Rama portalowa to sztywny, stalowy system konstrukcyjny, w którym słupy pionowe łączą się z krokwiami poziomymi lub pochyłymi połączenia odporne na momenty . Ponieważ połączenie słupa z krokwią przenosi moment zginający, a nie tylko siłę pionową, rama wytrzymuje obciążenia wiatrem, śniegiem, dźwigiem i dachem bez konieczności stosowania oddzielnych stężeń ukośnych.
Na pierwszy plan wysuwa się praktyczny wniosek: jeśli potrzebny jest budynek jednokondygnacyjny z szeroką, wolną od słupów powierzchnią podłogi, zwykle najlepszym rozwiązaniem jest stalowa rama portalowa. najbardziej ekonomiczny system konstrukcyjny możesz określić. Właśnie dlatego ramy portalowe pozostają dominującym rozwiązaniem w zakresie szkieletu magazynów, warsztatów, hangarów i budynków rolniczych na praktycznie każdym rynku z aktywnym sektorem konstrukcji stalowych.
Geometria jest zwodniczo prosta. Dwa słupy i dwie krokwie tworzą jedno sztywne zagięcie. Rząd zagięć, połączonych płatwiami i szynami bocznymi, tworzy pierwotną i wtórną konstrukcję budynku. Połączenie momentowe przy okapie tworzy się za pomocą skosu, czyli stożkowego pogłębienia przekroju krokwi w miejscu styku ze słupem. Skos rozkłada szczytowy moment zginający na większą długość stali i zapobiega tworzeniu się kruchego punktu połączenia.
Zespoły budowlane wolą ten system, ponieważ szczegóły są znane, produkcja jest prosta, a sekwencja montażu szybka. W przeciwieństwie do ramy przestrzennej lub złożonej konstrukcji kratowej, wygięty portal można skręcić ze sobą na ziemi, sprawdzić dopasowanie i podnieść jako jedną część. Ten prosty fakt sprawia, że czas budowy jest krótki, a kontrola jakości skuteczna.
Droga obciążenia ramy portalowej wyjaśnia, dlaczego zachowuje się ona jak jedna ciągła konstrukcja. Każdy ładunek docierający na dach ostatecznie schodzi na fundament w tej samej sekwencji:
Dwie decyzje, które najbardziej zmieniają rozkład sił wewnętrznych, to: połączenie bazowe i geometria skosu . Podstawa przegubowa jest zaprojektowana tak, aby przenosić wyłącznie siłę osiową i ścinanie. Ma mniejszą płytę podstawy, mniej śrub kotwiących i mniejszą betonową podstawę, dlatego jest domyślnym rozwiązaniem dla większości ram o rozpiętości od 12 m do 25 m. Stała podstawa zapobiega obrotowi u podstawy słupa, co zmniejsza moment obrotowy przy okapie i pozwala zaoszczędzić stal w wysokich słupach, ale kosztuje więcej w przypadku fundamentów. Wybór ma charakter ekonomiczny, a nie preferencje techniczne.
Obciążenia poziome, takie jak wiatr, działania sejsmiczne i fale dźwigowe, są odporne na obciążenia poziome akcja ramowa . Wiatr działający na ścianę boczną ugina słup, moment przechodzi przez skos do rygla, a połączenie wierzchołkowe równoważy przeciwne momenty dwóch połówek krokwi. Zagięcie jest stabilne w swojej własnej płaszczyźnie; stabilność prostopadła do ramy wynika ze stężeń w rzucie dachu, szyn bocznych i zastrzałów.
Każda rama portalowa, od 12-metrowej szopy rolniczej po 45-metrową halę logistyczną, składana jest z tego samego zestawu części. Zrozumienie działania każdego komponentu powie Ci, na co inżynierowie powinni zwrócić uwagę podczas projektowania, produkcji i kontroli na miejscu.
| Komponent | Funkcja | Typowy szczegół |
|---|---|---|
| Kolumny | Pręt pionowy podtrzymujący rygiel i przenoszący moment na podstawę | sekcje UB lub UC; wysokość od 4 do 12 m |
| krokwie | Pochylony element dachu przenoszący obciążenie płatwi na słupy | Rozpiętość 12 do 45 m; nachylenie od 5 do 10 stopni |
| Skos okapowy | Pogłębiony odcinek na styku słupa z ryglem wytrzymuje szczytowy moment zginający | Głębokość około rozpiętości/30 do rozpiętości/40 |
| Udziec wierzchołkowy | Pogłębiony odcinek przy kalenicy, strefa pozytywnych momentów | Mniejszy niż skos okapowy; często wycinane z tej samej płyty |
| Płatwie | Rozpiętość między krokwiami podtrzymująca pokrycie dachowe | sekcje Z lub C; rozstaw 1,2 do 2,5 m |
| Szyny boczne | Rozpiętość między słupami podtrzymująca okładzinę ścienną | sekcje Z lub C; rozstaw 1,2 do 2,0 m |
| Szelki muchowe | Umocuj wewnętrzny pas ściskany krokwi | Przekroje kątowe w pobliżu linii płatwi |
| Stężenia dachowe i pionowe | Przenoszenie wzdłużnego obciążenia wiatrem na fundamenty | Kątowniki lub płaszczyzny w przęsłach końcowych |
The skos okapowy zasługuje na szczególną uwagę zarówno podczas projektowania, jak i wytwarzania. Maksymalny moment zginający w ramie portalowej występuje dokładnie na styku słupa z ryglem i w tym miejscu dolny pas rygla ulega ściskaniu. Skos o właściwych proporcjach pogłębia przekrój dokładnie tam, gdzie naprężenia są największe, podnosząc moduł przekroju i oszczędzając stal na pozostałej części rozpiętości. Większość problemów w lekkich ramach portalowych zaczyna się od tego połączenia, albo z powodu zbyt krótkiej skosu, albo z braku utwierdzenia pasa ściskanego.
Ramy portalowe są zwykle rysowane jako zagięte z pojedynczym nachyleniem, ale rodzina obejmuje kilka konfiguracji, każdą wybieraną na podstawie rozpiętości, zastosowania i ograniczeń miejsca.
W przypadku projektów, w których rozpiętość przekracza praktyczne ograniczenia ramy portalowej z profili walcowanych lub gdy występują duże obciążenia skupione, rama kratownicowa jest zwykle lepszym rozwiązaniem inżynieryjnym. Modułowe mosty stalowe są tego najlepszym przykładem: trójkątna kratownica kratownicy skutecznie wytrzymuje skoncentrowane obciążenia pojazdów, zachowując jednocześnie rozsądną głębokość konstrukcyjną.
Na koszt ramy portalowej duży wpływ ma rozpiętość i rozstaw przęseł. Następujące zakresy są wykorzystywane przez zespoły projektowe do wczesnego planowania kosztów; planują zakresy, a nie projektują stoły.
| Typ budynku | Typowy jasny rozpiętość | Typowa wysokość okapu |
|---|---|---|
| Magazyn i logistyka | 18 do 30 m | 6 do 8 m |
| Lekko industrialny | 15 do 24 m | 5 do 8 m |
| Szopy rolnicze | 12 do 24 m | 4 do 6 m |
| Hale sportowe i hangary | 25 do 45 m, często zakrzywione lub kratownicowe | 7 do 12 m |
| Handel detaliczny i salon wystawowy | 12 do 20 m | 4 do 6 m |
Według wstępnych szacunków głębokość krokwi zwykle mieści się w przedziale od rozpiętość/40 do rozpiętości/55 dla kształtowników walcowanych, a głębokość skosu okapowego wynosi ok rozpiętość/30 do rozpiętości/40 . Głębokość słupa wynosi zazwyczaj od jednej trzeciej do połowy głębokości krokwi plus szczegóły połączenia. Rozstaw przęseł zwykle mieści się w przedziale od 5 m do 8 m: dłuższe przęsła zmniejszają liczbę ram, ale wymuszają zastosowanie większych płatwi i cięższych słupów wiatrowych. Zachowaj ten sam rozstaw przęseł dla całego budynku, ponieważ jego zmiana powoduje powstanie dodatkowej obróbki w biegach płatwi.
Praktyczny limit ugięcia pionowego krokwi do dachów zimnych wynosi L/180 do L/240 , podczas gdy przesunięcie poziome przy okapie jest zwykle ograniczone do H/150 do H/300 . Budynki dźwigów są bardziej rygorystyczne, od L/300 do L/600, w zależności od klasy dźwigu. Te wartości graniczne ugięcia kontrolują rozmiar przekroju częściej niż czysta wytrzymałość, szczególnie w przypadku dachów o dużej rozpiętości, gdzie ciężar własny stali ma duży udział w całkowitym obciążeniu.
Projekt ramy portalowej zwykle staje się kosztowny lub trudny w przypadku decyzji podjętych przed rozpoczęciem produkcji stali. To są rozważania, które mają największe znaczenie.
Najczęstszym błędem praktycznym w konstrukcji ramy portalowej jest zapomnieć o unieruchomieniu kołnierza wewnętrznego krokwi w pobliżu skosu. Pas ten jest ściskany w obszarze okapu i bez stężenia rozporowego lub podobnego utwierdzenia element może wygiąć się na boki, zanim osiągnie swój moment obliczeniowy. Rozwiązanie jest tanie; pomijanie tego nie jest.
Jeśli oceniasz elementy stalowe mostu lub konstrukcji o dużej rozpiętości, nasze przewodnik po belkach stalowych do modułowej budowy mostów wyjaśnia w praktyce dobór prętów, ograniczenia rozpiętości i ochronę przed korozją.
Pytaniem nie jest, który system jest ogólnie lepszy, ale który pasuje do zakresu, schematu obciążenia i budżetu. Poniższa tabela porównuje oba podejścia pod względem kryteriów, które wpływają na rzeczywiste decyzje projektowe.
| Kryterium | Rama portalowa | Rama kratownicowa |
|---|---|---|
| Połączenia | Wytrzymałe na zginanie połączenia okapowe | Przeważnie przegubowe połączenia trójkątne |
| Podstawowe zachowanie materiału | Gięcie w słupach i krokwiach | Rozciąganie i ściskanie osiowe w prętach |
| Ekonomiczny zakres rozpiętości | 12 do 45 m | 30 do 80 m lub więcej |
| Najlepszy typ obciążenia | Równomierne obciążenie dachu | Obciążenia punktowe, obciążenia ruchome, duże rozpiętości |
| Koszt wytworzenia | Niska, ponieważ połączenia są proste i powtarzalne | Wyższa ze względu na dużą liczbę członów i klinów |
| Szybkość erekcji | Szybko, z kilkoma kawałkami na zagięcie | Wolniej, z większą liczbą elementów do wyrównania |
Zwykły magazyn o powierzchni od 18 do 30 m z lekkim dachem powinien prawie zawsze mieć ramę portalową. Zadaszona hala o długości 50 m, na której znajduje się ciężki dźwig lub pomost autostradowy przewożący ładunki pojazdów, prawie zawsze powinna być kratownicą. Powodem jest efektywność materiałowa: w kratownicy pręty przenoszą obciążenia osiowo, więc pracuje cały przekrój, podczas gdy w elemencie zginanym duża część materiału jest naprężona znacznie poniżej jego nośności.
Gdy projekt dotyczy mostu tymczasowego, drogi dojazdowej o dużej rozpiętości lub przejazdu o dużym obciążeniu, system modułowy typu kratownicowego zapewnia przewidywalną wydajność i szybkie wdrożenie. The ocynkowany most Baileya o dużej rozpiętości i dużym obciążeniu jest typowym przykładem konstrukcji kratowej zbudowanej dokładnie do tego celu.
Hurtowy producent mostów Baileya ocynkowanych o dużej rozpiętości i dużym obciążeniu typu CB450 Jiangsu Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd. to chińscy producenci ocynkowanych mostów Baileya typu CB450 o dużej rozpiętości i dużych obciążeniach oraz producenci OEM... Zobacz produkt → Kolejność montażu wpływa na koszty, program i bezpieczeństwo miejsca budowy bardziej niż jakakolwiek inna czynność. Dobrze zaplanowana sekwencja obejmuje następujące kroki w określonej kolejności.
Podczas kroków od 3 do 5 tymczasowe wsparcie ma kluczowe znaczenie. Rama portalowa staje się samonośna dopiero po pierwszym całkowitym zgięciu i umieszczeniu jej stężeń. W projektach, w których rozpiętość ramy jest duża lub gdy konieczne jest szybkie zwolnienie dźwigu, standardowym rozwiązaniem jest tymczasowa usztywniona podpora. The Podpora konstrukcyjna Super Bailey o udźwigu 900 ton stosowane w obiektach mostowych i kolejowych o dużej rozpiętości, jest praktycznym przykładem tego typu tymczasowej konstrukcji stalowej.
Hurtownia dostosowana do dużych rozpiętości 900 ton Obciążenie Super Bailey Wsparcie konstrukcyjne M Jiangsu Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd. jest chińskim producentem podpór budowlanych Super Bailey o dużej rozpiętości i obciążeniu 900 ton... Zobacz produkt → Kontrola jakości na budowie ma głównie charakter wizualny: sprawdź występy śrub, upewnij się, że stężenia muchowe są zamontowane na każdej linii płatwi w pobliżu skosu, sprawdź, czy stężenie jest naprężone i nigdy nie pozwalaj na mocowanie okładziny przed podpisaniem stężenia.
Siłą ramy portalowej jest przejrzysta, niczym niezakłócona przestrzeń. Ta pojedyncza zaleta wyjaśnia jego zastosowanie w szerokiej gamie typów budynków.
Te same zasady inżynieryjne, sztywne połączenia, profile stalowe i zabezpieczenia antykorozyjne obowiązują również na zewnątrz budynków. Nasz modułowe systemy konstrukcji stalowych przykryć konstrukcje dojazdowe do mostów, podpory rur i platformy tymczasowe, rozszerzając logikę ramy portalowej na prace związane z infrastrukturą.
Producenci niestandardowych konstrukcji stalowych, fabryka systemów konstrukcji stalowych Jako chińscy producenci konstrukcji stalowych i fabryka OEM systemów konstrukcji stalowych, Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd specjalizujemy się w niestandardowych... Zobacz produkt → W projektach mostowych i infrastrukturalnych ramy portalowe występują jako tymczasowe konstrukcje dostępowe, suwnice montażowe i podesty konstrukcyjne mostów. Ścieżka obciążenia i logika stabilności są identyczne jak w przypadku ramy budynku, ale obciążenia są większe, a tolerancje węższe. Dobrze zaplanowany zestaw zastosowania platform do budowy mostów może zamienić ryzykowną instalację nad wodą w rutynową sekwencję podnoszenia.
W ramie portalowej zastosowano sztywne połączenia pomiędzy słupami i krokwiami, dzięki czemu moment zginający jest przenoszony przez połączenie. Kratownica wykorzystuje elementy trójkątne z połączeniami przegubowymi, a elementy przenoszą głównie siły osiowe. Ramy portalowe są zwykle tańsze do rozpiętości około 40 m; kratownice sprawdzają się w przypadku większych rozpiętości, dużych obciążeń punktowych i zastosowań mostowych.
Ramy portalowe z profili walcowanych rzadko przekraczają wysokość 45–50 m, zanim ciężar krokwi stanie się nadmierny. Poza tym zakresem projektanci decydują się na krokwie kratowe, belki ażurowe lub wewnętrzną linię słupów, jeśli pozwala na to przeznaczenie budynku. Praktyczna maksymalna jednoprzęsłowa stalowa rama portalowa w powszechnej praktyce wynosi około 60 m przy zastosowaniu krokwi kratowej.
Dla przęseł poniżej 30 m zazwyczaj tak. Rama portalowa ma mniej elementów, mniej spawania, prostsze połączenia i szybszy montaż. Powyżej 45 m lub przy dużym obciążeniu dźwigiem kratownica często staje się tańsza, ponieważ jej elementy przenoszą obciążenie osiowo, co znacznie zmniejsza wymiary elementów i kompensuje dodatkowe koszty produkcji.
Połączenie momentowe przenosi moment zginający oraz siły osiowe i ścinające. W ramie portalowej połączenie okapowe jest połączeniem momentowym, dlatego obciążenia krokwiowe można przenosić na słup bez oddzielnego stężenia. Bez wytrzymałości na momenty w złączu rama byłaby mechanizmem i wymagałaby ukośnych stężeń, aby zachować stabilność.
Zależy to głównie od ochrony przed korozją, a nie od samej stali. Szczegółowa rama portalowa z cynkowaniem ogniowym lub trwałym systemem malarskim jest trwała 50 lat i więcej w typowych warunkach atmosferycznych. Pokrycie dachu zwykle wymaga wymiany wcześniej niż rama; żywotność ramy zależy od konserwacji powłoki i kontroli kondensacji.
W przypadku krótkich mostów o sztywnej ramie stosuje się czasami ramy portalowe przypominające budynki, ale w przypadku większości mostów bardziej praktyczny jest system modułowy typu kratownicowego. Dzięki panelom prefabrykowanym uzyskujesz lepsze wykorzystanie materiału, płytszą konstrukcję i przewidywalną wydajność. Najpopularniejszym sposobem szybkiego budowania tymczasowych lub stałych mostów stalowych jest modułowy system kratownicowy, taki jak most Baileya; the Przewodnik po nośności i specyfikacji mostu Baileya objaśnia stosowane w praktyce klasy obciążeń i konfiguracje.