Čo je to portálová oceľová rámová budova
Budova portálového oceľového rámu je jednoposchodová alebo nízkopodlažná konštrukcia postavená okolo pevných oceľových rámov v tvare obráteného „U“ alebo portálu. Každý rám je vyrobený z dvoch zvislých stĺpov a vodorovnej alebo šikmej krokvy, ktoré sú v rohoch spojené momentovými spojmi nazývanými kolenné spoje. Toto pevné spojenie na odkvape a vrchole umožňuje, aby rám niesol vertikálne zaťaženie aj bočné zaťaženie vetrom alebo seizmické zaťaženie bez spoliehania sa na vnútorné nosné steny. Pretože samotný rám vykonáva konštrukčnú prácu, budovy s portálovým rámom môžu mať rozpätie 20 až 100 metrov bez stĺpov, čo je dôvod, prečo dominujú skladom, dielňam, hangárom lietadiel, poľnohospodárskym halám a športovým arénam.
Charakteristickým prvkom, ktorý oddeľuje portálový rám od jednoduchej oceľovej konštrukcie stĺpika a nosníka, je pevné spojenie nábehu. V štandardnom systéme nosník-stĺp sa spoj chová ako záves a ohybové momenty nie sú zdieľané medzi nosníkom a stĺpom. V ráme portálu prenáša nábehová konzola ohybový moment nepretržite cez roh, takže stĺpiky a krokvy pôsobia ako jeden súvislý konštrukčný prvok. To dáva budovám s portálovým rámom ich dlhé svetlé rozpätia a relatívne ľahkú oceľ na meter štvorcový.
Každá portálová oceľová rámová budova, bez ohľadu na veľkosť alebo použitie, je zostavená z konzistentného súboru dielov. Pochopenie každého komponentu pomáha kupujúcim čítať konštrukčný výkres a porovnávať ponuky od rôznych výrobcov za rovnakých podmienok.
Hlavný rám
Stĺpy a krokvy vyrobené zo za tepla valcovaných H-nosníkov alebo zváraných I-profilov. Krokva má zvyčajne premenlivú hĺbku, zužuje sa od hlbokého nábehu pri odkvape po plytšiu časť v strede rozpätia, aby sa ušetrila hmotnosť ocele.
Vaznice a podväzky
Za studena tvarované C alebo Z sekcie vzdialené od seba 1,2 až 1,8 metra, ktoré podopierajú strešné plechy a obklady stien a prenášajú zaťaženie späť na hlavný rám.
Výstužný systém
Krížové vystuženie alebo portálové vystuženie v rovine strechy a čelných stien, ktoré odoláva pozdĺžnemu zaťaženiu vetrom a udržuje rám stabilný po celej dĺžke.
Základné dosky a kotviace skrutky
Oceľové dosky privarené k základu stĺpa a pripevnené k betónovému základu kotevnými skrutkami, ktoré prenášajú reakcie stĺpa do pätky.
Strešné a stenové opláštenie
Profilované oceľové plechy, sendvičové panely alebo izolované kompozitné panely upevnené na väznice a podpery na uzavretie plášťa budovy.
Žeriavové nosníky
Voliteľné konzoly alebo konzoly na stĺpe na podporu mostových žeriavov v priemyselných a výrobných budovách.
Prečo sú budovy s portálovými oceľovými rámami uprednostňované pred inými konštrukciami
V porovnaní so železobetónovými rámami alebo tradičnou murovanou konštrukciou ponúka portálový oceľový rám kombináciu rýchlosti, rozpätia a nákladovej efektívnosti, ktorú je ťažké nájsť v prípade veľkých jednopodlažných krytov.
- Dlhé čisté rozpätia bez vnútorných stĺpikov , ktorá je kritická pre sklady, telocvične a výrobné linky, ktoré potrebujú voľný priestor na pohyb regálov, strojov alebo vozidiel.
- Kratší čas výstavby, pretože prvky sú vyrobené a vŕtané v továrni a jednoducho zoskrutkované na mieste, čím sa v porovnaní s betónom liatym na mieste skracujú týždne.
- Nižšie zaťaženie základov, pretože dobre navrhnutý portálový rám je výrazne ľahší ako ekvivalentný betónový rám, čím sa znižuje veľkosť základov a náklady na výkopové práce.
- Flexibilita dizajnu pre budúce rozšírenie, pretože koncové polia môžu zostať otvorené pre predĺženie skrutkami bez narušenia existujúcej oceľovej konštrukcie.
- Vysoká hodnota zhodnotenia materiálu, pretože konštrukčné oceľové prvky možno rozobrať, premiestniť alebo recyklovať s vysokým percentom ich pôvodnej hodnoty.
- Predvídateľné, výrobne kontrolované výrobné tolerancie, ktoré znižujú prepracovanie na mieste a rozdiely v kvalite v porovnaní s betónom liatým na poli.
Typické rozsahy rozpätia, rozstupu zálivov a výšky odkvapu
Rozpätie, rozstup polí a výška odkvapu sú tri rozmery, ktoré určujú tonáž ocele, a teda aj náklady na projekt. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje rozsahy bežne používané v rámci projektov rámov skladov, dielní a poľnohospodárskych portálov.
Typické rozmerové rozsahy pre portálové oceľové rámové budovy podľa typu budovy | Typ budovy | Vymazať rozsah | Vzdialenosť medzi zálivmi | Výška odkvapu |
| Skladový sklad | 20 až 40 m | 6 až 9 m | 6 až 9 m |
| Výrobná dielňa | 24 až 36 m | 6 až 8 m | 7 až 12 m |
| Letecký hangár | 40 až 100 m | 7,5 až 9 m | 9 až 18 m |
| Poľnohospodárska búda | 12 až 24 m | 5 až 6 m | 4 až 6 m |
| Krytá športová aréna | 30 až 60 m | 6 až 9 m | 8 až 15 m |
Ako všeobecné orientačné pravidlo používané stavebnými inžiniermi, spotreba ocele rastie zhruba so štvorcom rozpätia, keď portálový rám prejde asi 36 metrov, pretože sekcie krokiev a stĺpov musia rásť hlbšie, aby bolo možné kontrolovať priehyb. Kupujúci, ktorí plánujú budovy s veľmi širokým rozpätím, často hodnotia, či je viacpoľový rám s medziľahlými stĺpmi ekonomickejší ako jedno obrovské rozpätie.
Druhy ocele a materiálové špecifikácie
Výkon akéhokoľvek portálového oceľového rámu závisí vo veľkej miere od triedy ocele použitej na hlavný rám, sekundárne prvky a spoje. Výrobcovia zvyčajne pracujú v úzkom pásme osvedčených tried konštrukčnej ocele, pretože ponúkajú spoľahlivú, dobre zdokumentovanú rovnováhu pevnosti, zvariteľnosti a nákladov.
Bežné triedy konštrukčných ocelí používané pri výrobe portálových rámov | Oceľ triedy | Medza klzu | Typické použitie |
| Q235B | 235 MPa | Vaznice, podpery, sekundárne vystuženie |
| Q345B | 345 MPa | Hlavné rámové stĺpiky a krokvy |
| ASTM A572 Gr50 | 345 MPa | Ťažké rámové prvky, žeriavové stĺpy |
| S355JR | 355 MPa | exportné projekty európskych špecifikácií |
Pre hlavný pevný rám sú všeobecne špecifikované triedy s vyššou pevnosťou, ako napríklad Q345B alebo S355JR, pretože umožňujú ľahším častiam prenášať rovnaký ohybový moment, čo znižuje celkovú tonáž a prepravnú hmotnosť. Vaznice a podpery, ktoré väčšinou odolávajú miestnemu ohybu a nie veľkým momentom rámu, sa zvyčajne udržiavajú na nižšej triede, pretože úspora hmotnosti pri ich modernizácii je v porovnaní so zvýšením nákladov minimálna.
Možnosti strešného a obkladového plášťa
Systém opláštenia zvolený pre portálovú rámovú budovu ovplyvňuje tepelný výkon, akustický komfort, správanie sa pri požiari a dlhodobé náklady na údržbu. Dnes na trhu dominujú tri rodiny obkladov.
Jednoplášťový profilovaný plech
Vlnitý alebo trapézový pozinkovaný alebo oceľový plech Galvalume pripevnený priamo na väznice. Toto je najlacnejšia možnosť a je bežná pre poľnohospodárske haly, otvorené sklady a budovy bez potreby prísnej kontroly teploty.
Izolované sendvičové panely
Dva oceľové plášte spojené s jadrom z polyuretánu, polystyrénu alebo minerálnej vlny, zvyčajne s hrúbkou 50 až 150 milimetrov. Sendvičové panely sú štandardnou voľbou pre chladiarenské sklady, spracovanie potravín a dielne s kontrolovanou klímou, pretože kombinujú štrukturálne opláštenie a izoláciu v jednom komponente inštalovanom v jednom prechode.
Vybudované dvojplášťové strešné systémy
Vnútorná krycia vrstva, vrstva izolácie prikrývky, dištančné tyče a vonkajšia krycia vrstva zmontovaná na mieste. Tento systém je vhodný pre obchodné a maloobchodné budovy s veľkým rozpätím, kde sa vyžaduje hladšia povrchová úprava vnútorného stropu a mierna izolácia.
Konštrukčná postupnosť od návrhu po odovzdanie
Typický projekt výstavby portálového oceľového rámu prechádza predvídateľným sledom fáz. Znalosť tejto postupnosti pomáha kupujúcemu plánovať realistické termíny dodávok a koordinovať stavebné práce s dodávkami ocele.
- Konštrukčný návrh a výpočet zaťaženia, pokrývajúci vlastné zaťaženie, zaťaženie vetrom, zaťaženie snehom a seizmické zaťaženie podľa platného miestneho projektového predpisu pre miesto projektu.
- Príprava výkresov v dielni a obstarávanie materiálu, kde je každý člen podrobne opísaný s presnými polohami otvorov pre skrutky a dĺžkami rezu pred začatím výroby.
- Priemyselná výroba vrátane rezania, vŕtania, zvárania namontovaných profilov a povrchovej úpravy, ako je tryskanie a lakovanie alebo žiarové zinkovanie.
- Základové a stavebné práce sa vykonávajú súbežne s výrobou, takže polohy kotevných skrutiek sú odliate presne podľa schváleného výkresu rozloženia základov.
- Preprava vyrobených členov na miesto, zvyčajne vo zväzkoch veľkosti tak, aby vyhovovali štandardným valníkovým prívesom alebo prepravným kontajnerom pre exportné projekty.
- Montáž na mieste, počnúc prvými dvoma koncovými rámami dočasne vystuženými, potom postupujúcou pozíciou po poli s namontovanými väznicami, podperami a výstužami, keď každý rám stúpa.
- Inštalácia opláštenia, po ktorej nasleduje lemovanie, odkvapy, zvody a akékoľvek dvere, okná alebo vetracie žalúzie.
- Záverečná kontrola krútiaceho momentu skrutiek, kvality zvaru a rozmerovej tolerancie pred odovzdaním budovy do užívania.
Pretože hlavný rám je priskrutkovaný a nie zváraný na mieste, stredne veľký sklad portálových rámov s rozlohou približne 3 000 metrov štvorcových môže byť zvyčajne postavený za štyri až osem týždňov, keď je základ pripravený, čo je zlomok času potrebného na ekvivalentnú budovu s betónovým rámom.
Ochrana proti korózii a životnosť
Oceľ je pevná, ale reaktívna, takže každý portálový rám Steel Structure potrebuje ochranný náterový systém prispôsobený prostrediu. V praxi sa používajú tri spôsoby ochrany, pričom každý je vhodný pre iné podmienky expozície.
Alkydová alebo epoxidová základná farba
Základný náter s červeným oxidom alebo bohatým zinkom, po ktorom nasledujú medzivrstvy a vrchné nátery, poskytujúce celkovú hrúbku suchého filmu približne 120 až 200 mikrónov. Vhodné pre suché vnútrozemské prostredie s pravidelným pretieraním každých 8 až 12 rokov.
Žiarové zinkovanie
Prvky sa namáčajú do roztaveného zinku, aby vytvorili metalurgicky spojený povlak, zvyčajne s hrúbkou 65 až 100 mikrónov, ktorý poskytuje bezúdržbovú ochranu po dobu 25 rokov alebo viac, dokonca aj vo vlhkých alebo pobrežných podmienkach.
Duplexný náter
Galvanizácia v kombinácii s vrchným náterom, používaná v agresívnom námornom alebo priemyselnom prostredí, kde vrstva farby predlžuje interval, kým vrstva zinku vyžaduje pozornosť, často presahuje 30 rokov kombinovanej ochrany.
Čo zvyšuje náklady na stavbu portálovej oceľovej konštrukcie
Kupujúci, ktorí porovnávajú cenové ponuky, často vidia veľké cenové rozdiely pre budovy, ktoré vyzerajú na papieri podobne. Rozdiel je takmer vždy spôsobený niekoľkými premennými.
- Tonáž ocele na meter štvorcový, ktorá stúpa s rozpätím, rozstupom polí, sklonom strechy, zaťažením snehom a zónou zaťaženia vetrom.
- Zaťaženie žeriavom, pretože aj jediný 5-tonový mostový žeriav môže pridať značnú hmotnosť stĺpa a podpery v porovnaní s konštrukciou bez žeriavu.
- Špecifikácia opláštenia, kde izolované sendvičové panely stoja podstatne viac na meter štvorcový ako jednoplášťové fólie, ale znižujú priebežné náklady na energiu.
- Systém povrchovej úpravy so žiarovým zinkovaním, ktoré má vyššie počiatočné náklady ako lakovanie, ale má nižšie náklady na údržbu počas celej životnosti.
- Logistika miesta, vrátane toho, ako ďaleko je výrobný závod od miesta a či sú žeriavy a prístupové cesty ľahko dostupné na montáž.
- Požiadavky miestneho projektového predpisu, pretože seizmické oblasti alebo oblasti s vysokým vetrom vyžadujú ťažšie vystuženie a detaily pripojenia ako nízkorizikové vnútrozemské lokality.
Praktickým meradlom je, že jednoduchý sklad s jedným rozpätím s miernym zaťažením snehom a vetrom bežne spadá do rozsahu 25 až 45 kilogramov konštrukčnej ocele na meter štvorcový pokrytej podlahovej plochy, zatiaľ čo budovy so širokým rozpätím alebo žeriavom môžu presiahnuť 60 kilogramov na meter štvorcový.
Oceľový rám portálu verzus oceľová konštrukcia s priehradovou strechou
Kupujúci si niekedy mýlia portálový rám s priehradovou a stĺpovou budovou, ale pri zaťažení sa tieto dva správajú veľmi odlišne.
Porovnanie tuhých portálových rámov s väznicovými strešnými konštrukciami s čapom | Funkcia | Rám portálu | Krov a stĺp |
| Rohové pripojenie | Pevné, odolné voči momentu | Pripnuté, bez chvíľky |
| Hĺbka člena v strede rozpätia | Plytká, skosená krokva | Hlboký otvorený pásový nosník |
| Najlepší rozsah rozpätia | Do vzdialenosti cca 60 až 100 m | Veľmi dlhé rozpätia, viac ako 60 m |
| Zložitosť výroby | Nižšie, menej členov | Vyššie, veľa členov webu |
| Pocit vnútorného priestoru nad hlavou | Čistejšie, bez prerušenia | Vizuálne zaneprázdnený vystužením webu |
Odvetvia a typy budov, ktoré sa spoliehajú na portálové rámy
Pretože portálový rám Steel Structure je účinný v širokom rozsahu rozpätí, stal sa predvolenou voľbou v mnohých sektoroch a nie len okrajovým riešením.
- Logistické a distribučné sklady, ktoré potrebujú dlhé voľné chody pre regálové a vysokozdvižné uličky.
- Automobilové, elektronické a všeobecné výrobné dielne, v ktorých sú umiestnené výrobné linky a mostové žeriavy.
- Chladiarenský reťazec a zariadenia na spracovanie potravín používajúce izolačný panelový plášť na reguláciu teploty.
- Poľnohospodárske budovy, ako sú maštale, sklady obilia a haly na poľnohospodárske vybavenie.
- Letecké hangáre vyžadujúce veľmi široké rozpätia na prispôsobenie rozpätia krídel lietadla.
- Rekreačné a športové zariadenia vrátane krytých kurtov, jazdiarní a výstavných hál.
- Maloobchodné a predvádzacie budovy, ktoré ťažia z otvorených pôdorysov bez stĺpcov pre flexibilné usporiadanie.
Často kladené otázky
Ako dlho zvyčajne trvá portálová oceľová rámová budova?
Pri správne navrhnutom náterovom systéme a rutinnej kontrole bude hlavný rám oceľovej konštrukcie bežne fungovať dobre 30 až 50 rokov alebo dlhšie. Obkladové dosky a tmely vo všeobecnosti potrebujú výmenu alebo renováciu skôr, často do 15 až 25 rokov v závislosti od vystavenia klimatickým podmienkam.
Môže sa rámová budova portálu rozšíriť po jej postavení?
áno. Pretože bremená prechádzajú cez diskrétne rámy rozmiestnené v pravidelných poliach, nové pole môže byť zvyčajne priskrutkované na otvorenú koncovú stenu bez narušenia existujúcej konštrukcie za predpokladu, že pôvodný základ a konštrukcia rámu umožnili budúce rozšírenie.
Aký sklon strechy sa používa pre portálové oceľové rámové budovy?
Väčšina portálových rámov používa sklon strechy medzi 5 a 10 stupňami. Plytší sklon znižuje výšku rámu a hmotnosť ocele, zatiaľ čo mierne strmší svah zlepšuje odvod dažďovej vody a zhadzovanie snehu v oblastiach s hustým snežením.
Potrebujú portálové rámové budovy vnútorné stĺpy pre veľké rozpätia?
Nie nevyhnutne. Jednotlivé portálové rámy s čistým rozpätím môžu pokryť otvory až do dĺžky približne 60 až 100 metrov bez akýchkoľvek vnútorných stĺpov, hoci veľmi široké rozpätia vyžadujú hlbšie nábehy a ťažšie časti, čo zvyšuje tonáž ocele a náklady.
Ako ovplyvňuje zaťaženie vetrom dizajn portálového rámu?
Zaťaženie vetrom riadi systém vystuženia a dimenzovanie spojov vo väčšine nízkopodlažných portálových rámových budov, často viac ako gravitačné zaťaženie. Budovy v pobrežných oblastiach s vysokým vetrom alebo v oblastiach náchylných na cyklóny vyžadujú dodatočné vystužovacie polia a pevnejšie upevnenie opláštenia, aby odolali zdvíhaniu strechy.
Je portálová oceľová rámová budova vhodná pre chladné podnebie?
Áno, za predpokladu, že rám je navrhnutý pre miestne zaťaženie snehom a systém opláštenia zahŕňa primeranú izoláciu. Izolované sendvičové panely alebo vstavaný dvojplášťový strešný systém sú bežne špecifikované pre budovy s portálovým rámom s chladným podnebím na kontrolu tepelných strát a zabránenie kondenzácii.
