Beş-Katlı Çelik Çerçeve İçin Yapısal Analiz ve Çelik Miktarı Tahmini

Aşağıda açıklanan beş-katlı çelik çerçeve yapıya ilişkin yapısal analiz ve çelik tonaj tahmini yer almaktadır

---

 

 

 

Anlamlı bir yük analizi gerçekleştirmek için aşağıdaki makul varsayımlar benimsenir (hafif sanayi veya kamu hizmeti destek yapıları için tipiktir):

Zemin ölü yükü (DL): 1,0 kN/m²
(Döşeme, kaplamalar, varsa mekanik/elektrik ve ikincil elemanların öz-ağırlıkları-birincil kiriş öz-ağırlıkları ayrı olarak eklenecektir.)

Canlı yük (LL): 2,0 kN/m²
(Hafif depolama veya bakım erişimi için tipiktir; farklı bir kullanım amaçlanıyorsa ayarlayın.)

Çatı ölü yükü: 0,8 kN/m²

Çatı canlı yükü / kar yükü: 1,0 kN/m²

Rüzgar yükü: Burada kat başına dağıtılmamaktadır; Desteklemeyle halledilen yanal direnç (ayrıca analiz edilir).

 

Körfez geometrisi:

Her bir enine çerçeve1,6 m genişlik.

Çerçeveler arasındaki boyuna aralık: 5 bölme → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Böylece, ana kirişler tarafından desteklenen her "zemin paneli"=alanına sahiptir.1,6 m × bölme genişliği.

Uzun farlar (W10×22)koşmakuzunlamasına6 enine çerçeveyi her seviyede birbirine bağlar. Bu nedenle, her kiriş bitişik bölmelerden gelen yan genişliğin yarısını destekler-ancak yapı yalnızcaToplam 1,6 m genişlik, etkili bir şekilde variki kenar kirişi1,6 m'lik genişliğin tamamını (veya konsollu bir merkezi kirişi) destekler. Basitlik açısından, varsayıyoruziki uzunlamasına kiriş, her biri taşıyan0,8 m kolu genişliği.

Ancak genişliğin darlığı (1,6 m) göz önüne alındığında döşeme sistemini şu şekilde modellemek daha pratiktir:tek bir şeritiki uzunlamasına W10×22 kirişin görevi gördüğü yerkenar kirişleri1,6 m genişliğinde bir platformu destekler.

Böylece,kiriş başına körfez başına haraç alanı = 0,8 m × bölme uzunluğu.

Ama içinsütun yükü hesaplaması, biz şunu düşünüyoruzenine çerçeve başına toplam yük.

---

 

Her enine çerçeve (belirli bir uzunlamasına konumda) şunları destekler:

Körfez alanının yarısı solunda + yarısı sağında.

İç çerçeveler için (Kare 2-5):

Yan uzunluk=(sol bölme + sağ bölme) / 2

Uç çerçeveler için (Kasa 1 ve Çerçeve 6):

Haraç uzunluğu=bitişik koy / 2

Çerçeve #	Sol Bölme (m)	Sağ Bölme (m)	Bağlayıcı Uzunluk (m)	Kat Başına Yardımcı Alan (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

Not: Toplam alan=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Tam plan alanı=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Tutarlı.

---

 

 

Ölü Yük (DL)= 1.0 kN/m²

Canlı Yük (LL)= 2.0 kN/m²

Toplam faktörsüz yük= 3.0 kN/m²

Çerçeve #	Alan (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Kat Başına Toplam Yük (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

Ek olarak,uzun farların-kendi ağırlığıkolon yüklerine dahil edilmelidir.

W10×22 ağırlık=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Her çerçeve birbirine bağlanıriki ışın segmenti(sol ve sağ)

Kiriş segmenti uzunlukları=gerçek bölme uzunlukları

Çerçeve 3 için örnek:

Sol bölme=5.6 m → kiriş ağırlığı=0.321 × 5.6=1.80 kN

Sağ bölme=2.8 m → kiriş ağırlığı=0.321 × 2.8=0.90 kN

Çerçeve 3'e bağlı toplam ışın öz-ağırlığı ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Aslında,kiriş ağırlığı uçlardaki sütunlar tarafından tamamen desteklenir, böylece bir çerçevedeki her sütun şunu taşır:her bitişik kirişin ağırlığının yarısı.

Böylece,kat ve çerçeve başına kirişlerden gelen ek dikey yük:=0.5 × (sol bölme + sağ bölme) × 0,321 kN/m

Her kare için hesaplayın:

Çerçeve	Bitişik Koylar (m)	Toplam Bitişik Uzunluk (m)	Kirişin Kendi-Ağırlığı (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

Bunu önceki toplamlara ekleyin:

 

Tipik kat başına çerçeve başına toplam dikey yük (Seviye 1-4):

Çerçeve	Alan Yükü (kN)	+ Kiriş Ağırlığı (kN)	Kat Başına Toplam (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

---

 

 

Çatı DL=0.8 kN/m²

Çatı LL=1.0 kN/m²

Toplam=1.8 kN/m²

Çerçeve başına alan-tabanlı çatı yükü:

Çerçeve	Alan (m²)	Çatı DL (kN)	Çatı LL (kN)	Ara toplam (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

Aynı kirişin kendi ağırlığını-ekleyin (kirişler hala çatıda mevcut):

Çerçeve başına toplam çatı yükü:

Çerçeve	Çatı Alanı Yükü (kN)	+ Kiriş Ağırlığı (kN)	Toplam Çatı (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

---

 

 

Tüm katların aynı olduğunu (Seviye 1-4) ve çatının Seviye 5 olduğunu varsayarsak:

Çerçeve	Yük/Kat (kN)	×4 Kat	Çatı (kN)	Toplam Kolon Yükü (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	99,5 kN

Not: Bunlarfaktörlenmemiş hizmet yükleri. Tasarım için LRFD kombinasyonlarını kullanın (örneğin, 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Yerçekimi yükleri1,6 m genişliğindeki tabliyeden boyuna W10×22 kirişlere, ardından 6 çerçevenin her birindeki W8×24 kolonlara aktarılır.

Tepe sütun eksenel yüküÇerçeve 2 ve 5'te meydana gelir (~133 kN faktörsüz).

Yanal stabilitetarafından sağlanmaktadır:

En az bir bölmede (örneğin, 2,8 m merkezi bölme) dikey X-destekleme (L3×3×1/4).

Çaprazlı çerçevelere diyafram yanal kuvvetlerine karşı çatıda (ve muhtemelen diğer seviyelerde) yatay destek (C9×20).

Yapıyerçekiminde statik olarak belirli, Vedesteklenmiş-çerçeve davranışıyanal tepkiyi yönetir.

Tavsiye: AISC 360 ve yerel bina kurallarına göre birleşik yükleme altında eleman kapasitelerini, sürüklenmeyi ve bağlantı kuvvetlerini doğrulamak için 3 boyutlu bir yapısal analiz gerçekleştirin (örn. SAP2000, ETABS veya STAAD.Pro kullanarak).

---

Analizin sonu.

 

Uyarlanabilir bölgeler:Şili, Filipinler, Yeni Credonia, Tonga, Virgin Adaları, Reunion Adası, Peru...

Uygulamalar: Depolama, depolama, lojistik, makine rafları ve diğer özel amaçlara yönelik yapısal bileşenler

Hikaye sayısı: 5

Toplam yükseklik: 12,2 m → ortalama kat yüksekliği=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Bina genişliği (kısa yön): 1.6 m

Bina uzunluğu (uzun yön): 25.2 m

Çerçeve bölmeleri (enine çerçeveler): 25,2 m uzunluk boyunca [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] aralıklı 6 çerçeve
→ Toplam bölme aralığı toplamı=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (tutarlı)

Birincil üyeler:

Sütunlar: W8×24 (ASTM A992 veya eşdeğerine göre)

Ana kirişler (kirişler): W10×22

Yatay destek: C9×20 (kanal bölümü)

Dikey (kat) destek: L3×3×1/4 (eşit-bacak açısı)

 

Yapı, hem yatay hem de dikey düzlemlerde çapraz destekle yanal olarak stabilize edilmiş moment-dirençli bir çerçevedir.

Yerçekimi Yük Yolu:
Zemin yükleri (ölü + canlı), döşeme sistemi (burada ayrıntıları verilmemiştir) aracılığıyla ana kirişlere (W10×22), ardından kolonlara (W8×24) aktarılır. Dar genişlik (1,6 m) göz önüne alındığında, ana kirişlerin enine (1,6 m) uzanması ve 25,2 m yönü boyunca hizalanmış sütunlar tarafından desteklenmesi muhtemeldir. Bununla birlikte, tipik uygulama ve üye ataması göz önüne alındığında, aşağıdakiler daha akla yatkındır:

ana kirişler uzunlamasına uzanır(25,2 m yön), her ~5–6 m aralıklı enine çerçevelerle desteklenir.

Ancak yalnızca 1,6 m genişlikle bu,tek-bölmeli dar yapımuhtemelen bir köprü, kanopi veya ekipman destek çerçevesi.

Geometri göz önüne alındığında (1,6 m genişlik × 25,2 m uzunluk × 12,2 m yükseklik), bu birdoğrusal çerçeve(örneğin, kamu hizmetleri için bir destek yapısı veya bir yürüyüş yolu), 25,2 m uzunluk boyunca aralıklı 6 enine çerçeve (her biri 1,6 m genişliğinde).

Böylece:

Her birienine çerçeveiki sütundan (kat başına yükseklik=2.44 m × toplam 5=12.2 m) ve her seviyede bağlantı kirişlerinden oluşur.

Ana kirişler(W10×22) muhtemel çalıştırmauzunlamasına, enine çerçeveleri her kat seviyesinde birbirine bağlar.

Destekleme:

Yatay destek(C9×20) çatıda ve muhtemelen ara seviyelerde yanal yükleri çaprazlı çerçevelere aktarmak için.

Dikey (kat) destek(L3×3×1/4) rüzgar/sismik yüklere karşı yanal sağlamlık sağlamak için bir veya daha fazla bölmede.

 

 

Birim ağırlıkları (AISC Kılavuzundan):

W8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

G10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: ağırlık ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (≈ 1,44 inç² alandan hesaplanmıştır)

---

A. Sütunlar

Enine çerçeve sayısı: 6

Her çerçevenin 2 sütunu vardır (dikdörtgen çerçeve olduğu varsayılarak)

Toplam sütunlar=6 × 2=12

Sütun başına yükseklik=12.2 m

Toplam sütun uzunluğu=12 × 12.2=146.4 m

Sütun çeliği ağırlığı=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 kilo

 

B. Ana Kirişler (Boyuna Kirişler)

5 kat seviyesinin her birinde 25,2 m uzunluğunda uzanan kirişler varsayıldığında veseviye başına iki ışın(artı 1,6 m genişliğin 6 tanesi):

Seviye başına kirişler=2

Seviyeler=5

Toplam ışın uzunluğu=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Kiriş çeliği ağırlığı=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kilo

Not: Yapıda yalnızca bir merkezi kiriş veya farklı bir konfigürasyon kullanılıyorsa buna göre ayarlayın. Bu çevre çerçevelemeyi varsayar.

 

C. Yatay Destek (C9×20)

Tipik olarak çatı seviyesinde ve muhtemelen ara katlarda monte edilir. Farz etmek:

Çatıda bir yatay destek katmanı (X oluşturan plan destek veya panel başına tek diyagonal)

Çerçeveler arası paneller: 5 panel (6 çerçeve arası)

Panel başına çapraz uzunluk ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (5,6 m bölmeler için); 2,8 m bölme için: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

Farz etmekX-yalnızca tek bölmede destek(stabilite için minimum), örneğin merkezi 2,8 m bölmede:

Çatıdaki köşegenler: 2 × 3.22=6.44 m

Muhtemelen zemin seviyesinde veya orta seviyede de olabilir: destekli 3 seviye olduğunu varsayalım → 3 × 6.44=19.3 m

Toplam C9×20 uzunluğu ≈ 20 m (koruyucu)

Ağırlık=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Her seviyede tam yatay kafes kullanılırsa miktar önemli ölçüde artar. Bu minimum bir tahmindir. aslında her bölmede yatay destekler var, dolayısıyla gerçek kullanım çok daha fazla olacaktır.

 

D. Düşey (Kat) Destekleme (L3×3×1/4)

Farz etmekbir destekli bölmeuzunluk boyunca (örneğin Çerçeve 3 ve 4 arasında, 2,8 m'lik bölme boyunca) her katta X-destekleme ile.

Kat sayısı=5 → 5 destek paneli

Panel yüksekliği=2.44 m, genişlik=2.8 m

Panel başına çapraz uzunluk=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Panel başına iki köşegen (X-destek) → kat başına 2 × 3.71=7.42 m

Toplam uzunluk=5 × 7.42=37.1 m

Ağırlık=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kilo

Birden fazla bölme desteklenmişse buna göre çoğaltın.

---

 

 

Bileşen	Ağırlık (kg)
Sütunlar (W8×24)	5,226
Ana Kirişler (W10×22)	9,810
Yatay Destek (C9×20)	596
Dikey Destek (L3×3×1/4)	271
Toplam (yaklaşık)	15.903 kilo

≈ 15,9 metrik ton

Not: Bu, bağlantıları, taban plakalarını, ikincil elemanları veya döşemeyi kapsamaz. Bağlantı ayrıntıları ve atıklar nedeniyle gerçek üretim ağırlığı %10–15 daha yüksek olabilir.

---

 

 

Narinlik: W8×24 sütunlar (d ≈ 8 inç, A ≈ 7,08 inç²) 12,2 m'nin üzerindeki desteksiz yükseklikte narin olabilir. Etkin uzunluk faktörü (K) uç koşullara bağlıdır. Sabitlenmiş-sabitlenmiş için KL/r, desteklenmediği sürece sınırları aşabilir.Dikey destek önemlidirEtkili sütun uzunluğunu azaltmak için.

Işın Açıklığı: 5,6 m'nin üzerinde W10×22 (kirişler çerçeveler arasında enine uzanıyorsa) hafif yükler için makuldür. Ancak kirişler sürekli olarak 25,2 m açıklığa sahipse, sapma ve mukavemet yetersiz olacaktır-bu nedenle, varsayılan konfigürasyon (enine çerçeveler arasında uzunlamasına kirişler olarak kirişler) daha makuldür.

Yanal Stabilite: Dikey X-destekleme (rüzgar/sismik dirençli) ve yatay destek (diyafram eylemi) kombinasyonuyla sağlanır.

Yük Varsayımları: Belirli ölü/canlı/rüzgar yükleri olmadan bu bir ön tahmindir. AISC 360'a göre ayrıntılı tasarım gereklidir.

---

 

Çözüm
Açıklanan çelik çerçeve dar, çok-katlı çaprazlı bir çerçevedir ve tahmini çelik tonajıyaklaşık 15,9 metrik ton. Yapısal sistem, yanal stabilite için çapraz desteğe dayanır ve uygun desteğin kolon etkin uzunluklarını azaltması koşuluyla, eleman boyutları hafif-ile-orta düzeyde yükleme için yeterli görünmektedir. İnşaattan önce yük kombinasyonlarını, bağlantı tasarımını ve servis kolaylığı kontrollerini içeren tam bir yapısal analiz yapılması tavsiye edilir.