Портальные стальные каркасные здания — это наиболее распространенная система конструкций. Он широко используется в легких стальных зданиях, таких как склады, мастерские, навесы, гаражи.

Портальная стальная рама — это легкая строительная система; она представляет собой сплошное полотно или решетчатую портальную раму в качестве основного несущего каркаса, состоящую из сварной Н-образной (одинакового или переменного сечения), горячекатаной Н-образной стали или холодноформованной тонкостенной стали. Холодноформованная тонкостенная сталь (C- или Z-образная) используется в качестве обрешетки и прогонов стен; гофрированные металлические листы используются для крыш и стен; в качестве теплосберегающих и теплоизоляционных материалов используются пенополистирол, жесткий пенополиуретан, каменная вата, минеральная вата, стекловата и т.д., а также соответствующая система крепления.

По сравнению с железобетонной конструкцией. Портальная стальная рама обладает такими преимуществами, как легкий вес, высокая жесткость, гибкая конструкция, разумная сила и удобная конструкция.

Форма жесткой рамы

Портальная рамная конструкция имеет различные формы: однопролетная, двухпролетная, высоко-низкопролетная и многопролетная, одноконьковая, многоконьковая, односкатная, двухскатная, многоскатная, плоскоскатная и т.д. Однопролетные жесткие рамы в основном используются в зданиях с низкими требованиями к поперечному пространству. Как правило, пролет составляет 18-36 м. Часто используются сварные или прокатные Н-образные профили. Положение и высота балок и колонн переменного сечения определяются в соответствии с диаграммой расстояния изгиба и пролета. Многопролетная жесткая рама подходит для больших зданий, ее поперечное сечение аналогично однопролетной жесткой раме, но центральная колонна обычно принимает равное сечение. В настоящее время максимальный пролет портальной рамы достиг 72 м.

Состав портальных стальных каркасных зданий

1. Первичное обрамление: поперечные жесткие рамы (включая средние и концевые жесткие рамы), балки перекрытия, подкрановые балки, опорные системы и т.д.
2. Вторичное обрамление: обрешетка крыши и стеновая балка и т.д.
3. Ограждающая конструкция: крыша и стеновые панели;
4. Вспомогательные конструкции: лестницы, платформы, перила и т.д. ..;
5. Основание.

Стальные колонны, балки крыши и системы крепления составляют основной силовой каркас портальной стальной рамы. Это основное обрамление.
Кровельная обрешетка и стеновые балки не только поддерживают крышу и стены, но и обеспечивают боковую поддержку основных структурных балок и колонн, которые образуют вторичное обрамление портальных стальных каркасных зданий.
Крыша и стеновые панели служат ограждающими и закрывающими конструкцию в целом, одновременно повышая общую жесткость стальных зданий.

Пролет портальной рамы обычно составляет 9～36m. Если ширина боковых колонок не равна, их внешние стороны должны быть выровнены.

Средняя высота портальной рамы должна составлять 4.5～9.0 мм. При наличии мостового крана его высота не должна превышать 12 м.

Расстояние между портальными рамами, то есть продольное расстояние между осями сетки колонн, должно составлять 6-9 м.
Длина свеса может быть определена в соответствии с требованиями применения и должна составлять 0,5~1,2 м.

Конструктивная система портальных стальных каркасных зданий:

1.Поперечная несущая конструкция:

1)В состав поперечной несущей конструкции входят стальные балки крыши, стальные колонны и фундамент);
2)Поперечная несущая конструкция поддерживает и передает вертикальные и горизонтальные нагрузки.

2. Продольная рамная конструкция :

1)Состав продольной рамной конструкции включает продольные колонны, подкрановые балки, стеновую арматуру, жесткую связевую балку и фундамент)
2)Обеспечить продольную жесткость и устойчивость зданий;
3)Передавать и выдерживать продольную ветровую нагрузку, продольную горизонтальную нагрузку крана, тепловое напряжение и сейсмическое воздействие на фронтон в конце здания и крыши.

3. Конструкция крыши

1) Кровельная панель: Она может выдерживать вертикальную нагрузку и горизонтальную ветровую нагрузку, действующую на панель крыши. Как правило, для этого используется одноцветный металлический лист или сэндвич-панель.

2)обрешетка: Опорная конструкция кровельной панели, которая может выдерживать вертикальную нагрузку и горизонтальную ветровую нагрузку, передаваемую от кровельной панели. 3)Балка жесткой рамы: Первичные несущие элементы в основном воспринимают собственный вес конструкции крыши и живую нагрузку, передаваемую от кровельной панели.

4.Стеновая конструкция

1) Наружные стеновые панели: вертикальные и двускатные стены. В основном несут ветровую нагрузку. В нем используется одноцветный металлический лист или сэндвич-панель.
2) Стеновая балка: несет вертикальную и горизонтальную ветровую нагрузку, передаваемую стеновой панелью.

5. Укрепление

Тип: Горизонтальное крепление крыши, крепление стен.
1) Горизонтальное крепление крыши: повышает общую жесткость крыши. Он состоит из поперечной арматуры крыши, соединительной балки и пролетной арматуры.
2) Укрепление стен: Используется для повышения стабильности каркасной конструкции стены

Используйте:
1)Повышение пространственной жесткости строительной конструкции
2)Гарантированная структурная стабильность
3)Передавать ветровую нагрузку, нагрузку от тормоза крана и сейсмическую нагрузку на несущие элементы

Why Steel Building Need Wall Bracing

Внешние нагрузки действуют непосредственно на ограждающую конструкцию — вертикальные и боковые нагрузки, передаваемые на боковую портальную раму первичной конструкции через вторичную конструкцию. Для противостояния внешним воздействиям портальная рама полагается на свою жесткость. Продольные ветровые нагрузки, передаваемые на фундамент через кронштейны крыши и стен.

Конструктивная схема портальных стальных каркасных зданий

Пролет и расстояние между колоннами портальной стальной рамы в основном определяются в соответствии с требованиями здания. Основными вопросами, которые необходимо учитывать при архитектурном проектировании, являются определение температурного интервала и расположение системы крепления.

Учитывая температурный эффект, длина продольного температурного участка портальных стальных каркасных зданий не должна превышать 300 м, а поперечного температурного участка — не более 150 м. Если размер превышает температурный участок, то необходимо организовать температурный компенсатор. Температурные деформационные швы могут быть реализованы путем установки двойных колонн или регулировки вторичного обрамления.

Expansion joint of steel roof on concrete column

Основные принципы расположения брекетов следующие:

1. Расстояние между креплениями обычно составляет 30м-40м и не должно превышать 60м

2. Горизонтальное крепление крыши и крепление стены, расположенное между одной колонной, используется для обеспечения формирования геометрически неизменной системы и повышения общей жесткости конструкции здания;
3. Если крепление крыши расположено между вторыми колоннами, жесткие стяжки должны быть расположены между первыми колоннами.

5. Наклонный брус под углом 45° наиболее эффективно передает горизонтальные нагрузки. Если угол наклона однослойного элемента укрепления слишком велик из-за высокой колонны, следует установить двухслойное или трехслойное укрепление стены;

6. В местах поворотов, таких как вершины колонн и коньки крыши, должны быть предусмотрены жесткие стяжки. Продольные жесткие стяжки должны быть предусмотрены в конструкции в продольном направлении в узлах ферм;

7. Жесткий стяжной брус портальных стальных каркасных зданий может использовать обрешетку в соответствующем положении. Стяжка, предусмотренная при недостаточной жесткости или несущей способности.

Последовательность монтажа портальной стальной конструкции:

1. Установите стальную колонну
Сначала закрепляются анкерные болты, и стальная колонна устанавливается на фундамент, соединяясь с анкерными болтами.

2. Установите стяжную балку между стальными колоннами.

3. Соберите стальную балку
Стальные балки должны быть соединены высокопрочными болтами на земле и собраны.

4. Установите обрешетку между двумя стропильными фермами крыши, чтобы сформировать устойчивую каркасную систему.

Последовательность установки: начните с двух жестких рам, поддерживаемых между колоннами возле фронтона. Установите обрешетку, кронштейны, пролетные стропы и т.д.

Начиная с двух жестких рам, установите их последовательно по направлению к другому концу дома.

Факторы портальных стальных каркасных зданий, которые необходимо учитывать при проектировании:

1.Положение о величине нагрузки

Мертвая нагрузка

Программное обеспечение Design рассчитывает собственный вес портальных стальных каркасных зданий. Нагрузка от крыши, прогонов, креплений и других нагрузок, добавляемых к стальной раме, была рассчитана в соответствии с реальным проектом. Гофрированный одноцветный лист и сэндвич-панель могут использоваться в качестве кровельной или стеновой панели. Изоляционные материалы сэндвич-панелей включают пенополистирол, полиуретан, каменную вату, стекловату и т.д.
Для определения нагрузки на крышу и стены конструкция должна сочетаться с конкретными материалами.

Переменная нагрузка

Переменные нагрузки включают живую нагрузку на крышу, нагрузку от золы, нагрузку от крана, сейсмическое воздействие, ветровую нагрузку и т.д. В «Технической спецификации на портальные стальные каркасные легкие стальные конструкции» (CECS102: 2002) предусмотрено, что нагрузка на кровлю под напряжением составляет 0,5 кН/М2. Если площадь нагрузки превышает 60 м2 , коэффициент снижения может быть умножен на 0,6. Поэтому при расчете стальной рамы обычно используется 0,3 кн/м2.

2.минимизировать количество стали

В зданиях с портальной стальной рамой расход стали на первичную стальную раму и обрешетку составляет более 90%. При одинаковых условиях нагрузки расположение колонн оказывает большое влияние на расход стали.
Несколько статистических анализов показывают, что рекомендуемое расстояние между колоннами составляет 6-8 м, а пролет не должен превышать 36 м. Прогоны должны быть из тонкостенной стали типа C и Z, а в стальных рамах обычно используются Н-образные профили.