Vorteile und Varianten von Stahlrahmenkonstruktionen

Übersicht

Ein Rahmenfachwerk (auch 3D-Fachwerk oder Rahmenstruktur genannt) ist eine starre Struktur mit fachwerkähnlichem Aufbau, die aus mehreren Streben besteht, die in einem geometrischen Muster ineinandergreifen.

Einer der größten Vorteile einer Rahmenstruktur ist ihre Festigkeit, die es ermöglicht, große Flächen mit wenig oder gar keinen internen Stützstrukturen zu schaffen – Industriegebäude, Stadien, Flughäfen usw. Dies ist dank der inhärenten Steifigkeit eines Raumtragwerks als Ganzes möglich – in dieser Hinsicht ähnelt es einem normalen Fachwerk, da der Druck des Gewichts auf die gesamte Länge der einzelnen Streben übertragen wird.

Der typischste Anwendungsfall eines Rahmenfahrtrahmens ist eine Steifigkeitsmatrix – ein berechnetes Netz von Raumfahrtrahmenelementen (in der Regel pyramidenförmig), und sie werden in der Regel entweder aus Stahlrohren oder Aluminium gebaut. Technisch gesehen kann diese Art von Struktur als isotrope Vektormatrix bezeichnet werden, und sie kann auch auf viele verschiedene Arten verändert werden – durch Änderung der Länge der Streben, um andere geometrische Elemente als Struktur zu erzeugen.

Die Arten von Stahlrahmenkonstruktionen

Es gibt mehrere verschiedene Systeme, die zur Klassifizierung von Stahlrahmenkonstruktionen verwendet werden können. Hier ist zum Beispiel eine Klassifizierung der Stahlrahmenkonstruktionen nach der Reihenfolge der Elementanordnung:

• Dreischichtiges Gitter. Es gibt drei Schichten von Stahlrahmenkonstruktionen, die alle drei parallel zueinander verlaufen. Sie sind mit diagonalen Stäben verbunden, und die Strukturen als Ganzes sind die meiste Zeit über flach.
• Doppelstöckiges Gitter. Zwei Schichten von Elementen, die parallel zueinander verlaufen und mit diagonalen Stäben verbunden sind.
• Einschichtiges Gitter. Eine einzige Schicht von Elementen, die sich auf der Oberfläche einer Struktur befinden.

Andererseits gibt es auch eine weniger technische Klassifizierung von Stahlrahmenkonstruktionen, bei der die Gesamtstruktur als kennzeichnende Metrik dient. Es gibt also drei Haupttypen von Stahlrahmenkonstruktionen:

• Sphärische Kuppeln (und andere komplexere Formen). Sie erfordern in der Regel viel Unterstützung von außen oder durch die Verwendung pyramidenförmiger oder tetraedrischer Module in der Struktur selbst.
• Tonnengewölbe. In der Regel ist keine zusätzliche Stütze erforderlich, wie zuvor beschrieben, aber es gibt einen Querschnitt als innere Stütze.
• Raumhohe Dachkonstruktionen. Eine Struktur, die sich aus mehreren ebenen Unterstrukturen zusammensetzt. Die gesamte Struktur wird von den Diagonalen getragen und das Gewicht wird auf die horizontalen Stäbe verteilt.

Es gibt auch eine Reihe anderer Strukturtypen, die als Stahlrahmenkonstruktionen klassifiziert werden können, aber nicht zu einer der oben genannten Kategorien gehören. Einige dieser Strukturtypen sind hängende Abdeckungen, plissierte Metallstrukturen, pneumatische Strukturen und so weiter.

Komponenten und Anwendungsfälle für Stahlrahmenkonstruktionen

Eine klassische Stahlrahmenkonstruktion besteht in der Regel aus mehreren verschiedenen Elementen, je nach Typ. Die wichtigsten Bestandteile einer Stahlrahmenkonstruktion sind axiale Elemente, also Rohre. Diese Rohre können auch Hohlprofile haben, die zur Verbindung der Rohre untereinander dienen.

Es gibt auch Gelenke oder Verbindungsstücke, die dazu dienen, eine Raumstruktur aus einzelnen Elementen zu bilden. Es gibt vier Haupttypen von Verbindungselementen – halbkugelförmige Kuppel, Röhrenknoten, Triodenknoten und Nodus.

Obwohl sie nicht so weit verbreitet und beliebt sind wie normale Stahlrahmen, gibt es für Stahlrahmenkonstruktionen immer noch viele verschiedene Anwendungsfälle (meist für große Gebäude ohne Stützen im Inneren), wie z. B.:

• Museen;
• Vorhallen;
• Fabriken;
• Lagerhäuser;
• Einkaufszentren;
• Konferenzräume;
• Stadien;
• Hörsäle;
• Schwimmbäder;
• Flughäfen, usw.

Und wenn wir über die tatsächlichen realen Beispiele von Stahlrahmenkonstruktionen sprechen, hier sind einige, aber definitiv nicht alle:

• Eden-Projekt – Cornwall, England
• Internationaler Flughafen Sotschi – Sotschi, Russland
• McCormick Place East – Chicago, US
• Arena das Dunas – Natal, Brasilien
• Palau Sant Jordi – Barcelona, Spanien
• Heydar-Aliyev-Zentrum – Baku, Aserbaidschan

Vorteile und Probleme von Stahlrahmenkonstruktionen

Stahlrahmenkonstruktionen sind als Strukturtyp in ihrer eigenen Nische erstaunlich effektiv und bieten eine Reihe von Vorteilen, wie z. B:

• Relativ geringes Gewicht;
• Da sich die Stahlrahmenkonstruktionen leicht stapeln lassen, sind die Transportkosten für diesen Bautyp relativ gering und der gesamte Transportprozess ist relativ einfach;
• Es ist wahrscheinlich der am besten geeignete Rahmentyp für Bauwerke mit abnormalen oder ungewöhnlichen Formen in ihrer Gesamtheit;
• Die gesamte Struktur weist im Vergleich zu anderen Rahmentypen auch die höchste Seismizität auf;
• Das Gewicht des gesamten Bauwerks wird gleichmäßig verteilt, so dass es in der Regel keine einzelne Schwachstelle in solchen Bauwerken gibt;
• Wie wir bereits erwähnt haben, ist dies die bevorzugte Bauart für die meisten großen Gebäude;
• Sie bietet die beispiellose Möglichkeit, eine große Fläche mit einer einzigen Struktur ohne interne Abstützung und in relativ geringer Höhe zu überbrücken;
• Durch die Vorfertigung und die Ganzheitlichkeit einer Stahlrahmenkonstruktion ist es einfach zu installieren, sobald alle Elemente vor Ort sind.

Es wäre jedoch auch fair, auf einige der Nachteile hinzuweisen, die mit der Verwendung von Stahlrahmenkonstruktionen einhergehen – die bemerkenswertesten davon sind:

• Die Montage von Stahlrahmenkonstruktionen erfordert ein hohes Maß an Präzision und erfordert manchmal spezielle Maschinen, wie z. B. Schwerlastkräne, um sie vollständig durchzuführen;
• Es gibt eine Grenze dafür, wie hoch eine Stahlrahmenkonstruktionen ohne angemessene Verstärkung und externe Unterstützung sein kann, und sogar die Existenz von Stahlbeton als Basis hat eine 40 Fuß Grenze für die Höhe der Struktur, wenn es um Stahlrahmenkonstruktionen geht.

Schlussfolgerung

Stahlrahmenkonstruktionen sind zwar keine besonders neue Version einer Gebäudestruktur, aber er hat seine eigenen Anwendungsfälle und eine große Anzahl von Vorteilen. Es stimmt, dass es schwer vorstellbar ist, dass Stahlrahmenkonstruktionen für etwas Alltäglicheres wie einen Wohnbau verwendet werden, aber das ist auch einer der größten Vorteile von Stahlrahmenkonstruktionen insgesamt – mehr Freiheit für kreatives Denken und künstlerischen Ausdruck für Architekten.

Die Tatsache, dass sie recht einfach herzustellen sind, ist ebenfalls ein großer Vorteil – und bei Unternehmen wie Levstal können Sie Ihre Stahlrahmenkonstruktionen sowohl in kleinen als auch in großen Serien erhalten, da Levstals Fertigungskapazitäten recht hoch sind, und das alles in Kombination mit den hochmodernen Maschinen für die Massenproduktion von Rohren, Verbindungen und so weiter.