Što je portalna zgrada od čeličnog okvira
Portalna zgrada s čeličnim okvirom jednokatna je ili niska konstrukcija izgrađena oko krutih čeličnih okvira u obliku naopako okrenutog slova "U" ili portala. Svaki okvir sastoji se od dva okomita stupa i vodoravne ili nagnute grede, povezanih na uglovima otpornim spojevima koji se nazivaju koljenasti spojevi. Ova kruta veza na strehi i vrhu omogućuje da okvir nosi i vertikalna opterećenja i bočna opterećenja od vjetra ili seizmička opterećenja bez oslanjanja na unutarnje nosive zidove. Budući da sam okvir obavlja konstrukcijski rad, zgrade s portalnim okvirima mogu imati raspon od 20 do 100 metara bez stupova, zbog čega dominiraju skladištima, radionicama, hangarima za zrakoplove, poljoprivrednim šupama i sportskim arenama.
Definirajuća značajka koja odvaja portalni okvir od jednostavne čelične konstrukcije s stupovima i gredama je kruti bočni spoj. U standardnom sustavu greda i stup, spoj se ponaša kao šarka i momenti savijanja se ne dijele između grede i stupa. U portalnom okviru, potporni nosač kontinuirano prenosi moment savijanja kroz kut, tako da stupovi i rogovi djeluju kao jedan kontinuirani strukturni element. To je ono što portalnim okvirnim zgradama daje njihove velike čiste raspone i relativno laganu čeličnu tonažu po kvadratnom metru.
Svaka portalna zgrada s čeličnim okvirom, bez obzira na veličinu ili namjenu, sastavljena je od dosljednog skupa dijelova. Razumijevanje svake komponente pomaže kupcima u čitanju konstrukcijskog crteža i usporedbi ponuda različitih proizvođača pod jednakim uvjetima.
Glavni okvir
Stupovi i rogovi izrađeni od vruće valjanih H-greda ili zavarenih I-profila. Raf obično ima promjenjivu dubinu, sužava se od dubokog izbočenja na strehi do plićeg dijela na sredini raspona kako bi se uštedjela težina čelika.
Podrožnice i pojasevi
Hladno oblikovani C ili Z profili razmaknuti 1,2 do 1,8 metara koji podupiru krovne limove i zidne obloge, prenoseći opterećenja natrag na glavni okvir.
Sustav podupirača
Poprečno ukrućenje ili ukručenje portala u krovnoj ravnini i krajnjim zidovima koje se odupire uzdužnim opterećenjima vjetra i održava okvir stabilnim duž njegove duljine.
Bazne ploče i sidreni vijci
Čelične ploče zavarene na bazu stupa i pričvršćene na betonski temelj sidrenim vijcima, prenoseći reakcije stupa u podnožje.
Oblaganje krova i zidova
Profilirani čelični limovi, sendvič paneli ili izolirani kompozitni paneli pričvršćeni na podrožnice i pojaseve kako bi zatvorili ovojnicu zgrade.
Kranske grede
Opcijski nosači ili nosači na stupu za podupiranje mostnih dizalica u industrijskim i proizvodnim zgradama.
Zašto se biraju portalne čelične konstrukcije u odnosu na druge strukture
U usporedbi s okvirima od armiranog betona ili tradicionalnom zidanom konstrukcijom, portalni čelični okvir nudi kombinaciju brzine, raspona i isplativosti koju je teško usporediti s velikim jednokatnim kućištima.
- Dugi svijetli rasponi bez unutarnjih stupova , što je kritično za skladišta, dvorane i proizvodne linije kojima je potreban nesmetan prostor za regale, strojeve ili kretanje vozila.
- Kraće vrijeme izgradnje, budući da se elementi izrađuju i buše u tvornici i jednostavno spajaju vijcima na licu mjesta, skraćujući tjedne u rasporedu u usporedbi s betonom koji se lijeva na mjestu.
- Manje opterećenje temelja, jer je dobro dizajniran portalni okvir znatno lakši od ekvivalentnog betonskog okvira, smanjujući veličinu temelja i troškove iskopa.
- Fleksibilnost dizajna za buduća proširenja, budući da se krajnji otvori mogu ostaviti otvorenima za produljenje vijcima bez ometanja postojeće čelične konstrukcije.
- Visoka vrijednost oporabe materijala, budući da se konstrukcijski čelični elementi mogu rastaviti, premjestiti ili reciklirati u visokom postotku svoje izvorne vrijednosti.
- Predvidljive, tvornički kontrolirane tolerancije izrade koje smanjuju preradu na licu mjesta i varijaciju kvalitete u usporedbi s betonom lijevanim na terenu.
Tipični rasponi raspona, razmaka nizova i visine strehe
Raspon, razmak nizova i visina strehe tri su dimenzije koje određuju tonažu čelika, a time i cijenu projekta. Tablica u nastavku sažima raspone koji se obično koriste u projektima okvira skladišta, radionica i poljoprivrednih portala.
Tipični rasponi dimenzija za portalne zgrade s čeličnim okvirom prema vrsti zgrade | Vrsta zgrade | Čisti raspon | Razmak zaljeva | Eave Height |
| Skladišni prostor | 20 do 40 m | 6 do 9 m | 6 do 9 m |
| Proizvodna radionica | 24 do 36 m | 6 do 8 m | 7 do 12 m |
| Hangar za zrakoplove | 40 do 100 m | 7,5 do 9 m | 9 do 18 m |
| Poljoprivredna šupa | 12 do 24 m | 5 do 6 m | 4 do 6 m |
| Zatvorena sportska arena | 30 do 60 m | 6 do 9 m | 8 do 15 m |
Kao opće pravilo koje koriste građevinski inženjeri, potrošnja čelika raste otprilike s kvadratom raspona nakon što portalni okvir prijeđe oko 36 metara, jer sekcije rogova i stupova moraju rasti dublje kako bi kontrolirali progib. Kupci koji planiraju zgrade vrlo širokog raspona često procjenjuju je li okvir s više raspona s međustupovima ekonomičniji od jednog golemog svijetlog raspona.
Klase čelika i specifikacije materijala
Izvedba bilo koje portalne građevine s čeličnim okvirom uvelike ovisi o stupnju čelika koji se koristi za glavni okvir, sekundarne elemente i veze. Proizvođači obično rade unutar uskog raspona utvrđenih klasa konstrukcijskog čelika jer nude pouzdanu, dobro dokumentiranu ravnotežu čvrstoće, zavarljivosti i cijene.
Uobičajene vrste konstrukcijskog čelika koje se koriste u izradi okvira portala | Vrsta čelika | Granica tečenja | Tipična uporaba |
| Q235B | 235 MPa | Podrožnice, pojasevi, sekundarni podupirači |
| Q345B | 345 MPa | Glavni stupovi okvira i rogovi |
| ASTM A572 Gr50 | 345 MPa | Teški elementi okvira, stupovi dizalice |
| S355JR | 355 MPa | Izvozni projekti europskih specifikacija |
Ocjene veće čvrstoće kao što su Q345B ili S355JR općenito se specificiraju za glavni kruti okvir jer dopuštaju lakšim dijelovima da nose isti moment savijanja, što smanjuje ukupnu tonažu i težinu isporuke. Grede i pojasevi, koji se uglavnom odupiru lokalnom savijanju, a ne velikim momentima okvira, obično se drže na nižoj razini budući da je ušteda na težini njihovom nadogradnjom minimalna u odnosu na povećanje troškova.
Mogućnosti oblaganja krova i zidova
Sustav oblaganja odabran za zgradu portalnog okvira utječe na toplinske performanse, akustičnu udobnost, ponašanje pri požaru i dugoročne troškove održavanja. Tri obitelji obloga danas dominiraju tržištem.
Jednoslojna profilirana folija
Valoviti ili trapezoidni pocinčani ili Galvalume čelični lim pričvršćen izravno na grede. Ovo je najjeftinija opcija i uobičajena je za poljoprivredne šupe, otvorena skladišta i zgrade bez potrebe za strogom kontrolom temperature.
Izolirani sendvič paneli
Dva čelična sloja spojena na jezgru od poliuretana, polistirena ili kamene vune, obično debljine 50 do 150 milimetara. Sendvič paneli su standardni izbor za hladnjače, preradu hrane i klimatizirane radionice jer kombiniraju strukturnu oblogu i izolaciju u jednoj komponenti instaliranoj u jednom prolazu.
Ugrađeni dvoslojni krovni sustavi
Unutarnja obloga, sloj izolacije deke, razmaknice i vanjska zaštita od vremenskih utjecaja sastavljena na licu mjesta. Ovaj sustav odgovara komercijalnim i maloprodajnim zgradama velikog raspona gdje su potrebni glatkiji unutarnji strop i umjerena izolacija.
Slijed izgradnje od projektiranja do primopredaje
Projekt tipične portalne građevine s čeličnim okvirom prolazi kroz predvidljiv slijed faza. Poznavanje ovog slijeda pomaže kupcu u planiranju realnih rokova isporuke i koordinaciji građevinskih radova s isporukom čelika.
- Projekt konstrukcije i izračun opterećenja, koji pokriva vlastito opterećenje, živo opterećenje, opterećenje vjetrom, opterećenje snijegom i seizmičko opterećenje u skladu s važećim lokalnim kodeksom projektiranja za gradilište.
- Priprema crteža u radnji i nabava materijala, gdje se svakom članu daje točan položaj rupa za vijke i duljina rezanja prije početka izrade.
- Tvornička izrada, uključujući rezanje, bušenje, zavarivanje izgrađenih dijelova i površinsku obradu kao što je pjeskarenje i bojanje ili vruće pocinčavanje.
- Temeljni i građevinski radovi koji se izvode paralelno s izradom, tako da su položaji sidrenih vijaka točno izliveni prema odobrenom nacrtu temelja.
- Prijevoz proizvedenih članova na gradilište, obično u paketima veličine koja odgovara standardnim prikolicama s ravnom platformom ili transportnim kontejnerima za izvozne projekte.
- Podizanje na licu mjesta, počevši s privremeno učvršćenim prva dva krajnja okvira, zatim napredovanjem nizom po nizom s ugrađenim podrožnicama, pojasevima i podupiračima kako svaki okvir ide prema gore.
- Montaža obloge, nakon čega slijedi opšivanje, oluci, odvodne cijevi i sva vrata, prozori ili ventilacijski otvori.
- Završna provjera zakretnog momenta vijaka, kvalitete zavara i tolerancije dimenzija prije predaje zgrade u uporabu.
Budući da se glavni okvir pričvršćuje vijcima, a ne zavaruje na licu mjesta, skladište portalnog okvira srednje veličine od oko 3000 četvornih metara obično se može podići za četiri do osam tjedana nakon što je temelj spreman, što je djelić vremena potrebnog za ekvivalentnu zgradu s betonskim okvirom.
Zaštita od korozije i vijek trajanja
Čelik je jak, ali reaktivan, tako da svaka čelična konstrukcija okvira portala treba zaštitni sustav premaza usklađen s okolinom. U praksi se koriste tri metode zaštite, od kojih svaka odgovara različitim uvjetima izloženosti.
Alkidna ili epoksidna temeljna boja
Temeljni premaz bogat crvenim oksidom ili cinkom nakon kojeg slijede srednji i završni slojevi, dajući ukupnu debljinu suhog filma od otprilike 120 do 200 mikrona. Prikladno za suha kopnena okruženja s povremenim lakiranjem svakih 8 do 12 godina.
Vruće pocinčavanje
Članovi su umočeni u rastaljeni cink kako bi se formirao metalurški spojeni premaz, obično debljine 65 do 100 mikrona, dajući zaštitu bez održavanja 25 godina ili više, čak i u vlažnim ili obalnim uvjetima.
Duplex premaz
Galvaniziranje u kombinaciji s gornjim slojem boje, koristi se u agresivnim morskim ili industrijskim atmosferama gdje sloj boje produljuje interval prije nego što sloju cinka treba pozornost, često preko 30 godina kombinirane zaštite.
Što povećava cijenu portalne zgrade od čeličnog okvira
Kupci koji uspoređuju ponude često vide velike razlike u cijenama za zgrade koje izgledaju slično na papiru. Jaz se gotovo uvijek svodi na nekoliko varijabli.
- Tonaža čelika po kvadratnom metru, koja raste s rasponom, razmakom nizova, nagibom krova, opterećenjem snijegom i zonom opterećenja vjetrom.
- Utovar dizalicom, budući da čak i jedna mostna dizalica od 5 tona može dodati značajnu težinu stupa i ukrućenja u usporedbi sa strukturom bez dizalice.
- Specifikacija oblaganja, gdje izolirani sendvič paneli koštaju znatno više po kvadratnom metru od jednoslojnih folija, ali smanjuju tekuće troškove energije.
- Sustav premazivanja, s vrućim pocinčavanjem ima veće početne troškove od lakiranja, ali niže troškove održavanja tijekom cijelog vijeka trajanja.
- Logistika gradilišta, uključujući koliko je tvornica udaljena od gradilišta i jesu li dizalice i pristupne ceste dostupne za montažu.
- Zahtjevi kodeksa lokalnog projektiranja, budući da seizmičke zone ili zone s jakim vjetrovima zahtijevaju teža ukrućenja i detalje povezivanja nego lokacije s niskim rizikom u unutrašnjosti.
Kao praktično mjerilo, jednostavno skladište s jednim rasponom i skromnim opterećenjem snijegom i vjetrom obično pada u rasponu od 25 do 45 kilograma konstrukcijskog čelika po četvornom metru natkrivene podne površine, dok zgrade širokog raspona ili zgrade opremljene dizalicama mogu premašiti 60 kilograma po četvornom metru.
Portalni čelični okvir u odnosu na čeličnu konstrukciju rešetkastog krova
Kupci ponekad brkaju okvir portala sa zgradom od rešetkastih stupova, ali se pod opterećenjem ponašaju vrlo različito.
Usporedba krutih portalnih okvira s rešetkastim krovnim konstrukcijama | Značajka | Okvir portala | Rešetka i stup |
| Kutni priključak | Krut, otporan na trenutke | Prikvačeno, bez trenutka |
| Dubina elementa na sredini raspona | Plitka, sužena greda | Duboka rešetka s otvorenom mrežom |
| Najbolji raspon raspona | Do oko 60 do 100 m | Vrlo dugi rasponi, preko 60 m |
| Složenost izrade | Niže, manje članova | Više, mnogo web članova |
| Osjećaj prostora za glavu u unutrašnjosti | Čišće, bez prekida | Vizualno zauzet s mrežnim učvršćenjem |
Industrije i vrste zgrada koje se oslanjaju na portalne okvire
Budući da je čelična konstrukcija portalnog okvira učinkovita u širokom rasponu raspona, postala je zadani izbor u mnogim sektorima, a ne nišno rješenje.
- Logistička i distribucijska skladišta koja trebaju duge čiste staze za regale i prolaze za viličare.
- Radionice za automobile, elektroniku i opću proizvodnju u kojima se nalaze proizvodne linije i mostne dizalice.
- Hladni lanac i pogoni za preradu hrane koji koriste obloge od izoliranih ploča za kontrolu temperature.
- Poljoprivredne zgrade kao što su staje za stoku, skladište žitarica i spremišta za poljoprivrednu opremu.
- Zrakoplovni hangari koji zahtijevaju vrlo široke čiste raspone za prilagodbu raspona krila zrakoplova.
- Rekreacijski i sportski sadržaji uključujući unutarnje terene, arene za jahanje i izložbene dvorane.
- Maloprodajne i izložbene zgrade koje imaju koristi od otvorenih tlocrta bez stupova za fleksibilan raspored.
Često postavljana pitanja
Koliko dugo portalna zgrada s čeličnim okvirom obično traje?
S pravilno dizajniranim sustavom premaza i rutinskom inspekcijom, glavni okvir čelične konstrukcije obično dobro funkcionira 30 do 50 godina ili dulje. Obložne ploče i brtvila općenito je potrebna zamjena ili obnova ranije, često unutar 15 do 25 godina, ovisno o izloženosti klimi.
Može li se zgrada okvira portala proširiti nakon što je izgrađena?
Da. Budući da tereti putuju kroz diskretne okvire raspoređene u redovitim nizovima, novi otvor obično se može pričvrstiti vijcima na otvoreni krajnji zid bez ometanja postojeće konstrukcije, pod uvjetom da izvorni temelj i dizajn okvira dopuštaju buduće proširenje.
Koji se nagib krova koristi za portalne zgrade od čeličnog okvira?
Većina portalnih okvira koristi krovni nagib između 5 i 10 stupnjeva. Plići nagib smanjuje visinu okvira i težinu čelika, dok nešto strmiji nagib poboljšava odvodnju kišnice i rasipanje snijega u područjima s jakim snježnim padalinama.
Trebaju li portalne okvirne zgrade unutarnji stupovi za široke raspone?
Nije nužno. Portalni okviri s jednim čistim rasponom mogu pokriti otvore do otprilike 60 do 100 metara bez ikakvih unutarnjih stupova, iako vrlo široki rasponi zahtijevaju dublje bokove i teže dijelove, što povećava čeličnu tonažu i troškove.
Kako opterećenje vjetrom utječe na dizajn okvira portala?
Opterećenje vjetrom upravlja dimenzioniranjem sustava ukrućenja i spojeva u većini niskokatnih zgrada s portalnim okvirom, često više nego gravitacijsko opterećenje. Zgrade u obalnim regijama s jakim vjetrovima ili područjima sklonim ciklonima zahtijevaju dodatne utore za ukrućenje i jače pričvršćivanje obloge kako bi se oduprlo izdizanju krova.
Je li portalna zgrada s čeličnim okvirom prikladna za hladnu klimu?
Da, pod uvjetom da je okvir projektiran za lokalno opterećenje snijegom i da sustav oblaganja uključuje odgovarajuću izolaciju. Izolirani sendvič paneli ili ugrađeni dvoslojni krovni sustav obično se specificiraju za zgrade s portalnim okvirom s hladnom klimom kako bi se kontrolirao gubitak topline i spriječila kondenzacija.
