V oblasti oceľových - štruktúrovaných budov sú portálové rámy a rámové konštrukcie dva bežné konštrukčné systémy, z ktorých každý má svoju jedinečnú silovú - logiku a použiteľné scenáre. Hlboké pochopenie týchto charakteristík má veľký význam pre racionálny výber konštrukčného systému budovy a zabezpečenie bezpečnosti a funkčnosti budovy.
Rámová štruktúra portálu
(I) Vynútiť - nesúcu logiku
Vertikálny prenos zaťaženiaPri vystavení vertikálnym zaťaženiam (ako je vlastná hmotnosť strechy, zaťaženie snehom atď.) nosník portálového rámu prenesie zaťaženie na stĺp a potom ho stĺp prenesie na základ. Nosník portálového rámu je vo všeobecnosti navrhnutý ako ohybový prvok a svojou ohybovou kapacitou odoláva ohybovému momentu generovanému vertikálnym zaťažením. Keďže nosník a stĺp sú pevne spojené, pri pôsobení zvislých zaťažení vznikne na konci nosníka negatívny ohybový moment, ktorý relatívne znižuje ohybový moment nosníka v strede rozpätia -, čím sa efektívnejšie využívajú mechanické vlastnosti materiálu.
Odolnosť proti horizontálnemu zaťaženiuPri horizontálnych zaťaženiach (ako je zaťaženie vetrom, seizmické pôsobenie atď.) sa portálový rám spolieha hlavne na bočnú tuhosť stĺpa, aby odolal. Pôsobením horizontálnych síl stĺp, podobne ako konzolový nosník, prenáša horizontálnu silu na základ. Pevné spojenie v spoji stĺpa nosníka - môže obmedziť relatívnu rotáciu nosníka a stĺpa, čo umožňuje celej konštrukcii pracovať koordinovane, aby odolávala horizontálnej sile. Pri pôsobení zaťaženia vetrom nesie veterný stĺp tlak a záveterný stĺp nesie napätie. Konštrukčná rovnováha je udržiavaná prostredníctvom osovej sily stĺpa a horizontálnej šmykovej sily nosníka. Pri pôsobení seizmických síl bočný posun konštrukcie spôsobí ohybovú deformáciu nosníka a stĺpa a rotáciu spojov. Portálový rám rozptyľuje seizmickú energiu prostredníctvom ťažnosti a mechanizmu rozptylu energie - konštrukcie, aby sa zabezpečila stabilita konštrukcie.
(II) Aplikovateľné hranice
Rozsah rozpätiaRámová konštrukcia portálu je vhodná pre budovy so stredným rozpätím -. Vo všeobecnosti je rozpätie medzi 9 - 36 metrami. V rámci tohto rozsahu rozpätia môže portálový rám naplno využiť svoje konštrukčné výhody a je relatívne ekonomický. Napríklad bežné priemyselné závody, skladovacie budovy atď. majú často rozpätia v tomto rozsahu. Vďaka rozumnému dizajnu prierezu - a konštrukcii spojov môže portálový rám spĺňať priestorové požiadavky týchto budov.
Výškový limitVýška rámu portálu je zvyčajne vhodnejšia medzi 6 - 12 metrami. Nadmerná výška zvýši vypočítanú dĺžku stĺpa, čo bude mať za následok výrazné problémy so stabilitou stĺpa. Je potrebné zväčšiť prierez - stĺpa alebo prijať iné zosilňujúce opatrenia, čím sa zvýšia náklady. Pre niektoré budovy s vyššími priestorovými nárokmi, ale stále v rámci vhodného výškového rozsahu, ako sú niektoré ľahké - priemyselné závody a logistické sklady, je vhodnejšou voľbou rámová konštrukcia portálu.
Charakteristiky zaťaženiaJe vhodný pre budovy s relatívne malým zaťažením strechy a zaťažením žeriavom. Kvôli relatívne obmedzenej bočnej tuhosti konštrukcie portálového rámu môžu byť pre príliš veľké zaťaženia žeriavom alebo relatívne veľké zaťaženia, ako sú horizontálne seizmické zaťaženia, potrebné špeciálne konštrukcie alebo iné konštrukčné systémy. Avšak pre všeobecné priemyselné závody bez žeriavov alebo s malými - žeriavmi, ako aj skladovacie a komerčné budovy s nízkymi požiadavkami na zaťaženie môže portálový rám spĺňať ich požiadavky na nosnosť - a zároveň má dobrú hospodárnosť.
Rámová štruktúra
(I) Vynútiť - nesúcu logiku
Vertikálny prenos zaťaženiaV rámovej konštrukcii sa vertikálne zaťaženia prenášajú z podlahovej dosky na nosník a potom nosník prenáša zaťaženie na stĺp a nakoniec ho stĺp prenesie na základ. Nosník aj stĺp sú hlavné nosné prvky -, ktoré spoločne nesú ohybový moment, šmykovú silu a osovú silu generovanú vertikálnym zaťažením. Na rozdiel od portálového rámu je pri pôsobení zvislých zaťažení rozloženie vnútorných síl nosníka a stĺpa v rámovej konštrukcii zložitejšie a je potrebné presne vypočítať vnútorné sily každého prvku pomocou metód stavebnej mechaniky.
Odolnosť proti horizontálnemu zaťaženiuPri vodorovnom zaťažení rámová konštrukcia odoláva cez priestorový rámový systém zložený z nosníkov a stĺpov. Pri pôsobení horizontálnych síl vytvoria nosník aj stĺp ohybové a osové deformácie. Celková konštrukcia funguje v koordinácii prostredníctvom tuhého spojenia nosníkov - spojov stĺpov a vytvára priestorový silový - nosný systém. Bočná tuhosť rámovej konštrukcie závisí hlavne od veľkosti prierezu nosníka a stĺpu -, materiálových vlastností a formy rozloženia konštrukcie. Pôsobením seizmických síl rámová konštrukcia rozptýli seizmickú energiu vytvorením plastových pántov v nosníku a stĺpe a mechanizmom rozptylu energie -, aby sa zabezpečila stabilita konštrukcie pri veľkých deformáciách.
(II) Aplikovateľné hranice
Rozpätie a výškaRámová konštrukcia je vhodná pre budovy s väčšími rozponmi a vyššími výškami. Jeho rozpätie sa môže pohybovať od desiatok metrov do niekoľkých desiatok metrov a výšku je možné flexibilne navrhnúť aj podľa funkčných požiadaviek budovy. Je široko používaný v bežných viacpodlažných - a výškových - budovách. Napríklad kancelárske budovy, hotely, nákupné centrá atď. v mestách vyžadujú veľké priestory a flexibilné usporiadanie a rámová konštrukcia môže tieto požiadavky dobre spĺňať. Prostredníctvom rozumného návrhu priečneho prierezu - stĺpa nosníka - a rozloženia možno dosiahnuť vytvorenie veľkého - priestoru a vysokých výšok budov.
Charakteristiky zaťaženiaZnesie veľké vertikálne a horizontálne zaťaženie. Vďaka systému ložísk s priestorovou silou - a vysokej štrukturálnej integrite rámovej konštrukcie má dobrý výkon pri znášaní veľkých zaťažení. Pre priemyselné závody s veľkým zaťažením žeriavom alebo budovy v oblastiach s vysokou intenzitou seizmického opevnenia môže rámová konštrukcia splniť ich požiadavky na nosnosť - prostredníctvom rozumného návrhu. Súčasne pri znášaní horizontálnych zaťažení, ako je zaťaženie vetrom, môže rámová konštrukcia zabezpečiť aj svoju bočnú stabilitu úpravou konštrukčného usporiadania a veľkosti prvkov.
Funkčné požiadavkyJe vhodný do objektov s vysokými požiadavkami na priestorovú flexibilitu dispozičného riešenia. Vnútorné steny v rámovej konštrukcii sú vo všeobecnosti -zaťažené - nosné steny, ktoré je možné flexibilne odstraňovať alebo presúvať podľa zmien vo funkcii používania, čím sa uľahčí opätovné - rozdelenie a renovácia vnútorného priestoru. Vďaka tejto flexibilite je rámová konštrukcia široko používaná v komerčných budovách, kancelárskych budovách a niektorých multifunkčných - funkčných budovách a môže spĺňať rôznorodé priestorové požiadavky rôznych používateľov.
Na záver, existujú zjavné rozdiely v logike nesúcej silu - a príslušných hraniciach medzi štruktúrou rámu portálu a štruktúrou rámu. Pri praktickom inžinierskom projektovaní je potrebné komplexne zvážiť faktory, ako sú funkčné požiadavky budovy, charakteristiky zaťaženia, rozpätie a výška, aby sa racionálne vybral konštrukčný systém tak, aby sa dosiahla bezpečnosť, hospodárnosť a použiteľnosť budovy.