Mikä on portaalin teräsrunkorakennus
Portaaliteräsrunkoinen rakennus on yksikerroksinen tai matala rakennus, joka on rakennettu jäykkien teräsrunkojen ympärille, jotka on muotoiltu ylösalaisin "U"- tai portaaliksi. Kukin runko koostuu kahdesta pystysuorasta pylväästä ja vaaka- tai kaltevuudesta kattopalkista, jotka on yhdistetty kulmista momenttia vastustavilla liitoksilla, joita kutsutaan polviliitoksiksi. Tämä räystäässä ja kärjessä oleva jäykkä liitos mahdollistaa sen, että runko voi kantaa sekä pystysuoraa että sivusuuntaista tuuli- tai seismiset kuormat ilman sisäisiä kantavia seiniä. Koska runko itse tekee rakennustyöt, portaalirunkoiset rakennukset voivat ulottua 20-100 metrin pylväättömästi, minkä vuoksi ne hallitsevat varastoja, työpajoja, lentokoneiden halleja, maatalousvatoja ja urheiluareenoita.
Määrittelevä ominaisuus, joka erottaa portaalikehyksen yksinkertaisesta pylväs- ja palkkiteräsrakenteesta, on jäykkä haaroitusliitos. Vakiopalkki-pilarijärjestelmässä liitos käyttäytyy saranan tavoin eikä taivutusmomentteja jaeta palkin ja pilarin välillä. Portaalirungossa kannatin siirtää taivutusmomenttia jatkuvasti kulman läpi, jolloin pylväät ja palkit toimivat yhtenä yhtenäisenä rakenne-elementtinä. Tämä antaa portaalirunkoisille rakennuksille pitkät jännevälit ja suhteellisen kevyen teräspainon neliömetriä kohti.
Portaalikehyksen ydinkomponentit Teräsrakenne
Jokainen teräsrunkoinen portaalirakennus koosta tai käytöstä riippumatta kootaan yhtenäisistä osista. Kunkin komponentin ymmärtäminen auttaa ostajia lukemaan rakennepiirustuksen ja vertailemaan eri valmistajien tarjouksia yhtäläisin ehdoin.
Pääkehys
Pilarit ja kattotuolit on valmistettu kuumavalssatuista H-palkeista tai hitsatuista I-profiileista. Katon syvyys on yleensä vaihteleva, ja se kapenee räystäässä olevasta syvästä kulmakohdasta matalampaan osaan keskijännevälissä teräksen painon säästämiseksi.
Purlinit ja Girts
Kylmämuovatut C- tai Z-osat 1,2–1,8 metrin etäisyydellä toisistaan, jotka tukevat kattolevyjä ja seinäpäällysteitä siirtäen kuormia takaisin päärunkoon.
Kiinnitysjärjestelmä
Ristijäykistys tai portaalijäykistys kattotasossa ja päätyseinissä, joka kestää pitkittäisiä tuulikuormia ja pitää rungon vakaana koko pituudeltaan.
Pohjalevyt ja ankkuripultit
Pilarin alustaan hitsatut ja ankkuripulteilla betoniperustukseen kiinnitetyt teräslevyt siirtävät pilarin reaktiot alustaan.
Katon ja seinän pinnoitus
Profiloidut teräslevyt, sandwich-paneelit tai eristetyt komposiittipaneelit, jotka on kiinnitetty orreihin ja vyöhykkeisiin rakennuksen vaipan ympärille.
Nosturin palkit
Pylvään lisävarusteena saatavat kiinnikkeet tai kannattimet nostureiden tukemiseen teollisuus- ja tuotantorakennuksissa.
Miksi portaalin teräsrunkoiset rakennukset valitaan muiden rakenteiden sijaan
Verrattuna teräsbetonirunkoon tai perinteiseen muurausrakenteeseen, portaaliteräsrunko tarjoaa nopeuden, jännevälin ja kustannustehokkuuden yhdistelmän, jota on vaikea sovittaa yhteen suuriin yksikerroksisiin koteloihin.
- Pitkät, selkeät jännevälit ilman sisäpilareita , joka on kriittinen varastoille, kuntosaleille ja tuotantolinjoille, jotka tarvitsevat esteetöntä lattiatilaa telineiden, koneiden tai ajoneuvojen liikkumiseen.
- Lyhyempi rakennusaika, koska osat valmistetaan ja porataan tehtaalla ja pultataan yksinkertaisesti yhteen paikan päällä, mikä vähentää viikkoja aikataulusta verrattuna paikalleen valetuun betoniin.
- Pienempi peruskuorma, koska hyvin suunniteltu portaalikehys on huomattavasti kevyempi kuin vastaava betonirunko, mikä pienentää jalustan kokoa ja louhintakustannuksia.
- Suunnittele joustavuutta tulevaa laajennusta varten, koska päätyvälit voidaan jättää auki pultattava laajennus häiritsemättä olemassa olevaa teräsrakennetta.
- Korkea materiaalin hyötykäyttöarvo, koska teräsrakenneosat voidaan purkaa, siirtää tai kierrättää suurella prosenttiosuudella niiden alkuperäisestä arvosta.
- Ennustettavat, tehdasohjatut valmistustoleranssit, jotka vähentävät paikan päällä tapahtuvaa uudelleentyöstöä ja laadun vaihtelua verrattuna kentällä kaadettuun betoniin.
Tyypilliset jännevälit, lahden välit ja räystäiden korkeusalueet
Kantavuus, väliväli ja räystäskorkeus ovat kolme ulottuvuutta, jotka ohjaavat teräksen vetoisuutta ja siten projektin kustannuksia. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto varasto-, työpaja- ja maatalousportaalikehysprojekteissa yleisesti käytetyistä alueista.
Tyypilliset mitta-alueet portaaliteräsrunkoisille rakennuksille rakennustyypin mukaan | Rakennustyyppi | Selkeä jänneväli | Lahden väli | Eaven korkeus |
| Varastovarasto | 20-40 m | 6-9 m | 6-9 m |
| Valmistuspaja | 24-36 m | 6-8 m | 7-12 m |
| Lentokonehalli | 40-100 m | 7,5-9 m | 9-18 m |
| Maatalousvaja | 12-24 m | 5-6 m | 4-6 m |
| Sisäurheiluareena | 30-60 m | 6-9 m | 8-15 m |
Rakennusinsinöörien käyttämän yleisen peukalosääntönä on, että teräksen kulutus kasvaa karkeasti jänteen neliön verran, kun portaalirunko kulkee noin 36 metriä, koska katto- ja pylväsosien täytyy kasvaa syvemmälle taipuman hallitsemiseksi. Ostajat, jotka suunnittelevat erittäin leveitä rakennuksia, arvioivat usein, onko monijänteinen runko välipilareineen edullisempi kuin yksi jättiläinen vapaa jänneväli.
Teräslaadut ja materiaalitiedot
Minkä tahansa portaaliteräsrunkorakennuksen suorituskyky riippuu suuresti päärungossa, toisioosissa ja liitoksissa käytetystä teräslaadusta. Valmistajat työskentelevät tyypillisesti kapealla alueella vakiintuneita rakenneteräslaatuja, koska ne tarjoavat luotettavan, hyvin dokumentoidun lujuuden, hitsattavuuden ja kustannusten tasapainon.
Portaalirunkojen valmistuksessa käytetyt yleiset rakenneteräslaadut | Teräsluokka | Tuottovoima | Tyypillinen käyttö |
| Q235B | 235 MPa | Orret, vyöt, toissijaiset jäykistykset |
| Q345B | 345 MPa | Päärungon pylväät ja kattotuolit |
| ASTM A572 Gr50 | 345 MPa | Raskaat runkopalkit, nosturipilarit |
| S355JR | 355 MPa | Eurooppalaisia vientiprojekteja |
Vahvemmat laatuluokat, kuten Q345B tai S355JR, määritetään yleensä jäykkään päärunkoon, koska ne mahdollistavat kevyempien osien kestävän saman taivutusmomentin, mikä pienentää kokonaisvetoisuutta ja kuljetuspainoa. Orret ja vyöt, jotka kestävät pääasiassa paikallista taipumista pikemminkin kuin suuria runkomomentteja, pidetään yleensä alempana, koska niiden parantamisen aiheuttama painonsäästö on minimaalinen suhteessa kustannusten nousuun.
Katto- ja seinäverhousvaihtoehdot
Portaalirunkorakennukseen valittu verhousjärjestelmä vaikuttaa lämpösuorituskykyyn, akustiseen mukavuuteen, palokäyttäytymiseen ja pitkäaikaisiin ylläpitokustannuksiin. Nykyään markkinoita hallitsee kolme verhousperhettä.
Single Skin profiloitu kalvo
Aallotettu tai puolisuunnikkaan muotoinen galvanoitu tai Galvalume-teräslevy kiinnitetään suoraan orreihin. Tämä on halvin vaihtoehto, ja se on yleinen maatalousvajoissa, avoimissa varastoissa ja rakennuksissa, joissa ei ole tiukkaa lämpötilan hallintaa.
Eristetyt sandwich-paneelit
Kaksi teräskalvoa, jotka on liimattu polyuretaani-, polystyreeni- tai kivivillaytimeen, tyypillisesti 50-150 millimetriä paksu. Sandwich-paneelit ovat vakiovalinta kylmävarastointiin, elintarvikkeiden käsittelyyn ja ilmastoituun konepajaan, koska niissä yhdistyvät rakenteellinen verhous ja eristys yhdeksi komponentiksi, joka asennetaan yhdellä kertaa.
Rakennetut kaksikerroksiset kattojärjestelmät
Sisävuorauslevy, kerros peiteeristettä, välitangot ja ulompi säänkestävä arkki koottuna paikan päällä. Tämä järjestelmä sopii suurikokoisiin liike- ja liikerakennuksiin, joissa vaaditaan sekä tasaisempaa sisäkaton viimeistelyä että kohtalaista eristystä.
Rakennusvaihe suunnittelusta luovutukseen
Tyypillinen portaalin teräsrunkorakennusprojekti kulkee ennustettavan vaihesarjan läpi. Tämän järjestyksen tunteminen auttaa ostajaa suunnittelemaan realistiset toimitusajat ja koordinoimaan rakennustyöt terästoimituksen kanssa.
- Rakennesuunnittelu ja kuormituslaskenta, joka kattaa kuolleen kuorman, elävän kuorman, tuulikuorman, lumikuorman ja seismisen kuormituksen projektipaikan paikallisen suunnittelusäännöstön mukaisesti.
- Liikkeen piirustusten valmistelu ja materiaalinhankinta, jossa jokainen osa on yksityiskohtaisesti tarkat pultinreikien sijainnit ja leikkauspituudet ennen valmistuksen aloittamista.
- Tehdasvalmistus, mukaan lukien leikkaus, poraus, rakennettujen osien hitsaus ja pintakäsittely, kuten suihkupuhallus ja maalaus tai kuumasinkitys.
- Perustus- ja rakennustyöt tehdään rinnakkain valmistuksen kanssa, joten ankkuripulttien paikat on valettu tarkasti hyväksyttyä perustuskaaviota vasten.
- Valmistettujen osien kuljetus työmaalle, yleensä nipuissa, jotka on mitoitettu sopimaan vakiolavaperävaunuihin tai kuljetuskontteihin vientiprojekteihin.
- Asennus paikan päällä, alkaen kahdesta ensimmäisestä päätykehyksestä, joka on väliaikaisesti jäykistetty, sitten etenee rivi kerrallaan orret, vyöt ja jäykistykset asennettuna jokaisen kehyksen noustessa.
- Verhousasennus, jota seuraa räystäs, vesikourut, syöksyputket ja mahdolliset ovet, ikkunat tai tuuletussäleiköt.
- Pulttien vääntömomentin, hitsin laadun ja mittatoleranssin lopputarkastus ennen rakennuksen luovutusta käyttöön.
Koska päärunko on pultattu paikan päällä hitsaamisen sijaan, keskikokoinen, noin 3 000 neliömetrin portaalirunkovarasto voidaan pystyttää tyypillisesti neljästä kahdeksaan viikossa perustuksen valmistuttua, mikä on murto-osa vastaavan betonirunkoisen rakennuksen ajasta.
Korroosiosuojaus ja käyttöikä
Teräs on vahvaa mutta reaktiivista, joten jokainen portaalikehys Steel Structure tarvitsee ympäristöönsä sopivan suojapinnoitejärjestelmän. Käytännössä käytetään kolmea suojausmenetelmää, joista jokainen sopii eri altistusolosuhteisiin.
Alkydi- tai epoksipohjamaali
Punaoksidi- tai sinkkirikas pohjamaali, jota seuraa väli- ja viimeistelymaalit, jolloin kuivakalvon kokonaispaksuus on noin 120-200 mikronia. Soveltuu kuiviin sisämaaympäristöihin, joissa määräaikaismaalaus 8-12 vuoden välein.
Kuumasinkitys
Jäsenet upotetaan sulaan sinkkiin, jolloin muodostuu metallurgisesti sidottu pinnoite, tyypillisesti 65-100 mikronia paksu, joka antaa huoltovapaan suojan 25 vuodeksi tai pidemmäksikin ajaksi kosteissa tai rannikko-olosuhteissa.
Kaksipuolinen pinnoite
Galvanointi yhdistettynä pintamaaliin, jota käytetään aggressiivisissa meri- tai teollisuusympäristöissä, joissa maalikerros pidentää aikaväliä ennen kuin sinkkikerros tarvitsee huomiota, usein yli 30 vuoden yhdistetty suojaus.
Mikä aiheuttaa portaalin teräsrunkorakennuksen kustannuksia
Tarjouksia vertailevat ostajat näkevät usein suuria hintaeroja rakennuksissa, jotka näyttävät paperilla samanlaisilta. Kuilu lähes aina laskeutuu kouralliseen muuttujaan.
- Terästonnimäärä neliömetriä kohti, joka nousee jänteen, lahden etäisyyden, katon kaltevuuden, lumikuorman ja tuulikuormitusalueen mukaan.
- Nosturikuormaus, koska jopa yksi 5 tonnin nosturi voi lisätä merkittävästi pylväs- ja tukipainoa nosturittomaan rakenteeseen verrattuna.
- Verhousspesifikaatio, jossa eristetyt sandwich-paneelit maksavat huomattavasti enemmän neliömetriä kohti kuin yksikerroksiset levyt, mutta vähentävät jatkuvia energiakustannuksia.
- Päällystysjärjestelmä, kuumasinkitys, jonka alkukustannukset ovat korkeammat kuin maalaus, mutta pienemmät käyttöiän huoltokustannukset.
- Työmaan logistiikka, mukaan lukien kuinka kaukana valmistuspaja on työmaalta ja ovatko nosturit ja kulkutiet valmiita pystytettäväksi.
- Paikalliset suunnittelumääräykset, koska seismiset tai kovatuuliset vyöhykkeet vaativat raskaampia jäykistys- ja liitosyksityiskohtia kuin matalariskiset sisämaakohteet.
Käytännön vertailukohtana on, että yksinkertainen yksijännevarasto, jossa lumi- ja tuulikuormitus on vaatimaton, on yleensä 25-45 kiloa rakenneterästä katettua lattiapinta-alaa kohti, kun taas laajajänteisissä tai nostureilla varustetut rakennukset voivat ylittää 60 kiloa neliömetriä kohti.
Portaalin teräsrunko vs. ristikkokaton teräsrakenne
Ostajat sekoittavat toisinaan portaalikehyksen ristikko-pilarirakennukseen, mutta nämä kaksi käyttäytyvät hyvin eri tavalla kuormitettuna.
Kiinteiden portaalirunkojen vertaaminen tappiliitoksisiin kattorakenteisiin | Ominaisuus | Portaalin kehys | Ristikko ja pylväs |
| Kulmaliitäntä | Jäykkä, hetkenkestävä | Kiinnitetty, hetketön |
| Jäsenen syvyys keskijännevälissä | Matala, kartiomainen kattotuoli | Syvä avoverkkoristikko |
| Paras jänneväli | Jopa noin 60-100 m | Erittäin pitkät jännevälit, yli 60 m |
| Valmistuksen monimutkaisuus | Alempi, vähemmän jäseniä | Korkeampi, monta web-jäsentä |
| Sisällä pääntila tuntuu | Puhtaampi, keskeytymätön | Visuaalisesti kiireinen verkkojäykistyksen parissa |
Portaalikehyksiin perustuvat toimialat ja rakennustyypit
Koska portaalikehys Steel Structure on tehokas useilla eri jänteillä, siitä on tullut oletusvalinta monilla aloilla kapean ratkaisun sijaan.
- Logistiikka- ja jakeluvarastot, jotka tarvitsevat pitkiä tyhjiä ajoja hylly- ja trukkien käytäville.
- Auto-, elektroniikka- ja yleisvalmistuspajat, joissa on tuotantolinjoja ja nostureita.
- Kylmäketju- ja elintarvikejalostuslaitokset, joissa käytetään eristettyä paneelipäällystettä lämpötilan säätelyyn.
- Maatalousrakennukset, kuten navetat, viljavarastot ja maatalouskonevajat.
- Lentohallit, jotka vaativat erittäin leveitä jännevälejä lentokoneen siipien kärkivälille.
- Virkistys- ja urheilutilat, kuten sisäkentät, ratsastusareenat ja näyttelyhallit.
- Vähittäiskauppa- ja esittelyrakennukset, jotka hyötyvät avoimista, pylvästömistä pohjapiirroksista joustavaan pohjaratkaisuun.
Usein kysytyt kysymykset
Kuinka kauan portaaliteräsrunkoinen rakennus tyypillisesti kestää?
Oikein suunnitellulla pinnoitusjärjestelmällä ja rutiinitarkastuksella teräsrakenteen päärunko toimii yleensä hyvin 30–50 vuotta tai kauemmin. Verhouslevyt ja tiivisteet on yleensä vaihdettava tai kunnostettava aikaisemmin, usein 15–25 vuoden kuluessa ilmastoaltistuksesta riippuen.
Voidaanko portaalirunkorakennusta laajentaa sen rakentamisen jälkeen?
Kyllä. Koska kuormat kulkevat erillisten runkojen läpi, jotka on sijoitettu säännöllisin välimatkoin, uusi väli voidaan yleensä pultata avoimeen päätyseinään häiritsemättä olemassa olevaa rakennetta, mikäli alkuperäinen perustus ja runkorakenne mahdollistavat tulevan laajentamisen.
Mitä katon kaltevuutta käytetään portaaliteräsrunkoisissa rakennuksissa?
Useimmat portaalikehykset käyttävät katon kaltevuutta 5-10 astetta. Matalampi kaltevuus vähentää rungon korkeutta ja teräksen painoa, kun taas hieman jyrkempi kaltevuus parantaa sadeveden poistumista ja lumen poistumista runsaalla lumisateella.
Tarvitsevatko portaalirunkoiset rakennukset sisäpylväitä leveille jänteille?
Ei välttämättä. Yksinkertaiset vapaaväliset portaalikehykset voivat peittää jopa noin 60–100 metrin aukot ilman sisäisiä pylväitä, vaikka erittäin leveät jännevälit edellyttävät syvempiä viistoja ja raskaampia osia, mikä lisää teräksen vetoisuutta ja kustannuksia.
Miten tuulen kuormitus vaikuttaa portaalin rungon suunnitteluun?
Tuulikuorma ohjaa tukijärjestelmää ja liitosten mitoitusta useimmissa matalissa portaalirunkorakennuksissa, usein enemmän kuin painovoimakuormat. Kovan tuulen rannikolla tai sykloneille alttiilla alueilla sijaitsevat rakennukset vaativat lisää jäykisteitä ja vahvempia verhouskiinnikkeitä kestämään katon nousua.
Sopiiko portaaliteräsrunkoinen rakennus kylmään ilmastoon?
Kyllä, jos runko on suunniteltu paikallista lumikuormaa varten ja verhousjärjestelmä sisältää riittävän eristyksen. Eristetyt sandwich-paneelit tai rakennettu kaksikerroksinen kattojärjestelmä on yleensä määritelty kylmän ilmaston portaalirunkoisille rakennuksille lämpöhäviön hallitsemiseksi ja kondensaation estämiseksi.
