パプアニューギニアの4階建てホテルの鉄骨構造設計

 

位置: パプアニューギニア

地震帯: 震度8度(ASCE 7 または同様のローカルコードに基づく PGA ≈ 0.3g に相当)

風荷重: 基本風速 =120km/h (~33.3 m/s)

積雪荷重: なし

建築用途:

レベル1: 駐車場（高さ= 3.8メートル）

レベル 2 ～ 4: ホテルの客室（床から床までの高さ=3.7 m、3.7 m、3.4 m）

屋根の種類: 片勾配屋根-(排水の想定勾配=2%)

外壁: 非構造中空コンクリートブロック（現地で建設。耐荷重性がない-)

フロアシステム: 現場打ちコンクリートの上部を備えた複合鋼製デッキ{0}}-(指定する)

 

 

建物の全長: 80 m

プラン構成:

イーストウィング: 55.6 m (L) × 27 m (W)

ウエストウイング: 25 m (L) × 41.7 m (W)

注記：計画は非長方形-、おそらく L 字型か階段状です。-構造解析では、建物は、耐震詳細に応じて伸縮継手または剛結合が可能な 2 つの接続されたブロックとして扱われます。

一般的なベイのサイズ: 列間隔を想定します。長さ7.5mそして横6.0m(アーキテクチャ入力ごとに調整可能)。

 

 

プライマリコード：AISC 360-16（鋼構造建築物仕様書）

耐震設計: ASCE 7-16 (または同等 – PNG の地震活動に適合)

風荷重: ASCE 7-16、第 27 章 (指示手順)

材質規格：ASTM A992（梁・柱）、ASTM A36（板・二次部材）

 

 

 

成分	荷重(kN/m²)
鋼製デッキ + 125 mm コンクリート スラブ (ρ=24 kN/m3)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
天井、MEP、仕上げ	0.5
屋根材（金属デッキ+断熱材）	0.3
中空ブロック壁（非構造ですが、梁の線荷重として適用されます）-	~3.0kN/m(高さ1メートルあたり)

 

 

レベル	LL (kN/平方メートル)	参照
レベル 1 (駐車場)	2.5	ASCE 7
レベル 2 ～ 4 (ホテル)	1.9	ASCE 7 (住宅)
屋根	0.5	メンテナンス負荷

 

 

基本風速：V = 33.3 m/s

露出カテゴリー:C(郊外/都市部の地形を想定)

突風係数:G = 0.85

圧力係数(Cp):

壁(風上):+0.8

壁（風下）：–0.5

屋根（単一の斜面）:-0.9 ～ -0.3(ゾーンにより異なります)

ASCE 7 Eq. 27.3-1 の使用:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
(K_z=0.85) が中-高さ (約 7 m) にあると仮定すると、(I=1.0)、(K_{zt}=1.0)、(K_d=0.85):
[ 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 ]

設計風圧:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ 最大壁圧 ≈0.33kN/平方メートル(風上)、吸気 ≈–0.21 kN/m²（風下）

注記：低層のため（<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

スペクトル応答: 8 度ゾーンの場合、S_DS=1.0, S_D1 = 0.6(ASCE 7 の局所適応による控えめな推定)

リスクカテゴリ: II

R- 係数 (鋼モーメントフレーム): R = 8(スペシャルモーメントフレーム – SMF用)

重要な要素: (I_e = 1.0)

おおよその基本期間:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(全高 (h_n=3.8 + 3×3.7 – 0.3=14.6) m 約)

耐震基礎せん断:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 総重量の12.5%- は重要です。

 

 

床面積 ≈ (55.6×27) + (25×41.7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

占有階数3階＋屋上≒4階建て

平均フロアごとの DL + LL ≈ (3.75 + 1.9) ≈5.65 kN/平方メートル

総重量（W≒2544×5.65×4≒4）57,500kN

ベースせん断 (V ≈ 0.125 × 57,500 ≈7,200kN

→ 地震は風を支配する横方向のデザインに。

 

 

横耐力システム (LFRS):

特殊同心ブレースフレーム (SCBF)またはスペシャルモーメントフレーム (SMF)

建築上の柔軟性とオープン駐車場の必要性を考慮すると、SCBF高地震帯での効率と延性の点で好まれます。-

重力システム:

複合梁(せん断スタッド + 金属デッキ + コンクリート スラブを使用した W- 形状)

コラム: HSS または W-基礎から屋根まで連続したセクション

ブレーシング: 可能であれば、階段/エレベーターの中心部と外周で両方向に X- 補強する

屋根: 傾斜屋根の梁またはテーパーフレームによって支えられた単一の斜面。-上部に母屋。

 

 

6.1 床梁 (典型的な内装)

スパン: 7.5m

荷重: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

最大モーメント：（M= wL^2/8=30.9 × 7.5^2 / 8 ≈ 217 kN・m）

必要な断面係数: (Z_x M 以上 / (0.9 F_y)=217×10⁶ / (0.9×345) ≈ 700×10³ mm³)

トライアルセクション: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³、OK)

6.2 エッジビーム（壁荷重あり）

追加壁面荷重: 3.0 kN/m × 3.7 m =11.1kN/m

合計 w ≈ 30.9 + 11.1 =42.0kN/m

M≒295kN・m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 柱（内部、4 階建て）

支流エリア: 7.5 m × 6.0 m=45 m²

床あたりのアキシアル荷重: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

合計 P ≈ 4 × 232 =928kN

地震軸方向の影響に 20% を追加 →P_u ≈ 1,115 kN

有効長(KL≒0.8×3700=2,960mm)

トライアル：W250×73(A=9、290 mm²、r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0.9×345×9290 ≈2,880kN >>1,115kN→OK)

W250×67またはHSS203×203×9.5を使用すると経済的です

6.4 ブレーシングメンバー（SCBF）

各方向に 2 つのベイで固定することを想定します

ベイあたりの地震層せん断力 ≈ 7,200 / (ブレースフレームの数)

各方向に 4 つのブレースフレームを想定 → フレームあたり最大 900 kN

対角力: (F=V / sinθ); θ=45 度 → F ≈ 900 / 0.707 ≈1,270kN

必須 A_g 1,270,000 / (0.9×345) ≈ 以上4,090mm²

トライアル: ハイス152×152×9.5(A=5、200 mm²、細さチェックによる引張/圧縮に OK)

 

 

メタルデッキ: Conform® 2.0 または Bondek®(プロファイル深さ=60 mm)

コンクリートスラブ: 厚さ125mm、f'c=25 MPa

シアースタッド: 直径19mm×高さ100mm、間隔300mm oc梁に沿って

複合アクション: AISC 360 Chapter I に従って完全な対話が想定されています

 

 

土壌レポートが必要です– 中程度の支持力 (150 kPa) を想定

カラム反応: Max ~1,200 kN → フーチングサイズ ≈ √(1,200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 m孤立した足場

耐震アンカー: ACI 318 に準拠した隆起とせん断用に設計されたアンカー ロッド

 

 

梁-から-: ボルト締めエンドプレートまたは溶接モーメント接続 (SMF を使用する場合)

ブレース-から-ガセット: AISC 耐震規定によるホイットモア断面法

デッキサポート: 梁上フランジの簡易ベアリング

 

 

アイテム	仕様
LFRS	特殊同心ブレースフレーム (SCBF)
重力ビーム	W410×60(内側)、W460×74(エッジ)
コラム	W250×67またはHSS203×203×9.5
ブレース	ハイス152×152×9.5
フロアデッキ	深さ 60 mm の複合金属デッキ + 125 mm コンクリート
耐震基礎せん断	~7,200 kN (設計を管理)
風圧	~0.33 kN/m² (非統治)
屋根の勾配	2% の単一傾斜、傾斜垂木でサポート

 

 

地元の地盤工学エンジニアに土壌レポートを依頼してください。

建築家と調整して、駐車場や部屋の邪魔にならないブレースフレームを配置します。

耐食性-塗装システムを使用します（ISO 12944 に準拠した C4 環境 – PNG 沿岸）。

東翼と西翼が大幅にオフセットしている場合は、移動ジョイントを提供します。

P-Δ 効果を含むソフトウェア (ETABS、SAP2000 など) を使用して詳細な 3D 構造解析を実行します。

 

 

 

この鋼材トン数の見積もりには、4 階建てホテルの重力および横荷重耐性システムに必要な次のような一次および二次構造鋼要素が含まれています。{0}

柱（基礎から屋根まで）

床梁と屋根梁（複合設計）

ブレースメンバー (特別な同心ブレースフレーム - SCBF)

屋根の枠組み（傾斜垂木と母屋）

接続 (主要メンバーの重量の 5% と推定)

除外されるもの:

金属デッキ（非構造被覆材/スラブサポートとみなされます）-

アンカーロッド、ベースプレート（接続代に含む）

階段、手すり、各種鋼材

 

 

建築計画は、接続された 2 つのブロックで構成されます。

東ブロック: 55.6 m × 27 m

西ブロック: 25 m × 41.7 m
→ 総設置面積 ≈2,544 m²

典型的な柱グリッド:7.5m（縦）×6.0m（横）

列数:

東ブロック: (55.6/7.5 ≈ 8 ベイ → 9 ライン) × (27/6 ≈ 4.5 → 5 ライン) =45列

西ブロック: (25/7.5 ≈ 3.3 → 4 行) × (41.7/6 ≈ 7 → 8 行) =32列

ジャンクションでのオーバーラップを差し引く (最大 5 つの共有列) →合計列数 ≈ 72

階数：4階建て（屋根含む）

ブレースフレーム: ブロックごとに各方向に 2 つ →合計 8 個の固定ベイ

屋根の傾斜: 2%、傾斜した梁で支えられています。トラスなし

 

 

公営住宅という性質上、耐用年数100年を超える堅牢な建物を目指し、構造全体の強化を図りました。これを達成するために、従来の柱を箱型鋼製の柱に置き換え、-現場でコンクリートを充填し、全体の構造強度を大幅に向上させました。

 

 

セクション：ボックスタイプ 400X400x12x12mm(質量=146.2 kg/m)

列ごとの高さ:

レベル1: 3.8m

レベル 2 ～ 3: 各 3.7 m

レベル4: 3.4m
→ 全高 =14.6 m

列の合計長=72 × 14.6 =1,051 m

カラム重量=1,051 m × 146.2 kg/m =153,656kg ≈ 153.7トン

注: 1 階の柱はより重い場合があります。これは平均です。

 

 

室内梁: WH500X290X10X16mm (質量=109.6 kg/m)

スパン: 7.5m

フロアごとの数:

東ブロック: 5 横ライン × 8 縦ベイ=40

西ブロック: 8 横ライン × 3 縦ベイ=24
→ 1 フロアあたり 64 本の室内梁

3階+屋根枠の合計=4 × 64 =256ビーム

長さ=256 × 7.5 =1,920 m

重量=1,920 × 109.6=210,432kg

エッジ/周囲ビーム: WH600X200X12X12mm (質量=92 kg/m)

フロアごとの周囲の長さ ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – オーバーラップ ≈290m/フロア

6 m ごとのエッジ ビームを想定 → フロアごとに最大 48 のエッジ ビーム

合計=4 × 48 =192ビーム、平均。スパン=6.0 m

長さ=192 × 6 =1,152 m

重量=1,152 × 92=105,984kg

総ビーム重量 = 210,432 + 105,984 = 316,416 kg ≈ 316.4 トン

 

 

セクション：ハイス152×152×9.5(質量=42.5 kg/m)

ブレース付きベイ: 合計 8 (東-西に 4 つ、北-} に 4 つ)

各ベイには 1 階あたり 2 つの対角線があります → 4 階 × 2 =ブレースされたフレーム ラインごとに 8 つの対角線

合計対角線数=8 フレーム × 8 =中括弧64個

平均対角線の長さ (45 度の 7.5 m × 3.7 m ベイの場合):
( L=\\sqrt{7.5^2 + 3.7^2} ≈ 8.4 m )

中括弧の合計の長さ=64 × 8.4 =538 m

ブレースの重量=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22.9 トン

 

 

主屋根の垂木は単一の傾斜プロファイルに従っています。-使用W310×45(45kg/m)

間隔: 3.0 m oc (母屋を支えるため)

屋根の総面積=2,544 m² → 垂木の長さ ≈ 建物の幅 (最大 41.7 m)

垂木の数 ≈ 80 m / 3.0 ≈27行

平均垂木の長さ=35 m (東/西幅の加重平均)

垂木の全長=27 × 35 =945 m

垂木の重量=945 × 45 =42,525kg

母屋: C200×20×2.5 (5.5 kg/m)、間隔 1.5 m oc

母屋の全長 ≈ (2,544 m² / 1.5 m 間隔) × 1.0 m =1,696 m

重量=1,696 × 5.5 =9,328kg

総屋根鋼材 = 42,525 + 9,328 = 51,853kg ≈ 51.9トン

 

 

標準的な実践:5%メインメンバーの総重量の

主要メンバー合計=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533.9トン

接続数=0.05 × 533、900 =27,245kg ≈ 27.3トン

 

 

成分	重量 (トン)
コラム	153.7
床梁と端梁	316.4
ブレース(SCBF)	22.9
屋根フレーム (垂木 + 母屋)	51.9
接続 (5%)	27.3
推定構造用鋼材合計	572.2トン

 

 

総床面積 =2,544 m²

単位面積あたりの鋼材=572.2 トン / 2,544 平方メートル =225kg/㎡

これは、高地震地域にあるブレースフレームを備えた 4 階建ての耐震性鋼鉄建物では妥当です。--

 

 

最適化の可能性：より大きな湾を使用するか、ブレースを減らすとトン数が減少する可能性がありますが、PNG の耐震需要により減少は制限されます。

現地製造: PNG またはオーストラリアでの標準セクションの利用可能性を考慮してください (W- シェイプや HSS などの一般的なセクションが想定されています)。

腐食防止: 海岸沿いの熱帯環境のため、溶融亜鉛めっきまたは二相塗装システムを受けるための全鋼材。{0}}

不測の事態： 追加5–10%設計開発、アーキテクチャの変更、または非効率の詳細の検討のため →最終的な予算見積もり: ~615 ～ 700 トン。階段とエレベーターの構造を追加すると、全体的には約になります。650～750トン決勝で。

作成者：杭州西渓ビル有限公司
日付: 2026 年 1 月 16 日
基礎: AISC 360-16、暫定レイアウト、ASCE 7-16 の地震想定