ניתוח מבני ואומדן כמות פלדה עבור מסגרת פלדה של חמש קומות-

להלן ניתוח מבני ואומדן טונות פלדה עבור מבנה מסגרת הפלדה המתואר בחמש-קומות

---

 

 

 

כדי לבצע ניתוח עומס משמעותי, מאמצים את ההנחות הסבירות הבאות (אופייני למבנים תעשייתיים קלים או שירותים):

עומס עצמי על הרצפה (DL): 1.0 קילוואן/מ"ר
(כולל סיפון, גימורים, מכאני/חשמלי אם יש, ומשקל-עצמי של איברים משניים-המשקל העצמי-של הקורה הראשית יתווסף בנפרד.)

עומס חי (LL): 2.0 קילוואן/מ"ר
(אופייני לאחסון קל או גישה לתחזוקה; התאם אם מיועד שימוש שונה.)

עומס מת על הגג: 0.8 קילוואן/מ"ר

עומס חי / עומס שלג על הגג: 1.0 קילוואן/מ"ר

עומס רוח: לא מחולק כאן לקומה; התנגדות לרוחב מטופלת על ידי חיזוק (מנותח בנפרד).

 

גיאומטריית מפרץ:

כל מסגרת רוחבית היארוחב 1.6 מ'.

מרווח אורך בין מסגרות: 5 מפרצים → [5.6 מ', 5.6 מ', 2.8 מ', 5.6 מ', 5.6 מ'].

לפיכך, לכל "פאנל רצפה" הנתמך על ידי קורות ראשיות יש שטח =1.6 מ' × רוחב מפרץ.

קורות ראשיות (W10×22)לָרוּץלאורך, מחברים את 6 המסגרות הרוחביות בכל רמה. לכן, כל קורה תומכת בחצי מרוחב היובל ממפרצים סמוכים-אבל מכיוון שהמבנה הוא רקסה"כ 1.6 מ' רוחב, יש ביעילותשתי קורות קצהתומך בכל רוחב 1.6 מ' (או קורה מרכזית אחת עם שלוחות). לשם הפשטות, אנו מניחיםשתי קורות אורך, כל נושא0.8 מ' רוחב יובל.

עם זאת, בהתחשב ברוחב הצר (1.6 מ'), מעשי יותר לדגמן את מערכת הרצפהרצועה אחתשבו פועלות שתי קורות האורך W10×22קורות קצהתמיכה בפלטפורמה ברוחב 1.6 מ'.

כָּך,שטח יובל לכל קורה למפרץ = 0.8 מ' × אורך מפרץ.

אבל בשבילחישוב עומס העמודות, אנו רואים אתעומס כולל לכל מסגרת רוחבית.

---

 

כל מסגרת רוחבית (במיקום אורך נתון) תומכת:

חצי שטח המפרץ משמאלו + חצי שטח מימינו.

עבור מסגרות פנימיות (מסגרות 2-5):

אורך יובל=(מפרץ שמאלי + מפרץ ימני) / 2

עבור מסגרות קצה (מסגרת 1 ומסגרת 6):

אורך יובל=מפרץ סמוך / 2

מס' מסגרת	מפרץ שמאלי (מ')	מפרץ ימין (מ')	אורך יובל (מ')	שטח יובל לקומה (מ"ר)=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

פֶּתֶק: שטח כולל=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
שטח התוכנית המלא=1.6 מ' × 25.2 מ' =40.32 m²→ ✔️ עקבי.

---

 

 

עומס מת (DL)= 1.0 kN/m²

עומס חי (LL)= 2.0 kN/m²

עומס חסר גורמים= 3.0 kN/m²

מס' מסגרת	שטח (מ"ר)	DL (kN)	LL (kN)	עומס כולל לקומה (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

בְּנוֹסַף,משקל עצמי- של קורות ראשיותחייב להיכלל בעומסי העמודות.

W10×22 משקל=32.7 ק"ג/מ"ר=0.321 ק"ג/מ'

כל מסגרת מתחברת לשני מקטעי אלומה(ימין ושמאל)

אורכי מקטע קרן=אורכי מפרץ בפועל

דוגמה למסגרת 3:

מפרץ שמאלי=5.6 מ' ← משקל קרן=0.321 × 5.6=1.80 kN

מפרץ ימני=2.8 מ' → משקל הקורה=0.321 × 2.8=0.90 kN

המשקל העצמי של הקרן הכולל-יובל למסגרת 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ למעשה,משקל הקורה נתמך במלואו על ידי עמודים בקצוות, כך שכל עמודה במסגרת נושאתמחצית ממשקלה של כל קורה סמוכה.

כָּך,עומס אנכי נוסף מהקורות לכל מסגרת לקומה:=0.5 × (פרץ שמאלי + מפרץ ימני) × 0.321 קילו-ניין/מטר

חישוב עבור כל מסגרת:

מִסגֶרֶת	מפרצים סמוכים (מ')	אורך צמוד כולל (מ')	קרן עצמית-משקל (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

הוסף את זה לסכומים קודמים:

 

עומס אנכי כולל לכל מסגרת לרצפה טיפוסית (רמות 1-4):

מִסגֶרֶת	עומס שטח (kN)	+ משקל קרן (kN)	סה"כ לקומה (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

---

 

 

גג DL=0.8 kN/m²

גג LL=1.0 kN/m²

סה"כ=1.8 kN/m²

עומס גג מבוסס-שטח לכל מסגרת:

מִסגֶרֶת	שטח (מ"ר)	גג DL (kN)	גג LL (kN)	סכום משנה (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

הוסף אותו משקל -עצמי לקורה (הקורות עדיין קיימות בגג):

עומס גג כולל לכל מסגרת:

מִסגֶרֶת	עומס שטח גג (kN)	+ משקל קרן (kN)	גג כולל (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

---

 

 

בהנחה שכל הקומות זהות (רמות 1-4) וגג כמו רמה 5:

מִסגֶרֶת	עומס/רצפה (kN)	×4 קומות	גג (kN)	עומס עמודות כולל (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66.3 קילוואן
2,5	28.68	114.72	17.93	132.7 קילוואן
3,4	21.51	86.04	13.45	99.5 קילוואן

פֶּתֶק: אלו הםעומסי שירות ללא גורמים. לעיצוב, השתמש בשילובי LRFD (למשל, 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

עומסי כוח הכבידהמועברים מהסיפון ברוחב 1.6 מ' לקורות W10×22 אורכיות, ולאחר מכן לעמודים W8×24 בכל אחת מ-6 המסגרות.

עומס צירי עמוד שיאמתרחש במסגרות 2 ו-5 (כ-133 קילו-ניין ללא גורמים).

יציבות רוחביתמסופק על ידי:

חיזוק X- אנכי (L3×3×1/4) במפרץ אחד לפחות (למשל, מפרץ מרכזי באורך 2.8 מ').

חיזוק אופקי (C9×20) בגג (ואולי במפלסים אחרים) לכוחות רוחביים של דיאפרגמה למסגרות משובצות.

המבנה הואנקבע באופן סטטי בכוח הכבידה, והתנהגות מסגרת-תומכתשולט בתגובה לרוחב.

הַמלָצָה: בצע ניתוח מבני תלת-ממדי (למשל, באמצעות SAP2000, ETABS או STAAD.Pro) כדי לאמת את יכולות החברים, הסחף וכוחות החיבור בטעינה משולבת לפי AISC 360 וקודי בנייה מקומיים.

---

סוף הניתוח.

 

אזורים הניתנים להתאמה:צ'ילה, הפיליפינים, קרדוניה החדשה, טונגה, איי הבתולה, האי ראוניון, פרו...

יישומים: רכיבים מבניים לאחסנה, אחסון, לוגיסטיקה, מתלים למכונות ולמטרות מיוחדות אחרות

מספר סיפורים: 5

גובה כולל: 12.2 מ' ← גובה סיפור ממוצע=12.2 / 5 ≈ 2.44 מ'

רוחב בניין (כיוון קצר): 1.6 m

אורך הבניין (כיוון ארוך): 25.2 m

מפרצי מסגרת (מסגרות רוחביות): 6 מסגרות מרווחות ב-[5.6 מ', 5.6 מ', 2.8 מ', 5.6 מ', 5.6 מ'] לאורך 25.2 מ'.
→ סכום ריווח מפרץ כולל=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 מ' (עקבי)

חברים ראשוניים:

עמודות: W8×24 (לפי ASTM A992 או שווה ערך)

קורות ראשיות (קורות): W10×22

חיזוק אופקי: C9×20 (חתך ערוץ)

חיזוק אנכי (סיפורי): L3×3×1/4 (זוית רגל שווה-)

 

המבנה הוא מסגרת-מתנגדת לרגע המיוצבת לרוחב על ידי חיזוק אלכסוני במישור האופקי והאנכי כאחד.

נתיב עומס כבידה:
עומסי רצפה (מתים + חיים) מועברים באמצעות מערכת רצפה (לא מפורטת כאן) אל הקורות הראשיות (W10×22), ולאחר מכן לעמודים (W8×24). בהתחשב ברוחב הצר (1.6 מ'), סביר להניח שהקורות הראשיות משתרעות לרוחב (1.6 מ') ונתמכות בעמודים המיושרים לאורך כיוון 25.2 מ'. עם זאת, בהינתן פרקטיקה טיפוסית וציון חבר, סביר יותר ש:

הקורות ראשיות פועלות לאורך(כיוון 25.2 מ'), נתמך במסגרות רוחביות המרווחות כל ~5-6 מ'.

אבל עם רוחב של 1.6 מ' בלבד, זה מרמז על אמבנה צר-יחיד, אולי גשר, חופה או מסגרת תומכת ציוד.

בהתחשב בגיאומטריה (רוחב 1.6 מ' × 25.2 מ' אורך × 12.2 מ' גובה), נראה שזוהימסגרת ליניארית(למשל, מבנה תומך עבור שירותים או שביל הליכה), עם 6 מסגרות רוחביות (כל אחת ברוחב 1.6 מ') מרווחות לאורך 25.2 מ'.

כָּך:

כֹּלמסגרת רוחביתמורכב משתי עמודות (גובה=2.44 מ' לקומה × 5=12.2 מ' סה"כ) וקורות מקשרות בכל מפלס.

קורות ראשיות(W10×22) סביר לרוץלאורך, חיבור המסגרות הרוחביות בכל מפלס רצפה.

חיזוק:

חיזוק אופקי(C9×20) בגג ואולי במפלסי ביניים להעברת עומסים רוחביים למסגרות משובצות.

חיזוק אנכי (סיפורי).(L3×3×1/4) במפרץ אחד או יותר כדי לספק קשיחות רוחבית נגד עומסי רוח/סיסמיים.

 

 

משקלי יחידה (מתוך מדריך AISC):

W8×24: 24 פאונד/רגל=35.7 ק"ג/מ"ר

W10×22: 22 פאונד/רגל=32.7 ק"ג/מ"ר

C9×20: 20 פאונד/רגל=29.8 ק"ג/מ"ר

L3×3×1/4: משקל ≈ 4.9 פאונד/רגל=7.3 ק"ג/מ"ר (מחושב משטח ≈ 1.44 אינץ'²)

---

א עמודות

מספר מסגרות רוחביות: 6

לכל מסגרת יש 2 עמודות (בהנחה של מסגרת מלבנית)

סך כל העמודות=6 × 2=12

גובה לכל עמודה=12.2 מ'

אורך העמודה הכולל=12 × 12.2=146.4 מ'

משקל פלדת עמודה=146.4 מ' × 35.7 ק"ג/מ"ר ≈5,226 ק"ג

 

ב. קורות ראשיות (קורות אורכיות)

בהנחה קורות בכל אחד מ-5 מפלסי הרצפה באורך 25.2 מ' המלא, ושתי קורות לכל מפלס(בתוספת 6 מתוך 1.6 מ' רוחב):

אלומות לכל רמה=2

רמות=5

אורך האלומה הכולל=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 מ'

משקל פלדת קורה=300 מ' × 32.7 ק"ג/מ"ר ≈9,810 ק"ג

הערה: אם המבנה משתמש בקורה מרכזית אחת בלבד או בתצורה שונה, התאם בהתאם. זה מניח מסגור היקפי.

 

ג. חיזוק אופקי (C9×20)

מותקן בדרך כלל בגובה הגג ואולי בקומות ביניים. לְהַנִיחַ:

שכבת חיזוק אופקית אחת בגג (תכנית חיזוק יוצרת X או אלכסון יחיד לכל לוח)

לוחות בין מסגרות: 5 פאנלים (בין 6 מסגרות)

אורך אלכסוני ללוח ≈ √(5.6² + 1.6²) ≈ 5.82 מ' (עבור מפרצים של 5.6 מ'); עבור מפרץ 2.8 מ': √(2.8² + 1.6²) ≈ 3.22 מ'

לְהַנִיחַX-מתקן במפרץ אחד בלבד(מינימום ליציבות), למשל, במפרץ המרכזי של 2.8 מ':

אלכסונים בגג: 2 × 3.22=6.44 מ'

אולי גם במפלס הקרקע או ביניים: נניח 3 מפלסים עם חיזוק ← 3 × 6.44=19.3 מ'

אורך כולל C9×20 ≈ 20 מ' (שמרני)

משקל=20 מ' × 29.8 ק"ג/מ"ר ≈596 ק"ג

אם נעשה שימוש בסיב אופקי מלא בכל רמה, הכמות גדלה באופן משמעותי. זו אומדן מינימלי. למעשה יש חיזוק אופקי בכל מפרץ, כך שהשימוש בפועל יהיה הרבה יותר.

 

ד. חיזוק אנכי (סיפורי) (L3×3×1/4)

לְהַנִיחַמפרץ אחד מסודרלאורכו (למשל, בין מסגרת 3 ל-4, על פני המפרץ של 2.8 מ') כאשר X-מתוח בכל קומה.

מספר קומות=5 → 5 לוחות חיזוק

גובה הלוח=2.44 מ', רוחב=2.8 מ'

אורך אלכסוני ללוח=√(2.44² + 2.8²) ≈ 3.71 מ'

שני אלכסונים ללוח (X-סוגר) → 2 × 3.71=7.42 מ' לכל סיפור

אורך כולל=5 × 7.42=37.1 מ'

משקל=37.1 מ' × 7.3 ק"ג/מ"ר ≈271 ק"ג

אם מספר מפרצים מוקצים, הכפל בהתאם.

---

 

 

רְכִיב	משקל (ק"ג)
עמודות (W8×24)	5,226
קורות ראשיות (W10×22)	9,810
חיזוק אופקי (C9×20)	596
חיזוק אנכי (L3×3×1/4)	271
סך הכל (בערך)	15,903 ק"ג

≈ 15.9 טון מטרי

הערה: זה לא כולל חיבורים, לוחות בסיס, איברים משניים או סיפון. משקל הייצור בפועל עשוי להיות גבוה ב-10-15% עקב פרטי חיבור ובזבוז.

---

 

 

תְמִירוּת: עמודות W8×24 (d ≈ 8 אינץ', A ≈ 7.08 אינץ'²) מעל 12.2 מ' גובה לא מסודר עשויים להיות דקים. גורם אורך אפקטיבי (K) תלוי בתנאי הקצה. עבור מוצמד-, KL/r עשוי לחרוג מהמגבלות, אלא אם כן.חיזוק אנכי הוא חיוניכדי להפחית את אורך העמודה האפקטיבי.

טווח קרן: W10×22 מעל 5.6 מ' (אם קורות מתפרשות בין מסגרות לרוחב) סביר לעומסים קלים. אבל אם קורות משתרעות על פני 25.2 מ' ברציפות, הסטייה והחוזק לא יהיו מספיקים-ולכן, התצורה המשוערת (קורות כקופות אורכיות בין מסגרות רוחביות) סבירה יותר.

יציבות רוחבית: מסופק על ידי השילוב של חיזוק X- אנכי (עמיד בפני רוח/סיסמי) וחיזוק אופקי (פעולת דיאפרגמה).

הנחות עומס: ללא עומסי מת/חי/רוח ספציפיים, זוהי הערכה ראשונית. נדרש עיצוב מפורט לפי AISC 360.

---

 

מַסְקָנָה
מסגרת הפלדה המתוארת היא מסגרת צרה ומרובת- קומות עם נפח פלדה משוער שלכ-15.9 טון מטרי. המערכת המבנית מסתמכת על חיזוק אלכסוני ליציבות צידית, וגדלי איברים נראים נאותים לטעינה קלה-עד-מתונה, בתנאי שחיזוק נכון מפחית את אורכי העמודה האפקטיביים. מומלץ לבצע ניתוח מבני מלא הכולל שילובי עומסים, תכנון חיבור ובדיקות שירות לפני הבנייה.