U oblasti čeličnih - konstrukcijskih zgrada, okviri portala i okvirne konstrukcije su dva uobičajena konstruktivna sistema, svaki sa svojom jedinstvenom silom - koja nosi logiku i primjenjive scenarije. Duboko razumijevanje ovih karakteristika je od velikog značaja za racionalan odabir konstruktivnog sistema zgrade i osiguranje sigurnosti i funkcionalnosti zgrade.
Struktura okvira portala
(I) Force - nosi logiku
Vertikalni prijenos opterećenjaKada je podvrgnut vertikalnim opterećenjima (kao što je težina krova -, opterećenje snijegom, itd.), greda okvira portala prenosi opterećenje na stub, a zatim ga stub prenosi na temelj. Greda okvira portala je općenito dizajnirana kao savojni element, i svojim kapacitetom savijanja odoleva momentu savijanja koji stvara vertikalno opterećenje. Budući da su greda i stub čvrsto povezani, pod dejstvom vertikalnih opterećenja, na kraju grede će se pojaviti negativan moment savijanja, što relativno smanjuje moment savijanja grede u srednjem rasponu -, čime se efikasnije koriste mehanička svojstva materijala.
Horizontalna otpornost na opterećenjeZa horizontalna opterećenja (kao što je opterećenje vjetrom, seizmičko djelovanje, itd.), okvir portala se uglavnom oslanja na bočnu krutost stupa kako bi se odupirao. Pod djelovanjem horizontalnih sila, stup, poput konzolne grede, prenosi horizontalnu silu na temelj. Kruta veza na spoju grede - stuba može ograničiti relativnu rotaciju grede i stuba, omogućavajući cijeloj konstrukciji da radi u koordinaciji kako bi se oduprla horizontalnoj sili. Pod dejstvom opterećenja vetrom, stub zavetren podnosi pritisak, a stub u zavetrini napon. Konstruktivna ravnoteža se održava kroz aksijalnu silu stupa i horizontalnu posmičnu silu grede. Pod djelovanjem seizmičkih sila, bočni pomak konstrukcije će uzrokovati deformaciju grede i stupa na savijanje i rotaciju spojeva. Okvir portala raspršuje seizmičku energiju kroz mehanizam rasipanja duktilnosti i energije - konstrukcije kako bi se osigurala stabilnost konstrukcije.
(II) Primjenjive granice
Raspon rasponaStruktura okvira portala je pogodna za zgrade srednjeg raspona -. Općenito, raspon je obično između 9 - 36 metara. Unutar ovog raspona, okvir portala može dati punu ulogu svojim prednostima strukturalnih performansi i relativno je ekonomičan. Na primjer, uobičajena industrijska postrojenja, skladišne zgrade, itd., često imaju raspon unutar ovog raspona. Kroz razuman dizajn poprečnog presjeka - i konstrukciju spojeva, okvir portala može zadovoljiti prostorne zahtjeve ovih zgrada.
Height LimitObično je visina okvira portala prikladnija između 6 - 12 metara. Prevelika visina će povećati izračunatu dužinu stuba, što će rezultirati izraženim problemima stabilnosti stuba. Potrebno je povećati veličinu poprečnog presjeka stuba - ili usvojiti druge mjere ojačanja, čime se povećava trošak. Za neke zgrade sa većim zahtjevima za prostorom, ali i dalje unutar odgovarajućeg raspona visine, kao što su laka - industrijska postrojenja i logistička skladišta, okvirna struktura portala je prikladniji izbor.
Karakteristike opterećenjaPogodan je za zgrade sa relativno malim krovnim opterećenjem i opterećenjem dizalica. Zbog relativno ograničene bočne krutosti konstrukcije okvira portala, za prevelika opterećenja dizalice ili relativno velika opterećenja kao što su horizontalna seizmička djelovanja, mogu biti potrebni posebni dizajni ili drugi strukturni sistemi. Međutim, za opća industrijska postrojenja bez dizalica ili sa kranovima male tonaže -, kao i za skladišne i komercijalne zgrade sa niskim zahtjevima opterećenja, okvir portala može zadovoljiti njihove zahtjeve za nosivost sile - i istovremeno ima dobru ekonomičnost.
Struktura okvira
(I) Force - nosi logiku
Vertikalni prijenos opterećenjaU okvirnoj konstrukciji vertikalna opterećenja se prenose sa podne ploče na gredu, a zatim greda prenosi opterećenje na stub, a na kraju ga stub prenosi na temelj. I greda i stub su glavni nosivi elementi -, koji zajedno podnose moment savijanja, posmičnu silu i aksijalnu silu koju stvara vertikalno opterećenje. Za razliku od portalnog okvira, pod dejstvom vertikalnih opterećenja, unutrašnji raspored sila grede i stuba u konstrukciji okvira je složeniji, te je potrebno precizno izračunati unutrašnje sile svakog elementa metodom konstrukcijske mehanike.
Horizontalna otpornost na opterećenjeZa horizontalna opterećenja, konstrukcija okvira se odupire kroz prostorni sistem okvira sastavljen od greda i stupova. Pod djelovanjem horizontalnih sila, i greda i stup će stvoriti savijanje i aksijalne deformacije. Celokupna struktura radi u koordinaciji kroz krutu vezu spojeva greda - stubova kako bi se formirao sistem nosivosti prostorne sile -. Bočna krutost okvirne konstrukcije uglavnom ovisi o veličini poprečnog presjeka - grede i stupa, svojstvima materijala i izgledu konstrukcije. Pod djelovanjem seizmičkih sila, konstrukcija okvira raspršuje seizmičku energiju kroz formiranje plastičnih šarki u gredi i stupu i mehanizma za disipaciju energije - kako bi se osigurala stabilnost konstrukcije pri velikim deformacijama.
(II) Primjenjive granice
Raspon i visinaOkvirna konstrukcija je pogodna za zgrade sa većim rasponima i većim visinama. Raspon mu može biti od desetina metara do nekoliko desetina metara, a visina se može fleksibilno projektirati prema funkcionalnim zahtjevima zgrade. Široko se koristi u uobičajenim višespratnim zgradama od - i visokim - zgradama. Na primjer, poslovne zgrade, hoteli, trgovački centri itd. u gradovima zahtijevaju velike prostore i fleksibilne rasporede, a okvirna struktura može dobro ispuniti ove zahtjeve. Razumnim dizajnom poprečnog presjeka i rasporeda stubova - stuba - može se postići veliki prostor - i visoke visine zgrade.
Karakteristike opterećenjaMože podnijeti velika vertikalna i horizontalna opterećenja. Zbog sistema nosivosti prostorne sile - i visokog strukturnog integriteta konstrukcije okvira, ima dobre performanse pri podnošenju velikih opterećenja. Za industrijska postrojenja sa velikim opterećenjem dizalica ili zgrade u područjima sa visokim intenzitetom seizmičkog utvrđenja, konstrukcija okvira može zadovoljiti njihove zahtjeve za nosivost sile - kroz razuman dizajn. U isto vrijeme, kada nosi horizontalna opterećenja kao što je opterećenje vjetrom, konstrukcija okvira također može osigurati svoju bočnu stabilnost podešavanjem konstrukcijskog rasporeda i veličine elementa.
Funkcionalni zahtjeviPogodan je za zgrade sa visokim zahtevima za fleksibilnost prostornog rasporeda. Unutrašnji zidovi u konstrukciji okvira su uglavnom zidovi koji nisu nosivi - -, koji se mogu fleksibilno uklanjati ili pomicati u skladu sa promjenama u funkciji upotrebe, što olakšava ponovnu - podjelu i renoviranje unutrašnjeg prostora. Ova fleksibilnost čini strukturu okvira široko korištenom u komercijalnim zgradama, poslovnim zgradama i nekim višefunkcionalnim zgradama - i može zadovoljiti različite prostorne zahtjeve različitih korisnika.
U zaključku, postoje očigledne razlike u logici sile - i primjenjivim granicama između strukture okvira portala i strukture okvira. U praktičnom inženjerskom projektovanju faktori kao što su funkcionalni zahtjevi zgrade, karakteristike opterećenja, raspon i visina moraju se sveobuhvatno razmotriti kako bi se racionalno odabrao konstruktivni sistem, kako bi se postigla sigurnost, ekonomičnost i primjenjivost zgrade.