Trong lĩnh vực tòa nhà có kết cấu - thép, khung cổng và kết cấu khung là hai hệ thống kết cấu phổ biến, mỗi hệ thống có logic chịu lực - riêng và các tình huống áp dụng. Sự hiểu biết sâu sắc về những đặc điểm này có ý nghĩa rất lớn trong việc lựa chọn hợp lý hệ thống kết cấu tòa nhà và đảm bảo sự an toàn cũng như công năng của tòa nhà.
Cấu trúc khung cổng thông tin
(I) Lực - mang Logic
Chuyển tải dọcKhi chịu tải trọng thẳng đứng (chẳng hạn như trọng lượng bản thân - của mái nhà, tải trọng tuyết, v.v.), dầm của khung cổng sẽ truyền tải trọng lên cột, sau đó cột chuyển tải trọng đó xuống móng. Dầm của khung cổng thường được thiết kế như một bộ phận chịu uốn và nó chống lại mômen uốn do tải trọng thẳng đứng tạo ra thông qua khả năng uốn của nó. Do dầm và cột được liên kết chặt chẽ nên dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, mômen uốn âm sẽ xảy ra ở đầu dầm, điều này làm giảm tương đối mômen uốn giữa nhịp - của dầm, do đó sử dụng hiệu quả hơn các tính chất cơ học của vật liệu.
Khả năng chịu tải ngangĐối với các tải trọng ngang (như tải trọng gió, tác động động đất, v.v.), khung cổng chủ yếu dựa vào độ cứng ngang của cột để chịu lực. Dưới tác dụng của lực ngang, cột giống như dầm đúc hẫng truyền lực ngang xuống móng. Liên kết cứng tại khớp cột dầm - có thể hạn chế chuyển động quay tương đối của dầm và cột, giúp toàn bộ kết cấu phối hợp làm việc để chống lại lực ngang. Dưới tác dụng của tải trọng gió, cột hướng gió chịu áp lực và cột hướng gió chịu lực căng. Sự cân bằng kết cấu được duy trì thông qua lực dọc trục của cột và lực cắt ngang của dầm. Dưới tác dụng của lực địa chấn, sự dịch chuyển ngang của kết cấu sẽ gây ra biến dạng uốn của dầm và cột và chuyển động quay của các mối nối. Khung cổng tiêu tán năng lượng địa chấn thông qua cơ chế tiêu tán độ dẻo và năng lượng - của kết cấu để đảm bảo sự ổn định của kết cấu.
(II) Ranh giới áp dụng
Phạm vi nhịpCấu trúc khung cổng phù hợp với các tòa nhà có nhịp - trung bình. Nói chung, nhịp thường nằm trong khoảng 9 - 36 mét. Trong phạm vi nhịp này, khung cổng có thể phát huy tối đa lợi thế về hiệu suất kết cấu của nó và tương đối kinh tế. Ví dụ, các nhà máy công nghiệp thông thường, nhà kho, v.v. thường có các nhịp trong phạm vi này. Thông qua thiết kế mặt cắt - hợp lý và kết cấu chung, khung cổng có thể đáp ứng yêu cầu về không gian của các tòa nhà này.
Giới hạn chiều caoThông thường, chiều cao của khung cổng phù hợp hơn trong khoảng 6 - 12 mét. Chiều cao quá mức sẽ làm tăng chiều dài tính toán của cột, gây ra vấn đề nổi bật về độ ổn định của cột. Cần phải tăng kích thước mặt cắt ngang - của cột hoặc áp dụng các biện pháp gia cố khác, do đó làm tăng chi phí. Đối với một số tòa nhà có yêu cầu về không gian cao hơn nhưng vẫn nằm trong phạm vi chiều cao thích hợp, chẳng hạn như một số nhà máy công nghiệp nhẹ - và kho hậu cần, cấu trúc khung cổng là lựa chọn thích hợp hơn.
Đặc điểm tảiNó phù hợp cho các tòa nhà có tải trọng mái và tải trọng cần cẩu tương đối nhỏ. Do độ cứng ngang tương đối hạn chế của kết cấu khung cổng, đối với tải trọng cần trục quá lớn hoặc tải trọng tương đối lớn như tác động địa chấn ngang, có thể cần phải có thiết kế đặc biệt hoặc hệ thống kết cấu khác. Tuy nhiên, đối với các nhà máy công nghiệp nói chung không có cần cẩu hoặc có cần cẩu có trọng tải - nhỏ, cũng như các tòa nhà kho và thương mại có yêu cầu tải thấp, khung cổng có thể đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu lực - của chúng và đồng thời có tính kinh tế tốt.
Cấu trúc khung
(I) Lực - mang Logic
Chuyển tải dọcTrong kết cấu khung, tải trọng thẳng đứng được truyền từ bản sàn sang dầm, sau đó dầm truyền tải trọng lên cột và cuối cùng cột truyền tải trọng xuống móng. Cả dầm và cột đều là các bộ phận chịu tải trọng chính -, cùng chịu mô men uốn, lực cắt và lực dọc trục do tải trọng thẳng đứng tạo ra. Khác với khung cổng, dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, sự phân bố nội lực của dầm và cột trong kết cấu khung phức tạp hơn, cần tính toán chính xác nội lực của từng cấu kiện thông qua phương pháp cơ học kết cấu.
Khả năng chịu tải ngangĐối với tải trọng ngang, kết cấu khung chịu lực thông qua hệ khung không gian gồm dầm và cột. Dưới tác dụng của lực ngang, cả dầm và cột đều sinh ra các biến dạng uốn và biến dạng dọc trục. Kết cấu tổng thể hoạt động phối hợp thông qua sự liên kết cứng nhắc của các khớp cột dầm - tạo thành hệ chịu lực không gian -. Độ cứng ngang của kết cấu khung chủ yếu phụ thuộc vào kích thước mặt cắt ngang - của dầm và cột, tính chất vật liệu và hình thức bố trí của kết cấu. Dưới tác dụng của lực địa chấn, kết cấu khung tiêu tán năng lượng địa chấn thông qua việc hình thành các bản lề dẻo trong dầm và cột và cơ chế tiêu tán năng lượng - đảm bảo ổn định kết cấu dưới biến dạng lớn.
(II) Ranh giới áp dụng
Khoảng cách và chiều caoKết cấu khung phù hợp với những công trình có nhịp lớn hơn và chiều cao cao hơn. Nhịp của nó có thể từ hàng chục mét đến vài chục mét, chiều cao cũng có thể được thiết kế linh hoạt theo yêu cầu chức năng của tòa nhà. Nó được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà chung nhiều tầng - và cao -. Ví dụ, các tòa nhà văn phòng, khách sạn, trung tâm mua sắm, v.v., ở các thành phố đòi hỏi không gian rộng và cách bố trí linh hoạt, kết cấu khung có thể đáp ứng tốt các yêu cầu này. Thông qua thiết kế hợp lý của mặt cắt và bố cục dầm - cột ngang -, có thể tạo ra không gian - lớn và chiều cao tòa nhà cao.
Đặc điểm tảiNó có thể chịu tải trọng lớn theo chiều dọc và chiều ngang. Do hệ thống chịu lực không gian - và tính toàn vẹn cấu trúc cao của kết cấu khung nên nó có hiệu suất tốt khi chịu tải trọng lớn. Đối với các nhà máy công nghiệp có tải trọng cần cẩu lớn hoặc các tòa nhà ở khu vực có cường độ gia cố chống động đất cao, kết cấu khung có thể đáp ứng yêu cầu chịu lực - thông qua thiết kế hợp lý. Đồng thời, khi chịu tải trọng ngang như tải trọng gió, kết cấu khung cũng có thể đảm bảo độ ổn định ngang bằng cách điều chỉnh bố cục kết cấu và kích thước bộ phận.
Yêu cầu chức năngNó phù hợp cho các tòa nhà có yêu cầu cao về tính linh hoạt bố trí không gian. Các bức tường bên trong trong kết cấu khung nhìn chung là những bức tường chịu lực - không -, có thể tháo rời hoặc di chuyển một cách linh hoạt tùy theo những thay đổi trong chức năng sử dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân chia và cải tạo không gian bên trong. Tính linh hoạt này làm cho cấu trúc khung được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà thương mại, tòa nhà văn phòng và một số tòa nhà đa chức năng - và có thể đáp ứng các yêu cầu không gian đa dạng của những người dùng khác nhau.
Tóm lại, có sự khác biệt rõ ràng về logic chịu lực - và các ranh giới áp dụng giữa cấu trúc khung cổng và cấu trúc khung. Trong thiết kế kỹ thuật thực tế, các yếu tố như yêu cầu chức năng của tòa nhà, đặc điểm tải trọng, nhịp và chiều cao cần được xem xét toàn diện để lựa chọn hợp lý hệ thống kết cấu nhằm đạt được sự an toàn, kinh tế và khả năng ứng dụng của tòa nhà.