Cele patru sisteme principale de structuri din oțel
Structurile din oțel sunt clasificate în funcție de sistemul structural și comportamentul de rezistență la sarcină-în patru tipuri principale: structuri de cadru portal, structuri de cadru, structuri de ferme și structuri de cadru spațial. Fiecare sistem are caracteristici distincte în ceea ce privește capacitatea de deschidere, comportamentul sarcinii, costul și viteza de construcție. Acest ghid descrie fiecare tip și oferă criterii de selecție-orientate spre proiect pentru antreprenorii de inginerie, firmele de proiectare și proprietarii de proiecte.
Structura cadrului portalului
Un cadru de portal este un sistem de-înălțime joasă de coloane verticale și căpriori de acoperiș înclinat conectate prin îmbinări rigide, rezistente la moment-, care elimină coloanele interioare și creează spații libere-large. Componentele cheie sunt stâlpii, căpriorii, consolele de streașină, pane și brațele și contravântuirile longitudinale. Căile de încărcare sunt simple și directe, iar sistemul este configurat în mod obișnuit ca o singură-travă sau mai multe-trave cu baze de coloane fixate sau fixe. Se potrivește depozitelor cu un singur-etaj, fabricilor, garajelor și sălilor de expoziție și se caracterizează prin construcție rapidă și costuri reduse.
Structura cadru (cadru moment).
O structură de cadru din oțel este un sistem scheletic de stâlpi verticali și grinzi orizontale în formă de I-conectate prin îmbinări rigide sau strânse, formând un sistem de rezistență la încărcare spațială-pentru sarcini verticale (greutate proprie, încărcări pe podea) și sarcini laterale (vânt, seism). Oferă un aspect flexibil, o utilizare ridicată a spațiului și o integritate generală puternică și este principalul sistem structural pentru clădiri industriale cu mai multe etaje și-înalte, birouri, centre comerciale, hoteluri și cadre de susținere a echipamentelor.
Structură în sârmă
O structură de fermă este un cadru de elemente drepte dispuse în unități triunghiulare, rezistând sarcinilor prin tensiune și compresie axială. Dispune de greutate proprie ușoară, capacitate mare de întindere și rigiditate ridicată, făcându-l ideal pentru acoperișurile de-cu deschidere lungă ale arenelor sportive, centre expoziționale și terminale de aeroport, precum și poduri și brațuri de macarale.
Structura cadrului spațial
Un cadru spațial este un sistem de ferme rigide tridimensionale de elemente liniare interconectate și conectori noduri, cum ar fi îmbinări sferice goale sudate, îmbinări sferice cu șuruburi și îmbinări din plăci de oțel. Distribuie încărcăturile în toate direcțiile pe matricea geometrică, obținând întinderi libere-de coloane enorme cu rezistență puternică la seismic și la vânt. Este folosit pentru teatre, natatorii, domuri, copertine-stațiilor de taxare și saloane de așteptare.
Cum să alegeți sistemul potrivit de structură de oțel
După înălțimea clădirii și numărul de etaje
Pentru clădirile industriale cu un singur-etaj, depozitele și atelierele simple, structurile de cadru de portal oferă un aspect flexibil și un cost total mai mic. Pentru clădirile cu mai multe-etajate, cadrele rigide-imbinate din oțel asigură stabilitate generală și îndeplinesc cerințele verticale și seismice ale construcțiilor cu înălțime medie-.
După deschiderea acoperișului și cerințele de spațiu
Cadrele de portal sunt economice pentru deschiderile medii convenționale în clădirile cu un singur-etaj. Structurile strânse servesc clădirilor publice mari care au nevoie de spații libere de coloane-mai mari, iar cadrele spațiale sunt alese pentru deschideri ultra-mari, geometrii curbe neregulate și distribuția tri-dimensională a sarcinii.
După tipul de sarcină și condițiile de lucru
Clădirile obișnuite de încărcare-statică sunt bine deservite de cadre de portal sau cadre de oțel. Clădirile grele-moarelor cu macarale rulante au nevoie de cadre întărite cu rigiditate sporită a elementelor și îmbinărilor. Pentru seismitate ridicată, presiune mare a vântului sau condiții de temperatură scăzută-, cadrele spațiale oferă o distribuție mai uniformă a sarcinii și o siguranță generală mai mare.
După bugetul și programul proiectului
Cadrele de portal au mai puține elemente și un grad ridicat de prefabricare, oferind cea mai scurtă perioadă de construcție și cel mai economic cost. Structurile din oțel și cadrele cu mai multe-etajate echilibrează calitatea și eficiența pentru majoritatea proiectelor publice și comerciale. Cadrele spațiale necesită fabricare personalizată și instalare specializată și sunt de obicei rezervate clădirilor emblematice.
Prin întreținere și extindere viitoare
Cadrele din oțel cu mai multe-etaje cu aspect flexibil se adaptează cel mai bine la viitoarele adăugiri verticale și modificări spațiale. Structurile de schelet și cadru spațial, cu stabilitatea lor generală ridicată, se potrivesc clădirilor publice care necesită o durată lungă de viață și întreținere redusă.
Tabel de recomandari de selectie
| Scenariul proiectului | Sistem recomandat | Motivul principal |
|---|---|---|
| Fabrică și depozit cu un singur-etaj | Structura cadrului portalului | Structură simplă, puține componente, cost redus, prefabricare și instalare rapidă |
| Clădire de birouri și comerciale cu mai multe-etaje | Structură de cadru cu mai multe-etaje | Conexiuni rigide, rezistență seismică puternică, împărțire convenabilă a etajelor |
| Acoperiș cu deschidere mare-și locație publică | Structură în sârmă | Greutate ușoară, rigiditate ridicată, performanță excelentă la deschidere pentru acoperișuri deschise |
| O clădire foarte-largă și reper | Cadru spațial / grilă spațială | Sistem tridimensional de tensiuni, distribuție uniformă a sarcinii, adaptabil la forme complexe |
| Fabrică grea-cu macara | Cadru / cadru portal ranforsat | Rigiditate îmbunătățită a elementelor și a articulațiilor pentru macara grea și sarcini dinamice |
Aceste recomandări se aplică scenariilor de inginerie convenționale. Vremea extremă, deschiderile super-înalte, încărcăturile speciale sau formele arhitecturale personalizate necesită un design structural personalizat și o optimizare.
Întrebări frecvente
De ce sunt folosite triunghiuri în ferme de oțel?Aranjamentele triunghiulare nu își schimbă forma sub sarcină: fiecare element poartă doar tensiune sau compresie axială, ceea ce face ca sarma inerent stabilă și foarte eficientă în utilizarea materialului.
Care este diferența dintre un cadru și un cadru spațial?cadrul rezistă la încărcări în principal în plan, prin stâlpi și grinzi în structuri bi-dimensionale. Un cadru spațial este o rețea de blocare tri-dimensională care distribuie sarcinile în toate direcțiile, care se potrivește cu acoperișuri deschise foarte mari și geometrii complexe.
Sunt structurile din oțel prefabricate?Da. Majoritatea componentelor sunt fabricate și acoperite în fabrică, apoi transportate și fixate împreună pe șantier, ceea ce scurtează perioada de construcție și îmbunătățește controlul calității.
De ce sunt folosite structurile de cadru pentru clădiri-înalte?Cadrele din oțel oferă un raport mare rezistență-la-greutate, astfel încât structura își susține eficient propria greutate, rezistând în același timp forțelor vântului și seismice; conexiunile rigide distribuie sarcinile laterale prin întregul sistem.
Cum economisesc structurile cu ferme de materiale?Deoarece elementele lucrează în pură tensiune sau compresie, întreaga secțiune este utilizată eficient, reducând tonajul total de oțel necesar pentru a susține deschideri mari, în comparație cu alternativele solide-web.