Plieninių - struktūrinių pastatų srityje portalų rėmai ir karkasinės konstrukcijos yra dvi įprastos konstrukcinės sistemos, kurių kiekviena turi savo unikalią jėgą -, kuri turi logiką ir taikomus scenarijus. Šių charakteristikų gilus supratimas turi didelę reikšmę racionaliai parenkant pastato konstrukcinę sistemą ir užtikrinant pastato saugumą bei funkcionalumą.
Portalo rėmo struktūra
(I) Force - bearing Logic
Vertikalus apkrovos perkėlimasVeikiant vertikalioms apkrovoms (pvz., stogo savaiminis - svoris, sniego apkrova ir kt.), portalo rėmo sija perkelia apkrovą į koloną, o tada kolona perkelia ją į pamatą. Portalo rėmo sija paprastai yra suprojektuota kaip lenkiamasis elementas ir dėl savo lenkimo galios jis atsparus vertikalios apkrovos sukuriamam lenkimo momentui. Kadangi sija ir kolona yra standžiai sujungtos, veikiant vertikalioms apkrovoms, sijos gale atsiras neigiamas lenkimo momentas, kuris santykinai sumažina sijos vidurinį - tarpatramio lenkimo momentą ir taip efektyviau išnaudojamos medžiagos mechaninės savybės.
Atsparumas horizontaliai apkrovaiEsant horizontalioms apkrovoms (pvz., vėjo apkrovai, seisminiam poveikiui ir kt.), portalo rėmas daugiausia priklauso nuo kolonos šoninio standumo. Veikiant horizontalioms jėgoms, kolona, kaip konsolinė sija, perkelia horizontalią jėgą į pamatą. Standži jungtis ties sijos - kolonos jungtimi gali apriboti santykinį sijos ir stulpelio sukimąsi, todėl visa konstrukcija gali veikti koordinuotai ir atsispirti horizontaliai jėgai. Veikiant vėjo apkrovai, į vėją nukreipta kolona patiria slėgį, o pavėjinė – įtempimą. Struktūrinė pusiausvyra palaikoma kolonos ašine jėga ir horizontalia sijos šlyties jėga. Veikiant seisminėms jėgoms, konstrukcijos šoninis poslinkis sukels sijos ir kolonos lenkimo deformaciją bei jungčių sukimąsi. Portalo rėmas išsklaido seisminę energiją per konstrukcijos plastiškumą ir energijos - išsklaidymo mechanizmą, kad būtų užtikrintas konstrukcijos stabilumas.
(II) Taikomos ribos
Atstumo diapazonasPortalo rėmo konstrukcija tinka vidutinio - tarpatramio pastatams. Paprastai atstumas yra tarp 9 - 36 metrų. Šiame diapazone portalo rėmas gali visiškai išnaudoti savo struktūrinius pranašumus ir yra palyginti ekonomiškas. Pavyzdžiui, įprastos pramonės įmonės, sandėliavimo pastatai ir kt. dažnai turi šį intervalą. Dėl tinkamo skersinio - pjūvio projektavimo ir jungčių konstrukcijos portalo rėmas gali atitikti šių pastatų erdvės poreikius.
Aukščio ribaPaprastai portalo rėmo aukštis yra tinkamesnis tarp 6 - 12 metrų. Per didelis aukštis padidins apskaičiuotą kolonos ilgį, todėl iškils ryškių kolonos stabilumo problemų. Būtina padidinti stulpelio skerspjūvio - dydį arba imtis kitų stiprinimo priemonių, taip padidinant išlaidas. Kai kuriems pastatams, kuriems reikia didesnio ploto, tačiau jie vis dar yra tinkamo aukščio diapazone, pavyzdžiui, kai kuriuose lengvosios - pramonės įmonėse ir logistikos sandėliuose, portalo rėmo konstrukcija yra tinkamesnis pasirinkimas.
Apkrovos charakteristikosJis tinka pastatams su santykinai mažomis stogo apkrovomis ir krano apkrovomis. Dėl santykinai riboto šoninio portalo rėmo konstrukcijos standumo, esant per didelėms krano apkrovoms arba santykinai didelėms apkrovoms, pvz., horizontaliems seisminiams poveikiams, gali prireikti specialių konstrukcijų ar kitų konstrukcinių sistemų. Tačiau bendroms pramonės įmonėms be kranų arba su mažo - tonažo kranais, taip pat sandėliavimo ir komerciniams pastatams, kuriems keliami mažos apkrovos reikalavimai, portalinis rėmas gali atitikti jų jėgos - reikalavimus ir tuo pat metu turėti gerą ekonomiškumą.
Rėmo struktūra
(I) Force - bearing Logic
Vertikalus apkrovos perkėlimasKarkasinėje konstrukcijoje vertikalios apkrovos nuo perdangos plokštės perkeliamos į siją, o tada sija perkelia apkrovą kolonai, o galiausiai kolona perkelia ją į pamatą. Tiek sija, tiek kolona yra pagrindinės apkrovą - laikančios dalys, kartu atlaikančios vertikalios apkrovos sukuriamą lenkimo momentą, šlyties jėgą ir ašinę jėgą. Skirtingai nuo portalo rėmo, veikiant vertikalioms apkrovoms, sijos ir kolonos vidinis jėgos pasiskirstymas rėmo konstrukcijoje yra sudėtingesnis, todėl reikia tiksliai apskaičiuoti kiekvieno elemento vidines jėgas naudojant konstrukcijos mechanikos metodus.
Atsparumas horizontaliai apkrovaiEsant horizontalioms apkrovoms, rėmo konstrukcija atspari erdvinei karkaso sistemai, sudarytai iš sijų ir kolonų. Veikiant horizontalioms jėgoms, tiek sija, tiek kolona sukels lenkimą ir ašines deformacijas. Bendra konstrukcija veikia koordinuotai per standžią sijos - stulpelio jungčių jungtį, kad sudarytų erdvinės jėgos - atraminę sistemą. Rėmo konstrukcijos šoninis standumas daugiausia priklauso nuo sijos ir kolonos skersinio - pjūvio dydžio, medžiagos savybių ir konstrukcijos išdėstymo formos. Veikiant seisminėms jėgoms, rėmo konstrukcija išsklaido seisminę energiją, nes sijoje ir kolonoje susidaro plastikiniai vyriai ir energijos - išsklaidymo mechanizmas, užtikrinantis konstrukcijos stabilumą esant didelėms deformacijoms.
(II) Taikomos ribos
Tarpas ir aukštisKarkasinė konstrukcija tinka didesnio tarpatramio ir didesnio aukščio pastatams. Jo tarpatramis gali svyruoti nuo dešimčių metrų iki kelių dešimčių metrų, o aukštis taip pat gali būti lanksčiai projektuojamas pagal pastato funkcinius reikalavimus. Jis plačiai naudojamas įprastuose daugiaaukščiuose - aukštuose ir - aukštuose pastatuose. Pavyzdžiui, biurų pastatams, viešbučiams, prekybos centrams ir kt. miestuose reikalingos didelės erdvės ir lankstus išplanavimas, o karkasinė konstrukcija gali puikiai atitikti šiuos reikalavimus. Pagrįstai suprojektavus sijos - stulpelio skersinį - pjūvį ir išdėstymą, galima sukurti didelę - erdvę ir aukštus pastatų aukščius.
Apkrovos charakteristikosJis gali atlaikyti dideles vertikalias ir horizontalias apkrovas. Dėl erdvinės jėgos - guolių sistemos ir didelio rėmo konstrukcijos vientisumo jis pasižymi geromis savybėmis atlaikant dideles apkrovas. Pramonės įmonėse, turinčiose dideles krano apkrovas, arba pastatų, esančių vietose, kuriose yra didelis seisminio įtvirtinimo intensyvumas, rėmo konstrukcija gali atitikti jų jėgos - atraminius reikalavimus dėl pagrįstos konstrukcijos. Tuo pačiu metu, atlaikant horizontalias apkrovas, tokias kaip vėjo apkrova, rėmo konstrukcija taip pat gali užtikrinti savo šoninį stabilumą, reguliuodama konstrukcijos išdėstymą ir elementų dydį.
Funkciniai reikalavimaiJis tinka pastatams, kuriems keliami dideli erdvinio planavimo lankstumo reikalavimai. Vidinės sienos rėmo konstrukcijoje paprastai yra ne- apkrovą - laikančios sienos, kurias galima lanksčiai nuimti arba perkelti, atsižvelgiant į naudojimo funkcijos pokyčius, palengvinant vidinės erdvės perskirstymą ir atnaujinimą. Dėl šio lankstumo rėmo konstrukcija plačiai naudojama komerciniuose pastatuose, biurų pastatuose ir kai kuriuose daugiafunkciuose pastatuose ir gali atitikti įvairius erdvinius skirtingų naudotojų poreikius.
Apibendrinant galima pasakyti, kad yra akivaizdžių skirtumų tarp portalo rėmo struktūros ir rėmo struktūros jėgos - logikos ir taikomų ribų. Praktinio inžinerinio projektavimo metu reikia visapusiškai atsižvelgti į tokius veiksnius kaip pastato funkciniai reikalavimai, apkrovos charakteristikos, tarpatramis ir aukštis, kad būtų racionaliai parinkta konstrukcinė sistema, kad būtų užtikrintas pastato saugumas, ekonomiškumas ir pritaikomumas.