Na področju jeklenih - strukturiranih zgradb sta portalni okvirji in okvirne strukture dva pogosta strukturna sistema, vsak s svojo edinstveno silo -, ki nosi logiko in uporabne scenarije. Poglobljeno razumevanje teh značilnosti je velikega pomena za racionalno izbiro konstrukcijskega sistema stavbe ter zagotavljanje varnosti in funkcionalnosti stavbe.
Struktura okvirja portala
(I) Force - nosi logiko
Vertikalni prenos obremenitveKo je izpostavljen navpičnim obremenitvam (kot je lastna teža strehe -, snežna obremenitev itd.), nosilec portalnega okvirja prenese obremenitev na steber, nato pa jo steber prenese na temelj. Nosilec portalnega okvirja je na splošno zasnovan kot upogibni element in se s svojo upogibno zmogljivostjo upira upogibnemu momentu, ki ga ustvari navpična obremenitev. Ker sta nosilec in steber togo povezana, bo pod delovanjem navpičnih obremenitev na koncu nosilca nastal negativni upogibni moment, ki relativno zmanjša upogibni moment srednjega - razpona nosilca in tako učinkoviteje izkoristi mehanske lastnosti materiala.
Odpornost na horizontalno obremenitevPri horizontalnih obremenitvah (kot so obremenitev vetra, potresno delovanje itd.) se portalni okvir v glavnem opira na stransko togost stebra, da se upre. Pod delovanjem vodoravnih sil steber kot konzolni nosilec prenaša vodoravno silo na temelj. Toga povezava na spoju stebra nosilca - lahko omeji relativno rotacijo nosilca in stebra, kar omogoča, da celotna konstrukcija deluje usklajeno, da se upre vodoravni sili. Pod vplivom obremenitve vetra privetrni steber nosi pritisk, privetrni steber pa napetost. Konstrukcijsko ravnotežje se vzdržuje z aksialno silo stebra in vodoravno strižno silo nosilca. Pod delovanjem potresnih sil bo bočni premik konstrukcije povzročil upogibno deformacijo nosilca in stebra ter rotacijo spojev. Portalni okvir razprši seizmično energijo skozi duktilnost in mehanizem za odvajanje energije - strukture, da zagotovi strukturno stabilnost.
(II) Veljavne meje
Razpon razponaOkvirna struktura portala je primerna za zgradbe s srednjim - razponom. Na splošno je razpon običajno med 9 - 36 metrov. Znotraj tega razpona lahko portalni okvir v celoti izkoristi svoje strukturne prednosti in je razmeroma ekonomičen. Na primer, običajni industrijski obrati, skladiščne zgradbe itd. imajo pogosto razpone znotraj tega območja. Z razumno zasnovo prečnega - prereza in spojno konstrukcijo lahko portalni okvir izpolni prostorske zahteve teh zgradb.
Omejitev višineObičajno je višina okvirja portala primernejša med 6 - 12 metri. Prevelika višina bo povečala izračunano dolžino stebra, kar bo povzročilo izrazite težave s stabilnostjo stebra. Treba je povečati prerez - stebra ali sprejeti druge ukrepe za krepitev, s čimer se povečajo stroški. Za nekatere zgradbe z večjimi prostorskimi zahtevami, vendar še vedno v ustreznem višinskem razponu, kot so nekateri lahki - industrijski obrati in logistična skladišča, je struktura portalnega okvirja primernejša izbira.
Značilnosti obremenitvePrimeren je za objekte z relativno majhno obremenitvijo strehe in obremenitvijo žerjava. Zaradi sorazmerno omejene bočne togosti strukture portalnega okvirja so lahko za prevelike obremenitve žerjava ali sorazmerno velike obremenitve, kot so horizontalni potresni vplivi, potrebni posebni načrti ali drugi konstrukcijski sistemi. Vendar pa lahko portalni okvir za splošne industrijske obrate brez žerjavov ali z majhnimi - tonažnimi žerjavi, kot tudi skladiščne in komercialne zgradbe z zahtevami po nizki obremenitvi izpolnjuje njihove zahteve glede nosilnosti - in je hkrati dobro ekonomičen.
Struktura okvirja
(I) Force - nosi logiko
Vertikalni prenos obremenitvePri okvirni konstrukciji se navpične obremenitve prenesejo s talne plošče na nosilec, nato nosilec prenese obremenitev na steber in na koncu steber prenese obremenitev na temelj. Tako nosilec kot steber sta glavna nosilna elementa -, ki skupaj nosita upogibni moment, strižno silo in aksialno silo, ki nastane zaradi navpične obremenitve. Za razliko od portalnega okvirja je pod delovanjem navpičnih obremenitev notranja porazdelitev sile nosilca in stebra v konstrukciji okvirja bolj zapletena, zato je treba z metodami konstrukcijske mehanike natančno izračunati notranje sile vsakega elementa.
Odpornost na horizontalno obremenitevPri vodoravnih obremenitvah se okvirna konstrukcija upira preko prostorskega okvirnega sistema, sestavljenega iz nosilcev in stebrov. Pod delovanjem vodoravnih sil bosta tako nosilec kot steber povzročila upogibne in aksialne deformacije. Celotna konstrukcija deluje usklajeno s togo povezavo stebrov nosilca -, da tvori prostorski nosilni sistem sile -. Bočna togost konstrukcije okvirja je v glavnem odvisna od velikosti prečnega prereza nosilca in stebra, lastnosti materiala in oblike postavitve konstrukcije. Pod delovanjem potresnih sil struktura okvirja razprši potresno energijo z oblikovanjem plastičnih tečajev v nosilcu in stebru ter mehanizma za odvajanje energije -, da se zagotovi strukturna stabilnost pri velikih deformacijah.
(II) Veljavne meje
Razpon in višinaOkvirna konstrukcija je primerna za objekte z večjimi razponi in višjimi višinami. Njegov razpon je lahko od deset metrov do nekaj deset metrov, višino pa je mogoče prilagodljivo oblikovati glede na funkcionalne zahteve objekta. Široko se uporablja v običajnih več - nadstropnih in visokih - stolpnicah. Na primer, poslovne stavbe, hoteli, nakupovalna središča itd. v mestih zahtevajo velike prostore in prilagodljive postavitve, okvirna struktura pa lahko dobro izpolni te zahteve. Z razumno zasnovo prečnega prereza - stebra - in postavitvijo je mogoče doseči velik - prostor in visoke stavbne višine.
Značilnosti obremenitveLahko prenese velike navpične in vodoravne obremenitve. Zaradi nosilnega sistema s prostorsko silo - in visoke strukturne celovitosti konstrukcije okvirja ima dobro zmogljivost pri prenašanju velikih obremenitev. Za industrijske obrate z velikimi obremenitvami žerjavov ali zgradbe na območjih z visoko potresno intenzivnostjo utrjevanja lahko konstrukcija okvirja izpolni njihove zahteve glede nosilnosti - z razumno zasnovo. Hkrati lahko konstrukcija okvirja pri prenašanju vodoravnih obremenitev, kot je obremenitev vetra, zagotovi svojo bočno stabilnost s prilagajanjem strukturne postavitve in velikosti elementov.
Funkcionalne zahtevePrimeren je za objekte z visokimi zahtevami po prilagodljivosti prostorske postavitve. Notranje stene v strukturi okvirja so na splošno ne - nosilne - stene, ki jih je mogoče fleksibilno odstraniti ali premakniti glede na spremembe v funkciji uporabe, kar olajša ponovno - razdelitev in prenovo notranjega prostora. Zaradi te prilagodljivosti se struktura okvirja pogosto uporablja v poslovnih stavbah, pisarniških stavbah in nekaterih več - funkcionalnih stavbah ter lahko izpolni različne prostorske zahteve različnih uporabnikov.
Skratka, obstajajo očitne razlike v logiki nosilnosti sile - in veljavnih mejah med strukturo okvirja portala in strukturo okvirja. Pri praktičnem inženirskem načrtovanju je treba celovito upoštevati dejavnike, kot so funkcionalne zahteve stavbe, značilnosti obremenitve, razpon in višina, da se racionalno izbere konstrukcijski sistem, da se doseže varnost, ekonomičnost in uporabnost stavbe.