Byggingarhönnun og greining á 8 hæða fjölnota forsmíðaðri byggingu fyrir filippseyska viðskiptavini

Byggingarhönnun og greining á 8 hæða fjölnotabyggingu fyrir filippseyska viðskiptavini

 

 

Þetta verkefni er 8 hæða fjölnota bygging staðsett í Manila, Filippseyjum, með heildarstærð 20m × 20m. Hæð hverrar hæðar er hönnuð sem hér segir: 1. hæð (bílastæði) auk millihæðar samtals í 6m; 2. hæð (lager) er 6m hár; 3. og 4. hæð (skrifstofusvæði) eru í 4,5m og 3,4m í sömu röð; 5. til 7. hæð (íbúðarsvæði) eru hver um sig 3,4m á hæð; 8. hæð (þak almenningsrými) auk þakhæð er 2,8m. Fyrir hagræðingu pláss er aðeins 3 raðir af burðardálkum raðað: Ás A hefur alls 4 dálka, bilið á milli A-ás og B-ás er 13,2m og bilið á milli B-ás og C-ás er 6,8m. Bilið á milli 4 dálka á ás A er 5,9m (1-2 ás), 8,2m (2-3 ás) og 5,9m (3-4 ás) í sömu röð.

 

 

 

Landsbyggingarreglur Filippseyja (NSCP) 2015: Stýrir heildarbyggingarhönnun, álagsútreikningi, efnisframmistöðu og öryggiskröfum.

Philippine Building Code (PBC) 2004: Reglur um notkun bygginga, brunaöryggi og endingu burðarvirkja sem samsvarar fjölnota byggingum (bílastæði, vöruhús, skrifstofu, íbúðarhúsnæði, almenningsrými).

Skjálftahönnunarviðmið: Manila er staðsett á hóflegu jarðskjálftasvæði með hámarkshröðun jarðar (PGA) upp á 0,15g; burðarvirkishönnunin notar jarðskjálftastyrk 7 (0,15g) til að athuga með-skjálftavirkni.

Viðmið um vindálag: Grunnvindhraði í Manila er 45 m/s (3. flokkur); Vindálagsútreikningur fylgir NSCP 2015 kafla 28, með hliðsjón af vindþrýstingsdreifingu og burðarvirkum vindviðnámsstuðli.

 

 

Dauðhleðsla (DL): Samkvæmt NSCP 2015, ásamt byggingaraðgerðinni: þak (2,5 kN/m²), íbúðargólf (2,0 kN/m²), skrifstofugólf (2,5 kN/m²), vöruhúsgólf (5,0 kN/m²), bílastæði (4,0 kN/m²), millihæð (3,0 kN/m²); eigin-þyngd stálbyggingarhluta er reiknuð út frá raunverulegri hlutastærð.

Lifandi hleðsla (LL): Íbúðarsvæði (2,5 kN/m²), skrifstofusvæði (3,0 kN/m²), vöruhús (10,0 kN/m²), bílastæði (2,5 kN/m² á ökutæki, auk 1,0 kN/m² fyrir gangandi vegfarendur), þak almenningsrými (2,0 kN/m²).

Jarðskjálftaálag (EL): Reiknað með því að nota svörunarrófsaðferðina, með hliðsjón af massadreifingu burðarvirkis, stífleikaeiginleikum og dempunarhlutfalli (0,05 fyrir stálvirki).

Vindálag (WL): Reiknað sem vindþrýstingur (w=0.613 × V², V=45 m/s) og dreift á hverja hæð í samræmi við hæð og lögun; titringur af völdum vinds er athugaður fyrir háa-hluta (5-8 hæðir).

Annað álag: Snjóálag er ekki talið (Maníla er hitabeltissvæði); jarðskjálfta-afleidd aukaálag (svo sem P-Δ áhrif) og hitastig eru innifalin í hönnunarathuguninni.

 

 

Með hliðsjón af byggingarvirkni, plássþörfum og staðbundnum kröfum, er stálgrindarbygging tekin upp, sem hefur kosti þess að vera léttur, mikill styrkur, góð sveigjanleiki og hröð smíði. Sérstakt skipulagsfyrirkomulag er sem hér segir:

Súlur: Stál H-bitar eru notaðir; súluhlutarnir eru ákvarðaðir í samræmi við burðarþol-hverrar hæðar. 1.-2. hæð (bílastæði + vöruhús) nota H600×250×8×12 mm vegna mikils álags; 3.-4. hæð (skrifstofa) samþykkja H500×200×7×10 mm; 5.-8. hæð (íbúð + þak) taka upp H400×200×6×8 mm.

Bjálkar: Stál H-bitar eru notaðir fyrir gólfbita og þakbita. Bjálkarnir á milli A-ás og B-ás (13,2m span) samþykkja H500×200×7×10 mm (1.-2. hæð) og H450×180×6×9 mm (3.-8. hæð); bitarnir á milli B-ás og C-ás (6,8m span) samþykkja H400×180×6×8 mm (allar gólf); millihæðarbitarnir samþykkja H300×150×6×8 mm.

Gólfplata: Samsett gólfplata (stálþilfar + steinsteypa) er samþykkt, með steypuþykkt 120 mm (íbúð/skrifstofa), 150 mm (vöruhús/bílastæði) og 100 mm (miðhæð/þak); stálþilfarið er B-120, þykkt 1,2 mm.

Hliðviðnámskerfi: Stálgrindin sjálf veitir hliðarstífni; að auki er skástöngum komið fyrir á hornum hússins (ás A-1, A-4, C-1, C-4) til að auka hliðarviðnám gegn vindi og jarðskjálftaálagi.

 

 

Stálnotkun felur í sér alla helstu burðarvirki: súlur, bita, gólfstálþilfar, skástafi og tengihluti (boltar, suðuefni o.s.frv.). 10% frádráttur bætist við tengihluti (boltar, suðu o.s.frv.) miðað við þyngd aðalhluta, sem er í samræmi við hefðbundinn reikningsstaðla stálvirkja.

 

 

Byggingarhluti	Forskrift	Magn	Þyngd eininga (kg/m)	Heildarlengd (m)	Heildarþyngd (kg)
Súlur (1.-2. hæð)	H600×250×8×12	12 (3 raðir × 4 dálkar)	118.5	144 (12 dálkar × 12m heildarhæð fyrir 1.-2. hæð)	17064
Súlur (3.-4. hæð)	H500×200×7×10	12	84.3	90 (12 dálkar × 7,5m heildarhæð fyrir 3.-4. hæð)	7587
Súlur (5.-8. hæð)	H400×200×6×8	12	62.1	134,4 (12 dálkar × 11,2m heildarhæð fyrir 5.-8. hæð)	8346.24
Geislar (A-B ás, 1.-2. hæð)	H500×200×7×10	24 (4 spann × 6 hæðir, 1.-2. hæð)	84.3	316,8 (24 geislar × 13,2m span)	26706.24
Geislar (A-B ás, 3.-8. hæð)	H450×180×6×9	48 (4 spann × 12 hæðir, 3.-8. hæð)	70.2	633,6 (48 geislar × 13,2m span)	44478.72
Geislar (B-C-ás, allar hæðir)	H400×180×6×8	72 (4 spann × 18 hæðir, allar 8 hæðir)	58.5	489,6 (72 geislar × 6,8m span)	28641.6
Mezzanine geislar	H300×150×6×8	12 (4 spann × 3 raðir)	40.2	120 (12 geislar × 10m meðalbreidd)	4824
ská axlabönd	H200×150×6×8	32 (4 horn × 8 hæðir)	30.1	179,2 (32 spelkur × 5,6m meðallengd)	5393.92
Gólf stálþilfar	B-120 (1,2 mm)	1 sett (allar hæðir)	12 kg/m²	2880 m² (20m×20m×7,2 hæðir, án þaks)	34560
Þak úr stáli	B-120 (1,2 mm)	1 sett	12 kg/m²	400 m² (20m×20m)	4800
Aðalmeðlimir Samtals	-	-	-	-	182407.72
Tengistyrkur (10%)	-	-	-	-	18240.77
Heildarstálnotkun	-	-	-	-	200648,49 kg (≈200,65 tonn)

 

Heildarstálnotkun: Um það bil 200,65 tonn (að meðtöldum 10% tengihlunnindi).

Stálnotkun eininga: 200,65 tonn / (20m×20m×8 hæðir)=62.7 kg/m² (reiknað miðað við heildargólfflatarmál 3200 m²).

Stálnotkun eininga er innan hæfilegs bils (60-80 kg/m²) fyrir fjölnota byggingar úr stálgrind, sem er í samræmi við hönnunarstaðla sambærilegra verkefna í Manila.

 

 

Eftirfarandi greining metur nothæfi núverandi byggingarhönnunar (byggt á staðbundnum reglum í Manila) á helstu mörkuðum CBC eins og Tonga, Nýju Kaledóníu, Papúa Nýju Gíneu, Chile og Perú, með áherslu á mun á staðbundinni jarðskjálfta, vindálagi og kröfum um byggingarreglur.

 

 

Skjálftaaðstæður: Tonga er staðsett á háu jarðskjálftasvæði (Pacific Ring of Fire) með PGA 0,30-0,40g, sem er mun hærra en 0,15g Manila.

Vindálag: Grunnvindhraði er 55-60 m/s (sýklasvæði), verulega hærri en 45 m/s í Manila.

Kóðakröfur: Er í samræmi við Tonga Building Code (TBC) 2018, sem hefur strangari kröfur um hliðarþol og sveigjanleika burðarvirkis.

Gildisdómur: Ekki mælt með því. Núverandi burðarvirki og skjálftaþol eru ófullnægjandi til að standast mikla skjálfta- og vindálag Tonga; Styrkja þarf stöngina-bitahlutana og hliðarstífnakerfið verulega og eykur stálnotkunin um 30-40%.

 

 

Jarðskjálftaaðstæður: Miðlungs jarðskjálftasvæði með PGA 0,20g, aðeins hærra en 0,15g Manila.

Vindálag: Grunnvindhraði er 50 m/s (suðrænum fellibyljum-viðkvæmt svæði), hærri en 45 m/s í Manila.

Kóðakröfur: Fylgir byggingarreglum franskra erlendra landa (RTC) 2020, sem er svipað evrópskum stöðlum og hefur strangar kröfur um burðarþol og vindþol.

Gildisdómur: Krefst breytinga. Núverandi hönnun er hægt að aðlaga eftir aðlögun að hluta: styrktu hliðarspelkukerfið, aukið þykkt súlu-geislaflansanna um 2-3 mm og stillið færibreytur jarðskjálftaútreiknings; stálnotkunin eykst um 15-20%.

 

Jarðskjálftaaðstæður: Hátt jarðskjálftasvæði með PGA 0,25-0,35g, hærra en 0,15g Manila; skjálftavirkni er tíð og mikil.

Vindálag: Grunnvindhraði er 48-52 m/s, aðeins hærri en 45 m/s í Manila.

Kóðakröfur: Samþykkir Papúa Nýju-Gíneu National Building Code (PNG NBC) 2015, sem leggur áherslu á jarðskjálftaþol og sveigjanleika burðarvirkis fyrir háar byggingar.

Gildisdómur: Krefst breytinga. Helstu leiðréttingarnar fela í sér: að auka stærð dálksins-geislahluta (sérstaklega 1.-2. hæð), bæta við fleiri hliðarspelkum og fínstilla jarðskjálftaorkudreifingarkerfið; stálnotkunin eykst um 25-30%.

 

 

Jarðskjálftaaðstæður: Eitt hæsta jarðskjálftasvæði í heimi með PGA upp á 0,40-0,50g, langt umfram 0,15g í Manila; stórir jarðskjálftar verða oft.

Vindálag: Grunnvindhraði er 40-45 m/s, svipað og Manila er 45 m/s.

Kóðakröfur: Fylgir byggingarreglum Chile (NCh 433 Of. 2017), sem hefur ströngustu skjálftahönnunarstaðla í heimi, sem krefst mikillar sveigjanleika í burðarvirki og orkudreifingargetu.

Gildisdómur: Ekki mælt með því. Núverandi burðarkerfi getur ekki uppfyllt ofur-þarfir skjálftakröfur Chile; endurhanna þarf nýtt skjálftaþolið kerfi (eins og stálgrindur-spelku-orkudreifingarkerfi) og þá mun stálnotkunin aukast um 50% eða meira.

 

 

Jarðskjálftaaðstæður: Hátt jarðskjálftasvæði með PGA 0,25-0,30g, hærra en 0,15g Manila; skjálftastyrkur er mismunandi eftir svæðum (strandsvæði eru alvarlegri).

Vindálag: Grunnvindhraði er 42-48 m/s, aðeins lægri en eða svipaður og 45 m/s í Manila.

Kóðakröfur: Samþykkir Peruvian Building Code (E070) 2017, sem hefur strangar kröfur um jarðskjálftahönnun og burðarstöðugleika háhýsa-.

Gildisdómur: Krefst breytinga. Helstu leiðréttingarnar fela í sér: að styrkja súlu-geislatengingar, auka hliðarstífni burðarvirkisins og fínstilla útreikning skjálftaálags; stálnotkunin eykst um 20-25%.

 

 

Svæði	Seismic PGA (g)	Grunnvindhraði (m/s)	Gildisdómur	Lykilbreytingar nauðsynlegar
Manila (Filippseyjar)	0.15	45	Fullkomlega við hæfi	Engin
Tonga	0.30-0.40	55-60	Ekki mælt með	Alhliða endurhönnun burðarkerfis, veruleg aukning á hlutastærð og hliðarspelkum
Nýja Kaledónía	0.20	50	Krefst breytinga	Styrkja hliðarspelkur, auka flansþykkt, stilla jarðskjálftabreytur
Papúa Nýju Gíneu	0.25-0.35	48-52	Krefst breytinga	Auka dálka-stærð geislahluta, bæta við hliðarspelkum, fínstilla orkudreifingarkerfi
Chile	0.40-0.50	40-45	Ekki mælt með	Endurhanna skjálftaþolið-kerfi, bæta við orkudreifendum, auka stífleika burðarvirkisins til muna
Perú	0.25-0.30	42-48	Krefst breytinga	Styrkja dálka-geislatengingar, auka hliðarstífleika, hámarka jarðskjálftaútreikninga

 

Á þeirri forsendu að uppfylla staðbundnar reglur Manila og tryggja öryggi mannvirkja er hægt að grípa til eftirfarandi hagræðingarráðstafana til að draga úr stálnotkun, bæta skilvirkni burðarvirkisins og draga úr verkkostnaði, án þess að hafa áhrif á virkni byggingarinnar og rýmisþörf.

 

 

Súlur: Fyrir 5.-8. hæð (íbúðarsvæði, lítið álag) er hægt að fínstilla súluhlutann úr H400×200×6×8 mm í H350×180×6×8 mm. Athugun á álagshlutfalli sýnir að bjartsýni hluti getur enn uppfyllt burðarþolskröfur, sem dregur úr stálnotkun um um 8% fyrir þessar súlur.

Bjálkar: Fyrir bitana á milli B-ás og C-ás (6,8m span, lítið álag) er hægt að fínstilla hlutann frá H400×180×6×8 mm í H350×180×6×8 mm, sem dregur úr stálnotkun um um 6% fyrir þessa bita.

 

 

Núverandi skáspelkur eru staðsettar á öllum 8 hæðum; Hægt er að hagræða þeim með millibili (á 2ja hæða fresti) fyrir 5.-8. hæð (íbúðarsvæði, lítið hliðarálag). Með þessari aðlögun er hægt að fækka spelkum um 50% á efri hæðum, en tryggt er að hliðarstífleiki uppfylli kröfur, sem dregur úr stálnotkun um 5% fyrir spelkukerfið.

 

 

Núverandi hönnun samþykkir Q235B og Q355B stál; það er hægt að skipta honum út fyrir allt Q355B eða há-styrkt stál fyrir aðalsúlur og bjálka (1.-4. hæð, mikið álag). þannig að hægt er að minnka hlutastærðina á viðeigandi hátt á meðan sömu burðargetu er viðhaldið. Þessi hagræðing getur dregið úr stálnotkun um um 10-12% fyrir aðalaðila.

 

 

Fyrir 5. -7. hæð (íbúðarsvæði) er hægt að minnka þykkt samsettra gólfplötusteypu úr 120 mm í 100 mm og þykkt stálþilfarsins er 1,2 mm. Þessi aðlögun getur dregið úr eiginálagi gólfsins og þannig dregið úr burðarþolskröfum súlna og bita og óbeint dregið úr stálnotkun um 3-4%.

 

 

Eftir alhliða hagræðingu er hægt að draga úr heildarstálnotkun um 15-20%, úr upprunalegu 200,65 tonnum í 160,52-170,55 tonn. Stálnotkun eininga mun minnka í 50,16-53,30 kg/m², sem er enn innan hæfilegs marks og getur í raun dregið úr verkkostnaði á sama tíma og það tryggir öryggi burðarvirkis og uppfyllir staðbundnar reglur.

 

Byggingarhönnun 8- hæða fjölnotabyggingarinnar uppfyllir kröfur staðbundinna reglna Manila (NSCP 2015, PBC 2004) og hleðslukröfur, með heildarstálnotkun um það bil 200,65 tonn og einingarstálnotkun upp á 62,7 kg/m². Fyrir önnur svæði: það á að fullu við í Manila; krefst breytinga í Nýju Kaledóníu, Papúa Nýju Gíneu og Perú (með tilheyrandi aukinni stálnotkun); og er ekki mælt með því í Tonga og Chile (vegna ofurmikils krafna um jarðskjálfta/vindálag). Með hagræðingu hluta, skipta um efni og kerfisaðlögun er hægt að draga úr stálnotkun um 15-20% án þess að hafa áhrif á öryggi burðarvirkisins, sem hefur verulegan efnahagslegan ávinning.