În domeniul clădirilor structurate din oțel -, cadrele de portal și structurile de cadru sunt două sisteme structurale comune, fiecare cu logica sa unică de purtare a forței - și scenariile aplicabile. O înțelegere profundă a acestor caracteristici este de mare importanță pentru selectarea rațională a sistemului structural al clădirii și pentru asigurarea siguranței și funcționalității clădirii.
Structura cadrului portalului
(I) Forțare - logica rulmentului
Transfer vertical de sarcinăCând este supusă sarcinilor verticale (cum ar fi greutatea proprie - pe acoperiș, încărcarea cu zăpadă etc.), grinda cadrului portal transferă sarcina stâlpului, iar apoi stâlpul o transferă la fundație. Grinda cadrului portal este în general proiectată ca un element de încovoiere și rezistă momentului încovoietor generat de sarcina verticală prin capacitatea sa de încovoiere. Deoarece grinda și stâlpul sunt conectate rigid, sub acțiunea sarcinilor verticale, la capătul grinzii va apărea un moment de încovoiere negativ, care reduce relativ momentul încovoietor de la mijlocul - span al grinzii, făcând astfel o utilizare mai eficientă a proprietăților mecanice ale materialului.
Rezistenta la sarcina orizontalaPentru sarcini orizontale (cum ar fi sarcina vântului, acțiunea seismică etc.), cadrul portalului se bazează în principal pe rigiditatea laterală a coloanei pentru a rezista. Sub acțiunea forțelor orizontale, stâlpul, ca o grindă în consolă, transferă forța orizontală către fundație. Conexiunea rigidă la îmbinarea stâlpului grinzii - poate restrânge rotația relativă a grinzii și a stâlpului, permițând întregii structuri să lucreze în coordonare pentru a rezista forței orizontale. Sub acțiunea încărcăturii vântului, coloana de vânt suportă presiune, iar coloana de vânt suportă tensiune. Echilibrul structural este menținut prin forța axială a stâlpului și forța tăietoare orizontală a grinzii. Sub acțiunea forțelor seismice, deplasarea laterală a structurii va determina deformarea prin încovoiere a grinzii și stâlpului și rotirea îmbinărilor. Cadrul portal disipează energia seismică prin mecanismul de ductilitate și disipare a energiei - al structurii pentru a asigura stabilitatea structurală.
(II) Limitele aplicabile
Span RangeStructura cadrului portalului este potrivită pentru clădiri cu o deschidere medie de -. În general, distanța este de obicei între 9 - 36 metri. În acest interval, cadrul portalului poate juca pe deplin avantajele sale de performanță structurală și este relativ economic. De exemplu, fabricile industriale obișnuite, clădirile de depozitare etc., au adesea deschideri în acest interval. Prin proiectarea în secțiune transversală - rezonabilă și construcția îmbinării, cadrul portalului poate îndeplini cerințele de spațiu ale acestor clădiri.
Limită de înălțimeDe obicei, înălțimea cadrului portalului este mai potrivită între 6 - 12 metri. Înălțimea excesivă va crește lungimea calculată a stâlpului, rezultând probleme proeminente de stabilitate a stâlpului. Este necesar să se mărească dimensiunea secțiunii transversale - a coloanei sau să se adopte alte măsuri de întărire, crescând astfel costul. Pentru unele clădiri cu cerințe de spațiu mai mari, dar încă în intervalul de înălțime adecvat, cum ar fi unele fabrici industriale ușoare - și depozite logistice, structura cadrului portalului este o alegere mai potrivită.
Caracteristici de încărcareEste potrivit pentru clădiri cu sarcini relativ mici pe acoperiș și încărcări ale macaralei. Datorită rigidității laterale relativ limitate a structurii cadrului portalului, pentru sarcini prea mari ale macaralei sau sarcini relativ mari, cum ar fi acțiuni seismice orizontale, pot fi necesare proiecte speciale sau alte sisteme structurale. Cu toate acestea, pentru instalațiile industriale generale fără macarale sau cu macarale cu tonaj mic de -, precum și clădirile de depozitare și comerciale cu cerințe de încărcare redusă, cadrul portalului poate îndeplini cerințele lor de forță - și are o economie bună în același timp.
Structura cadrului
(I) Forțare - logica rulmentului
Transfer vertical de sarcinăÎntr-o structură de cadru, sarcinile verticale sunt transferate de la placa de podea la grinda, apoi grinda transferă sarcina pe stâlp, iar în cele din urmă stâlpul o transferă la fundație. Atât grinda, cât și stâlpul sunt elementele portante principale de sarcină -, care suportă împreună momentul încovoietor, forța tăietoare și forța axială generate de sarcina verticală. Spre deosebire de cadrul portalului, sub acțiunea sarcinilor verticale, distribuția forțelor interne a grinzii și a stâlpului în structura cadrului este mai complexă și este necesar să se calculeze cu precizie forțele interne ale fiecărui element prin metode de mecanică structurală.
Rezistenta la sarcina orizontalaPentru sarcini orizontale, structura cadrului rezista prin sistemul de cadru spatial compus din grinzi si stalpi. Sub acțiunea forțelor orizontale, atât grinda cât și stâlpul vor genera încovoiere și deformații axiale. Structura de ansamblu funcționează în coordonare prin conexiunea rigidă a articulațiilor stâlpului grinzii - pentru a forma un sistem de rezemare a forței spațiale -. Rigiditatea laterală a structurii cadrului depinde în principal de dimensiunea secțiunii transversale - a grinzii și a stâlpului, proprietățile materialului și forma de dispunere a structurii. Sub acțiunea forțelor seismice, structura cadrului disipează energia seismică prin formarea de balamale din plastic în grinda și stâlp și mecanismul de disipare a energiei - pentru a asigura stabilitatea structurală la deformații mari.
(II) Limitele aplicabile
Spațiu și înălțimeStructura cadrului este potrivită pentru clădiri cu deschideri mai mari și înălțimi mai mari. Întinderea sa poate varia de la zeci de metri la câteva zeci de metri, iar înălțimea poate fi, de asemenea, proiectată în mod flexibil, în funcție de cerințele funcționale ale clădirii. Este utilizat pe scară largă în clădirile obișnuite cu mai multe etaje și - înalte. De exemplu, clădirile de birouri, hoteluri, centre comerciale etc., în orașe necesită spații mari și amenajări flexibile, iar structura cadrului poate îndeplini bine aceste cerințe. Prin proiectarea rezonabilă a secțiunii transversale a grinzii - coloanei - și a aspectului, se pot realiza - spații mari și înălțimi mari ale clădirii.
Caracteristici de încărcarePoate suporta sarcini mari verticale și orizontale. Datorită sistemului de rezemare a forței spațiale - și integrității structurale ridicate a structurii cadrului, acesta are performanțe bune atunci când suportă sarcini mari. Pentru instalațiile industriale cu încărcături mari ale macaralei sau clădirile din zone cu intensități mari de fortificare seismică, structura cadrului poate îndeplini cerințele lor de forță - printr-un design rezonabil. În același timp, atunci când suportă sarcini orizontale, cum ar fi sarcina vântului, structura cadrului își poate asigura, de asemenea, stabilitatea laterală prin ajustarea aspectului structural și a dimensiunii elementului.
Cerințe funcționaleEste potrivit pentru clădiri cu cerințe ridicate pentru flexibilitatea amenajării spațiale. Pereții interiori din structura cadrului sunt, în general, pereți neportanți - -, care pot fi îndepărtați sau mutați în mod flexibil în funcție de modificările funcției de utilizare, facilitând re - împărțirea și renovarea spațiului interior. Această flexibilitate face ca structura cadrului să fie utilizată pe scară largă în clădiri comerciale, clădiri de birouri și unele clădiri multifuncționale - și poate îndeplini cerințele spațiale diverse ale diferiților utilizatori.
În concluzie, există diferențe evidente în logica purtătoare a forței - și limitele aplicabile între structura cadrului portal și structura cadrului. În proiectarea inginerească practică, factori precum cerințele funcționale ale clădirii, caracteristicile de încărcare, deschiderea și înălțimea trebuie luați în considerare în mod cuprinzător pentru a selecta în mod rațional sistemul structural, astfel încât să se obțină siguranța, economia și aplicabilitatea clădirii.