파푸아뉴기니의 4층 호텔을 위한 구조용 강철 프레임 설계

 

위치: 파푸아뉴기니

지진대: 진도8도(ASCE 7 또는 유사한 지역 코드를 기준으로 PGA ≒ 0.3g과 동일)

풍하중: 기본 풍속 =120km/h (~33.3 m/s)

적설량: 없음

건물 용도:

레벨 1: 주차장(높이=3.8m)

레벨 2~4: 호텔 객실(층-~-층 높이=3.7m, 각각 3.7m, 3.4m)

지붕 유형: 단일-경사 지붕(배수 경사=2%로 가정)

외벽: 비-구조용 속이 빈 콘크리트 블록(국지적으로 건설됨,내력이 없음-)

바닥 시스템: 현장 타설-콘크리트 토핑이 포함된 복합 강철 데크(지정 예정)

 

 

총 건물 길이: 80 m

계획 구성:

이스트 윙: 55.6 m (L) × 27 m (W)

웨스트 윙: 25 m (L) × 41.7 m (W)

메모: 계획은직사각형이 아닌-, 아마도 L-자 모양이거나 계단식일 것입니다. 구조 분석을 위해 건물은 지진 세부 사항에 따라 확장 조인트 또는 강체 연결이 가능한 두 개의 연결된 블록으로 처리됩니다.

일반적인 베이 크기: 열 간격을 다음과 같이 가정합니다.세로로 7.5m그리고가로로 6.0m(아키텍처 입력에 따라 조정 가능)

 

 

기본 코드: AISC 360-16 (구조용 강철 건물에 대한 규격)

내진 설계: ASCE 7-16(또는 이에 상응하는 – PNG 지진에 적합)

풍하중: ASCE 7-16, 27장(지시 절차)

재료 표준: ASTM A992(보/기둥), ASTM A36(플레이트, 보조부재)

 

 

 

요소	하중(kN/m²)
강철 데크 + 125mm 콘크리트 슬래브(ρ=24kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
천장, MEP, 마감재	0.5
지붕(금속 데크 + 단열재)	0.3
중공 블록 벽(비-구조적이지만 보에 선하중으로 적용됨)	~3.0kN/m(미터당 높이)

 

 

수준	LL(kN/m²)	참조
1층(주차)	2.5	ASCE 7
2~4층(호텔)	1.9	ASCE 7(주거용)
지붕	0.5	유지보수 부하

 

 

기본 풍속:V = 33.3 m/s

노출 카테고리:C(교외/도시 지형 가정)

돌풍 요인:G = 0.85

압력 계수(Cp):

벽(바람이 불어오는 쪽):+0.8

벽(바람이 불어오는 쪽):–0.5

지붕(단일-경사):–0.9 ~ –0.3(존에 따라 다름)

ASCE 7 Eq. 27.3-1 사용:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
(K_z=0.85)가 중간-높이(~7m), (I=1.0), (K_{zt}=1.0), (K_d=0.85)라고 가정:
[ 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 ]

설계 풍압:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ 최대 벽 압력 ≒0.33kN/m²(바람이 불어오는 방향), 흡입 ≒–0.21kN/m²(바람이 불어오는 쪽)

메모: 저층으로 인해 (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

스펙트럼 응답: 8도 구역에 대해 가정S_DS=1.0, S_D1 = 0.6(ASCE 7의 지역적 적응에 따른 보수적 추정치)

위험 카테고리: II

R-계수(강철 모멘트 프레임): R = 8(스페셜 모멘트 프레임용 – SMF)

중요도 요인: (I_e = 1.0)

대략적인 기본 기간:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(총 높이 (h_n=3.8 + 3×3.7 – 0.3=14.6) m 약)

지진 기반 전단:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 전체 중량의 12.5%- 중요합니다.

 

 

바닥 면적 ≒ (55.6×27) + (25×41.7) ≒ 1501 + 1043 =2544 m²

3층 + 지붕 ≒ 4층

평균 층당 DL + LL ≒ (3.75 + 1.9) ≒5.65kN/m²

총 중량(W ≒ 2544 × 5.65 × 4 ≒57,500kN

기본 전단력(V ≒ 0.125 × 57,500 ≒7,200kN

→ 지진이 바람을 지배한다측면 디자인을 위한

 

 

횡력 저항 시스템(LFRS):

특수 동심 보강 프레임(SCBF)또는특수 모멘트 프레임(SMF)

건축적 유연성과 개방형 주차장의 필요성을 고려하여,SCBF높은-진진 지역에서 효율성과 연성을 위해 선호됩니다.

중력 시스템:

복합빔(전단 스터드가 있는 W-형상 + 금속 데크 + 콘크리트 슬래브)

열: 기초부터 지붕까지 이어지는 HSS 또는 W{0}}단면

버팀대: 가능한 경우 계단/엘리베이터 코어 및 주변에서 양방향으로 X{0}} 버팀대

지붕: 경사진 지붕 들보 또는 테이퍼형 프레임으로 지지되는 단일-경사; 위에 도리.

 

 

6.1 바닥 빔(일반적인 내부)

스팬: 7.5m

하중: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

최대 모멘트: (M=wL^2/8=30.9 × 7.5^2 / 8 ≒ 217 kN·m)

필수 단면 계수: (Z_x 크거나 같음 M / (0.9 F_y)=217×10⁶ / (0.9×345) ≒ 700×10³ mm³)

시험 섹션: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 모서리 빔(벽 하중 포함)

추가 벽 하중: 3.0 kN/m × 3.7 m =11.1kN/m

총 w ≒ 30.9 + 11.1 =42.0kN/m

M ≒ 295kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3기둥(실내,4층)

지류 면적: 7.5m × 6.0m=45m²

층당 축방향 하중: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

총 P ≒ 4 × 232 =928kN

지진 축 효과에 대해 20% 추가 →P_u ≒ 1,115kN

유효 길이(KL ≒ 0.8 × 3700=2,960mm)

재판:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≒ 25 → ΦPₙ ≒ 0.9×345×9290 ≒2,880kN >>1,115kN → OK)

경제적으로 W250×67 또는 HSS203×203×9.5를 사용하십시오.

6.4 브레이싱 부재(SCBF)

방향당 2개의 베이에서 버팀대를 가정합니다.

베이당 지진층 전단력 ≒ 7,200 / (가새 프레임 수)

각 방향으로 4개의 보강 프레임을 가정 → 프레임당 ~900kN

대각선 힘: (F=V / sinθ); θ=45도 → F ≒ 900 / 0.707 ≒1,270kN

필수 A_g 1,270,000 / (0.9×345) ≒ 이상4,090mm²

재판: HSS152×152×9.5(A=5,200 mm², 세장비 검사를 통한 인장/압축에 적합)

 

 

메탈 데크: Conform® 2.0 또는 Bondek®(프로파일 깊이=60mm)

콘크리트 슬라브: 두께 125mm, f'c=25MPa

전단 스터드: 직경 19mm × 높이 100mm, 간격:300mm oc보를 따라

복합 액션: AISC 360 Chapter I에 따라 전체 상호 작용이 가정됩니다.

 

 

토양 보고서 필요– 적당한 지지력(150kPa)을 가정합니다.

컬럼 반응: 최대 ~1,200 kN → 기반 크기 ≒ √(1,200 / 150) ≒2.8 m × 2.8 m고립된 기초

지진 앵커리지: ACI 318에 따라 융기 및 전단용으로 설계된 앵커 로드

 

 

빔-에서-기둥까지: 볼트 체결식 엔드 플레이트 또는 용접 모멘트 접합(SMF를 사용하는 경우)

버팀대-~-거셋: AISC 지진 규정에 따른 Whitmore 단면 방법

덱 지원: 빔 상단 플랜지의 단순 베어링

 

 

목	사양
LFRS	특수 동심 보강 프레임(SCBF)
중력빔	W410×60(내부), W460×74(가장자리)
열	W250×67 또는 HSS203×203×9.5
바지 멜빵	HSS152×152×9.5
플로어 데크	60mm 깊이의 복합 금속 데크 + 125mm 콘크리트
지진 기반 전단	~7,200kN(설계 제어)
풍압	~0.33kN/m²(비-통제)
지붕 경사	경사진 서까래로 지지되는 단일 경사 2%

 

 

토양 보고를 위해 현지 지질공학 엔지니어를 고용합니다.

건축가와 협력하여 주차장이나 방을 방해하지 않고 버팀 프레임을 찾습니다.

부식-방지 페인트 시스템(ISO 12944에 따른 C4 환경 – 연안 PNG)을 사용합니다.

동쪽/서쪽 날개가 상당히 오프셋된 경우 이동 조인트를 제공합니다.

P-Δ 효과를 포함한 소프트웨어(예: ETABS, SAP2000)를 사용하여 상세한 3D 구조 분석을 수행합니다.

 

 

 

이 강철 톤수 추정치는 다음을 포함하여 4층 호텔의 중력 및 측면 하중 저항 시스템에 필요한 1차 및 2차 구조 강철 요소를 다루고 있습니다.{0}}

기둥(기초에서 지붕까지)

바닥 및 지붕 빔(복합 설계)

브레이싱 부재(특수 동심 브레이스 프레임 - SCBF)

지붕 프레임(경사진 서까래 및 도리)

연결부 (주부재 중량의 5%로 추정)

제외된:

금속 데크(비-구조 클래딩/슬래브 지지로 간주)

앵커 로드, 베이스 플레이트(연결 허용량에 포함)

계단, 난간, 잡강

 

 

건물 계획은 두 개의 연결된 블록으로 구성됩니다.

동쪽 블록: 55.6 m × 27 m

웨스트 블록: 25 m × 41.7 m
→ 총 설치 면적 ≒2,544 m²

일반적인 기둥 그리드:7.5m(세로) × 6.0m(가로)

열 수:

동쪽 블록: (55.6/7.5 ≒ 8베이 → 9라인) × (27/6 ≒ 4.5 → 5라인) =45개 열

서쪽 블록: (25/7.5 ≒ 3.3 → 4줄) × (41.7/6 ≒ 7 → 8줄) =32열

교차점에서 중복 제거(~5개의 공유 열) →총 열 ≒ 72

층수: 4층(지붕 포함)

브레이스 프레임: 블록당 방향당 2개 →총 8개의 브레이스 베이

지붕 경사: 2%, 경사진 빔으로 지지됨; 트러스 없음

 

 

공공 주거용 주택이라는 프로젝트의 특성을 고려하여 우리는 사용 수명이 100년이 넘는 견고한 건물을 만들기 위해 전체 구조 시스템을 강화하기로 결정했습니다. 이를 위해 기존 기둥을 박스-단면 철골 기둥으로 교체하고 현장에서 콘크리트로 채워-전체적인 구조적 강도를 크게 높였습니다.

 

 

부분:박스형 400X400x12x12mm(질량=146.2kg/m)

열당 높이:

레벨 1: 3.8m

2~3층: 각 3.7m

레벨 4: 3.4m
→ 총 높이 =14.6 m

총 열 길이=72 × 14.6 =1,051 m

기둥 무게=1,051m × 146.2kg/m =153,656kg ≒ 153.7톤

참고: 1층 기둥은 더 무거울 수 있습니다. 이것은 평균입니다.

 

 

인테리어 빔: WH500X290X10X16mm (질량=109.6 kg/m)

스팬: 7.5m

층당 수:

동쪽 블록: 가로선 5개 × 세로 방향 베이 8개=40

서쪽 블록: 가로선 8개 × 세로 베이 3개=24
→ 층당 내부 빔 64개

3층 합계 + 지붕 프레임=4 × 64 =256개의 빔

길이=256 × 7.5 =1,920 m

무게=1,920 × 109.6=210,432kg

가장자리/주변 빔: WH600X200X12X12mm (질량=92 kg/m)

층당 둘레 길이 ≒ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – 중첩 ≒290m/층

6m마다 가장자리 빔을 가정 → 바닥당 ~48개의 가장자리 빔

합계=4 × 48 =192개의 빔, 평균 스팬=6.0m

길이=192 × 6 =1,152 m

무게=1,152 × 92=105,984kg

총 빔 무게 = 210,432 + 105,984 = 316,416kg ≒ 316.4톤

 

 

부분:HSS152×152×9.5(질량=42.5kg/m)

브레이스 베이: 총 8개(E-W에 4개, N-S에 4개)

각 베이에는 층당 2개의 대각선이 있습니다 → 4개 층 × 2 =보강된 프레임 라인당 대각선 8개

총 대각선=8 프레임 × 8 =64개의 교정기

평균 대각선 길이(45도 각도에서 7.5m × 3.7m 베이의 경우):
( L=\\sqrt{7.5^2 + 3.7^2} ≒ 8.4m )

총 버팀대 길이=64 × 8.4 =538 m

버팀대 무게=538 × 42.5 =22,865kg ≒ 22.9톤

 

 

주 지붕 서까래는 단일-경사 프로필을 따릅니다. 사용W310×45(45kg/㎡)

간격: 3.0m oc(도리 지지용)

총 지붕 면적=2,544m² → 서까래 길이 ≒ 건물 폭(최대 41.7m)

서까래 수 ≒ 80m / 3.0 ≒27라인

평균 서까래 길이=35m(동서 너비의 가중 평균)

총 서까래 길이=27 × 35 =945 m

서까래 무게=945 × 45 =42,525kg

도리: C200×20×2.5 (5.5kg/m), 간격 1.5m oc

총 도리 길이 ≒ (2,544m² / 1.5m 간격) × 1.0m =1,696 m

무게=1,696 × 5.5 =9,328kg

총 지붕 강철 = 42,525 + 9,328 = 51,853kg ≒ 51.9톤

 

 

표준 관행:5%총 메인 멤버 중량의

주요 회원 총=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533.9톤

연결=0.05 × 533,900 =27,245kg ≒ 27.3톤

 

 

요소	무게(톤)
열	153.7
바닥 및 가장자리 빔	316.4
브레이싱(SCBF)	22.9
지붕 프레임(서까래 + 도리)	51.9
연결 (5%)	27.3
총 추정 구조용 강철	572.2톤

 

 

연면적 =2,544 m²

단위 면적당 철강=572.2 t / 2,544 m² =225kg/m²

이는 지진이 많이 발생하는 지역에서 보강 프레임을 갖춘 4-내진-강철 건물에 적합합니다.

 

 

최적화 가능성: 더 큰 베이를 사용하거나 브레이싱을 줄이면 톤수를 줄일 수 있지만 PNG의 지진 요구 사항은 감소를 제한합니다.

현지 제작: PNG 또는 호주에서 표준 섹션 가용성을 고려합니다(W-모양 및 HSS와 같은 공통 섹션이 가정됩니다).

부식 방지: 해안 열대 환경으로 인해 모든 강철에 용융 아연 도금 또는 이중 페인트 시스템이 적용됩니다.

우연성: 추가하다5–10%디자인 개발, 아키텍처 변경 또는 비효율성 상세화 →최종 예산 추정: ~615~700톤. 리프트용 계단과 구조물을 추가하면 전체적으로 비슷한 수준이 됩니다.650~750톤최종적으로.

작성자: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
날짜: 2026년 1월 16일
기초: AISC 360-16, 예비 레이아웃, ASCE 7-16 지진 가정