ポータルフレーム

ポータルフレームは、モーメント抵抗能力が設計された固定ジョイントを介して 垂直サポートが水平ビームまたはトラスに接続される建設技術です。^[1]その結果、広いスパンとオープンフロアが実現します。

ポータルフレーム構造は、さまざまな材料と方法で構築できます。これには、鋼、鉄筋コンクリート、集成材（グルーラムなど）が含まれます。1960年代に初めて開発され、20〜60メートルのスパンの囲いの最も一般的な形式になりました。^[2]

これらの非常に強くて堅固な接合部により、垂木の曲げモーメントの一部が柱に伝達されます。つまり、垂木のサイズを小さくしたり、同じサイズの垂木でスパンを大きくしたりすることができます。このため、ポータル フレームは、スパンの広い建物に使用する非常に効率的な建設技術となります。

そのため、ポータルフレーム構造は、倉庫、納屋、および低コストで広いオープンスペースが必要で、傾斜した屋根が許容されるその他の場所でよく見られます。

一般的にポータル フレームは 1 階建ての建物に使用されますが、複数の階がある低層の建物でも、階が建物全体に渡っていなければ経済的に使用できます (このような状況では、内部に柱​​があるスケルトン フレームの方が経済的な選択です)。典型的な構成としては、倉庫の 1 つの壁に沿ってオフィス スペースが建てられている場合などが挙げられます。

ポータル フレームは、さまざまな材料で覆うことができます。経済性とスピードの理由から、最も一般的なソリューションは、安全性と耐衝撃性を確保するために、壁の下部 2 m に中空石積みを施した軽量の断熱金属クラッディングです。軽量クラッディングは、ポータル フレームの柱の間に架けられたシート レールに載せられます。

ポータル フレームは、柱と梁の間の剛性ジョイントの基本特性を持つ 2 次元の剛性フレームとして定義できます。

この形式の設計の主な目的は、梁の曲げモーメントを減らし、フレームが 1 つの構造ユニットとして機能できるようにすることです。

梁から柱への応力の伝達により基礎に回転運動が生じますが、ピン/ヒンジジョイントを導入することでこれを克服できます。

倉庫や工業ビルには、棟木で作られた傾斜屋根とポータル間のACシート屋根が設けられています。集会所には、一体鋳造されたRCスラブ屋根のポータルが使用されます。

ポータル フレームは次の負荷に対応するように設計されています。

• 屋根荷重
• 風荷重

これまで、限界状態設計/荷重抵抗係数設計（LRFD）と許容応力設計/許容強度設計（ASD）によって、鋼製切妻フレームの設計が大きく異なる可能性があることが示されてきました。^[3]

ASD によって大幅に軽量化された鋼製切妻フレーム設計が実現できるケースはほとんどありません。さらに、積雪量の多い地域では、この 2 つの方法の違いがより顕著になることがわかっています。^[4]

設計する際には、適切な

• 関節
• 財団
• ブレース

ジョイントが堅固でない場合、ジョイントは「開き」、負荷がかかったときにフレームは不安定になります。これがパックオブカード効果です。

1. 垂直荷重を受けると、壁は外側に押し出されます。基礎が水平方向の圧力に耐えられない場合、外側への動きが発生し、フレームの強度が失われます。
2. 風はフレームに揚力を加えます。建物の側面と端には転倒の力が加わります。屋根と側面には抗力が加わります。
3. これらの不安定化の力は、基本的に建物の重量によって抵抗され、この点で基礎はこの重量に大きく貢献しています。基礎は建物のアンカーと見なされます。