוע- יחיד הנתמך על ידי קורות גג משופעות או מסגרות מחודדות; פורלינים מלמעלה.

 

 

6.1 קורות רצפה (פנים טיפוסי)

טווח: 7.5 מ'

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

מומנט מרבי: (M=wL^2/8=30.9 × 7.5^2 / 8 ≈ 217 קילו-נוט·מ)

מודול המקטע הנדרש: (Z_x גדול או שווה ל-M / (0.9 F_y)=217×10⁶ / (0.9×345) ≈ 700×10³ mm³)

מדור משפט: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, בסדר)

6.2 קורות קצה (עם עומס קיר)

עומס נוסף על הקיר: 3.0 קילוואן/מ"ר × 3.7 מ' =11.1 קנואן/מ'

סה"כ w ≈ 30.9 + 11.1 =42.0 קילו-ניין/מ'

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 עמודות (פנים, 4 קומות)

שטח יובל: 7.5 מ' × 6.0 מ'=45 מ"ר

עומס צירי לקומה: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

סה"כ P ≈ 4 × 232 =928 קילו-אן

הוסף 20% להשפעות ציריות סיסמיות →P_u ≈ 1,115 kN

אורך אפקטיבי (KL ≈ 0.8 × 3700=2,960 מ"מ)

מִשׁפָּט:W250×73(A=9,290 מ"מ², r=119 מ"מ → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0.9×345×9290 ≈2,880 קילוואן >>1,115 kN → אישור)

השתמש ב-W250×67 או HSS203×203×9.5 לחסכון

6.4 חברי חיזוק (SCBF)

נניח חיזוק ב-2 מפרצים לכל כיוון

גזירה סיסמית לכל מפרץ ≈ 7,200 / (מספר מסגרות משובצות)

נניח 4 מסגרות משובצות בכל כיוון → ~900 קילו-ניין לכל מסגרת

כוח אלכסוני: (F=V / sinθ); θ=45 מעלות → F ≈ 900 / 0.707 ≈1,270 קילוגרם

נדרש A_g גדול או שווה ל-1,270,000 / (0.9×345) ≈4,090 מ"מ

מִשׁפָּט: HSS152×152×9.5(= 5,200 מ"מ, בסדר עבור מתח/דחיסה עם בדיקת רזון)

 

 

סיפון מתכת: Conform® 2.0 או Bondek®(עומק פרופיל=60 מ"מ)

לוח בטון: עובי 125 מ"מ, f'c=25 MPa

חתיכים לגזירה: קוטר 19 מ"מ × 100 מ"מ גובה, מרווח ב300 מ"מ ocלאורך קורות

פעולה מורכבת: אינטראקציה מלאה מונחת לפי AISC 360 פרק I

 

 

דרוש דוח קרקע- הנח כושר נשיאה בינוני (150 kPa)

תגובות עמודות: מקסימום ~1,200 קילוגרם → גודל בסיס ≈ √(1,200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mקרקע מבודדת

מעגן סיסמי: מוטות עיגון המיועדים להרמה וגזירה לפי ACI 318

 

 

קרן-אל-עמודה: לוחות קצה מוברגים או חיבורי מומנט מרותכים (אם נעשה שימוש ב-SMF)

סמוך-ל-גוסט: שיטת חתך Whitmore לפי הוראות AISC Seismic

תמיכת סיפון: מיסב פשוט על אוגן עליון הקורה

 

 

פָּרִיט	מִפרָט
LFRS	מסגרות קונצנטריות מיוחדות (SCBF)
קרני כבידה	W410×60 (פנימי), W460×74 (קצה)
עמודות	W250×67 או HSS203×203×9.5
פלטה	HSS152×152×9.5
דק רצפה	סיפון מתכת מרוכב בעומק 60 מ"מ + 125 מ"מ בטון
גזירת בסיס סיסמית	~7,200 קילו-ניין (שולט בעיצוב)
לחץ רוח	~0.33kN/m² (לא-ממשלתי)
שיפוע גג	2% שיפוע בודד, נתמך בקורות משופעים

 

 

התקשר מהנדס גיאוטכני מקומי לדוח קרקע.

תיאום עם האדריכל לאיתור מסגרות משובצות מבלי לחסום חניה או חדרים.

השתמש במערכת צבע עמידה בפני-קורוזיה (סביבת C4 לפי ISO 12944 - PNG חוף).

ספק מפרקי תנועה אם כנפי מזרח/מערב מקוזזים באופן משמעותי.

בצע ניתוח מבני 3D מפורט באמצעות תוכנה (למשל, ETABS, SAP2000) כולל אפקטים של P-Δ.

 

 

 

אומדן טונות פלדה זה מכסה את רכיבי הפלדה המבניים הראשוניים והמשניים הנדרשים למערכות הכבידה והעומס הצידי-עמידות של המלון בן 4 הקומות, כולל:

עמודים (מהיסוד לגג)

קורות רצפה וגג (עיצוב מורכב)

איברי חיזוק (מסגרות קונצנטריות מיוחדות - SCBF)

מסגור גג (קורות משופעים וסדקים)

חיבורים (מוערך כ-5% ממשקל החבר הראשי)

לא נכלל:

סיפון מתכת (נחשב ללא-חיפוי מבני/תמיכת לוח)

מוטות עיגון, לוחות בסיס (כלול בקצבת החיבור)

מדרגות, מעקות, פלדה שונות

 

 

תוכנית הבנייה מורכבת משני בלוקים מחוברים:

בלוק מזרח: 55.6 m × 27 m

בלוק מערב: 25 m × 41.7 m
→ טביעת רגל כוללת ≈2,544 m²

רשת עמודות טיפוסית:7.5 מ' (אורכי) × 6.0 מ' (רוחבי)

מספר עמודות:

בלוק מזרח: (55.6/7.5 ≈ 8 מפרצים → 9 קווים) × (27/6 ≈ 4.5 → 5 קווים) =45 עמודות

בלוק מערבי: (25/7.5 ≈ 3.3 → 4 שורות) × (41.7/6 ≈ 7 → 8 שורות) =32 עמודות

הפחיתו חפיפה בצומת (~5 עמודות משותפות) ←סך כל העמודות ≈ 72

קומות: 4 מפלסים (כולל גג)

מסגרות משובצות: 2 לכל כיוון לכל בלוק →בסך הכל 8 מפרצים משובצים

שיפוע הגג: 2%, נתמך בקורות משופעות; ללא מסבכים

 

 

לאור אופיו של הפרויקט כדיור ציבורי למגורים, החלטנו לחזק את כל המערכת המבנית ליצירת מבנה חזק עם חיי שירות העולה על 100 שנים. כדי להשיג זאת, החלפנו את העמודים הקונבנציונליים בעמודי פלדה- ומילאנו אותם באתר- בבטון, תוך שיפור משמעותי בחוזק המבני הכולל.

 

 

סָעִיף:סוג קופסא 400X400x12x12 מ"מ(מסה=146.2 ק"ג/מ"ר)

גובה לכל עמודה:

רמה 1: 3.8 מ'

רמות 2–3: 3.7 מ' כל אחת

רמה 4: 3.4 מ'
← גובה כולל =14.6 m

אורך העמודה הכולל=72 × 14.6 =1,051 m

משקל עמודה=1,051 מ' × 146.2 ק"ג/מ"ר =153,656 ק"ג ≈ 153.7 טון

הערה: עמודים בקומת הקרקע עשויים להיות כבדים יותר; זה ממוצע.

 

 

קורות פנים: WH500X290X10X16 מ"מ (מסה=109.6 ק"ג/מ"ר)

טווח: 7.5 מ'

מספר לקומה:

גוש מזרחי: 5 קווים רוחביים × 8 מפרצים אורכיים=40

גוש מערבי: 8 קווים רוחביים × 3 מפרצים אורכיים=24
→ 64 קורות פנים לקומה

סה"כ עבור 3 קומות + מסגור גג=4 × 64 =256 קורות

אורך=256 × 7.5 =1,920 m

משקל=1,920 × 109.6=210,432 ק"ג

קורות קצה/היקפיות: WH600X200X12X12 מ"מ (מסה=92 ק"ג/מ"ר)

אורך היקפי לקומה ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – חפיפה ≈290 מ'/קומה

נניח קורות קצה כל 6 מ' → ~48 קורות קצה לכל קומה

סך הכל=4 × 48 =192 קורות, ממוצע span=6.0 מ'

אורך=192 × 6 =1,152 m

משקל=1,152 × 92=105,984 ק"ג

משקל קרן כולל = 210,432 + 105,984 = 316,416 ק"ג ≈ 316.4 טון

 

 

סָעִיף:HSS152×152×9.5(מסה=42.5 ק"ג/מ"ר)

מפרצים משובצים: 8 בסך הכל (4 ב-E-W, 4 ב-N-S)

לכל מפרץ יש 2 אלכסונים לכל סיפור → 4 קומות × 2 =8 אלכסונים לכל קו מסגרת מסודר

סה"כ אלכסונים=8 מסגרות × 8 =64 פלטה

ממוצע אורך אלכסוני (עבור מפרץ 7.5 מ' × 3.7 מ' ב-45 מעלות):
( L=\\sqrt{7.5^2 + 3.7^2} ≈ 8.4 מ')

אורך הפלטה הכולל=64 × 8.4 =538 m

משקל הסד=538 × 42.5 =22,865 ק"ג ≈ 22.9 טון

 

 

קורות גג ראשיים עוקבים אחר פרופיל-שיפוע יחיד; לְהִשְׁתַמֵשׁW310×45(45 ק"ג/מ"ר)

מרווחים: 3.0 מ' oc (כדי לתמוך בפורלים)

שטח הגג הכולל=2,544 מ"ר → אורך הקורות ≈ רוחב הבניין (מקסימום 41.7 מ')

מספר הקורות ≈ 80 מ' / 3.0 ≈27 שורות

ממוצע אורך הקורות=35 מ' (ממוצע משוקלל של רוחב מזרח/מערב)

אורך הקורות הכולל=27 × 35 =945 m

משקל קורת הגג=945 × 45 =42,525 ק"ג

פורלינס: C200×20×2.5 (5.5 ק"ג/מ"ר), מרווח של 1.5 מ' oc

אורך סה"כ ≈ (2,544 מ"ר / מרווח של 1.5 מ') × 1.0 מ' =1,696 m

משקל=1,696 × 5.5 =9,328 ק"ג

סה"כ פלדת גג = 42,525 + 9,328 = 51,853 ק"ג ≈ 51.9 טון

 

 

נוהג רגיל:5%ממשקל החבר הראשי הכולל

חברים עיקריים בסך הכל=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533.9 טון

חיבורים=0.05 × 533,900 =27,245 ק"ג ≈ 27.3 טון

 

 

רְכִיב	משקל (טון)
עמודות	153.7
קורות רצפה וקצה	316.4
חיזוק (SCBF)	22.9
מסגור גג (קופסות + סוסים)	51.9
חיבורים (5%)	27.3
סה"כ משוער פלדה מבנית	572.2 טון

 

 

שטח הרצפה הכולל =2,544 m²

פלדה ליחידת שטח=572.2 ט / 2,544 מ"ר =225 ק"ג/מ"ר

זה סביר לבניין פלדה עמיד ב-4-קומות-עם מסגרות משובצות באזור סיסמי גבוה.

 

 

פוטנציאל אופטימיזציה: שימוש במפרצים גדולים יותר או חיזוקים מופחתים יכולים להוריד את הטונאז', אך דרישות סיסמיות ב-PNG מגבילות את הפחתות.

ייצור מקומי: שקול זמינות מקטעים סטנדרטיים ב-PNG או באוסטרליה (מניחים מקטעים נפוצים כמו W-צורות ו-HSS).

הגנה מפני קורוזיה: כל פלדה כדי לקבל-גלוון חם או מערכת צבע דופלקס עקב הסביבה הטרופית של החוף.

מגירה: הוסף5–10%לפיתוח עיצובי, שינויים אדריכליים או פירוט של חוסר יעילות →אומדן תקציב סופי: ~615–700 טון. אם תוסיף כמה גרם מדרגות ומבנה למעליות, בסך הכל יהיה בסביבה650 ~ 750 טוןבגמר.

הוכן על ידי: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
תאריך: 16 בינואר 2026
בסיס: AISC 360-16, פריסה ראשונית, הנחות סיסמיות ASCE 7-16