Dầm kim loại cho tòa nhà & Hướng dẫn thi công cầu thép mô-đun

Các loại dầm kim loại dùng trong công trình xây dựng

Khung tòa nhà kết hợp một số hình dạng được cuộn và chế tạo, mỗi hình dạng phù hợp với một nhịp, đường dẫn tải hoặc chi tiết kết nối cụ thể. Chọn sai biên dạng là một trong những nguyên nhân thường gặp dẫn đến thay đổi thứ tự trong quá trình lắp dựng thép.

Dầm dạng tấm lắp ghép, được hàn từ mặt bích và tấm bản bụng thay vì cuộn trong máy nghiền, chiếm ưu thế trong công việc kéo dài khi không còn độ sâu danh mục tiêu chuẩn. Đây là biên dạng thường được chỉ định nhất cho các dầm chính cầu thép mô-đun, vì các nhà chế tạo có thể điều chỉnh độ dày mặt bích theo từng phần để phù hợp với biểu đồ mômen uốn thay vì sử dụng mặt cắt không đổi cho toàn nhịp.

Khả năng chịu tải và tính toán nhịp

Khoảng cách cho phép đối với một dầm nhất định phụ thuộc vào ba yếu tố đầu vào: cường độ chảy của thép, mô đun tiết diện của tiết diện và tổ hợp tải trọng tác dụng (tải trọng tĩnh cộng với hoạt tải, có thêm gió hoặc địa chấn nếu có liên quan). Theo nguyên tắc làm việc, các kỹ sư xác định kích thước của dầm sàn theo độ sâu khoảng chia cho 20 đối với tải trọng trực tiếp của văn phòng thông thường là 50 pound mỗi foot vuông, sau đó xác minh độ lệch vẫn nằm trong nhịp chia cho 360 đối với lớp hoàn thiện nhạy cảm với chuyển động.

Biểu đồ bên dưới minh họa mối quan hệ của loạt hình chữ W phổ biến dưới tải trọng sàn đồng nhất, cho thấy nhịp cho phép tăng lên như thế nào với độ sâu của dầm ở tải cố định 50 psf.

Những số liệu này giả định thép A992 Cấp 50 với các khoảng giằng tiêu chuẩn và mang tính minh họa chứ không phải là sự thay thế cho tính toán kết cấu được đóng dấu. Các phần sâu hơn không có tỷ lệ tuyến tính với trọng lượng : di chuyển từ W10 đến W30 gần gấp ba lần nhịp cho phép trong khi chỉ tăng gấp đôi trọng lượng trên mỗi foot, đó là lý do tại sao mái nhịp dài và mặt cầu thích các phần sâu hơn, nhẹ hơn so với nhịp so với việc xếp nhiều dầm nông.

Các loại thép và lựa chọn vật liệu cho dầm

Lựa chọn lớp ảnh hưởng đến cả chi phí và kích thước phần. Bốn cấp độ bao gồm phần lớn công việc xây dựng và chế tạo cầu thép mô-đun.

• Thép cacbon A36: hiệu suất 36.000 psi, loại phổ biến nhất dành cho các góc, tấm và các bộ phận thứ cấp mà việc tiết kiệm trọng lượng không quan trọng bằng chi phí.
• A992 Cấp 50: Năng suất 50.000 psi, cấp mặc định dành cho thép hình chữ W cán ở Hoa Kỳ kể từ đầu những năm 2000, mang lại sức bền cao hơn khoảng 39% so với A36 với đơn giá tương tự.
• A572 Lớp 50/60/65: thép hợp kim thấp cường độ cao được sử dụng cho dầm bản và các thành viên cầu chịu tải nặng, có hiệu suất lên tới 65.000 psi.
• Thép chịu thời tiết (loại A588): tạo thành lớp oxit ổn định giúp loại bỏ chu kỳ sơn lặp lại, được chỉ định rộng rãi cho các dầm cầu thép mô-đun lộ thiên ở vùng nông thôn và đường cao tốc.

Tiết kiệm trọng lượng từ việc lựa chọn lớp trong toàn bộ dự án. Trên khung nhà kho rộng 30.000 foot vuông, việc chuyển dầm chính từ A36 sang Cấp 50 thường cắt giảm tổng trọng tải thép từ 12 đến 18%, giúp giảm cả chi phí vật liệu và thời gian cẩu mặc dù giá mỗi tấn của Cấp 50 cao hơn một chút.

Hệ thống sơn và bảo vệ chống ăn mòn

Thép kết cấu không tráng phủ mất khoảng 0,001 đến 0,005 inch độ dày tiết diện mỗi năm trong môi trường công nghiệp ngoài trời điển hình, đó là lý do tại sao việc lựa chọn lớp phủ được coi là một quyết định thiết kế thay vì phải suy nghĩ lại, đặc biệt là trên các dầm lộ ra ngoài và dầm cầu thép mô-đun nằm gần các điểm giao cắt nước.

Mạ kẽm nhúng nóng là lựa chọn mặc định cho các dầm dưới 40 feet phù hợp với bể nhúng, trong khi hệ thống epoxy/polyurethane ứng dụng tại hiện trường bao gồm các dầm tấm dài hơn và các phần cầu thép mô-đun lắp ráp vượt quá kích thước bể.

Phương pháp chế tạo, hàn và kết nối

Việc chế tạo dầm kim loại tại xưởng tuân theo một trình tự cố định và trình tự này rất quan trọng vì việc khoan hoặc hàn không theo trình tự sẽ gây ra hiện tượng biến dạng và rất tốn kém để sửa chữa sau thực tế.

1. Cắt mặt bích và tấm bản thành chiều dài bằng cách sử dụng phương pháp cắt plasma hoặc oxy-nhiên liệu CNC, với dung sai cắt thường được giữ ở mức cộng hoặc trừ 1/16 inch.
2. Lắp và hàn cố định phần bụng vào mặt bích, kiểm tra độ vuông góc trước khi bắt đầu hàn hoàn toàn.
3. Hàn toàn bộ, thường là hàn hồ quang chìm trong các đường thẳng dài trên dầm tấm, giúp hàn kim loại nhanh hơn và ít khuyết tật hơn so với hàn hồ quang kim loại được che chắn thủ công.
4. Khoan hoặc đục lỗ bu lông cho các tấm nối hiện trường và các góc kết nối, được định vị từ mẫu tại xưởng để đảm bảo lắp đặt tại hiện trường.
5. Kiểm tra độ cong và làm thẳng, vì các dầm dài được khum sẵn lên trên để chống lại độ lệch do tải trọng khi chịu tải.
6. Chuẩn bị bề mặt và thi công lớp phủ trước khi vận chuyển.

Các kết nối hiện trường trên khung tòa nhà thường sử dụng bu lông cường độ cao (cấp A325 hoặc A490) thay vì hàn tại hiện trường, vì các kết nối bắt vít được lắp đặt nhanh hơn, dễ kiểm tra mô-men xoắn thích hợp hơn và hoạt động có thể dự đoán được ở cả khung tòa nhà và các mối nối cầu thép mô-đun.

So sánh chi phí: Dầm thép vs bê tông và gỗ

Chi phí nguyên liệu mỗi tấn chỉ nói lên một phần câu chuyện; chi phí lắp đặt trên mỗi foot vuông diện tích khung là con số thực sự thúc đẩy việc lựa chọn chùm tia trên hầu hết các dự án.

Thép giành chiến thắng quyết định nhất đối với các dự án có nhịp dài, lịch trình chặt chẽ hoặc cần sự linh hoạt trong việc cải tạo sau này, vì việc dỡ bỏ tường chịu lực hoặc thêm lỗ mở là việc đơn giản với khung thép bắt vít và gây rối hơn nhiều với bê tông đúc.

Hướng dẫn bảo trì và kiểm tra

Khoảng thời gian kiểm tra được ghi lại sẽ kéo dài tuổi thọ sử dụng của dầm vượt xa các giả định thiết kế ban đầu, đặc biệt đối với các kết cấu dầm lộ thiên và cầu thép mô-đun chịu tải trọng giao thông và chu kỳ thời tiết.

Các mục ưu tiên trong bất kỳ quá trình kiểm tra nào bao gồm mô-men xoắn của bu-lông tại các mối nối, độ dày màng phủ ở đầu dầm nơi nước có xu hướng đọng lại và bất kỳ tổn thất phần nào có thể nhìn thấy được tại các điểm chịu lực nơi dầm tiếp xúc với móng hoặc mố.

Câu hỏi thường gặp