ساختمان اسکلت فلزی پورتال چیست؟
ساختمان اسکلت فولادی پورتال یک سازه یک طبقه یا کم ارتفاع است که در اطراف قاب های فولادی صلب به شکل یک "U" یا پورتال وارونه ساخته شده است. هر قاب از دو ستون عمودی و یک تیر افقی یا شیبدار ساخته شده است که در گوشه ها توسط مفاصل مقاوم در برابر لحظه ای به نام اتصالات زانو به هم متصل می شوند. این اتصال صلب در لبه بام و راس به قاب اجازه می دهد تا هم بارهای عمودی و هم بارهای باد یا لرزه ای جانبی را بدون تکیه بر دیوارهای باربر داخلی حمل کند. از آنجایی که قاب خود کار سازهای را انجام میدهد، ساختمانهای قاب پورتال میتوانند 20 تا 100 متر بدون ستون امتداد داشته باشند، به همین دلیل بر انبارها، کارگاهها، آشیانههای هواپیما، سولههای کشاورزی و عرصههای ورزشی تسلط دارند.
ویژگی تعیین کننده ای که یک قاب پورتال را از یک سازه فولادی ساده پست و تیر جدا می کند، اتصال بند صلب است. در یک سیستم تیر و ستون استاندارد، اتصال مانند یک لولا عمل می کند و لنگرهای خمشی بین تیر و ستون تقسیم نمی شود. در یک قاب پورتال، براکت هانچر گشتاور خمشی را به طور مداوم از گوشه منتقل می کند، بنابراین ستون ها و تیرها به عنوان یک عنصر ساختاری پیوسته عمل می کنند. این همان چیزی است که به ساختمان های قاب پورتال دهانه های بلند و شفاف و تناژ نسبتا سبک فولادی در هر متر مربع می دهد.
اجزای اصلی یک قاب پورتال سازه فولادی
هر ساختمان اسکلت فولادی پورتال، صرف نظر از اندازه یا کاربری، از مجموعه ای ثابت از قطعات مونتاژ می شود. درک هر جزء به خریداران کمک میکند تا نقشههای ساختاری را بخوانند و قیمتهای تولیدکنندگان مختلف را با شرایط مساوی مقایسه کنند.
فریم اصلی
ستون ها و جرزهای ساخته شده از تیرهای H نورد گرم یا مقاطع I جوش داده شده. خرطومی معمولاً دارای عمق متغیری است که برای صرفه جویی در وزن فولاد از یک بند عمیق در لبه لبه به بخش کم عمق تر در وسط دهانه می رود.
روکش و گیره
بخش های C یا Z شکل سرد با فاصله 1.2 تا 1.8 متر از هم که پوشش سقف و روکش دیوار را پشتیبانی می کند و بارها را به قاب اصلی منتقل می کند.
سیستم مهاربندی
مهاربندی متقاطع یا مهاربند پورتال در صفحه سقف و دیوارهای انتهایی که در برابر بارهای طولی باد مقاومت می کند و قاب را در طول خود ثابت نگه می دارد.
صفحات پایه و انکر بولت
صفحات فولادی به پایه ستون جوش داده می شوند و با پیچ و مهره های لنگر روی پایه بتنی ثابت می شوند و واکنش های ستون را به پایه منتقل می کنند.
روکش سقف و دیوار
ورق های فولادی پروفیلی، پانل های ساندویچ، یا پانل های کامپوزیت عایق بندی شده بر روی پرلین ها و حلقه ها برای محصور کردن پوشش ساختمان.
تیرهای جرثقیل
کوربل ها یا براکت های اختیاری روی ستون برای پشتیبانی از جرثقیل های مسافرتی سقفی در ساختمان های صنعتی و تولیدی.
چرا ساختمان های اسکلت فلزی پورتال نسبت به سازه های دیگر انتخاب می شوند؟
در مقایسه با قابهای بتن مسلح یا ساختوسازهای بنایی سنتی، قاب فولادی پورتال ترکیبی از سرعت، دهانه و کارایی هزینه را ارائه میدهد که مطابقت با محوطههای یک طبقه بزرگ دشوار است.
- دهانه های طولانی روشن بدون ستون های داخلی که برای انبارها، سالن های ورزشی و خطوط تولیدی که نیاز به فضای بدون مانع برای قفسه بندی، ماشین آلات یا حرکت وسایل نقلیه دارند، حیاتی است.
- زمان ساخت کوتاهتر، از آنجایی که اعضا در کارخانه ساخته و سوراخ میشوند و به سادگی در محل به هم متصل میشوند، در مقایسه با بتن ریختهشده در محل، هفتهها برنامه کاهش مییابد.
- بار پی کمتر، زیرا یک قاب پورتال با طراحی خوب به طور قابل توجهی سبک تر از یک قاب بتنی معادل است و باعث کاهش اندازه پایه و هزینه حفاری می شود.
- انعطافپذیری طراحی برای گسترش آینده، زیرا میتوان دریچههای انتهایی را برای گسترش پیچ و مهره بدون مزاحمت ساختار فولادی موجود باز گذاشت.
- ارزش بازیافت مواد بالا، زیرا اعضای فولادی سازه را می توان با درصد بالایی از ارزش اصلی خود برچید، جابجا کرد یا بازیافت کرد.
- تحملهای ساخت قابل پیشبینی و کنترلشده توسط کارخانه که در مقایسه با بتن ریختهشده در مزرعه، کار مجدد در محل و واریانس کیفیت را کاهش میدهد.
دهانه معمولی، فاصله خلیج، و محدوده ارتفاع پیشرو
دهانه، فاصله خلیج و ارتفاع لبه سه بعدی هستند که تناژ فولاد و در نتیجه هزینه پروژه را افزایش می دهند. جدول زیر محدودههایی را که معمولاً در پروژههای فریم درگاههای انبار، کارگاه و کشاورزی استفاده میشوند، خلاصه میکند.
محدوده ابعادی معمولی برای ساختمان های اسکلت فولادی پورتال بر اساس نوع ساختمان | نوع ساختمان | پاک کردن فاصله | فاصله خلیج | ارتفاع پیشرو |
| انبار انبار | 20 تا 40 متر | 6 تا 9 متر | 6 تا 9 متر |
| کارگاه تولیدی | 24 تا 36 متر | 6 تا 8 متر | 7 تا 12 متر |
| آشیانه هواپیما | 40 تا 100 متر | 7.5 تا 9 متر | 9 تا 18 متر |
| سوله کشاورزی | 12 تا 24 متر | 5 تا 6 متر | 4 تا 6 متر |
| زمین ورزشی سرپوشیده | 30 تا 60 متر | 6 تا 9 متر | 8 تا 15 متر |
به عنوان یک قاعده کلی که توسط مهندسان سازه استفاده می شود، مصرف فولاد تقریباً با مربع دهانه زمانی که قاب پورتال حدود 36 متر عبور می کند افزایش می یابد، زیرا بخش های تیر و ستون برای کنترل انحراف باید عمیق تر شوند. خریدارانی که برای ساختمانهای با دهانه بسیار وسیع برنامهریزی میکنند اغلب ارزیابی میکنند که آیا یک قاب چند دهانه با ستونهای میانی مقرون به صرفهتر از یک دهانه شفاف غولپیکر است یا خیر.
نمرات فولاد و مشخصات مواد
عملکرد هر ساختمان اسکلت فولادی پورتال به شدت به درجه فولاد مورد استفاده برای قاب اصلی، اعضای ثانویه و اتصالات بستگی دارد. سازندگان معمولاً در یک باند باریک از گریدهای فولادی سازهای کار میکنند، زیرا تعادل قابل اعتماد و مستندی از استحکام، جوشپذیری و هزینه را ارائه میدهند.
گریدهای متداول فولاد سازه ای مورد استفاده در ساخت قاب پورتال | درجه فولاد | قدرت تسلیم | استفاده معمولی |
| Q235B | 235 مگاپاسکال | پرلین، کمربند، مهاربندی ثانویه |
| Q345B | 345 مگاپاسکال | ستون ها و تیرهای قاب اصلی |
| ASTM A572 Gr50 | 345 مگاپاسکال | اعضای قاب سنگین، ستون های جرثقیل |
| S355JR | 355 مگاپاسکال | پروژه های صادراتی ویژه اروپا |
نمرات با استحکام بالاتر مانند Q345B یا S355JR عموماً برای قاب سفت و سخت اصلی مشخص میشوند، زیرا به بخشهای سبکتر اجازه میدهند تا همان لنگر خمشی را تحمل کنند، که باعث کاهش تناژ کلی و وزن حمل و نقل میشود. پرلین ها و بند ها که عمدتاً در برابر خمش موضعی به جای ممان های بزرگ قاب مقاومت می کنند، معمولاً در درجه پایین تری نگهداری می شوند زیرا صرفه جویی در وزن ناشی از ارتقاء آنها نسبت به افزایش هزینه حداقل است.
گزینه های پوشش سقف و دیوار
سیستم روکش فلزی انتخاب شده برای ساختمان قاب پورتال بر عملکرد حرارتی، راحتی صوتی، رفتار آتش سوزی و هزینه نگهداری طولانی مدت تأثیر می گذارد. امروز سه خانواده روکش دار بر بازار مسلط هستند.
ورق پروفیل تک پوسته
ورق فولادی موجدار یا ذوزنقه ای گالوانیزه یا Galvalume که مستقیماً روی پرلین ها ثابت می شود. این گزینه کمهزینهترین گزینه است و برای سولههای کشاورزی، انبارهای روباز و ساختمانهایی که نیاز به کنترل دقیق دما ندارند، رایج است.
ساندویچ پانل عایق
دو پوسته فولادی که به یک هسته پلی اورتان، پلی استایرن یا پشم سنگ، معمولاً 50 تا 150 میلی متر ضخامت دارند، چسبانده شده اند. ساندویچ پانل ها انتخاب استانداردی برای ذخیره سازی سرد، فرآوری مواد غذایی و کارگاه های تحت کنترل آب و هوا هستند زیرا روکش های ساختاری و عایق را در یک جزء نصب شده در یک پاس ترکیب می کنند.
سیستم های سقف دوجداره توکار
یک ورق داخلی، یک لایه عایق پتو، میلههای فاصلهگیر، و یک ورق هوازدگی بیرونی که در محل مونتاژ شدهاند. این سیستم برای ساختمانهای تجاری و خردهفروشی با دهانههای بزرگ مناسب است، جایی که سقف داخلی صافتر و عایقبندی متوسط هر دو مورد نیاز است.
دنباله ساخت و ساز از طراحی تا تحویل
یک پروژه ساختمانی با قاب فولادی پورتال معمولی از طریق یک توالی قابل پیش بینی از مراحل حرکت می کند. دانستن این ترتیب به خریدار کمک میکند تا زمانبندی واقعی تحویل را برنامهریزی کند و کارهای عمرانی را با تحویل فولاد هماهنگ کند.
- طراحی سازه و محاسبه بار، پوشش بار مرده، بار زنده، بار باد، بار برف و بار لرزه ای طبق آیین نامه طراحی محلی حاکم بر محل پروژه.
- آماده سازی نقشه فروشگاهی و تهیه مواد، که در آن هر عضو با موقعیت دقیق سوراخ پیچ و طول برش قبل از شروع ساخت، به طور دقیق توضیح داده می شود.
- ساخت کارخانه، از جمله برش، حفاری، جوشکاری مقاطع ساخته شده، و عملیات سطحی مانند شات بلاست و رنگ آمیزی یا گالوانیزه گرم.
- فونداسیون و کارهای عمرانی به موازات ساخت انجام می شود، بنابراین موقعیت های پیچ لنگر به طور دقیق بر اساس نقشه چیدمان فونداسیون تایید شده ریخته می شود.
- حمل و نقل اعضای ساخته شده به سایت، معمولاً در بستههایی با اندازههای مناسب برای تریلرهای استاندارد یا کانتینرهای حمل و نقل برای پروژههای صادراتی.
- نصب در محل، با دو قاب انتهایی اول که به طور موقت مهاربندی شده اند، شروع می شود، سپس با بالا رفتن هر قاب، با نصب پرلین ها، بند ها و مهاربندی ها، پیشروی می شود.
- نصب روکش فلزی و به دنبال آن چشمک زن، ناودان، لوله های پایین و هر در، پنجره، یا دریچه های تهویه.
- بازرسی نهایی گشتاور پیچ، کیفیت جوش و تحمل ابعادی قبل از تحویل ساختمان برای استفاده.
از آنجایی که قاب اصلی به جای جوشکاری در محل، پیچ و مهره می شود، یک انبار قاب پورتال متوسط با مساحت حدود 3000 متر مربع معمولاً می تواند در عرض چهار تا هشت هفته پس از آماده شدن فونداسیون ساخته شود، کسری از زمان مورد نیاز برای یک ساختمان اسکلت بتنی معادل.
حفاظت در برابر خوردگی و عمر خدمات
فولاد قوی است اما واکنش پذیر است، بنابراین هر ساختار فولادی قاب پورتال به یک سیستم پوشش محافظ مطابق با محیط خود نیاز دارد. در عمل از سه روش حفاظتی استفاده می شود که هر کدام برای شرایط نوردهی متفاوتی مناسب است.
رنگ پرایمر آلکیدی یا اپوکسی
یک پرایمر غنی از اکسید قرمز یا روی و به دنبال آن روکش های میانی و پایانی، ضخامت کلی فیلم خشک تقریباً 120 تا 200 میکرون را می دهد. مناسب برای محیط های خشک داخلی با رنگ آمیزی دوره ای هر 8 تا 12 سال.
گالوانیزه گرم
اعضا در روی مذاب غوطه ور می شوند تا یک پوشش متالورژیکی به هم چسبیده، معمولاً 65 تا 100 میکرون ضخامت ایجاد کنند که حفاظت بدون نیاز به نگهداری را برای 25 سال یا بیشتر حتی در شرایط مرطوب یا ساحلی ایجاد می کند.
پوشش دوبلکس
گالوانیزه کردن با پوشش رویه رنگ، در فضاهای تهاجمی دریایی یا صنعتی استفاده می شود که در آن لایه رنگ قبل از نیاز به توجه لایه روی، فاصله زمانی را افزایش می دهد که اغلب بیش از 30 سال حفاظت ترکیبی است.
چه چیزی باعث افزایش هزینه یک ساختمان اسکلت فلزی پورتال می شود
خریدارانی که قیمتها را با هم مقایسه میکنند، اغلب تفاوتهای قیمت زیادی را برای ساختمانهایی که روی کاغذ شبیه به هم هستند، میبینند. شکاف تقریباً همیشه به تعداد انگشت شماری از متغیرها کاهش می یابد.
- تناژ فولاد در هر متر مربع، که با دهانه، فاصله خلیج، شیب سقف، بار برف و منطقه بار باد افزایش مییابد.
- بارگیری جرثقیل، زیرا حتی یک جرثقیل سقفی 5 تنی می تواند وزن ستون و مهاربندی قابل توجهی را در مقایسه با ساختار بدون جرثقیل اضافه کند.
- مشخصات روکش، که در آن ساندویچ پانل های عایق بندی شده به طور قابل توجهی در هر متر مربع هزینه بیشتری نسبت به ورق های تک پوسته دارند، اما هزینه های مداوم انرژی را کاهش می دهند.
- سیستم پوشش، با گالوانیزه گرم، هزینه اولیه بالاتری نسبت به رنگ آمیزی دارد، اما هزینه نگهداری در طول عمر کمتری دارد.
- تدارکات سایت، از جمله اینکه مغازه تولیدی چقدر از سایت فاصله دارد و اینکه آیا جرثقیل ها و جاده های دسترسی به راحتی برای نصب در دسترس هستند یا خیر.
- الزامات کد طراحی محلی، زیرا مناطق لرزه خیز یا با باد شدید به مهاربندی و جزئیات اتصال سنگین تری نسبت به سایت های کم خطر داخلی نیاز دارند.
به عنوان یک معیار عملی، یک انبار تک دهانه ساده با بارگیری برف و باد متوسط معمولاً در محدوده 25 تا 45 کیلوگرم فولاد سازه ای در هر متر مربع سطح زیرپوشیده قرار می گیرد، در حالی که ساختمان های با دهانه وسیع یا مجهز به جرثقیل می توانند از 60 کیلوگرم در متر مربع فراتر بروند.
اسکلت فولادی پورتال در مقابل سازه فولادی سقف خرپایی
خریداران گاهی اوقات یک قاب پورتال را با یک ساختمان خرپایی و ستونی اشتباه می گیرند، اما این دو در زیر بار بسیار متفاوت رفتار می کنند.
مقایسه قابهای پورتال صلب با سازههای سقف خرپایی متصل به پین | ویژگی | قاب پورتال | خرپا و ستون |
| اتصال گوشه ای | سفت و سخت، لحظه ای مقاوم | سنجاق شده، بدون لحظه |
| عمق عضو در وسط دهانه | تیرک کم عمق و مخروطی | خرپا با وب باز عمیق |
| بهترین محدوده دهانه | تا حدود 60 تا 100 متر | دهانه های بسیار طولانی، بیش از 60 متر |
| پیچیدگی ساخت | اعضای کمتر، کمتر | بالاتر، بسیاری از اعضای وب |
| احساس فضای داخلی داخلی | تمیزتر، بدون وقفه | بصری مشغول مهاربندی وب است |
صنایع و انواع ساختمانهایی که به قابهای پورتال متکی هستند
از آنجایی که ساختار فولادی قاب پورتال در طیف وسیعی از دهانه ها کارآمد است، به جای یک راه حل خاص، به انتخاب پیش فرض در بسیاری از بخش ها تبدیل شده است.
- انبارهای لجستیک و توزیع که برای راهروهای قفسه بندی و لیفتراک به مسیرهای طولانی مدت نیاز دارند.
- کارگاه های خودروسازی، الکترونیک و تولید عمومی که خطوط تولید و جرثقیل های سقفی را در خود جای داده اند.
- زنجیره سرد و تأسیسات پردازش مواد غذایی با استفاده از روکش پانل عایق برای کنترل دما.
- ساختمان های کشاورزی مانند انبارهای دام، انبار غلات و سوله های تجهیزات کشاورزی.
- آشیانههای هوانوردی که به دهانههای بسیار وسیع و شفاف برای قرار دادن طول بالهای هواپیما نیاز دارند.
- امکانات تفریحی و ورزشی از جمله زمین های سرپوشیده، زمین های سوارکاری و سالن های نمایشگاه.
- ساختمانهای خردهفروشی و نمایشگاههایی که از پلانهای طبقه باز و بدون ستون برای چیدمان انعطافپذیر بهره میبرند.
سوالات متداول
یک ساختمان اسکلت فولادی پورتال معمولاً چه مدت دوام می آورد؟
با طراحی مناسب سیستم پوشش و بازرسی معمول، قاب اصلی سازه فولادی معمولاً برای 30 تا 50 سال یا بیشتر عملکرد خوبی دارد. ورق های روکش و درزگیرها معمولاً به تعویض یا نوسازی زودتر نیاز دارند، اغلب در عرض 15 تا 25 سال بسته به قرار گرفتن در معرض آب و هوا.
آیا می توان ساختمان قاب پورتال را پس از ساخت آن گسترش داد؟
بله. از آنجایی که بارها از طریق قابهای مجزا که در دهانههای معمولی فاصله دارند، عبور میکنند، معمولاً یک محفظه جدید را میتوان بدون ایجاد اختلال در ساختار موجود بر روی یک دیوار انتهایی پیچ و مهره کرد، مشروط بر اینکه شالوده اصلی و طراحی قاب برای گسترش آینده مجاز باشد.
چه شیب سقفی برای ساختمان های اسکلت فلزی پورتال استفاده می شود؟
اکثر قاب های پورتال از شیب سقف بین 5 تا 10 درجه استفاده می کنند. شیب کم عمق تر، ارتفاع قاب و وزن فولاد را کاهش می دهد، در حالی که شیب کمی تندتر زهکشی آب باران و ریزش برف را در مناطق برف سنگین بهبود می بخشد.
آیا ساختمان های قاب پورتال به ستون های داخلی برای دهانه های وسیع نیاز دارند؟
نه لزوما. قابهای پورتال تک دهانه شفاف میتوانند دهانههای تقریباً 60 تا 100 متری را بدون ستونهای داخلی پوشش دهند، اگرچه دهانههای بسیار گستردهتر به بندهای عمیقتر و بخشهای سنگینتر نیاز دارند که تناژ و هزینه فولاد را افزایش میدهد.
چگونه بار باد بر طراحی قاب پورتال تأثیر می گذارد؟
بار باد بر سیستم مهاربندی و اندازه اتصال در اکثر ساختمانهای قاب پورتال کم ارتفاع، غالباً بیشتر از بارهای ثقلی است. ساختمانها در مناطق ساحلی با باد شدید یا مناطق مستعد طوفان، برای مقاومت در برابر بالا بردن سقف، به حفرههای مهاربندی اضافی و اتصالات روکش قویتر نیاز دارند.
آیا ساختمان اسکلت فولادی پورتال برای آب و هوای سرد مناسب است؟
بله، به شرطی که قاب برای بار محلی برف طراحی شده باشد و سیستم روکش دارای عایق کافی باشد. ساندویچ پانل های عایق یا سیستم سقف دو لایه ساخته شده معمولاً برای ساختمان های قاب پورتال با آب و هوای سرد برای کنترل اتلاف گرما و جلوگیری از تراکم مشخص می شوند.