Strukturel analyse og estimering af stålmængde for en fem-etagers stålramme

Nedenfor er en strukturel analyse og ståltonnageestimation for den beskrevne fem-etagers stålrammekonstruktion

---

 

 

 

For at udføre en meningsfuld belastningsanalyse anvendes følgende rimelige antagelser (typisk for lette industri- eller forsyningsstøttestrukturer):

Gulvs egenbelastning (DL): 1,0 kN/m²
(Inkluderer terrassebord, finish, mekanisk/elektrisk, hvis nogen, og egen-vægt af sekundære elementer-primær bjælke egen-vægt vil blive tilføjet separat.)

Levende belastning (LL): 2,0 kN/m²
(Typisk for let opbevaring eller vedligeholdelsesadgang; juster, hvis der er tilsigtet anden brug.)

Tag egenlast: 0,8 kN/m²

Tag levende last / snelast: 1,0 kN/m²

Vindbelastning: Ikke fordelt pr. etage her; lateral modstand håndteres af afstivning (analyseres separat).

 

Bugtgeometri:

Hver tværgående ramme er1,6 m bred.

Længdeafstand mellem rammer: 5 fag → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Således har hvert "gulvpanel" understøttet af hovedbjælker areal =1,6 m × fagbredde.

Fjernlys (B10×22)løbepå langs, der forbinder de 6 tværgående rammer på hvert niveau. Derfor understøtter hver bjælke halvdelen af ​​sideløbsbredden fra tilstødende bugter-men da strukturen kun er1,6 m bred i alt, der er effektivtto kantbjælkerunderstøtter hele 1,6 m bredde (eller en central bjælke med udkragninger). For nemheds skyld antager vito langsgående bjælker, hver bærer0,8 m tilløbsbredde.

Men på grund af den smalle bredde (1,6 m), er det mere praktisk at modellere gulvsystemet somen enkelt strimmelhvor de to langsgående W10×22 bjælker fungerer somkantdragereunderstøtter en 1,6 m bred platform.

Således,tilløbsareal pr. bjælke pr. bugt = 0,8 m × faglængde.

Men forkolonnebelastningsberegning, betragter vitotal belastning pr. tværramme.

---

 

Hver tværgående ramme (i en given langsgående position) understøtter:

Halvdelen af ​​bugtens areal til venstre + halvdelen af ​​området til højre.

Til indvendige rammer (rammer 2–5):

Tilløbslængde=(venstre fag + højre fag) / 2

For enderammer (ramme 1 og ramme 6):

Biflodslængde=tilstødende bugt / 2

Ramme #	Venstre bugt (m)	Højre bugt (m)	Tilløbslængde (m)	Tilløbsareal pr. etage (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

Note: Samlet areal=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Fuldt planareal=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Konsekvent.

---

 

 

Død belastning (DL)= 1.0 kN/m²

Live Load (LL)= 2.0 kN/m²

Samlet ufaktoriseret belastning= 3.0 kN/m²

Ramme #	Areal (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Samlet belastning pr. etage (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

Derudoveregen-vægt af fjernlysskal indgå i kolonnebelastninger.

B10×22 vægt=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Hver ramme forbindes tilto strålesegmenter(venstre og højre)

Bjælkesegmentlængder=faktiske faglængder

Eksempel på ramme 3:

Venstre fag=5.6 m → bjælkevægt=0.321 × 5.6=1.80 kN

Højre fag=2.8 m → bjælkevægt=0.321 × 2.8=0.90 kN

Samlet stråleselvvægt-tilført til ramme 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Faktisk,bjælkevægten er fuldt understøttet af søjler i enderne, så hver søjle ved en ramme bærerhalvdelen af ​​hver tilstødende bjælkes vægt.

Således,yderligere lodret belastning fra bjælker pr. ramme pr. etage:=0.5 × (venstre felt + højre felt) × 0,321 kN/m

Beregn for hver frame:

Ramme	Tilstødende bugter (m)	Samlet tilstødende længde (m)	Beam Self-Vægt (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

Føj dette til tidligere totaler:

 

Samlet lodret belastning pr. ramme pr. typisk etage (niveau 1-4):

Ramme	Arealbelastning (kN)	+ Strålevægt (kN)	I alt pr. etage (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

---

 

 

Tag DL=0.8 kN/m²

Tag LL=1.0 kN/m²

I alt=1.8 kN/m²

Areal-baseret tagbelastning pr. ramme:

Ramme	Areal (m²)	Tag DL (kN)	Tag LL (kN)	Subtotal (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

Tilføj samme bjælkeegenvægt- (bjælker stadig til stede på taget):

Samlet tagbelastning pr. ramme:

Ramme	Tagarealbelastning (kN)	+ Strålevægt (kN)	Samlet tag (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

---

 

 

Forudsat at alle etager er identiske (niveau 1-4) og tag som niveau 5:

Ramme	Belastning/gulv (kN)	× 4 etager	Tag (kN)	Samlet kolonnebelastning (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

Note: Disse erufaktorerede servicebelastninger. Til design skal du bruge LRFD-kombinationer (f.eks. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Tyngdekraftsbelastningeroverføres fra det 1,6 m brede dæk til langsgående W10×22 bjælker, derefter til W8×24 søjler ved hver af de 6 rammer.

Spids aksial belastning af søjlenforekommer ved frames 2 og 5 (~133 kN ufaktoreret).

Sidestabilitetleveres af:

Lodret X-afstivning (L3×3×1/4) i mindst én bay (f.eks. 2,8 m central bay).

Vandret afstivning (C9×20) ved tag (og evt. andre niveauer) til membranens sidekræfter til afstivede rammer.

Strukturen erstatisk bestemt i tyngdekraften, ogafstivet-frameadfærdstyrer lateral respons.

Henstilling: Udfør en 3D strukturel analyse (f.eks. ved hjælp af SAP2000, ETABS eller STAAD.Pro) for at verificere medlemskapaciteter, drift og forbindelseskræfter under kombineret belastning i henhold til AISC 360 og lokale byggekoder.

---

Slut på analyse.

 

Tilpasningsvenlige regioner:Chile, Filippinerne, New Credonia, Tonga, Virgin Islands, Reunion Island, Peru...

Ansøgninger: Strukturelle komponenter til lager, lager, logistik, maskinreoler og andre specielle formål

Antal historier: 5

Samlet højde: 12,2 m → gennemsnitlig historiehøjde=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Bygningsbredde (kort retning): 1.6 m

Bygningslængde (lang retning): 25.2 m

Rammebåse (tværrammer): 6 rammer fordelt på [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] langs den 25,2 m længde
→ Samlet rum mellemrum=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konsistent)

Primære medlemmer:

Kolonner: W8×24 (iht. ASTM A992 eller tilsvarende)

Fjernbjælker (dragere): B10×22

Vandret afstivning: C9×20 (kanalsektion)

Lodret (historie) afstivning: L3×3×1/4 (lige-benvinkel)

 

Strukturen er en øjebliks-modstandsdygtig ramme stabiliseret sideværts ved diagonal afstivning i både vandrette og lodrette planer.

Gravity Load Path:
Gulvbelastninger (død + strømførende) overføres via gulvsystem (ikke beskrevet her) til hovedbjælker (W10×22), derefter til søjler (W8×24). I betragtning af den smalle bredde (1,6 m) er det sandsynligt, at hovedbjælkerne spænder på tværs (1,6 m) og er understøttet af søjler, der er rettet langs 25,2 m-retningen. Men givet typisk praksis og medlemsbetegnelse er det mere plausibelt, at:

Dehovedbjælker løber på langs(25,2 m retning), understøttet af tværgående rammer med mellemrum hver ~5-6 m.

Men med kun 1,6 m bredde tyder det på enenkelt-bugt smal struktur, muligvis en bro, baldakin eller udstyrsstøtteramme.

I betragtning af geometrien (1,6 m bred × 25,2 m lang × 12,2 m høj), ser dette ud til at være enlineær ramme(f.eks. en støttestruktur til forsyningsvirksomheder eller en gangbro) med 6 tværgående rammer (hver 1,6 m bred) fordelt på 25,2 m længde.

Således:

hvertværgående rammebestår af to søjler (højde=2.44 m pr. etage × 5=12.2 m i alt) og forbindende bjælker på hvert niveau.

Fjernlys(W10×22) sandsynligvis kørepå langs, der forbinder de tværgående rammer på hvert etageniveau.

Afstivning:

Vandret afstivning(C9×20) ved tag og evt. mellemliggende niveauer for at overføre sidebelastninger til afstivede rammer.

Lodret (historie) afstivning(L3×3×1/4) i en eller flere fag for at give sideværts stivhed mod vind/seismiske belastninger.

 

 

Enhedsvægte (fra 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: vægt ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (beregnet ud fra areal ≈ 1,44 in²)

---

A. Kolonner

Antal tværgående rammer: 6

Hver ramme har 2 søjler (forudsat rektangulær ramme)

Samlet antal kolonner=6 × 2=12

Højde pr. kolonne=12.2 m

Samlet kolonnelængde=12 × 12.2=146.4 m

Søjlestålvægt=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 kg

 

B. Hovedbjælker (langsgående bjælker)

Forudsat at bjælker på hvert af de 5 etageniveauer løber hele 25,2 m længde, ogto bjælker pr. niveau(plus 6 af de 1,6 m bredde):

Bjælker pr. niveau=2

Niveauer=5

Samlet strålelængde=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Bjælkestålvægt=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kg

Bemærk: Hvis strukturen kun bruger én central bjælke eller en anden konfiguration, skal du justere i overensstemmelse hermed. Dette forudsætter perimeterindramning.

 

C. Vandret afstivning (C9×20)

Monteres typisk i taghøjde og eventuelt ved mellemgulve. Antage:

Et vandret afstivningslag ved tag (plan afstivning, der danner X eller enkelt diagonal pr. panel)

Paneler mellem rammer: 5 paneler (mellem 6 rammer)

Diagonallængde pr. panel ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (for 5,6 m fag); for 2,8 m bugt: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

AntageX-afstivning kun i én bås(minimum for stabilitet), f.eks. i den centrale 2,8 m bugt:

Diagonaler ved tag: 2 × 3.22=6.44 m

Eventuelt også i jordhøjde eller mellem: antag 3 niveauer med afstivning → 3 × 6.44=19.3 m

Total C9×20 længde ≈ 20 m (konservativ)

Vægt=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Hvis der bruges fuld horisontal truss på alle niveauer, øges mængden betydeligt. Dette er et minimalt skøn. faktisk er der vandrette afstivninger i hver bugt, så den faktiske brug vil være meget mere.

 

D. Lodret (historie) afstivning (L3×3×1/4)

Antageen afstivet bugtlangs længden (f.eks. mellem ramme 3 og 4, på tværs af 2,8 m bugten) med X-afstivning ved hver etage.

Antal etager=5 → 5 afstivningspaneler

Panelhøjde=2.44 m, bredde=2.8 m

Diagonal længde pr. panel=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

To diagonaler pr. panel (X-klammer) → 2 × 3.71=7.42 m pr. historie

Samlet længde=5 × 7.42=37.1 m

Vægt=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Hvis flere fag er afstivet, multipliceres i overensstemmelse hermed.

---

 

 

Komponent	Vægt (kg)
Kolonner (B8×24)	5,226
Fjernlys (W10×22)	9,810
Vandret afstivning (C9×20)	596
Lodret afstivning (L3×3×1/4)	271
I alt (ca.)	15.903 kg

≈ 15,9 tons

Bemærk: Dette udelukker forbindelser, bundplader, sekundære elementer eller dæk. Den faktiske fabrikationsvægt kan være 10-15 % højere på grund af tilslutningsdetaljer og spild.

---

 

 

Slankhed: B8×24 søjler (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) over 12,2 m uafstivet højde kan være slanke. Effektiv længdefaktor (K) afhænger af slutbetingelserne. For fastgjorte-pinde kan KL/r overskride grænserne, medmindre den er afstivet.Lodret afstivning er afgørendefor at reducere den effektive søjlelængde.

Strålespænd: B10×22 over 5,6 m (hvis bjælker spænder mellem rammer på tværs) er rimeligt ved lette belastninger. Men hvis bjælker spænder over 25,2 m kontinuerligt, ville afbøjning og styrke være utilstrækkelig-så den antagne konfiguration (bjælker som langsgående bjælker mellem tværgående rammer) er mere plausibel.

Sidestabilitet: Leveres af kombinationen af ​​lodret X-afstivning (modstand mod vind/seismisk) og vandret afstivning (membranvirkning).

Belastningsantagelser: Uden specifikke døde/levende/vindbelastninger er dette et foreløbigt skøn. Detaljeret design pr. AISC 360 er påkrævet.

---

 

Konklusion
Den beskrevne stålramme er en smal,-etagers afstivet ramme med en anslået ståltonnage påcirka 15,9 tons. Det strukturelle system er afhængig af diagonal afstivning for lateral stabilitet, og elementstørrelser ser ud til at være tilstrækkelige til let-til-moderat belastning, forudsat at korrekt afstivning reducerer søjlernes effektive længder. En fuldstændig strukturel analyse, inklusive lastkombinationer, forbindelsesdesign og kontrol af brugbarhed, anbefales før konstruktion.