Terasest - konstruktsiooniga hoonete valdkonnas on portaaliraamid ja karkassstruktuurid kaks tavalist konstruktsioonisüsteemi, millest igaühel on ainulaadne jõud -, mis kannavad loogikat ja kohaldatavaid stsenaariume. Nende omaduste sügav mõistmine on väga oluline hoone konstruktsioonisüsteemi ratsionaalsel valikul ning hoone ohutuse ja funktsionaalsuse tagamisel.
Portaali raami struktuur
(I) Force - Bearing Logic
Vertikaalne koormuse ülekanneVertikaalsete koormuste (nt katuse omakaal - kaal, lumekoormus jne) mõjul kannab portaali raami tala koormuse üle sambale ja seejärel sammas vundamendile. Portaali raami tala on üldiselt konstrueeritud paindeelemendina ja see peab oma paindevõime kaudu vastu vertikaalkoormuse tekitatavale paindemomendile. Kuna tala ja sammas on omavahel jäigalt ühendatud, tekib vertikaalsete koormuste mõjul tala otsas negatiivne paindemoment, mis suhteliselt vähendab tala keskmist - span paindemomenti, kasutades seeläbi materjali mehaanilisi omadusi tõhusamalt ära.
Horisontaalne koormustakistusHorisontaalsete koormuste (nagu tuulekoormus, seismiline toime jne) korral tugineb portaaliraam peamiselt samba külgjäikusele, et vastu pidada. Horisontaalsete jõudude toimel kannab sammas nagu konsooltala horisontaaljõu üle vundamendile. Tala - samba liitekoha jäik ühendus võib piirata tala ja samba suhtelist pöörlemist, võimaldades kogu konstruktsioonil töötada koordineeritult, et seista vastu horisontaaljõule. Tuulekoormuse mõjul kannab tuulepoolne sammas survet ja tuulepealne sammas pinget. Struktuurset tasakaalu säilitatakse samba aksiaaljõu ja tala horisontaalse nihkejõu kaudu. Seismiliste jõudude mõjul põhjustab konstruktsiooni külgsuunaline nihkumine tala ja samba paindedeformatsiooni ning vuukide pöörlemise. Portaalraam hajutab seismilist energiat konstruktsiooni elastsuse ja energia - hajumise mehhanismi kaudu, et tagada konstruktsiooni stabiilsus.
(II) Kohaldatavad piirid
UlatusvahemikPortaali raami struktuur sobib keskmise - ulatusega hoonetele. Üldjuhul on ulatus tavaliselt vahemikus 9 - 36 meetrit. Selles ulatusvahemikus suudab portaaliraam oma konstruktsioonilisi eeliseid täielikult kasutada ja on suhteliselt ökonoomne. Näiteks tavalistel tööstusettevõtetel, laohoonetel jne on sageli sellesse vahemikku jäävad ulatused. Läbi mõistliku ristlõike - konstruktsiooni ja ühenduskonstruktsiooni suudab portaaliraam vastata nende hoonete ruumivajadustele.
Kõrguse piirangTavaliselt on portaali raami kõrgus sobivam vahemikus 6 - 12 meetrit. Liigne kõrgus suurendab samba arvutuslikku pikkust, mille tulemuseks on samba stabiilsusprobleemid. Vaja on suurendada veeru ristlõike - suurust või võtta kasutusele muid tugevdamismeetmeid, mis suurendab kulusid. Mõne suurema ruumivajadusega, kuid siiski sobivasse kõrgusvahemikku jääva hoone puhul, nagu mõned kerged - tööstusettevõtted ja logistikaladud, on portaali karkasstruktuur sobivam valik.
KoormusomadusedSee sobib suhteliselt väikese katusekoormuse ja kraanakoormusega hoonetele. Portaali raami konstruktsiooni suhteliselt piiratud külgsuunalise jäikuse tõttu võib liiga suurte kraanakoormuste või suhteliselt suurte koormuste (nt horisontaalsed seismilised mõjud) korral olla vaja erikonstruktsioone või muid konstruktsioonisüsteeme. Üldiste ilma kraanadeta või väikese - tonnaažiga kraanadega tööstusettevõtete, aga ka madala koormuse nõudega lao- ja ärihoonete jaoks suudab portaalraam täita nende jõu - kandevõime nõudeid ja olla samal ajal hea ökonoomsusega.
Raami struktuur
(I) Force - Bearing Logic
Vertikaalne koormuse ülekanneKarkassikonstruktsioonis kantakse vertikaalsed koormused põrandaplaadilt talale ning seejärel kannab tala koormuse üle sambale ja lõpuks sammas vundamendile. Nii tala kui ka sammas on peamised koormust - kandvad elemendid, mis kannavad ühiselt vertikaalkoormuse tekitatud paindemomenti, nihkejõudu ja telgjõudu. Erinevalt portaali raamist on vertikaalsete koormuste mõjul tala ja samba sisemine jõujaotus raami konstruktsioonis keerulisem ning iga elemendi sisejõud on vaja täpselt arvutada konstruktsioonimehaanika meetodite abil.
Horisontaalne koormustakistusHorisontaalsete koormuste korral peab karkasstruktuur vastu taladest ja sammastest koosneva ruumilise raamisüsteemi kaudu. Horisontaalsete jõudude mõjul tekitavad nii tala kui ka sammas painutust ja aksiaalseid deformatsioone. Üldine struktuur töötab koordineeritult läbi tala - samba liigeste jäiga ühenduse, moodustades ruumilise jõu - kandesüsteemi. Raami konstruktsiooni külgjäikus sõltub peamiselt tala ja samba ristlõike - ristlõike suurusest, materjali omadustest ja konstruktsiooni paigutusvormist. Seismiliste jõudude toimel hajutab raami struktuur seismilist energiat, moodustades talas ja kolonnis plastist hinged ning energia - hajumise mehhanismi, et tagada konstruktsiooni stabiilsus suurte deformatsioonide korral.
(II) Kohaldatavad piirid
Laius ja kõrgusKarkasskonstruktsioon sobib suuremate avade ja kõrgemate kõrgustega hoonetele. Selle avaulatus võib ulatuda kümnetest meetritest mitmekümne meetrini, samuti saab kõrgust paindlikult kujundada vastavalt hoone funktsionaalsetele nõuetele. Seda kasutatakse laialdaselt tavalistes - korruselistes ja kõrghoonetes -. Näiteks linnades vajavad büroohooned, hotellid, kaubanduskeskused jne suuri ruume ja paindlikke paigutusi ning karkasstruktuur suudab nendele nõuetele hästi vastata. Tala - samba risti - ristlõike ja paigutuse mõistliku disainiga on võimalik saavutada suur - ruumi ja kõrged hoonekõrgused.
KoormusomadusedSee talub suuri vertikaalseid ja horisontaalseid koormusi. Tänu ruumilise jõu - laagrisüsteemile ja raami konstruktsiooni kõrgele struktuursele terviklikkusele on sellel head jõudlused suurte koormuste kandmisel. Suure kraanakoormusega tööstusettevõtete või kõrge seismilise kindlustuse intensiivsusega piirkondades asuvate hoonete puhul suudab karkasstruktuur mõistliku konstruktsiooniga vastata nende jõu - kandevõime nõuetele. Samal ajal, kandes horisontaalseid koormusi, näiteks tuulekoormust, saab raami konstruktsioon tagada ka oma külgstabiilsuse, kohandades konstruktsiooni paigutust ja elemendi suurust.
Funktsionaalsed nõudedSee sobib hoonetele, millel on kõrged nõuded ruumilise paigutuse paindlikkusele. Karkassi konstruktsioonis on siseseinad üldjuhul mitte - kandvad - seinad, mida saab vastavalt kasutusfunktsiooni muutustele paindlikult eemaldada või teisaldada, hõlbustades siseruumi ümberjaotamist ja renoveerimist. See paindlikkus muudab karkassistruktuuri laialdaselt kasutatavaks ärihoonetes, büroohoonetes ja mõnes - mitmeotstarbelises hoones ning suudab vastata erinevate kasutajate erinevatele ruuminõuetele.
Kokkuvõtteks võib öelda, et portaali raami struktuuri ja raami struktuuri vahel on jõu - kandeloogikas ja kohaldatavates piirides ilmsed erinevused. Praktilises inseneriprojektis tuleb konstruktsioonisüsteemi ratsionaalseks valimiseks igakülgselt arvesse võtta selliseid tegureid nagu hoone funktsionaalsed nõuded, koormuskarakteristikud, sildeulatus ja kõrgus, et saavutada hoone ohutus, ökonoomsus ja rakendatavus.