Inden for stålstrukturerede --bygninger er portalrammer og rammekonstruktioner to almindelige strukturelle systemer, hver med sin unikke kraft---bærende logik og anvendelige scenarier. En dyb forståelse af disse karakteristika er af stor betydning for rationelt udvælgelse af bygningens strukturelle system og sikring af bygningens sikkerhed og funktionalitet.
Portalrammestruktur
(I) Tving --lejelogik
Lodret belastningsoverførselNår den udsættes for lodrette belastninger (såsom tagets egen - vægt, snebelastning osv.), overfører portalrammens bjælke belastningen til søjlen, og søjlen overfører den derefter til fundamentet. Portrammens bjælke er generelt udformet som en bøjningsdel, og den modstår bøjningsmomentet, der genereres af den lodrette belastning, gennem sin bøjningskapacitet. Da bjælken og søjlen er stift forbundet, vil der under påvirkning af lodrette belastninger opstå et negativt bøjningsmoment i bjælkeenden, hvilket relativt reducerer bjælkens midterste - spændvidde bøjningsmoment, og dermed udnyttes materialets mekaniske egenskaber mere effektivt.
Vandret belastningsmodstandFor vandrette belastninger (såsom vindbelastning, seismisk påvirkning osv.) er portalrammen hovedsageligt afhængig af søjlens laterale stivhed for at modstå. Under påvirkning af vandrette kræfter overfører søjlen, som en cantilever-bjælke, den vandrette kraft til fundamentet. Den stive forbindelse ved bjælke - søjlesamlingen kan begrænse den relative rotation af bjælken og søjlen, hvilket gør det muligt for hele strukturen at arbejde koordineret for at modstå den vandrette kraft. Under påvirkning af vindbelastning bærer vindsøjlen tryk, og læsøjlen bærer spænding. Den strukturelle balance opretholdes gennem søjlens aksiale kraft og bjælkens vandrette forskydningskraft. Under påvirkning af seismiske kræfter vil den laterale forskydning af strukturen forårsage bøjningsdeformation af bjælken og søjlen og rotationen af leddene. Portrammen spreder seismisk energi gennem strukturens duktilitet og energi - spredningsmekanisme for at sikre den strukturelle stabilitet.
(II) Gældende grænser
SpændviddePortalrammestrukturen er velegnet til bygninger med et medium - spændvidde. Generelt er spændvidden almindeligvis mellem 9 - 36 meter. Inden for dette spændvidde kan portalrammen give fuldt spil til dens strukturelle ydeevnefordele og er relativt økonomisk. For eksempel har almindelige industrianlæg, lagerbygninger osv. ofte spændvidder inden for dette område. Gennem rimelig tværsnitsdesign og samlingskonstruktion kan portalrammen opfylde disse bygningers pladskrav.
HøjdegrænseTypisk er højden af portalrammen mere passende mellem 6 - 12 meter. For høj højde vil øge den beregnede længde af søjlen, hvilket resulterer i fremtrædende stabilitetsproblemer for søjlen. Det er nødvendigt at øge kolonnens tværsnitsstørrelse - eller vedtage andre forstærkende foranstaltninger og dermed øge omkostningerne. For nogle bygninger med højere pladskrav, men stadig inden for det passende højdeområde, såsom nogle lette - industrianlæg og logistiklagre, er portalrammestrukturen et mere passende valg.
BelastningsegenskaberDen er velegnet til bygninger med relativt små tagbelastninger og kranbelastninger. På grund af den relativt begrænsede sideværts stivhed af portalrammestrukturen, kan der være behov for for store kranbelastninger eller relativt store belastninger såsom vandrette seismiske påvirkninger, specielle designs eller andre strukturelle systemer. For generelle industrianlæg uden kraner eller med små - tonnagekraner, samt lager- og erhvervsbygninger med lave belastningskrav, kan portalrammen dog opfylde deres kraft-- lejekrav og har samtidig god økonomi.
Rammestruktur
(I) Tving --lejelogik
Lodret belastningsoverførselI en rammekonstruktion overføres lodrette belastninger fra gulvpladen til bjælken, og derefter overfører bjælken belastningen til søjlen, og til sidst overfører søjlen den til fundamentet. Både bjælken og søjlen er hovedlast - bærende elementer, der tilsammen bærer bøjningsmomentet, forskydningskraften og aksialkraften genereret af den lodrette belastning. Forskellig fra portalrammen, under påvirkning af lodrette belastninger, er den indre kraftfordeling af bjælken og søjlen i rammestrukturen mere kompleks, og det er nødvendigt at nøjagtigt beregne de indre kræfter af hvert element gennem strukturelle mekaniske metoder.
Vandret belastningsmodstandVed vandrette belastninger modstår rammestrukturen gennem det rumlige rammesystem, der består af bjælker og søjler. Under påvirkning af vandrette kræfter vil både bjælken og søjlen generere bøjning og aksiale deformationer. Den overordnede struktur fungerer i koordination gennem den stive forbindelse af bjælke - søjlesamlinger for at danne et rumligt kraft - lejesystem. Den laterale stivhed af rammestrukturen afhænger hovedsageligt af tværsnitsstørrelsen af bjælken og søjlen, materialeegenskaber og strukturens layoutform. Under påvirkning af seismiske kræfter spreder rammestrukturen seismisk energi gennem dannelsen af plastikhængsler i bjælken og søjlen og energi---dissipationsmekanismen for at sikre den strukturelle stabilitet under store deformationer.
(II) Gældende grænser
Spændvidde og højdeRammekonstruktionen er velegnet til bygninger med større spændvidder og højere højder. Dens spændvidde kan spænde fra tiere til flere tiere meter, og højden kan desuden udformes fleksibelt efter bygningens funktionskrav. Det er meget udbredt i almindelige bygninger med flere - etager og høje - bygninger. Eksempelvis kræver kontorbygninger, hoteller, indkøbscentre osv. i byer store rum og fleksible indretninger, og rammekonstruktionen kan godt opfylde disse krav. Gennem et rimeligt design af bjælkens - søjle tværsnit og layout kan der opnås store - rumskabelser og høje bygningshøjder.
BelastningsegenskaberDen kan bære store lodrette og vandrette belastninger. På grund af den rumlige kraft - lejesystem og høj strukturel integritet af rammestrukturen har den god ydeevne, når den bærer store belastninger. For industrianlæg med store kranbelastninger eller bygninger i områder med høje seismiske befæstningsintensiteter, kan rammekonstruktionen opfylde deres kraft-{3}}-lejekrav gennem rimeligt design. Samtidig kan rammekonstruktionen, når den bærer vandrette belastninger såsom vindbelastning, også sikre sin sidestabilitet ved at justere den strukturelle layout og elementstørrelsen.
Funktionelle kravDen er velegnet til bygninger med høje krav til rumlig indretningsfleksibilitet. De indvendige vægge i rammekonstruktionen er generelt ikke - bærende - vægge, som fleksibelt kan fjernes eller flyttes i overensstemmelse med ændringer i brugsfunktionen, hvilket letter om - opdeling og renovering af det indvendige rum. Denne fleksibilitet gør rammestrukturen meget udbredt i kommercielle bygninger, kontorbygninger og nogle multi - funktionelle bygninger og kan opfylde de forskellige rumlige krav fra forskellige brugere.
Som konklusion er der åbenlyse forskelle i kraft --bærende logik og anvendelige grænser mellem portalrammestrukturen og rammestrukturen. I praktisk ingeniørdesign skal faktorer som bygningens funktionskrav, belastningskarakteristika, spændvidde og højde overvejes grundigt for rationelt at vælge det strukturelle system, for at opnå bygningens sikkerhed, økonomi og anvendelighed.