En el campo de los edificios con estructura de acero -, los pórticos y las estructuras de marcos son dos sistemas estructurales comunes, cada uno con su lógica de soporte de fuerza - única y escenarios aplicables. Un conocimiento profundo de estas características es de gran importancia para seleccionar racionalmente el sistema estructural del edificio y garantizar la seguridad y funcionalidad del edificio.
Estructura del marco del portal
(I) Forzar - lógica de rumbo
Transferencia de carga verticalCuando se somete a cargas verticales (como el peso propio del techo, carga de nieve, etc.), la viga del marco del portal transfiere la carga a la columna, y luego la columna la transfiere a los cimientos. La viga del marco del pórtico generalmente se diseña como un miembro de flexión y resiste el momento de flexión generado por la carga vertical a través de su capacidad de flexión. Dado que la viga y la columna están conectadas rígidamente, bajo la acción de cargas verticales, se producirá un momento flector negativo en el extremo de la viga, lo que reduce relativamente el momento flector medio - de la viga, haciendo así un uso más eficiente de las propiedades mecánicas del material.
Resistencia de carga horizontalPara cargas horizontales (como cargas de viento, acción sísmica, etc.), el marco del pórtico depende principalmente de la rigidez lateral de la columna para resistir. Bajo la acción de fuerzas horizontales, la columna, como una viga en voladizo, transfiere la fuerza horizontal a la base. La conexión rígida en la unión de la viga - columna puede restringir la rotación relativa de la viga y la columna, permitiendo que toda la estructura trabaje en coordinación para resistir la fuerza horizontal. Bajo la acción de la carga del viento, la columna de barlovento soporta presión y la columna de sotavento soporta tensión. El equilibrio estructural se mantiene mediante la fuerza axial de la columna y la fuerza cortante horizontal de la viga. Bajo la acción de fuerzas sísmicas, el desplazamiento lateral de la estructura provocará la deformación por flexión de la viga y la columna y la rotación de las uniones. El marco del pórtico disipa la energía sísmica a través del mecanismo de ductilidad y disipación de energía - de la estructura para garantizar la estabilidad estructural.
(II) Límites aplicables
Rango de tramoLa estructura del pórtico es adecuada para edificios con una luz media -. Generalmente, el lapso suele estar entre 9 - 36 metros. Dentro de este rango de luces, el marco del pórtico puede aprovechar al máximo sus ventajas de rendimiento estructural y es relativamente económico. Por ejemplo, las plantas industriales comunes, los edificios de almacenamiento, etc., suelen tener luces dentro de este rango. Mediante un diseño de sección transversal - razonable y una construcción conjunta, el marco del portal puede cumplir con los requisitos de espacio de estos edificios.
Límite de alturaNormalmente, la altura del marco del portal es más adecuada entre 6 - 12 metros. Una altura excesiva aumentará la longitud calculada de la columna, lo que provocará importantes problemas de estabilidad de la columna. Es necesario aumentar el tamaño de la sección transversal - de la columna o adoptar otras medidas de refuerzo, aumentando así el costo. Para algunos edificios con mayores requisitos de espacio pero aún dentro del rango de altura adecuado, como algunas plantas industriales ligeras - y almacenes logísticos, la estructura de pórtico es una opción más adecuada.
Características de cargaEs adecuado para edificios con cargas de techo y de grúa relativamente pequeñas. Debido a la rigidez lateral relativamente limitada de la estructura del pórtico, para cargas de grúa demasiado grandes o cargas relativamente grandes, como acciones sísmicas horizontales, pueden ser necesarios diseños especiales u otros sistemas estructurales. Sin embargo, para plantas industriales generales sin grúas o con grúas de pequeño - tonelaje, así como para edificios comerciales y de almacenamiento con bajos requisitos de carga, el marco del pórtico puede cumplir con sus requisitos de fuerza - y tiene una buena economía al mismo tiempo.
Estructura del marco
(I) Forzar - lógica de rumbo
Transferencia de carga verticalEn una estructura de pórtico, las cargas verticales se transfieren desde la losa del piso a la viga, y luego la viga transfiere la carga a la columna, y finalmente la columna la transfiere a los cimientos. Tanto la viga como la columna son los elementos principales que soportan la carga - y soportan conjuntamente el momento flector, la fuerza cortante y la fuerza axial generada por la carga vertical. A diferencia del pórtico, bajo la acción de cargas verticales, la distribución de fuerzas internas de la viga y la columna en la estructura del pórtico es más compleja y es necesario calcular con precisión las fuerzas internas de cada miembro mediante métodos de mecánica estructural.
Resistencia de carga horizontalPara cargas horizontales, la estructura del marco resiste a través del sistema de marco espacial compuesto por vigas y columnas. Bajo la acción de fuerzas horizontales, tanto la viga como la columna generarán flexión y deformaciones axiales. La estructura general funciona en coordinación a través de la conexión rígida de las uniones de la viga - columna para formar un sistema de soporte de fuerza espacial -. La rigidez lateral de la estructura del pórtico depende principalmente del tamaño de la sección transversal - de la viga y la columna, las propiedades del material y la forma de disposición de la estructura. Bajo la acción de fuerzas sísmicas, la estructura del marco disipa la energía sísmica mediante la formación de bisagras plásticas en la viga y la columna y el mecanismo de disipación de energía - para garantizar la estabilidad estructural bajo grandes deformaciones.
(II) Límites aplicables
Luz y alturaLa estructura de marco es adecuada para edificios con luces más grandes y alturas mayores. Su envergadura puede variar desde decenas de metros hasta varias decenas de metros, y la altura también puede diseñarse de forma flexible según los requisitos funcionales del edificio. Se utiliza ampliamente en edificios comunes de varios - pisos y de gran altura -. Por ejemplo, los edificios de oficinas, hoteles, centros comerciales, etc., en las ciudades requieren grandes espacios y diseños flexibles, y la estructura del marco puede cumplir con estos requisitos. A través de un diseño razonable de la sección transversal y la disposición de la viga - columna -, se puede lograr una gran creación de espacio - y grandes alturas de construcción.
Características de cargaPuede soportar grandes cargas verticales y horizontales. Debido al sistema de soporte de fuerza espacial - y la alta integridad estructural de la estructura del marco, tiene un buen rendimiento al soportar grandes cargas. Para plantas industriales con grandes cargas de grúa o edificios en áreas con alta intensidad de fortificación sísmica, la estructura del marco puede cumplir con sus requisitos de carga de fuerza - mediante un diseño razonable. Al mismo tiempo, cuando soporta cargas horizontales como la carga de viento, la estructura del marco también puede garantizar su estabilidad lateral ajustando la disposición estructural y el tamaño de los miembros.
Requisitos funcionalesEs adecuado para edificios con altos requisitos de flexibilidad en la distribución espacial. Las paredes internas en la estructura del marco generalmente son paredes de carga sin - -, que se pueden quitar o mover de manera flexible según los cambios en la función de uso, facilitando la re - división y renovación del espacio interno. Esta flexibilidad hace que la estructura de marco se use ampliamente en edificios comerciales, edificios de oficinas y algunos edificios multifuncionales -, y puede satisfacer los diversos requisitos espaciales de diferentes usuarios.
En conclusión, existen diferencias obvias en la lógica de soporte de fuerza - y los límites aplicables entre la estructura del marco del portal y la estructura del marco. En el diseño práctico de ingeniería, factores como los requisitos funcionales del edificio, las características de carga, la luz y la altura deben considerarse integralmente para seleccionar racionalmente el sistema estructural, a fin de lograr la seguridad, economía y aplicabilidad del edificio.