5 階建て鉄骨フレームの構造解析と鋼材量の推定-

以下は、説明されている 5 階建て鉄骨構造の構造分析と鋼材トン数の推定です。{0}

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有意義な負荷分析を実行するには、次の合理的な仮定が採用されます (軽工業または公益事業のサポート構造に一般的)。

床死荷重（DL）：1.0kN/平方メートル
(デッキ、仕上げ、機械的/電気的要素があればそれを含みます。また、-二次部材の自重-一次ビームの自重-は別途追加されます。)

活荷重(LL)：2.0kN/㎡
(通常は、軽い保管やメンテナンスのアクセスに使用します。別の用途が意図されている場合は調整してください。)

屋根の死荷重：0.8kN/㎡

屋根活荷重・積雪荷重：1.0kN/平方メートル

風荷重: ここではフロアごとに配布されていません。ブレースによって処理される横方向の抵抗 (別途分析)。

 

ベイの形状:

それぞれの横フレームは、幅1.6メートル.

フレーム間の縦方向の間隔: 5 ベイ → [5.6 m、5.6 m、2.8 m、5.6 m、5.6 m]。

したがって、主梁によってサポートされる各「床パネル」の面積は=になります。1.6m×ベイ幅.

主梁（W10×22）走る縦方向に、各レベルで 6 つの横フレームを接続します。したがって、各梁は隣接する湾からの支流の幅の半分をサポートします-が、構造はわずかであるため、全幅1.6m、効果的にはあります2つのエッジビーム1.6 m の全幅 (または片持ち梁を備えた中央の 1 本の梁) をサポートします。簡単にするために、次のように仮定します2本の縦梁、それぞれの持ち運び支流幅0.8m.

ただし、幅が狭い (1.6 m) ことを考慮すると、床システムを次のようにモデル化する方が現実的です。単一のストリップここで、2 本の縦方向 W10×22 ビームが次のように機能します。エッジガーダー幅1.6mのプラットフォームをサポートします。

したがって、ベイごとのビームごとの支流面積 = 0.8m×ベイ長さ.

しかし、のためにカラム荷重の計算を考慮します。横フレームあたりの総荷重.

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各横フレーム (特定の縦方向位置) は以下をサポートします。

湾の左側の半分のエリア + 右側の半分のエリア。

内部フレーム (フレーム 2 ～ 5) の場合:

支流の長さ=(左湾 + 右湾) / 2

終了フレーム (フレーム 1 およびフレーム 6) の場合:

支流の長さ=隣接湾 / 2

フレーム ＃	左湾 (m)	右湾 (m)	支流の長さ (m)	1 階あたりの支流面積 (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

注記: 総面積=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
全計画面積=1.6 m × 25.2 m =40.32 m²→ ✔️一貫性がある。

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死荷重 (DL)= 1.0 kN/平方メートル

活荷重(LL)= 2.0 kN/平方メートル

因数分解されていない合計負荷= 3.0 kN/平方メートル

フレーム ＃	面積(㎡)	DL(kN)	LL(kN)	1階あたりの総荷重(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

さらに、主梁の自重-カラムロードに含める必要があります。

W10×22 重量=32.7 kg/m=0.321 kN/m

それぞれのフレームがつながっているのは、2つのビームセグメント（左右）

ビームセグメントの長さ=実際のベイの長さ

フレーム 3 の例:

左湾=5.6 m → ビーム重量=0.321 × 5.6=1.80 kN

右ベイ=2.8 m → ビーム重量=0.321 × 2.8=0.90 kN

フレーム 3 に支流の合計ビーム自重- ≈(1.80 + 0.90)/2?→実は、ビームの重量は端の柱によって完全に支えられています、したがって、フレームの各列は次のようになります。隣接する各ビームの重量の半分.

したがって、床ごとのフレームごとの梁からの追加の垂直荷重:=0.5 × (左ベイ + 右ベイ) × 0.321 kN/m

各フレームを計算します。

フレーム	隣接する湾 (m)	隣接全長(m)	ビーム自重-(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

これを前の合計に加算します。

 

一般的な床ごとのフレームあたりの合計垂直荷重 (レベル 1 ～ 4):

フレーム	面荷重(kN)	+ ビーム重量 (kN)	フロアごとの合計 (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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屋根 DL=0.8 kN/m²

屋根LL=1.0 kN/m²

合計=1.8 kN/m²

-フレームごとの面積ベースの屋根荷重:

フレーム	面積(㎡)	屋根DL(kN)	屋根LL(kN)	小計(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

同じ梁の自重を追加します（梁は屋根にまだ存在します）。-

フレームごとの屋根の総荷重:

フレーム	屋根面積荷重(kN)	+ ビーム重量 (kN)	屋根の合計 (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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すべての階（レベル 1 ～ 4）が同一で、屋根がレベル 5 であると仮定します。

フレーム	荷重/床 (kN)	×4階	屋根(kN)	カラム総荷重 (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

注記： これらは因数分解されていないサービス負荷。設計には、LRFD の組み合わせ (例: 1.2DL + 1.6LL) を使用します。

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重力荷重は、幅 1.6 m のデッキから縦方向の W10×22 ビームに転送され、次に 6 つのフレームのそれぞれで W8×24 コラムに転送されます。

ピークカラム軸方向荷重フレーム 2 と 5 で発生します (因子なしで約 133 kN)。

横方向の安定性は以下によって提供されます。

少なくとも 1 つのベイ (例: 2.8 m の中央ベイ) に垂直 X- ブレース (L3×3×1/4)。

屋根 (および場合によっては他のレベル) での水平ブレース (C9×20) により、ブレースされたフレームに対するダイヤフラムの横方向の力を軽減します。

構造は重力で静的に決定される、 そして中括弧-フレームの動作横方向の反応を支配します。

おすすめ: 3D 構造解析 (SAP2000、ETABS、STAAD.Pro などを使用) を実行して、AISC 360 および地域の建築基準法に基づく複合荷重下での部材の耐力、ドリフト、および接続力を検証します。

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分析の終了。

 

適応地域:チリ、フィリピン、ニュークレドニア、トンガ、ヴァージン諸島、レユニオン島、ペルー...

アプリケーション: 倉庫、保管、物流、機械ラックおよびその他の特殊用途の構造コンポーネント

話数: 5

全高: 12.2 m → 平均階高=12.2 / 5 ≈ 2.44 m

建物幅（短手方向）: 1.6 m

建物の長さ（長手方向）: 25.2 m

フレームベイ（横フレーム）: 25.2 m の長さに沿って [5.6 m、5.6 m、2.8 m、5.6 m、5.6 m] の間隔で 6 つのフレームが配置されます。
→ ベイ間隔の合計=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (一貫性のある)

プライマリーメンバー:

カラム: W8×24 (ASTM A992 または同等品による)

主梁（桁）：W10×22

水平ブレース：C9×20（チャンネル部）

垂直（階）ブレース：L3×3×1/4（等しい脚角度）

 

この構造は、水平面と垂直面の両方で斜めのブレースによって横方向に安定化されたモーメントに強いフレームです。{0}

重力荷重パス:
床荷重 (デッド + ライブ) は、床システム (ここでは詳しく説明しません) を介して主梁 (W10×22) に伝達され、次に柱 (W8×24) に伝達されます。幅が狭い (1.6 m) ことを考えると、主梁は横方向 (1.6 m) に広がり、25.2 m 方向に沿って並んだ柱によって支えられていると考えられます。ただし、典型的な慣行とメンバーの指定を考慮すると、次の方がもっともらしいです。

の主梁は縦方向に走る(25.2 m 方向)、約 5 ～ 6 m 間隔の横フレームでサポートされています。

しかし、幅がわずか 1.6 m であることから、これは、シングルベイの狭い構造-、おそらく橋、天蓋、または機器の支持フレームです。

形状 (幅 1.6 m × 長さ 25.2 m × 高さ 12.2 m) を考慮すると、これはリニアフレーム(例えば、公共施設や歩道の支持構造)、長さ 25.2 m に沿って間隔をあけて配置された 6 つの横フレーム (それぞれ幅 1.6 m) を備えています。

したがって：

それぞれ横フレーム2 本の柱（各階の高さ=2.44 m × 合計 5=12.2 m）と各レベルの接続梁で構成されます。

主梁(W10×22) 実行可能縦方向に、各階レベルの横フレームを接続します。

ブレーシング:

水平ブレース(C9×20) 屋根および場合によっては中間レベルに設置し、横方向の荷重をブレース付きフレームに伝達します。

垂直（階）ブレース(L3×3×1/4) を 1 つ以上のベイに配置して、風/地震荷重に対する横方向の剛性を提供します。

 

 

単位重量 (AISC マニュアルより):

W8×24: 24 ポンド/フィート=35.7 kg/m

W10×22: 22 ポンド/フィート=32.7 kg/m

C9×20: 20 ポンド/フィート=29.8 kg/m

L3×3×1/4: 重量 ≈ 4.9 lb/ft=7.3 kg/m (面積 ≈ 1.44 in² から計算)

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A. カラム

横コマ数：6

各フレームには 2 つの列があります (長方形のフレームを想定)

合計列数=6 × 2=12

1 列あたりの高さ=12.2 m

柱の合計長さ=12 × 12.2=146.4 m

柱鋼重量=146.4 m × 35.7 kg/m ≈5,226kg

 

B. 主梁（縦梁）

5 つのフロアレベルのそれぞれに全長 25.2 m の梁があると仮定します。レベルごとに 2 つのビーム(幅 1.6 m の 6 を加えたもの):

レベルごとのビーム数=2

レベル= 5

ビームの全長=2 × 5 × 25.2 + 1.6 × 6 × 5=300 m

梁鋼重量=300 m × 32.7 kg/m ≈9,810kg

注: 構造で中央の梁が 1 つだけ使用されている場合、または異なる構成が使用されている場合は、それに応じて調整してください。これは周囲フレームを想定しています。

 

C. 水平ブレース (C9×20)

通常は屋根レベルに設置され、場合によっては中間階に設置されます。仮定する：

屋根に 1 つの水平ブレース層 (パネルごとに X または 1 つの対角線を形成するプラン ブレース)

コマ間パネル：5コマ（6コマ間）

パネルあたりの対角線の長さ ≈ √(5.6² + 1.6²) ≈ 5.82 m (5.6 m ベイの場合)。 2.8 m ベイの場合: √(2.8² + 1.6²) ≈ 3.22 m

仮定するX-ブレースは 1 つのベイのみにあります(安定性のための最小値)、例: 中央の 2.8 m ベイ:

屋根の対角線: 2 × 3.22=6.44 m

おそらく地上レベルまたは中間レベルでも可能: ブレース付きの 3 レベルを想定 → 3 × 6.44=19.3 m

C9×20 の合計長さ ≈ 20 m (控えめ)

重量=20 m × 29.8 kg/m ≈596kg

すべてのレベルで完全な水平トラスを使用すると、数量が大幅に増加します。これは最小限の見積もりです。実際には各ベイに水平ブレースがあるため、実際の使用量はさらに多くなります。

 

D. 垂直（階）ブレース（L3×3×1/4）

仮定する1 つのブレース付きベイ長さに沿って (例: 2.8 m ベイを横切るフレーム 3 と 4 の間)、各階で X- ブレースを使用します。

階数=5 → 5 つのブレースパネル

パネルの高さ=2.44 m、幅=2.8 m

パネルあたりの対角線の長さ=√(2.44² + 2.8²) ≈ 3.71 m

パネルあたり 2 つの対角線 (X- ブレース) → 1 階あたり 2 × 3.71=7.42 m

全長=5 × 7.42=37.1 m

重量=37.1 m × 7.3 kg/m ≈271kg

複数のベイが固定されている場合は、それに応じて増加します。

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成分	重量(kg)
コラム（W8×24）	5,226
主梁(W10×22)	9,810
横筋交い(C9×20)	596
縦筋交い(L3×3×1/4)	271
合計（約）	15,903kg

≈ 15.9トン

注: これには、接続部、ベース プレート、二次部材、またはデッキは含まれません。実際の製造重量は、接続の詳細や無駄により 10 ～ 15% 増加する可能性があります。

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細さ: W8×24 柱 (d ≈ 8 インチ、A ≈ 7.08 インチ 2)、ブレースなしの高さ 12.2 m を超えるものは細い場合があります。有効長係数 (K) は終了条件によって異なります。固定-固定の場合、ブレースしない限り、KL/r が制限を超える可能性があります。垂直ブレースは必須です有効カラム長を短縮します。

ビームスパン: 軽荷重の場合は、W10×22 (ビームがフレーム間を横にまたがる場合) 5.6 m 以上が妥当です。しかし、梁が連続して 25.2 m にわたる場合、たわみと強度が不十分になるため、想定される構成 (横フレーム間の縦方向のガートとしての梁) の方が妥当です。-。

横方向の安定性: 垂直 X- ブレース (風/耐震) と水平ブレース (ダイヤフラム作用) の組み合わせによって提供されます。

負荷の仮定: 特定の死荷重、活荷重、風荷重がない場合、これは暫定的な推定値です。 AISC 360 に準拠した詳細な設計が必要です。

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結論
説明されている鉄骨フレームは、推定鉄骨トン数が 2 トンの、幅の狭い複数階建てのブレース付きフレームです。-約15.9トン。この構造システムは横方向の安定性を確保するために斜めのブレースに依存しており、適切なブレースにより柱の有効長が短縮される場合、部材のサイズは軽度から中程度の荷重に十分であると考えられます。--。建設前に、荷重の組み合わせ、接続設計、保守性チェックを含む完全な構造解析を行うことをお勧めします。