Co je to portálová ocelová rámová budova
Budova portálového ocelového rámu je jednopodlažní nebo nízkopodlažní konstrukce postavená kolem pevných ocelových rámů ve tvaru obráceného "U" nebo portálu. Každý rám je vyroben ze dvou svislých sloupů a vodorovné nebo šikmé krokve, které jsou v rozích spojeny momentově odolnými spoji nazývanými kolenní spoje. Toto tuhé spojení na okapu a vrcholu umožňuje rámu přenášet jak vertikální zatížení, tak boční zatížení větrem nebo seismické zatížení, aniž by se spoléhalo na vnitřní nosné stěny. Vzhledem k tomu, že samotný rám zajišťuje konstrukční práci, mohou portálové rámové budovy zabírat 20 až 100 metrů bez sloupů, což je důvod, proč dominují skladům, dílnám, hangárům letadel, zemědělským halám a sportovním halám.
Definujícím prvkem, který odděluje portálový rám od jednoduché ocelové konstrukce sloupků a nosníků, je pevné připojení náběhu. Ve standardním systému nosníku a sloupu se spoj chová jako závěs a ohybové momenty nejsou sdíleny mezi nosníkem a sloupem. V rámu portálu přenáší konzola náběhu ohybový moment plynule přes roh, takže sloupky a krokve působí jako jeden souvislý konstrukční prvek. To dává portálovým rámovým budovám jejich dlouhé světlé rozpětí a relativně lehkou tonáž oceli na metr čtvereční.
Každá portálová ocelová rámová budova, bez ohledu na velikost nebo použití, je sestavena z konzistentní sady dílů. Pochopení každé součásti pomáhá kupujícím číst konstrukční výkres a porovnávat nabídky od různých výrobců za stejných podmínek.
Hlavní rám
Sloupy a krokve vyrobené ze za tepla válcovaných H-nosníků nebo svařovaných I-profilů. Krokev má obvykle proměnnou hloubku, zužuje se od hlubokého náběhu u okapu k mělčí části uprostřed rozpětí, aby se ušetřila hmotnost oceli.
Vaznice a pásy
C nebo Z profily tvarované za studena ve vzdálenosti 1,2 až 1,8 metru od sebe, které podpírají střešní plech a obklady stěn a přenášejí zatížení zpět na hlavní rám.
Vzpěrný systém
Příčné ztužení nebo portálové ztužení v rovině střechy a čelních stěnách, které odolává podélnému zatížení větrem a udržuje rám stabilní po celé délce.
Základní desky a kotevní šrouby
Ocelové desky přivařené k patě sloupu a připevněné k betonovému základu kotevními šrouby, přenášející reakce sloupu do patky.
Střešní a stěnové opláštění
Profilované ocelové plechy, sendvičové panely nebo izolované kompozitní panely připevněné k vaznicím a pásům pro uzavření pláště budovy.
Jeřábové nosníky
Volitelné konzoly nebo konzoly na sloupu pro podepření mostových jeřábů v průmyslových a výrobních budovách.
Proč jsou budovy s portálovými ocelovými rámy upřednostňovány před jinými konstrukcemi
Ve srovnání s železobetonovými rámy nebo tradiční zděnou konstrukcí nabízí portálový ocelový rám kombinaci rychlosti, rozpětí a nákladové efektivity, kterou lze jen těžko vyrovnat velkým jednopodlažním skříním.
- Dlouhé čisté rozpětí bez vnitřních sloupků , která je kritická pro sklady, tělocvičny a výrobní linky, které potřebují volný prostor na podlaze pro regály, stroje nebo pohyb vozidel.
- Kratší doba výstavby, protože prvky jsou vyráběny a vrtány v továrně a jednoduše sešroubovány na místě, což ve srovnání s betonem litým na místě zkracuje týdenní harmonogram.
- Nižší zatížení základů, protože dobře navržený portálový rám je výrazně lehčí než ekvivalentní betonový rám, což snižuje velikost základů a náklady na výkop.
- Flexibilita návrhu pro budoucí rozšíření, protože koncová pole mohou být ponechána otevřená pro rozšíření šroubem, aniž by došlo k narušení stávající ocelové konstrukce.
- Vysoká hodnota využití materiálu, protože konstrukční ocelové prvky lze demontovat, přemístit nebo recyklovat s vysokým procentem jejich původní hodnoty.
- Předvídatelné, továrně řízené výrobní tolerance, které snižují přepracování na místě a odchylky v kvalitě ve srovnání s betonem litým v terénu.
Typické rozsahy rozpětí, rozteče zálivů a výšky okapu
Rozpětí, rozteč polí a výška okapu jsou tři rozměry, které řídí tonáž oceli, a tedy i náklady na projekt. Níže uvedená tabulka shrnuje rozsahy běžně používané napříč projekty rámů skladů, dílen a zemědělských portálů.
Typické rozměrové rozsahy pro portálové ocelové rámové budovy podle typu budovy | Typ budovy | Vymazat Span | Vzdálenost mezi zálivy | Výška okapu |
| Skladovací sklad | 20 až 40 m | 6 až 9 m | 6 až 9 m |
| Výrobní dílna | 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 |
| Zemědělská kůlna | 12 až 24 m | 5 až 6 m | 4 až 6 m |
| Vnitřní sportovní aréna | 30 až 60 m | 6 až 9 m | 8 až 15 m |
Jako obecné pravidlo používané stavebními inženýry spotřeba oceli roste zhruba se čtvercem rozpětí, jakmile portálový rám projde asi 36 metrů, protože sekce krokví a sloupů musí prorůstat hlouběji, aby bylo možné kontrolovat průhyb. Kupující, kteří plánují budovy s velmi širokým rozpětím, často zvažují, zda je vícepolový rám s mezilehlými sloupy ekonomičtější než jedno obrovské rozpětí.
Třídy oceli a specifikace materiálu
Výkon jakékoli portálové ocelové rámové budovy závisí do značné míry na jakosti oceli použité pro hlavní rám, sekundární prvky a spoje. Výrobci obvykle pracují v úzkém pásmu zavedených jakostí konstrukční oceli, protože nabízejí spolehlivou, dobře zdokumentovanou rovnováhu mezi pevností, svařitelností a cenou.
Běžné třídy konstrukční oceli používané při výrobě portálových rámů | Třída oceli | Mez kluzu | Typické použití |
| Q235B | 235 MPa | Vaznice, pasce, sekundární ztužení |
| Q345B | 345 MPa | Sloupy hlavního rámu a krokve |
| ASTM A572 Gr50 | 345 MPa | Těžké rámové prvky, sloupy jeřábu |
| S355JR | 355 MPa | Exportní projekty evropské specifikace |
Pro hlavní pevný rám jsou obecně určeny třídy s vyšší pevností, jako je Q345B nebo S355JR, protože umožňují lehčím sekcím přenášet stejný ohybový moment, což snižuje celkovou tonáž a přepravní hmotnost. Vaznice a pásy, které převážně odolávají místnímu ohybu spíše než velkým momentům rámu, jsou obvykle udržovány v nižší třídě, protože úspora hmotnosti při jejich modernizaci je minimální vzhledem ke zvýšení nákladů.
Možnosti střešního a stěnového opláštění
Systém opláštění zvolený pro portálovou rámovou budovu ovlivňuje tepelný výkon, akustický komfort, chování při požáru a dlouhodobé náklady na údržbu. Trhu dnes dominují tři rodiny obkladů.
Jednoplášťový profilovaný plech
Vlnitý nebo trapézový pozinkovaný nebo ocelový plech Galvalume upevněný přímo na vaznice. Jedná se o nejlevnější variantu a je běžná pro zemědělské haly, otevřené sklady a budovy bez potřeby přísné kontroly teploty.
Izolované sendvičové panely
Dva ocelové pláště spojené s jádrem z polyuretanu, polystyrenu nebo minerální vlny, typicky o tloušťce 50 až 150 milimetrů. Sendvičové panely jsou standardní volbou pro chladírenské sklady, potravinářské a klimaticky řízené dílny, protože kombinují strukturální opláštění a izolaci v jedné komponentě instalované na jeden průchod.
Vestavěné dvouplášťové střešní systémy
Vnitřní krycí vrstva, vrstva izolační přikrývky, distanční tyče a vnější vrstva odolná proti povětrnostním vlivům sestavená na místě. Tento systém je vhodný pro komerční a maloobchodní budovy s velkým rozpětím, kde je vyžadována hladší vnitřní povrchová úprava stropu a mírná izolace.
Stavební sekvence od návrhu po předání
Typický projekt výstavby portálového ocelového rámu prochází předvídatelným sledem fází. Znalost této sekvence pomáhá kupujícímu plánovat realistické dodací lhůty a koordinovat stavební práce s dodávkami oceli.
- Konstrukční návrh a výpočet zatížení zahrnující vlastní zatížení, provozní zatížení, zatížení větrem, zatížení sněhem a seismické zatížení podle platného místního projektového předpisu pro místo projektu.
- Příprava výkresů v dílně a nákup materiálu, kde je každý člen podrobně popsán s přesnou polohou otvorů pro šrouby a délkou řezu před zahájením výroby.
- Tovární výroba včetně řezání, vrtání, svařování namontovaných profilů a povrchové úpravy, jako je tryskání a lakování nebo žárové zinkování.
- Základové a stavební práce prováděné souběžně s výrobou, takže pozice kotevních šroubů jsou odlity přesně podle schváleného výkresu rozložení základů.
- Přeprava vyrobených prvků na místo, obvykle ve svazcích dimenzovaných tak, aby se vešly do standardních valníkových přívěsů nebo přepravních kontejnerů pro exportní projekty.
- Montáž na místě, počínaje prvními dvěma koncovými rámy dočasně vyztuženými, pak postupuje pole po poli s vaznicemi, pásy a výztuhami nainstalovanými, jak se každý rám zvedne.
- Instalace opláštění, po které následuje oplechování, okapy, svody a případné dveře, okna nebo větrací žaluzie.
- Závěrečná kontrola krouticího momentu šroubů, kvality svaru a rozměrové tolerance před předáním budovy k užívání.
Vzhledem k tomu, že hlavní rám je přišroubován spíše než svařen na místě, může být středně velký sklad portálového rámu o rozloze přibližně 3 000 metrů čtverečních obvykle postaven za čtyři až osm týdnů, jakmile je základ připraven, což je zlomek času potřebného pro ekvivalentní budovu s betonovou konstrukcí.
Ochrana proti korozi a životnost
Ocel je pevná, ale reaktivní, takže každý portálový rám Steel Structure potřebuje ochranný nátěrový systém přizpůsobený prostředí. V praxi se používají tři způsoby ochrany, z nichž každá je vhodná pro jiné podmínky expozice.
Alkydová nebo epoxidová základní barva
Základní nátěr s červeným oxidem nebo zinkem, po kterém následují mezinátěry a vrchní nátěry, poskytující celkovou tloušťku suchého filmu zhruba 120 až 200 mikronů. Vhodné pro suchá vnitrozemská prostředí s periodickým přetíráním každých 8 až 12 let.
Žárové zinkování
Členy jsou ponořeny do roztaveného zinku, aby vytvořily metalurgicky spojený povlak, typicky 65 až 100 mikronů silný, poskytující bezúdržbovou ochranu po dobu 25 let nebo déle, dokonce i ve vlhkých nebo pobřežních podmínkách.
Duplexní povlak
Galvanizace kombinovaná s vrchním nátěrem, používaná v agresivním mořském nebo průmyslovém prostředí, kde vrstva nátěru prodlužuje interval, než je třeba věnovat pozornost zinkové vrstvě, často přesahující 30 let kombinované ochrany.
Co zvyšuje náklady na stavbu portálového ocelového rámu
Kupující, kteří porovnávají nabídky, často vidí velké cenové rozdíly u budov, které vypadají na papíře podobně. Rozdíl téměř vždy spočívá v několika proměnných.
- Tonáž oceli na metr čtvereční, která stoupá s rozpětím, roztečí polí, sklonem střechy, zatížením sněhem a zónou zatížení větrem.
- Zatížení jeřábem, protože i jediný 5tunový mostový jeřáb může přidat značnou hmotnost sloupu a výztuhy ve srovnání s konstrukcí bez jeřábu.
- Specifikace opláštění, kde izolované sendvičové panely stojí podstatně více na metr čtvereční než jednoplášťové fólie, ale snižují průběžné náklady na energii.
- Systém povrchové úpravy s žárovým zinkováním, které přináší vyšší počáteční náklady než lakování, ale nižší náklady na údržbu po dobu životnosti.
- Logistika staveniště, včetně toho, jak daleko je výrobní dílna od staveniště a zda jsou jeřáby a přístupové cesty snadno dostupné pro montáž.
- Požadavky místního projektového předpisu, protože seismické oblasti nebo oblasti s vysokým větrem vyžadují těžší vyztužení a detaily připojení než nízkorizikové vnitrozemské lokality.
Jako praktické měřítko lze uvést, že přímočarý sklad s jedním polem s mírným zatížením sněhem a větrem se běžně pohybuje v rozmezí 25 až 45 kilogramů konstrukční oceli na metr čtvereční zakryté podlahové plochy, zatímco budovy s velkým rozpětím nebo budovy vybavené jeřábem mohou přesáhnout 60 kilogramů na metr čtvereční.
Ocelový rám portálu versus ocelová konstrukce příhradové střechy
Kupující si někdy pletou rám portálu s příhradovou a sloupkovou budovou, ale při zatížení se oba chovají velmi odlišně.
Porovnání tuhých portálových rámů s kolíkovými příhradovými střešními konstrukcemi | Funkce | Rám portálu | Příhradový nosník a sloup |
| Rohové připojení | Pevné, momentově odolné | Připnuté, bez chvilky |
| Hloubka členu ve středu rozpětí | Mělká, zkosená krokev | Hluboký otevřený vazník |
| Nejlepší rozsah rozpětí | Dosah cca 60 až 100 m | Velmi dlouhé rozpětí, přes 60 m |
| Složitost výroby | Nižší, méně členů | Vyšší, mnoho členů webu |
| Pocit vnitřní výšky | Čistší, bez přerušení | Vizuálně zaneprázdněný web vzpěrami |
Odvětví a typy budov, které se spoléhají na portálové rámy
Vzhledem k tomu, že portálový rám Ocelová konstrukce je účinný v širokém rozsahu rozpětí, stal se výchozí volbou v mnoha sektorech spíše než specializovaným řešením.
- Logistické a distribuční sklady, které potřebují dlouhé volné dráhy pro regálové a vysokozdvižné uličky.
- Automobilové, elektronické a všeobecné výrobní dílny, ve kterých jsou umístěny výrobní linky a mostové jeřáby.
- Chladírenský řetězec a zařízení na zpracování potravin používající izolační panelový plášť pro regulaci teploty.
- Zemědělské budovy, jako jsou chlévy, sklady obilí a kůlny na zemědělské vybavení.
- Letecké hangáry vyžadující velmi široké rozpětí pro přizpůsobení rozpětí křídel letadel.
- Rekreační a sportovní zařízení včetně krytých kurtů, jezdeckých areálů a výstavních síní.
- Maloobchodní a showroom budovy, které těží z otevřených půdorysů bez sloupců pro flexibilní uspořádání.
Často kladené otázky
Jak dlouho obvykle vydrží portálová ocelová rámová budova?
Se správně navrženým nátěrovým systémem a rutinní kontrolou bude hlavní rám ocelové konstrukce běžně fungovat dobře po dobu 30 až 50 let nebo déle. Obkladové desky a tmely obecně vyžadují výměnu nebo renovaci dříve, často během 15 až 25 let v závislosti na vystavení klimatu.
Může být rámová budova portálu rozšířena poté, co je postavena?
Ano. Vzhledem k tomu, že náklady procházejí diskrétními rámy rozmístěnými v pravidelných polích, lze obvykle přišroubovat nové pole na otevřenou koncovou stěnu, aniž by došlo k narušení stávající konstrukce, za předpokladu, že původní konstrukce základů a rámu umožňovala budoucí rozšíření.
Jaký sklon střechy se používá pro portálové ocelové rámové budovy?
Většina portálových rámů používá sklon střechy mezi 5 a 10 stupni. Mělčí sklon snižuje výšku rámu a hmotnost oceli, zatímco mírně strmější sklon zlepšuje odvod dešťové vody a sypání sněhu v oblastech se silným sněhem.
Potřebují portálové rámové budovy vnitřní sloupy pro velká rozpětí?
Ne nutně. Jednotlivé portálové rámy s čistým rozpětím mohou pokrýt otvory až do zhruba 60 až 100 metrů bez jakýchkoli vnitřních sloupů, ačkoli velmi široká rozpětí vyžadují hlubší náběhy a těžší sekce, což zvyšuje tonáž oceli a náklady.
Jak zatížení větrem ovlivňuje konstrukci portálového rámu?
Zatížení větrem řídí systém ztužení a dimenzování spojů ve většině nízkopodlažních portálových rámových budov, často více než gravitační zatížení. Budovy v pobřežních oblastech se silným větrem nebo v oblastech náchylných k cyklónům vyžadují dodatečné výztužné prostory a pevnější upevnění opláštění, aby odolávaly zvednutí střechy.
Je portálová ocelová rámová budova vhodná pro chladné klima?
Ano, pokud je rám navržen pro místní zatížení sněhem a systém opláštění obsahuje odpovídající izolaci. Izolované sendvičové panely nebo vestavěný dvouplášťový střešní systém jsou běžně specifikovány pro budovy s portálovým rámem s chladným klimatem, aby regulovaly tepelné ztráty a zabraňovaly kondenzaci.
