5층 강철 프레임에 대한 구조 분석 및 강철 수량 추정

다음은 설명된 5층 강철 프레임 구조에 대한 구조 분석 및 강철 톤수 추정입니다.{0}}

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의미 있는 부하 분석을 수행하기 위해 다음과 같은 합리적인 가정이 채택됩니다(경공업 또는 유틸리티 지원 구조에 일반적임).

바닥 사하중(DL): 1.0kN/m²
(데크, 마감재, 기계/전기 포함(있는 경우) 및 보조 부재의 자중-자중-주 빔 자중-은 별도로 추가됩니다.)

활하중(LL): 2.0kN/m²
(가벼운 보관 또는 유지 관리 접근에 일반적입니다. 다른 용도로 사용하려는 경우 조정하십시오.)

지붕 고정 하중: 0.8kN/m²

지붕활하중 / 적설하중: 1.0kN/m²

풍하중: 여기에서는 층별로 배포되지 않습니다. 브레이싱으로 처리되는 측면 저항(별도 분석)

 

베이 기하학:

각 가로 프레임은폭 1.6m.

프레임 간 세로 간격: 5베이 → [5.6m, 5.6m, 2.8m, 5.6m, 5.6m].

따라서 메인 빔이 지원하는 각 "바닥 패널"의 면적은 =입니다.1.6m × 베이 폭.

메인빔(W10×22)달리다세로로, 각 레벨에서 6개의 가로 프레임을 연결합니다. 따라서 각 빔은 인접한 베이의 지류 너비의 절반을 지원하지만-구조는 단지총 너비 1.6m, 효과적으로두 개의 가장자리 빔전체 1.6m 너비(또는 캔틸레버가 있는 중앙 빔 1개)를 지원합니다. 단순화를 위해 다음과 같이 가정합니다.두 개의 세로 빔, 각각 운반지류 폭 0.8m.

그러나 폭(1.6m)이 좁기 때문에 바닥 시스템을 다음과 같이 모델링하는 것이 더 실용적입니다.단일 스트립여기서 두 개의 세로 방향 W10×22 빔은 다음과 같이 작동합니다.가장자리 대들보1.6m 폭의 플랫폼을 지원합니다.

따라서,베이당 빔당 지류 면적 = 0.8m × 베이 길이.

하지만기둥 부하 계산, 우리는가로 프레임당 총 하중.

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각 가로 프레임(주어진 세로 위치)은 다음을 지원합니다.

왼쪽으로 만 면적의 절반 + 오른쪽으로 면적의 절반.

내부 프레임(프레임 2~5)의 경우:

지류 길이=(왼쪽 베이 + 오른쪽 베이) / 2

끝 프레임(프레임 1 및 프레임 6)의 경우:

지류 길이=인접 베이 / 2

액자 #	왼쪽 만(m)	라이트 베이(m)	지류 길이(m)	층당 지류 면적(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

메모: 총 면적=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
전체 계획 면적=1.6 m × 25.2 m =40.32 m²→ ✔️일관됨.

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고정 하중(DL)= 1.0kN/m²

활하중(LL)= 2.0kN/m²

팩토링되지 않은 총 로드= 3.0kN/m²

액자 #	면적(m²)	DL(kN)	LL(kN)	층당 총 하중(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

추가적으로,메인 빔의-자중기둥 하중에 포함되어야 합니다.

W10×22 무게=32.7 kg/m=0.321 kN/m

각 프레임은 다음에 연결됩니다.두 개의 빔 세그먼트(왼쪽과 오른쪽)

빔 세그먼트 길이=실제 베이 길이

프레임 3의 예:

왼쪽 베이=5.6 m → 빔 중량=0.321 × 5.6=1.80 kN

오른쪽 베이=2.8 m → 빔 중량=0.321 × 2.8=0.90 kN

프레임 3에 종속되는 총 빔 자체-중량 ≒(1.80 + 0.90)/2?→ 실제로는빔의 무게는 끝부분의 기둥에 의해 완전히 지지됩니다.이므로 프레임의 각 열에는인접한 각 빔 무게의 절반.

따라서,바닥별 프레임당 보의 추가 수직 하중:=0.5 × (왼쪽 베이 + 오른쪽 베이) × 0.321 kN/m

각 프레임에 대해 계산:

액자	인접 베이(m)	전체 인접 길이(m)	빔 자체-중량(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

이전 합계에 다음을 추가합니다.

 

일반 층별 프레임당 총 수직 하중(레벨 1~4):

액자	면적하중(kN)	+ 빔 무게(kN)	층당 합계(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

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지붕 DL=0.8kN/m²

지붕 LL=1.0kN/m²

총=1.8kN/m²

프레임당 면적-기반 지붕 하중:

액자	면적(m²)	지붕 DL(kN)	지붕 LL(kN)	소계(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

동일한 빔 자체 중량-을 추가합니다(빔은 여전히 ​​지붕에 있음).

프레임당 총 지붕 하중:

액자	지붕 면적 하중(kN)	+ 빔 무게(kN)	총 지붕(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

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모든 바닥이 동일하고(레벨 1~4) 지붕이 레벨 5라고 가정:

액자	하중/바닥(kN)	×4층	지붕(kN)	총 컬럼 하중(kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66.3kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132.7kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99.5kN

메모: 이것들은팩토링되지 않은 서비스 로드. 디자인에는 LRFD 조합(예: 1.2DL + 1.6LL)을 사용합니다.

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중력 하중1.6m 폭의 데크에서 세로 방향의 W10×22 빔으로 옮겨진 다음, 6개의 프레임 각각에서 W8×24 기둥으로 옮겨집니다.

최대 기둥 축 하중프레임 2와 5(~133kN 비인수화)에서 발생합니다.

측면 안정성다음을 통해 제공됩니다:

최소 하나의 베이(예: 2.8m 중앙 베이)에 수직 X{0}}버팀대(L3×3×1/4).

지붕(및 기타 레벨)의 수평 버팀대(C9×20)로 다이어프램 측면 힘을 버팀 프레임에 전달합니다.

구조는중력이 정적으로 결정됨, 그리고중괄호-프레임 동작측면 응답을 관리합니다.

추천: 3D 구조 해석(예: SAP2000, ETABS 또는 STAAD.Pro 사용)을 수행하여 AISC 360 및 지역 건축 규정에 따른 결합 하중 하에서 부재 용량, 드리프트 및 연결력을 확인합니다.

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분석이 종료됩니다.

 

적응 가능 지역:칠레, 필리핀, 뉴크레도니아, 통가, 버진 아일랜드, 레위니옹 섬, 페루...

응용: 창고, 보관, 물류, 기계 랙 및 기타 특수 용도의 구조 부품

스토리 수: 5

총 높이: 12.2m → 평균 층고=12.2 / 5 ≒ 2.44m

건물 폭(짧은 방향): 1.6 m

건물 길이(긴 방향): 25.2 m

프레임 베이(가로 프레임): 25.2m 길이를 따라 [5.6m, 5.6m, 2.8m, 5.6m, 5.6m] 간격으로 배치된 6개의 프레임
→ 총 베이 간격 합계=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2m(일관)

기본 회원:

컬럼: W8×24(ASTM A992 또는 이에 상응하는 기준)

메인보(거더) : W10×22

수평 버팀대: C9×20(채널 단면)

수직(스토리) 버팀대: L3×3×1/4(동일-다리 각도)

 

구조는 수평면과 수직면 모두에서 대각선 버팀대에 의해 측면으로 안정된 모멘트 저항 프레임입니다.

중력 하중 경로:
바닥 하중(사하중 + 활하중)은 바닥 시스템(여기서는 자세히 설명하지 않음)을 통해 메인 빔(W10×22)으로 전달된 다음 기둥(W8×24)으로 전달됩니다. 좁은 폭(1.6m)을 감안할 때 주 빔은 가로 방향(1.6m)에 걸쳐 있고 25.2m 방향을 따라 정렬된 기둥에 의해 지지될 가능성이 높습니다. 그러나 일반적인 관행과 회원 지정을 고려할 때 다음이 더 타당합니다.

그만큼메인 빔은 세로 방향으로 움직입니다.(25.2m 방향), ~5~6m 간격의 가로 프레임으로 지지됩니다.

하지만 폭이 1.6m에 불과해 이는단일-베이 좁은 구조, 다리, 캐노피 또는 장비 지지 프레임일 수도 있습니다.

기하학(폭 1.6m × 길이 25.2m × 높이 12.2m)을 고려하면 이는 다음과 같은 것으로 보입니다.선형 프레임(예: 유틸리티 또는 통로를 위한 지지 구조물), 6개의 가로 프레임(각각 1.6m 너비)이 25.2m 길이를 따라 간격을 두고 있습니다.

따라서:

각가로 프레임2개의 기둥(층당 높이=2.44m × 총 5=12.2m)과 각 레벨의 연결 보로 구성됩니다.

메인빔(W10×22) 달릴 것 같다세로로, 각 층 레벨의 가로 프레임을 연결합니다.

버팀대:

수평 버팀대(C9×20) 지붕 및 가능한 경우 중간 레벨에서 측면 하중을 버팀 프레임에 전달합니다.

수직(스토리) 브레이싱(L3×3×1/4) 하나 이상의 베이에 바람/지진 하중에 대한 측면 강성을 제공합니다.

 

 

단위 중량(AISC 매뉴얼 참조):

W8×24: 24lb/ft=35.7kg/m

W10×22: 22lb/ft=32.7kg/m

C9×20: 20lb/ft=29.8kg/m

L3×3×1/4: 무게 ≒ 4.9 lb/ft=7.3 kg/m (면적 ≒ 1.44 in²에서 계산)

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A. 칼럼

가로 프레임 수: 6

각 프레임에는 2개의 열이 있습니다(직사각형 프레임 가정).

총 열=6 × 2=12

열당 높이=12.2m

총 열 길이=12 × 12.2=146.4m

기둥 강철 중량=146.4 m × 35.7 kg/m ≒5,226kg

 

B. 주보(종방향 거더)

5개 층 각각의 보가 전체 길이 25.2m에 달한다고 가정하고,레벨당 빔 2개(폭 1.6m 중 6개 추가):

레벨당 빔=2

레벨=5

총 빔 길이=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

빔 강철 중량=300 m × 32.7 kg/m ≒9,810kg

참고: 구조가 하나의 중앙 빔만 사용하거나 다른 구성을 사용하는 경우 그에 따라 조정하십시오. 이는 경계 프레이밍을 가정합니다.

 

C. 수평가새(C9×20)

일반적으로 지붕 ​​수준에 설치되며 가능하면 중간 층에도 설치됩니다. 추정하다:

지붕에 하나의 수평 버팀층(패널당 X 또는 단일 대각선을 형성하는 계획 버팀대)

프레임간 패널 : 5패널(6프레임간)

패널당 대각선 길이 ≒ √(5.6² + 1.6²) ≒ 5.82 m(5.6 m 베이의 경우); 2.8m 베이의 경우: √(2.8² + 1.6²) ≒ 3.22m

추정하다X-베이 하나에만 브레이싱(안정성을 위한 최소), 예: 중앙 2.8m 베이:

지붕의 대각선: 2 × 3.22=6.44 m

지면 또는 중간 레벨에서도 가능: 버팀대가 있는 3개 레벨 가정 → 3 × 6.44=19.3 m

총 C9×20 길이 ≒ 20m(보수적)

무게=20m × 29.8kg/m ≒596kg

모든 레벨에서 전체 수평 트러스를 사용하면 수량이 크게 늘어납니다. 이는 최소한의 추정치입니다. 실제로 각 베이에는 수평 버팀대가 있으므로 실제 사용량은 훨씬 더 많을 것입니다.

 

D. 수직(스토리) 브레이싱(L3×3×1/4)

추정하다보강된 베이 1개각 층에 X- 버팀대가 있는 길이를 따라(예: 프레임 3과 4 사이, 2.8m 베이를 가로질러).

층수=5 → 버팀 패널 5개

패널 높이=2.44 m, 너비=2.8 m

패널당 대각선 길이=√(2.44² + 2.8²) ≒ 3.71m

패널당 대각선 2개(X-중괄호) → 스토리당 2 × 3.71=7.42m

총 길이=5 × 7.42=37.1m

무게=37.1m × 7.3kg/m ≒271kg

여러 개의 베이가 보강된 경우 그에 따라 곱하십시오.

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요소	체중(kg)
기둥(W8×24)	5,226
메인빔(W10×22)	9,810
수평가새(C9×20)	596
수직 버팀대(L3×3×1/4)	271
합계(대략)	15,903kg

≈ 15.9미터톤

참고: 연결부, 베이스 플레이트, 보조 부재 또는 데크는 제외됩니다. 실제 제작 중량은 연결 세부 사항 및 폐기물로 인해 10~15% 더 높을 수 있습니다.

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날씬함: 지지되지 않은 높이 12.2m 이상의 W8×24 기둥(d ≒ 8 in, A ≒ 7.08 in²)은 가늘어질 수 있습니다. 유효 길이 계수(K)는 최종 조건에 따라 달라집니다. 고정된-고정된 경우, KL/r은 보강되지 않은 한도를 초과할 수 있습니다.수직 보강은 필수효과적인 열 길이를 줄입니다.

빔 스팬: 5.6m 이상의 W10×22(빔이 프레임 사이에 가로로 걸쳐 있는 경우)는 가벼운 하중에 적합합니다. 그러나 빔이 연속적으로 25.2m에 걸쳐 있으면 처짐과 강도가 부적절합니다.{5}}따라서 가정된 구성(가로 프레임 사이의 세로 거트로서의 빔)이 더 타당합니다.

측면 안정성: 수직 X-브레이싱(바람/지진 저항)과 수평 브레이싱(다이어프램 동작)의 조합으로 제공됩니다.

부하 가정: 구체적인 고정하중/활하중/풍하중이 없는 경우 이는 예비 추정치입니다. AISC 360에 따른 상세 설계가 필요합니다.

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결론
설명된 강철 프레임은 예상 ​​강철 톤수가 다음과 같은 좁은 다층{0}} 버팀 프레임입니다.약 15.9미터톤. 구조 시스템은 측면 안정성을 위해 대각선 버팀대에 의존하며, 적절한 버팀대가 기둥의 유효 길이를 줄이는 경우 부재 크기는 경-~-중간 하중에 적합한 것으로 보입니다. 시공 전에 하중 조합, 연결 설계, 사용 가능성 점검을 포함한 전체 구조 분석을 수행하는 것이 좋습니다.