V oblasti ocelových - strukturovaných budov jsou portálové rámy a rámové konstrukce dva běžné konstrukční systémy, z nichž každý má svou jedinečnou logiku nosnosti - a použitelné scénáře. Hluboké pochopení těchto vlastností má velký význam pro racionální výběr konstrukčního systému budovy a zajištění bezpečnosti a funkčnosti budovy.
Rámová struktura portálu
(I) Vynutit - nesoucí logiku
Vertikální přenos zatíženíPři vystavení svislému zatížení (jako je vlastní hmotnost střechy, zatížení sněhem atd.) přenese nosník portálového rámu zatížení na sloup a sloup jej přenese na základ. Nosník portálového rámu je obecně navržen jako ohybový prvek a svou ohybovou kapacitou odolává ohybovému momentu generovanému svislým zatížením. Vzhledem k tomu, že nosník a sloup jsou pevně spojeny, při působení svislých zatížení bude na konci nosníku vznikat záporný ohybový moment, který relativně snižuje ohybový moment nosníku ve střední části rozpětí -, čímž se efektivněji využívají mechanické vlastnosti materiálu.
Odolnost proti horizontálnímu zatíženíPro horizontální zatížení (jako je zatížení větrem, seismické působení atd.) se portálový rám spoléhá hlavně na boční tuhost sloupu, aby odolal. Působením vodorovných sil přenáší sloup jako konzolový nosník vodorovnou sílu na základ. Pevné spojení ve spoji sloupu nosníku - může omezit relativní rotaci nosníku a sloupu, což umožňuje celé konstrukci pracovat v koordinaci, aby odolávala vodorovné síle. Při působení zatížení větrem nese návětrný sloup tlak a závětrný sloup tah. Konstrukční rovnováha je udržována prostřednictvím osové síly sloupu a horizontální smykové síly nosníku. Při působení seismických sil dojde při bočním posunu konstrukce k ohybové deformaci nosníku a sloupu a rotaci spojů. Portálový rám rozptyluje seismickou energii prostřednictvím tažnosti a mechanismu rozptylu energie - konstrukce, aby byla zajištěna stabilita konstrukce.
(II) Použitelné hranice
Rozsah rozpětíRámová konstrukce portálu je vhodná pro budovy se středním rozpětím -. Obecně je rozpětí běžně mezi 9 - 36 metry. V rámci tohoto rozsahu rozpětí může portálový rám plně využít své konstrukční výhody a je relativně ekonomický. Například běžné průmyslové závody, skladovací budovy atd. mají často rozpětí v tomto rozmezí. Díky rozumnému návrhu průřezu - a společné konstrukci může rám portálu splnit prostorové požadavky těchto budov.
Výškový limitVýška rámu portálu je obvykle vhodnější mezi 6 - 12 metry. Nadměrná výška zvýší vypočítanou délku sloupu, což má za následek výrazné problémy se stabilitou sloupu. Je nutné zvětšit průřez - sloupu nebo přijmout jiná zesílení, čímž se zvýší náklady. Pro některé budovy s vyššími nároky na prostor, ale stále v příslušném výškovém rozsahu, jako jsou některé lehké - průmyslové závody a logistické sklady, je vhodnější volbou rámová konstrukce portálu.
Charakteristiky zatíženíJe vhodný pro budovy s relativně malým zatížením střechy a zatížením jeřábem. Vzhledem k relativně omezené boční tuhosti rámové konstrukce portálu mohou být pro příliš velká zatížení jeřábem nebo relativně velká zatížení, jako jsou horizontální seismická zatížení, vyžadovány speciální konstrukce nebo jiné konstrukční systémy. Avšak pro běžné průmyslové závody bez jeřábů nebo s malými - jeřáby, stejně jako skladovací a komerční budovy s nízkými požadavky na zatížení, může portálový rám splnit jejich požadavky na nosnost - a má zároveň dobrou hospodárnost.
Struktura rámu
(I) Vynutit - nesoucí logiku
Vertikální přenos zatíženíV rámové konstrukci jsou svislá zatížení přenášena z podlahové desky na nosník a poté nosník přenáší zatížení na sloup a nakonec jej přenáší sloup na základ. Nosník i sloup jsou hlavní nosné prvky -, které společně nesou ohybový moment, smykovou sílu a osovou sílu generovanou svislým zatížením. Na rozdíl od portálového rámu je při působení svislých zatížení rozložení vnitřních sil nosníku a sloupu v rámové konstrukci složitější a je nutné přesně vypočítat vnitřní síly každého prvku pomocí metod stavební mechaniky.
Odolnost proti horizontálnímu zatíženíPři vodorovném zatížení rámová konstrukce odolává prostorovému rámovému systému složenému z nosníků a sloupů. Při působení vodorovných sil bude nosník i sloup generovat ohybové a osové deformace. Celková konstrukce funguje v koordinaci prostřednictvím tuhého spojení nosníků - sloupových spojů a vytváří prostorový silový - nosný systém. Boční tuhost rámové konstrukce závisí hlavně na velikosti průřezu - nosníku a sloupu, materiálových vlastnostech a tvaru rozvržení konstrukce. Působením seismických sil rámová konstrukce rozptýlí seismickou energii vytvořením plastových pantů v nosníku a sloupu a mechanismem rozptylu energie -, aby byla zajištěna stabilita konstrukce při velkých deformacích.
(II) Použitelné hranice
Rozpětí a výškaRámová konstrukce je vhodná pro budovy s většími rozpony a vyššími výškami. Její rozpětí se může pohybovat od desítek metrů do několika desítek metrů a výšku lze flexibilně navrhnout podle funkčních požadavků budovy. Je široce používán v běžných vícepodlažních - a výškových - budovách. Například kancelářské budovy, hotely, nákupní centra atd. ve městech vyžadují velké prostory a flexibilní uspořádání a rámová konstrukce může tyto požadavky dobře splňovat. Díky rozumnému návrhu průřezu a rozvržení sloupu nosníku - - lze dosáhnout velkého - prostoru a vysokých výšek budov.
Charakteristiky zatíženíUnese velká vertikální i horizontální zatížení. Díky systému ložisek s prostorovou silou - a vysoké strukturální celistvosti rámové konstrukce má dobrý výkon při nesení velkých zatížení. U průmyslových závodů s velkým zatížením jeřábem nebo budov v oblastech s vysokou intenzitou seismického opevnění může rámová konstrukce splnit jejich požadavky na nosnost - prostřednictvím rozumného návrhu. Současně může rámová konstrukce při vodorovném zatížení, jako je zatížení větrem, zajistit svou boční stabilitu úpravou konstrukčního uspořádání a velikosti prvku.
Funkční požadavkyJe vhodný do objektů s vysokými požadavky na prostorovou flexibilitu dispozice. Vnitřní stěny v rámové konstrukci jsou obecně -zátěžové - nosné stěny, které lze flexibilně odstraňovat nebo přesouvat podle změn ve funkci užívání, což usnadňuje přerozdělení a renovaci vnitřního prostoru. Díky této flexibilitě je rámová struktura široce používána v komerčních budovách, kancelářských budovách a některých multifunkčních - funkčních budovách a může splňovat různorodé prostorové požadavky různých uživatelů.
Závěrem lze říci, že existují zřejmé rozdíly v logice nosné síly - a příslušných hranicích mezi rámovou strukturou portálu a rámovou strukturou. V praktickém inženýrském navrhování je třeba komplexně zvážit faktory, jako jsou funkční požadavky budovy, charakteristiky zatížení, rozpětí a výška, aby bylo možné racionálně vybrat konstrukční systém tak, aby bylo dosaženo bezpečnosti, hospodárnosti a použitelnosti budovy.