Tòa nhà khung thép cổng thông tin là gì
Tòa nhà khung thép cổng là cấu trúc một tầng hoặc thấp tầng được xây dựng xung quanh các khung thép cứng có hình dạng giống như chữ "U" hoặc cổng lộn ngược. Mỗi khung được làm bằng hai cột thẳng đứng và một vì kèo ngang hoặc nghiêng, được nối với nhau ở các góc bằng khớp chịu mô men gọi là khớp gối. Kết nối cứng nhắc ở mái hiên và đỉnh này cho phép khung chịu cả tải trọng thẳng đứng và tải trọng gió hoặc địa chấn ngang mà không cần dựa vào các bức tường chịu lực bên trong. Bởi vì bản thân khung thực hiện công việc kết cấu nên các tòa nhà khung cổng có thể kéo dài từ 20 đến 100 mét không có cột, đó là lý do tại sao chúng chiếm ưu thế trong các nhà kho, nhà xưởng, nhà chứa máy bay, nhà kho nông nghiệp và đấu trường thể thao.
Đặc điểm xác định giúp phân biệt khung cổng với Kết cấu thép dầm sau đơn giản là kết nối phần hông cứng. Trong hệ thống dầm và cột tiêu chuẩn, mối nối hoạt động giống như một bản lề và mô men uốn không được chia sẻ giữa dầm và cột. Trong khung cổng, giá đỡ truyền mô men uốn liên tục qua góc, do đó các cột và xà nhà hoạt động như một bộ phận kết cấu liên tục. Đây là điều mang lại cho các tòa nhà khung cổng thông tin nhịp dài rõ ràng và trọng tải thép tương đối nhẹ trên mỗi mét vuông.
Các thành phần cốt lõi của Khung cổng thông tin Kết Cấu Thép
Mỗi tòa nhà khung thép cổng, bất kể kích thước hoặc mục đích sử dụng, đều được lắp ráp từ một bộ phận nhất quán. Hiểu từng thành phần giúp người mua đọc bản vẽ kết cấu và so sánh báo giá từ các nhà chế tạo khác nhau theo các điều khoản ngang nhau.
Khung chính
Cột và xà được chế tạo từ dầm chữ H cán nóng hoặc tiết diện chữ I hàn. Vì kèo thường có độ sâu thay đổi, thuôn nhọn từ phần sâu ở mép mái đến phần nông hơn ở giữa nhịp để tiết kiệm trọng lượng thép.
Xà gồ và xà gồ
Các phần C hoặc Z được tạo hình nguội cách nhau 1,2 đến 1,8 mét hỗ trợ tấm lợp và tấm ốp tường, truyền tải trọng trở lại khung chính.
Hệ thống giằng
Thanh giằng chéo hoặc giằng cổng trong mặt phẳng mái và tường cuối có tác dụng chống tải trọng gió dọc và giữ cho khung ổn định dọc theo chiều dài của nó.
Tấm đế và bu lông neo
Các tấm thép được hàn vào đế cột và cố định vào móng bê tông bằng bu lông neo, truyền phản lực của cột vào móng.
Tấm ốp mái và tường
Các tấm thép định hình, tấm sandwich hoặc tấm composite cách nhiệt được cố định vào xà gồ và dầm để bao quanh lớp vỏ tòa nhà.
Dầm cẩu
Các nút hoặc giá đỡ tùy chọn trên cột để đỡ cần trục di chuyển trên cao trong các tòa nhà công nghiệp và sản xuất.
Tại sao tòa nhà khung thép Portal được lựa chọn thay vì các kết cấu khác
So với khung bê tông cốt thép hoặc kết cấu xây truyền thống, khung thép cổng mang đến sự kết hợp giữa tốc độ, nhịp và hiệu quả chi phí mà khó có thể sánh được với những ngôi nhà một tầng lớn.
- Khoảng cách dài rõ ràng không có cột bên trong , điều này rất quan trọng đối với các nhà kho, phòng tập thể dục và dây chuyền sản xuất cần không gian sàn không bị cản trở để làm giá đỡ, máy móc hoặc di chuyển phương tiện.
- Thời gian xây dựng ngắn hơn do các cấu kiện được chế tạo và khoan trong nhà máy và chỉ cần bắt vít với nhau tại chỗ, cắt giảm tiến độ nhiều tuần so với bê tông đúc tại chỗ.
- Tải trọng móng thấp hơn do khung cổng được thiết kế tốt nhẹ hơn đáng kể so với khung bê tông tương đương, giảm kích thước móng và chi phí đào.
- Thiết kế linh hoạt để mở rộng trong tương lai, vì các khoang cuối có thể được mở để mở rộng bằng bu lông mà không ảnh hưởng đến Kết cấu thép hiện có.
- Giá trị thu hồi vật liệu cao do các bộ phận kết cấu thép có thể được tháo dỡ, di dời hoặc tái chế với tỷ lệ phần trăm cao so với giá trị ban đầu của chúng.
- Dung sai chế tạo do nhà máy kiểm soát và có thể dự đoán giúp giảm việc làm lại tại chỗ và sự khác biệt về chất lượng so với bê tông đổ tại hiện trường.
Phạm vi nhịp, khoảng cách vịnh và chiều cao mái điển hình
Nhịp, khoảng cách các vịnh và chiều cao mái hiên là ba yếu tố quyết định trọng tải thép và do đó ảnh hưởng đến chi phí dự án. Bảng dưới đây tóm tắt các phạm vi thường được sử dụng trong các dự án khung cổng thông tin nhà kho, nhà xưởng và cổng thông tin nông nghiệp.
Phạm vi kích thước điển hình cho các tòa nhà khung thép cổng theo loại tòa nhà | Loại tòa nhà | Xóa khoảng cách | Khoảng cách vịnh | Chiều cao mái hiên |
| Kho lưu trữ | 20 đến 40 m | 6 đến 9 m | 6 đến 9 m |
| Xưởng sản xuất | 24 đến 36 m | 6 đến 8 m | 7 đến 12 m |
| Nhà chứa máy bay | 40 đến 100 m | 7,5 đến 9 m | 9 đến 18 m |
| Nhà kho nông nghiệp | 12 đến 24 m | 5 đến 6 m | 4 đến 6 m |
| Đấu trường thể thao trong nhà | 30 đến 60 m | 6 đến 9 m | 8 đến 15 m |
Theo nguyên tắc chung được các kỹ sư kết cấu sử dụng, mức tiêu thụ thép tăng gần như bình phương của nhịp khi khung cổng đi qua khoảng 36 mét, bởi vì các phần vì kèo và cột phải phát triển sâu hơn để kiểm soát độ võng. Người mua quy hoạch các tòa nhà có nhịp rất rộng thường đánh giá xem liệu khung nhiều nhịp với các cột trung gian có tiết kiệm hơn so với một nhịp khổng lồ trong suốt hay không.
Các loại thép và thông số vật liệu
Hiệu suất của bất kỳ tòa nhà khung thép cổng nào phụ thuộc rất nhiều vào loại thép được sử dụng cho khung chính, các bộ phận phụ và kết nối. Các nhà chế tạo thường làm việc trong một phạm vi hẹp các loại thép kết cấu đã được thiết lập vì chúng mang lại sự cân bằng đáng tin cậy, được chứng minh rõ ràng về độ bền, khả năng hàn và chi phí.
Các loại thép kết cấu phổ biến được sử dụng trong chế tạo khung cổng | Lớp thép | Sức mạnh năng suất | Sử dụng điển hình |
| Q235B | 235 MPa | Xà gồ, dầm, giằng thứ cấp |
| Q345B | 345 MPa | Cột và kèo khung chính |
| ASTM A572 Gr50 | 345 MPa | Cấu kiện khung nặng, cột cẩu |
| S355JR | 355 MPa | Dự án xuất khẩu theo tiêu chuẩn Châu Âu |
Các loại có độ bền cao hơn như Q345B hoặc S355JR thường được chỉ định cho khung cứng chính vì chúng cho phép các phần nhẹ hơn chịu cùng mô men uốn, giúp giảm trọng tải tổng thể và trọng lượng vận chuyển. Xà gồ và xà, chủ yếu chịu uốn cục bộ thay vì mômen khung lớn, thường được giữ ở cấp độ thấp hơn do trọng lượng tiết kiệm được từ việc nâng cấp chúng là tối thiểu so với mức tăng chi phí.
Tùy chọn tấm ốp mái và tường
Hệ thống ốp được chọn cho tòa nhà khung cổng ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt, độ thoải mái về âm thanh, khả năng chống cháy và chi phí bảo trì lâu dài. Ba dòng sản phẩm tấm ốp đang thống trị thị trường hiện nay.
Tấm định hình một lớp
Tấm thép mạ kẽm hoặc Galvalume dạng sóng hoặc hình thang được cố định trực tiếp vào xà gồ. Đây là lựa chọn có chi phí thấp nhất và phổ biến cho các nhà kho nông nghiệp, kho chứa ngoài trời và các tòa nhà không có nhu cầu kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt.
Tấm Sandwich cách nhiệt
Hai lớp vỏ thép được liên kết với lõi polyurethane, polystyrene hoặc lõi len đá, thường dày từ 50 đến 150 mm. Tấm bánh sandwich là lựa chọn tiêu chuẩn cho kho lạnh, chế biến thực phẩm và xưởng kiểm soát khí hậu vì chúng kết hợp tấm ốp kết cấu và vật liệu cách nhiệt trong một bộ phận duy nhất được lắp đặt trong một lượt.
Hệ thống mái hai lớp tích hợp
Một tấm lót bên trong, một lớp chăn cách nhiệt, các thanh đệm và một tấm chống thấm bên ngoài được lắp ráp tại chỗ. Hệ thống này phù hợp với các tòa nhà thương mại và bán lẻ có quy mô lớn, nơi yêu cầu lớp hoàn thiện trần bên trong mịn hơn và khả năng cách nhiệt vừa phải.
Trình tự thi công từ thiết kế đến bàn giao
Một dự án xây dựng khung thép cổng thông tin điển hình sẽ trải qua một chuỗi các giai đoạn có thể dự đoán được. Biết được trình tự này sẽ giúp người mua lên kế hoạch về thời gian giao hàng thực tế và phối hợp các công trình dân dụng với việc giao thép.
- Thiết kế kết cấu và tính toán tải trọng, bao gồm tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió, tải tuyết, tải trọng động đất theo quy chuẩn thiết kế địa phương quy định cho khu vực dự án.
- Chuẩn bị bản vẽ xưởng và mua sắm vật liệu, trong đó mọi thành viên đều được trình bày chi tiết với vị trí lỗ bu lông và chiều dài cắt chính xác trước khi bắt đầu chế tạo.
- Chế tạo tại nhà máy, bao gồm cắt, khoan, hàn các phần xây dựng và xử lý bề mặt như phun bi và sơn hoặc mạ kẽm nhúng nóng.
- Công tác thi công móng và dân dụng được thực hiện song song với việc gia công nên các vị trí bu lông neo được đúc chính xác so với bản vẽ bố trí móng đã được phê duyệt.
- Vận chuyển các cấu kiện đã được chế tạo đến công trường, thường theo bó có kích thước phù hợp với xe moóc phẳng tiêu chuẩn hoặc container vận chuyển cho các dự án xuất khẩu.
- Quá trình lắp dựng tại chỗ, bắt đầu với hai khung đầu tiên được giằng tạm thời, sau đó tiến dần từng phần với xà gồ, xà và giằng được lắp đặt khi mỗi khung đi lên.
- Lắp đặt tấm ốp, tiếp theo là đèn chớp, máng xối, ống dẫn nước và bất kỳ cửa ra vào, cửa sổ hoặc cửa thông gió nào.
- Kiểm tra lần cuối về mô men xoắn của bu lông, chất lượng mối hàn và dung sai kích thước trước khi bàn giao công trình để sử dụng.
Bởi vì khung chính được bắt vít chứ không phải hàn tại chỗ, nên một nhà kho khung cổng cỡ trung có diện tích khoảng 3.000 mét vuông thường có thể được dựng lên trong vòng 4 đến 8 tuần sau khi nền móng đã sẵn sàng, một khoảng thời gian cần thiết cho một tòa nhà có khung bê tông tương đương.
Bảo vệ chống ăn mòn và tuổi thọ sử dụng
Thép mạnh nhưng dễ phản ứng, vì vậy mọi khung cổng Kết cấu thép đều cần một hệ thống lớp phủ bảo vệ phù hợp với môi trường của nó. Ba phương pháp bảo vệ được sử dụng trong thực tế, mỗi phương pháp phù hợp với điều kiện tiếp xúc khác nhau.
Sơn lót Alkyd hoặc Epoxy
Lớp sơn lót giàu oxit đỏ hoặc kẽm, tiếp theo là lớp phủ trung gian và lớp hoàn thiện, tạo ra tổng độ dày màng sơn khô khoảng 120 đến 200 micron. Thích hợp cho môi trường nội địa khô ráo với việc sơn lại định kỳ 8 đến 12 năm một lần.
Mạ kẽm nhúng nóng
Các bộ phận được nhúng vào kẽm nóng chảy để tạo thành lớp phủ liên kết luyện kim, thường dày từ 65 đến 100 micron, giúp bảo vệ không cần bảo trì trong 25 năm hoặc hơn ngay cả trong điều kiện ẩm ướt hoặc ven biển.
Lớp phủ kép
Mạ kẽm kết hợp với lớp sơn phủ trên cùng, được sử dụng trong môi trường biển hoặc công nghiệp khắc nghiệt, nơi lớp sơn kéo dài khoảng thời gian trước khi lớp kẽm cần được chú ý, thường vượt quá 30 năm bảo vệ kết hợp.
Điều gì thúc đẩy chi phí của tòa nhà khung thép cổng thông tin
Người mua so sánh báo giá thường thấy sự chênh lệch giá lớn đối với các tòa nhà trông giống nhau trên giấy tờ. Khoảng cách hầu như luôn phụ thuộc vào một số biến số.
- Trọng tải thép trên một mét vuông, tăng theo nhịp, khoảng cách các vịnh, độ dốc mái, tải trọng tuyết và vùng tải trọng gió.
- Tải cần cẩu, vì ngay cả một cần cẩu 5 tấn cũng có thể tăng thêm trọng lượng cột và giằng đáng kể so với cấu trúc không cần cẩu.
- Thông số kỹ thuật của tấm ốp, trong đó các tấm cách nhiệt có giá trên mỗi mét vuông cao hơn đáng kể so với tấm một lớp nhưng lại giảm chi phí năng lượng liên tục.
- Hệ thống sơn phủ mạ kẽm nhúng nóng có chi phí ban đầu cao hơn sơn nhưng chi phí bảo trì trọn đời thấp hơn.
- Hậu cần tại địa điểm, bao gồm khoảng cách từ xưởng sản xuất đến địa điểm và liệu cần cẩu và đường vào có sẵn để lắp dựng hay không.
- Yêu cầu về mã thiết kế địa phương, vì các khu vực có địa chấn hoặc gió lớn đòi hỏi hệ giằng và chi tiết kết nối nặng hơn so với khu vực nội địa có rủi ro thấp.
Như một tiêu chuẩn thực tế, một nhà kho một nhịp đơn giản với lượng tuyết và gió khiêm tốn thường rơi vào khoảng 25 đến 45 kg kết cấu thép trên một mét vuông diện tích sàn có mái che, trong khi các tòa nhà có nhịp rộng hoặc được trang bị cần cẩu có thể vượt quá 60 kg mỗi mét vuông.
Kết cấu khung thép cổng thông tin so với kết cấu thép mái giàn
Người mua đôi khi nhầm lẫn khung cổng với tòa nhà giàn và cột, nhưng cả hai đều hoạt động rất khác nhau khi chịu tải.
So sánh khung cổng cứng với kết cấu mái giàn khớp nối chốt | tính năng | Khung cổng | Giàn và cột |
| Kết nối góc | Cứng nhắc, chịu được khoảnh khắc | Đã ghim, không có khoảnh khắc |
| Độ sâu thành viên ở giữa nhịp | Kèo nông, thon gọn | Giàn web mở sâu |
| Phạm vi nhịp tốt nhất | Lên đến khoảng 60 đến 100 m | Nhịp rất dài, trên 60 m |
| Độ phức tạp chế tạo | Thấp hơn, ít thành viên hơn | Cao hơn, nhiều thành viên web |
| Cảm giác khoảng không nội thất | Sạch hơn, không bị gián đoạn | Trực quan bận rộn với giằng web |
Các ngành và loại công trình dựa vào khung cổng
Bởi vì Kết cấu thép khung cổng có hiệu quả trên nhiều nhịp nên nó đã trở thành lựa chọn mặc định trong nhiều lĩnh vực thay vì là một giải pháp thích hợp.
- Kho hậu cần và phân phối cần thời gian chạy dài cho các lối đi dành cho giá đỡ và xe nâng.
- Các xưởng ô tô, điện tử và sản xuất tổng hợp có dây chuyền sản xuất và cần cẩu trên cao.
- Dây chuyền lạnh và cơ sở chế biến thực phẩm sử dụng tấm ốp cách nhiệt để kiểm soát nhiệt độ.
- Các công trình nông nghiệp như chuồng trại chăn nuôi, kho chứa ngũ cốc và nhà kho chứa thiết bị nông nghiệp.
- Nhà chứa máy bay yêu cầu nhịp rất rộng để chứa sải cánh máy bay.
- Các cơ sở giải trí và thể thao bao gồm sân trong nhà, sân cưỡi ngựa và phòng triển lãm.
- Các tòa nhà bán lẻ và phòng trưng bày được hưởng lợi từ sơ đồ tầng mở, không có cột để bố trí linh hoạt.
Câu hỏi thường gặp
Một tòa nhà khung thép cổng thường kéo dài bao lâu?
Với hệ thống phủ được thiết kế phù hợp và kiểm tra định kỳ, khung Kết cấu thép chính thường hoạt động tốt trong vòng 30 đến 50 năm hoặc lâu hơn. Tấm ốp và chất bịt kín thường cần được thay thế hoặc tân trang sớm hơn, thường trong vòng 15 đến 25 năm tùy thuộc vào mức độ ảnh hưởng của khí hậu.
Tòa nhà khung cổng thông tin có thể được mở rộng sau khi nó được xây dựng không?
Đúng. Bởi vì tải trọng di chuyển qua các khung riêng biệt được đặt ở các gian thông thường, nên một gian mới thường có thể được bắt vít vào một bức tường mở mà không ảnh hưởng đến cấu trúc hiện có, với điều kiện là thiết kế khung và móng ban đầu cho phép mở rộng trong tương lai.
Độ dốc mái nào được sử dụng cho các tòa nhà khung thép cổng?
Hầu hết các khung cổng đều sử dụng độ dốc mái từ 5 đến 10 độ. Độ dốc nông hơn làm giảm chiều cao khung và trọng lượng thép, trong khi độ dốc dốc hơn một chút giúp cải thiện khả năng thoát nước mưa và đổ tuyết ở những vùng có tuyết rơi dày.
Các tòa nhà khung cổng có cần cột bên trong cho nhịp rộng không?
Không nhất thiết phải như vậy. Các khung cổng có nhịp rõ ràng có thể bao phủ các lỗ hở lên tới khoảng 60 đến 100 mét mà không cần bất kỳ cột bên trong nào, mặc dù các nhịp rất rộng đòi hỏi các phần hông sâu hơn và các phần nặng hơn, làm tăng trọng tải thép và chi phí.
Tải trọng gió ảnh hưởng đến thiết kế khung cổng thông tin như thế nào?
Tải trọng gió chi phối hệ thống giằng và kích thước kết nối trong hầu hết các tòa nhà khung cổng thấp tầng, thường lớn hơn tải trọng trọng lực. Các tòa nhà ở khu vực ven biển có gió lớn hoặc dễ bị lốc xoáy cần có thêm các thanh giằng và các tấm ốp cố định chắc chắn hơn để chống lại lực nâng trên mái nhà.
Tòa nhà khung thép cổng có phù hợp với khí hậu lạnh không?
Có, với điều kiện khung được thiết kế cho tải trọng tuyết cục bộ và hệ thống ốp bao gồm lớp cách nhiệt thích hợp. Các tấm bánh sandwich cách nhiệt hoặc hệ thống mái hai lớp tích hợp thường được chỉ định cho các tòa nhà khung cổng có khí hậu lạnh để kiểm soát sự thất thoát nhiệt và ngăn chặn sự ngưng tụ.
