Tòa nhà kết cấu thép: Loại, chi phí và hướng dẫn thiết kế

Kết Cấu Thép Tòa nhà: Câu trả lời trực tiếp

Tòa nhà kết cấu thép là một hệ thống xây dựng trong đó khung, cột, dầm, giàn và giằng chịu lực chính được chế tạo từ thép kết cấu thay vì bê tông cốt thép, gỗ hoặc khối xây. Khung này chịu toàn bộ tải trọng tĩnh, hoạt tải, tải trọng gió và tải trọng động đất của tòa nhà, trong khi tường, mái và vật liệu cách nhiệt đóng vai trò là vật liệu bao bọc không chịu tải được gắn vào khung thép. Các tòa nhà kết cấu thép được lựa chọn thường xuyên nhất khi dự án cần nhịp rộng, rõ ràng, tiến độ lắp dựng nhanh, nền móng nhẹ hơn và độ bền lâu dài trong các chu kỳ chịu tải lặp đi lặp lại.

Các định dạng phổ biến nhất là một tầng kết cấu thép khung cổng thông tin , nhà khung thép nhiều tầng, nhà giàn thép cho sảnh có nhịp rộng và nhà thép mô-đun lắp ráp từ các vịnh đúc sẵn. Khoảng cách rõ ràng điển hình dao động từ 18 mét đến 60 mét không có cột bên trong và chiều cao mái hiên thường từ 4,5 mét đến 12 mét tùy theo mục đích sử dụng, chẳng hạn như nhà kho, nhà xưởng, nhà chứa máy bay, phòng tập thể dục hoặc công trình nông nghiệp.

So với xây dựng bê tông đúc tại chỗ, tòa nhà kết cấu thép thường giảm tổng thời gian xây dựng xuống 30 phần trăm đến 50 phần trăm Vì cột, dầm, xà gồ mái được chế tạo tại nhà máy và bắt bulông với nhau tại chỗ chứ không phải đổ và xử lý. Nhu cầu về các tòa nhà kết cấu thép đã tăng trưởng đều đặn trong các lĩnh vực hậu cần, sản xuất và nông nghiệp, chủ yếu do nhu cầu về cơ sở vật chất có thể được xây dựng nhanh chóng, điều chỉnh quy mô sau này và di dời hoặc bán lại khi doanh nghiệp thay đổi hình dạng.

Hướng dẫn này bao gồm các thành phần kết cấu, loại công trình, cấp thép, cân nhắc về gió và địa chấn, yếu tố chi phí, chống ăn mòn, cách nhiệt, biên dạng tấm ốp, cửa và thông gió, nền móng, trình tự lắp ráp, kiểm soát chất lượng, an toàn tại công trường, ứng dụng trong ngành, khả năng tái chế, các lỗi đặt hàng phổ biến, bảo trì dài hạn và phần Câu hỏi thường gặp chi tiết.

Điều gì tạo nên sự khác biệt cho một tòa nhà kết cấu thép

Sự khác biệt rõ ràng giữa tòa nhà kết cấu thép và tòa nhà bê tông hoặc xây thông thường là cách tải trọng truyền qua khung. Trong kết cấu thép, lực tập trung ở các bộ phận mảnh mai được nối với nhau tại các khớp, cột, xà, xà gồ và thanh giằng rời rạc, thay vì phân bổ qua một khối bê tông liên tục. Điều này cho phép đạt được khả năng chịu tải tương tự với trọng lượng bản thân ít hơn nhiều.

Lợi thế về trọng lượng và sức mạnh

Kết cấu thép có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao hơn nhiều so với bê tông cốt thép có khả năng chịu tải tương đương. Một tòa nhà khung cổng thép có nhịp nhất định thường nặng Giảm 60% đến 70% hơn khung bê tông cốt thép tương đương, trực tiếp làm giảm kích thước móng, chi phí móng và tải trọng truyền xuống đất. Điều này quan trọng nhất ở những khu vực có khả năng chịu lực của đất yếu hoặc thay đổi, nơi kết cấu nhẹ hơn cho phép sử dụng móng đơn giản thay vì đóng cọc sâu.

Độ chính xác kích thước

Các thành phần thép được cắt, khoan và hàn trong môi trường nhà máy được kiểm soát bằng cách sử dụng thiết bị cắt plasma hoặc laser CNC, giữ dung sai trong phạm vi vài mm đối với một thành viên dài vài mét. Độ chính xác này có nghĩa là các kết nối tại vị trí bắt vít được căn chỉnh chính xác ngay lần đầu tiên, giảm việc làm lại thường gặp với cốp pha bê tông đúc tại chỗ, trong đó sự khác biệt về kích thước phụ thuộc nhiều vào chất lượng ván khuôn và kỹ thuật đổ.

Tốc độ chế tạo so với bê tông đúc

Bởi vì các thành phần thép được sản xuất ngoài công trường trong khi công việc xây dựng nền móng đang diễn ra song song nên tiến độ tổng thể của dự án bị rút ngắn đáng kể. Khung bê tông phải chờ lắp đặt ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bê tông và thời gian bảo dưỡng trước khi có thể tiến hành xây dựng tầng hoặc vịnh tiếp theo, trong khi khung thép có thể được giao và lắp dựng ngay sau khi bu lông neo được đặt và bê tông móng đạt đủ cường độ.

Thiết kế linh hoạt cho những thay đổi sử dụng trong tương lai

Bởi vì các kết nối thép được bắt vít thay vì đúc nguyên khối nên bố cục bên trong có thể được thay đổi sau này mà ít bị gián đoạn hơn. Tầng lửng, các gian bổ sung, cửa mở mới hoặc dầm cầu trục thường có thể được thêm vào tòa nhà kết cấu thép hiện có với mục tiêu gia cố, một điều gì đó mang tính đột phá và tốn kém hơn nhiều khi đạt được bên trong khung bê tông vững chắc.

Các loại công trình kết cấu thép phổ biến

Các tòa nhà kết cấu thép rơi vào một số ít hệ thống kết cấu được thiết lập tốt, mỗi hệ thống phù hợp với một nhịp, chiều cao và đặc tính tải trọng khác nhau. Việc chọn đúng loại sớm sẽ tránh được việc thiết kế lại tốn kém sau này trong dự án.

Kết cấu thép khung cổng thông tin — các tòa nhà một tầng sử dụng xà nhà có độ dốc hoặc độ dốc nông được bắt vít vào cột, phổ biến nhất cho các nhà kho, nhà máy và nhà kho bán lẻ.
Nhà giàn thép — các thanh hợp âm trên và dưới hình tam giác trải dài khoảng cách rộng với vật liệu tối thiểu, điển hình cho phòng tập thể dục, phòng triển lãm và nhà chứa máy bay.
Nhà khung thép nhiều tầng — lưới dầm và cột với sàn sàn composite, được sử dụng cho văn phòng, công trình đỗ xe và các khu phát triển sử dụng hỗn hợp.
Cấu trúc khung không gian — hệ thống lưới ba chiều phân phối tải trọng theo nhiều hướng, được chọn cho các nhịp không cột dài hơn 40 mét như mái sân vận động.
Tòa nhà thép mô-đun — các khoang hoặc container được lắp ráp sẵn được kết nối tại chỗ, thích hợp cho các cơ sở tạm thời, văn phòng tại chỗ và các tòa nhà cần di dời nhanh chóng.
Nhà thép tiền chế — các hệ thống được tối ưu hóa hoàn toàn trong đó các cột, xà, xà gồ và tấm ốp được thiết kế cùng nhau thành một gói thay vì được lắp ráp từ các bộ phận có nguồn gốc riêng biệt, giảm cả việc sử dụng vật liệu và thời gian thiết kế.

Bố cục khung khoảnh khắc và khung giằng

Trong các loại công trình này, hệ thống chịu tải trọng ngang thường là khung mômen, trong đó các mối nối cột với xà đủ cứng để chống uốn mà không cần giằng chéo, hoặc khung giằng, trong đó các thanh chéo hoặc các bộ phận góc chịu tải trọng ngang trong khi các mối nối dầm-cột vẫn đơn giản hơn. Khung đỡ tạm thời giữ cho các đường tường không có giằng có thể nhìn thấy được, điều này phù hợp với các tòa nhà cần cửa mở lớn dọc theo mỗi bức tường, trong khi khung giằng thường tiết kiệm hơn khi một số bức tường có thể chứa các thành phần đường chéo có thể nhìn thấy được.

Phạm vi nhịp và chiều cao điển hình theo loại công trình kết cấu thép
Loại tòa nhà	Khoảng rõ ràng điển hình	Chiều cao mái hiên điển hình
Khung cổng	18m - 40m	4,5m - 9m
Kết cấu giàn	30m - 60m	8m - 15m
Khung nhiều tầng	6m - 12m mỗi vịnh	3m - 4m mỗi tầng
Khung không gian	40m - 120m	10m - 25m
tòa nhà mô-đun	3m - 12m	2,4m - 3,6m

Các loại thép và thông số vật liệu

Loại thép được chỉ định cho các thành phần chính và phụ của tòa nhà sẽ xác định trực tiếp lượng vật liệu cần thiết để chịu tải nhất định và người mua hiểu thuật ngữ loại cơ bản có thể so sánh các báo giá chính xác hơn nhiều.

Các loại thép kết cấu thông dụng

Các thành phần khung chính thường được chỉ định ở các lớp có cường độ năng suất tối thiểu khoảng 235 MPa đến 355 MPa , thường được gắn nhãn là Q235, Q355, S235 hoặc S355 tùy thuộc vào tiêu chuẩn khu vực được sử dụng. Cấp độ bền chảy cao hơn cho phép sử dụng tấm mỏng hơn cho cùng tải trọng, giảm tổng trọng tải, mặc dù tấm mỏng hơn có thể nhạy cảm hơn với hiện tượng mất ổn định cục bộ và thường yêu cầu chi tiết gia cố cẩn thận hơn.

Độ dày tấm và trọng lượng phần

Độ dày bản mặt bích vì kèo và cột cho khung cổng một tầng điển hình thường dao động từ 6 mm đến 20 mm , với tấm bản mỏng hơn một chút so với tấm mặt bích ở các phần hàn côn. Xà gồ và dầm thường được hình thành từ thép tấm dày từ 1,5 mm đến 3 mm, do yêu cầu về nhịp và tải trọng của chúng thấp hơn nhiều so với các cấu kiện chính.

Thành viên chính hàn và cán nóng

Cột và xà chính được sản xuất dưới dạng các phần tiêu chuẩn cán nóng hoặc dưới dạng các phần hàn được cắt từ tấm phẳng và được nối bằng hàn hồ quang chìm tự động. Phần côn được hàn cho phép nhà chế tạo khớp độ sâu của cấu kiện với mômen uốn tại mỗi điểm dọc theo khung, thường tiết kiệm vật liệu so với phần cán nóng có chiều sâu không đổi, đó là một lý do khiến khung hàn côn chiếm ưu thế trên thị trường xây dựng cổng giữa nhịp.

Giải thích các thành phần kết cấu

Mỗi tòa nhà kết cấu thép, bất kể loại nào, đều được xây dựng từ một tập hợp các thành phần lặp lại. Hiểu được chức năng của từng thành phần sẽ giúp người mua đọc bản vẽ kết cấu và so sánh các báo giá từ các nhà chế tạo khác nhau theo các điều khoản ngang nhau.

Khung chính: Cột và kèo

Cột truyền tải trọng thẳng đứng từ mái xuống móng, trong khi xà nhà, đôi khi được gọi là dầm, nhịp theo chiều ngang hoặc trên độ dốc giữa các cột để chịu tải trọng của mái. Cấu kiện chính thường là thép tiết diện chữ H cán nóng hoặc thép hình chữ I côn hàn, có tiết diện côn dùng để khớp với biểu đồ mô men uốn và tiết kiệm trọng lượng thép ở các đầu chịu ứng suất thấp của cấu kiện.

Thành viên phụ: Xà gồ và dầm

Xà gồ chạy dọc theo mái dốc giữa các xà nhà để đỡ tấm lợp, dầm chạy dọc theo tường giữa các cột để đỡ tấm ốp tường. Đây thường là các tiết diện C hoặc tiết diện Z được tạo hình nguội, được chọn vì hình dạng của chúng có thể được lồng vào nhau để vận chuyển hiệu quả và vì chúng nhẹ hơn các tiết diện cán nóng trong khi vẫn đáp ứng nhu cầu tải thấp hơn của khung thứ cấp.

Hệ thống giằng

Các thanh giằng, giằng góc hoặc giằng cổng chống lại các lực ngang từ hoạt động gió và địa chấn mà chỉ riêng khung chính không thể xử lý được theo hướng dọc theo chiều dài tòa nhà. Nếu không có hệ giằng thích hợp, tòa nhà kết cấu thép có thể bị nghiêng sang một bên dưới tải trọng gió mặc dù bản thân các khung cổng vẫn ổn định theo hướng mặt cắt ngang.

Tấm đế và kết nối bu lông neo

Tấm đế là những tấm thép dày được hàn vào đáy mỗi cột và được bắt vít xuống móng thông qua các bu lông neo được gắn trong bê tông. Tấm đế trải tải trọng cột tập trung lên một diện tích móng lớn hơn và trong các thiết kế khung mô men, phải có kích thước và được bắt vít để chống lại mômen uốn cũng như tải trọng thẳng đứng chứ không chỉ là phản lực thẳng đứng đơn giản.

Hệ thống dầm cầu trục và đường băng

Các công trình cần xử lý vật liệu trên cao bao gồm dầm cầu trục, còn gọi là dầm cầu trục, được gắn trên các giá đỡ gắn vào các cột chính. Tải trọng của cần trục gây ra ứng suất mỏi lặp đi lặp lại trên khung khác với tải trọng gió hoặc tuyết tĩnh, do đó các cột đỡ cần trục thường nặng hơn và sử dụng độ cứng bổ sung so với các cột trong tòa nhà không cần cẩu có cùng nhịp.

Cân nhắc về tải trọng gió và thiết kế địa chấn

Bởi vì các tòa nhà kết cấu thép nhẹ hơn so với các tòa nhà tương đương bằng bê tông và thường có mái có nhịp lớn, nên tải trọng gió và hoạt động địa chấn đòi hỏi phải được chú ý cẩn thận trong giai đoạn thiết kế thay vì được coi là vấn đề cần cân nhắc.

Nâng gió trên mái nhà có nhịp rộng

Mái nhà rộng, nông tạo ra lực nâng đáng kể ở phía khuất gió và ở các góc mái khi có gió lớn, lực hút này có thể vượt quá lực hướng xuống của trọng lượng của mái nhà. Các kết nối xà gồ với xà và các ốc vít tấm mái trong các khu vực này thường được chỉ định ở khoảng cách gần hơn so với trường mái chung để chống lại áp lực nâng cục bộ này.

Phản ứng địa chấn của khung thép

Thép là vật liệu dẻo, có nghĩa là nó có thể biến dạng đáng chú ý trước khi bị gãy, điều này cho phép khung thép có chi tiết tốt hấp thụ năng lượng địa chấn thông qua năng suất được kiểm soát thay vì bị gãy giòn đột ngột. Độ dẻo này là một lý do khiến các tòa nhà kết cấu thép thường được ưa chuộng ở những khu vực có hoạt động địa chấn đáng kể, với điều kiện các chi tiết kết nối được thiết kế để cho phép hiện tượng chảy xệ xảy ra ở một vị trí có thể dự đoán và kiểm soát được thay vì ở một mối hàn hoặc nhóm bu lông có thể bị hỏng đột ngột.

Tương tác giữa tải trọng tuyết và độ dốc mái nhà

Độ dốc mái ảnh hưởng trực tiếp đến lượng tuyết tích tụ trước khi trượt ra, vì vậy các tòa nhà ở vùng có tuyết dày thường sử dụng độ dốc lớn hơn hoặc khoảng cách xà gồ nặng hơn so với các tòa nhà ở vùng khí hậu ôn hòa có nhịp giống nhau. Việc bỏ qua dữ liệu về tải lượng tuyết theo khu vực trong quá trình thiết kế là một trong những lỗi phổ biến và tốn kém hơn trong việc mua sắm kết cấu thép, vì việc trang bị thêm mái nhà để giảm tải lượng tuyết sau khi xây dựng sẽ tốn kém hơn nhiều so với việc chỉ định chính xác ngay từ đầu.

Kết cấu thép và kết cấu bê tông truyền thống

Việc lựa chọn giữa một tòa nhà kết cấu thép và một tòa nhà bê tông cốt thép thường phụ thuộc vào các yêu cầu về nhịp, tiến độ xây dựng, điều kiện đất đai và tính linh hoạt lâu dài cho việc mở rộng hoặc cấu hình lại.

So sánh chung nhà kết cấu thép và nhà bê tông cốt thép
Yếu tố	Kết Cấu Thép	Bê tông cốt thép
Tốc độ thi công	Nhanh chóng, bắt vít tại chỗ	Chậm hơn, cần bảo dưỡng
Khoảng rõ ràng tối đa	Lên đến 60m hoặc hơn	Thông thường dưới 20m
Trọng lượng kết cấu	Kem nền nhẹ hơn, nhỏ hơn	Nền tảng nặng hơn, lớn hơn
Mở rộng trong tương lai	Phần mở rộng vịnh đơn giản	Khó khăn, cần phá dỡ
Đánh giá khả năng chống cháy	Yêu cầu bổ sung khả năng chống cháy	Vốn đã cao hơn
Hiệu suất chịu trọng lượng	Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng thấp hơn
Hiệu suất âm thanh	Cần thêm lớp lót cách âm	Giảm chấn khối lượng cao hơn một cách tự nhiên

Khi xây dựng bê tông vẫn thắng

Bê tông vẫn là sự lựa chọn mạnh mẽ hơn cho các tầng hầm, kết cấu giữ nước, lõi cao tầng đòi hỏi khả năng chống cháy vốn có mà không cần thêm lớp chống cháy và các tòa nhà yêu cầu khối lượng lớn để cách âm hoặc giảm rung, chẳng hạn như một số phòng thí nghiệm hoặc cơ sở sản xuất chính xác.

Các yếu tố chi phí và giá cả trên mỗi mét vuông

Chi phí xây dựng kết cấu thép chủ yếu được điều chỉnh bởi trọng tải thép, cấp độ lợp và tường, độ dày cách nhiệt, yêu cầu tải trọng của cần trục và khả năng tiếp cận địa điểm. Là một phạm vi quy hoạch chung, một nhà kho khung cổng một tầng không có nội thất hoàn thiện thường nằm giữa 45 USD và 120 USD mỗi mét vuông đối với khung thép và gói ốp cơ bản, trước khi thêm móng, cửa, công trình điện và hoàn thiện nội thất. Các tòa nhà có thiết kế chịu tải tuyết nặng hơn, giàn cần cẩu hoặc tấm ốp cách nhiệt sẽ di chuyển về phía trên của phạm vi đó hoặc vượt ra ngoài phạm vi đó.

Trọng tải thép trên một mét vuông

Một kho khung cổng đơn giản có nhịp 24 mét và tải vừa phải thường sử dụng 15 kg đến 25 kg thép trên một mét vuông diện tích sàn được che phủ. Nhịp rộng hơn, công suất cần cẩu cao hơn hoặc vùng gió và tuyết nặng hơn làm tăng con số này, đôi khi lên tới 35 kg trên một mét vuông hoặc hơn, bởi vì các phần vì kèo và cột phải phát triển để chống lại mômen uốn lớn hơn.

Chia sẻ chi phí ốp và cách nhiệt

Tấm ốp mái và tường, vật liệu cách nhiệt, máng xối và đèn chớp thường đại diện cho 30 phần trăm đến 40 phần trăm trong tổng chi phí xây dựng được giao, gần tương đương với chính khung thép. Việc chọn tấm một lớp với chăn cách nhiệt riêng biệt sẽ rẻ hơn so với tấm cách nhiệt nhiều lớp, nhưng tấm nhiều lớp giúp giảm thời gian lao động tại chỗ và thường hoạt động tốt hơn để đạt hiệu quả cách nhiệt lâu dài.

Sự thay đổi chi phí khu vực

Chi phí xây dựng kết cấu thép trên mỗi mét vuông thay đổi đáng kể giữa các khu vực do sự khác biệt về giá thép thô, giá nhân công, khoảng cách vận chuyển từ nhà máy chế tạo và yêu cầu tải trọng gió hoặc tuyết cục bộ. Các dự án ven biển yêu cầu thông số kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn cao hơn hoặc các địa điểm trong đất liền xa xôi với chi phí vận chuyển cao thường cao hơn mức giá trung bình toàn quốc ngay cả khi bản thân thiết kế tòa nhà đã đạt tiêu chuẩn.

Chi phí ẩn Người mua thường bỏ lỡ

Các hạng mục thường bị bỏ qua trong báo giá chỉ khung ban đầu bao gồm san lấp mặt bằng và đầm nén, gia cố nền móng và bê tông, cửa dành cho nhân viên và cửa cuốn, máng xối và ống dẫn nước, tấm chiếu sáng trên mái mờ và phần điện thô. Những người mua yêu cầu báo giá chi tiết bao gồm các hạng mục phạm vi này sẽ tránh được những bất ngờ về ngân sách sau này trong dự án.

Hệ thống sơn và bảo vệ chống ăn mòn

Kết cấu thép không tráng phủ bị ăn mòn khi tiếp xúc với độ ẩm và oxy, vì vậy mỗi công trình kết cấu thép đều cần một hệ thống sơn phủ phù hợp với môi trường của nó. Lựa chọn lớp phủ là một trong những quyết định bị bỏ qua nhiều nhất trong quá trình mua hàng, tuy nhiên nó lại quyết định khung xe sẽ tồn tại được bao nhiêu thập kỷ trước khi cần sơn lại.

Mạ kẽm nhúng nóng - lớp phủ kẽm được áp dụng bằng cách nhúng thép vào kẽm nóng chảy, thường mang lại khả năng bảo vệ từ 25 đến 50 năm tùy thuộc vào độ dày lớp phủ và khả năng tiếp xúc với khí quyển.
Sơn lót Epoxy với lớp phủ ngoài polyurethane — hệ thống sơn hai lớp hoặc ba lớp được sử dụng ở những nơi có lớp hoàn thiện màu và chất kháng hóa chất, phổ biến trên các bộ phận cấu trúc có thể nhìn thấy được.
Sơn lót giàu kẽm - áp dụng trước lớp sơn phủ cuối để tạo ra lớp bảo vệ tạm thời tại các vết trầy xước và các khu vực mối hàn nơi lớp sơn nền bị xáo trộn.
Lớp phủ kép — mạ kẽm kết hợp với sơn phủ ngoài, mang lại tuổi thọ lâu nhất cho môi trường ven biển hoặc công nghiệp có độ ẩm cao hoặc muối trong không khí.

Đo độ dày lớp phủ

Hiệu suất lớp phủ thường được xác minh bằng cách sử dụng máy đo độ dày màng khô, được đo bằng micron, tại nhiều điểm trên mỗi bộ phận sau khi lớp phủ hoàn tất. Một lớp phủ mạ kẽm trong phạm vi 70 đến 100 micron là điển hình cho các phần kết cấu, trong khi hệ thống song công có thể kết hợp 70 micron kẽm với màng sơn 120 đến 160 micron nữa cho những môi trường khắc nghiệt nhất.

Lớp phủ phù hợp với khả năng tiếp xúc với môi trường

Các địa điểm ven biển, nhà máy hóa chất và các địa điểm bị ô nhiễm công nghiệp nặng làm tăng tốc độ ăn mòn đáng kể so với các địa điểm khô ráo trong đất liền, do đó, thông số kỹ thuật của lớp phủ phải luôn tham chiếu đến môi trường thực tế tại địa điểm thay vì mặc định chung. Một tòa nhà nằm cách bờ biển vài km hoặc trong cơ sở xử lý hóa chất ăn mòn thường đảm bảo mức độ bảo vệ cao nhất hiện có, vì chi phí nâng cấp lớp phủ ở giai đoạn thiết kế là nhỏ so với chi phí sơn lại một tòa nhà đã có người sử dụng nhiều năm sau đó.

Hiệu suất cách nhiệt và nhiệt

Bởi vì lớp vỏ của tòa nhà kết cấu thép thường là tấm ốp kim loại mỏng chứ không phải lớp xây dày nên việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt có tác động rất lớn đến sự ổn định nhiệt độ trong nhà và mức tiêu thụ năng lượng để sưởi ấm và làm mát.

Tấm Sandwich cách nhiệt

Tấm bánh sandwich kết hợp lõi xốp cứng, thường là polyurethane hoặc bông khoáng, giữa hai lớp da kim loại mỏng. Tấm lõi polyurethane 50 mm thường đạt được độ truyền nhiệt xung quanh 0,4 đến 0,5 W/m2K , trong khi bảng điều khiển lõi 100 mm có thể giảm điều này xuống gần như 0,2 W/m2K , cắt giảm đáng kể tải sưởi ấm và làm mát trong các tòa nhà được kiểm soát khí hậu.

Chăn sợi thủy tinh giữa xà gồ

Tấm cách nhiệt bằng sợi thủy tinh đặt giữa các xà gồ dưới tấm lợp một lớp là giải pháp thay thế có chi phí thấp hơn, thường phù hợp với các tòa nhà không có yêu cầu nghiêm ngặt về nhiệt độ bên trong, chẳng hạn như kho lưu trữ cơ bản, mặc dù nó hoạt động kém ổn định hơn so với các tấm bánh sandwich một khi được nén ở các điểm buộc chặt.

Rào cản hơi và kiểm soát ngưng tụ

Không khí ấm, ẩm bên trong đi đến mặt dưới lạnh của tấm lợp kim loại có thể ngưng tụ và nhỏ giọt vào hàng hóa hoặc thiết bị được lưu trữ, do đó, lớp ngăn hơi thường được lắp đặt ở mặt ấm của tấm cách nhiệt chăn để ngăn hơi ẩm di chuyển vào lớp cách nhiệt và khoang mái. Các tòa nhà lưu trữ hàng hóa nhạy cảm với độ ẩm hoặc nằm ở vùng có khí hậu ẩm ướt sẽ được hưởng lợi từ rào cản hơi liên tục, kín tốt hơn nhiều so với việc chỉ tăng thêm độ dày cách nhiệt.

Giải thích về hồ sơ ốp mái và tường

Cấu hình tấm ốp được chọn cho tấm lợp và tấm tường ảnh hưởng đến hiệu suất thoát nước, khả năng chống gió nâng lên và hình thức bên ngoài của tòa nhà kết cấu thép hoàn thiện.

Tấm hồ sơ hình thang

Các thanh profile hình thang có các chảo phẳng, rộng giữa các gân hình thang cao, tạo độ cứng tốt cho khoảng cách xà gồ dài hơn và thoát nước hiệu quả trên mái có độ dốc thấp. Cấu hình này là sự lựa chọn tấm lợp được sử dụng rộng rãi nhất cho các tòa nhà kết cấu thép công nghiệp và nông nghiệp vì sự cân bằng về chi phí, cường độ và chiều rộng che phủ.

Tấm lợp đứng

Các tấm đường may đứng sử dụng các đường nối nổi lên, khóa liên động về mặt cơ học thay vì các ốc vít lộ ra ngoài, giúp giảm nguy cơ rò rỉ phát triển tại các điểm buộc chặt theo thời gian. Hệ thống này thường có chi phí tính trên mỗi mét vuông cao hơn so với tấm lợp có dây buộc lộ ra ngoài nhưng được ưu tiên sử dụng cho các tòa nhà có độ dốc mái rất thấp hoặc vùng có gió thổi cao, nơi dây buộc bị bật ngược có nguy cơ lớn hơn.

Tấm chiếu sáng mờ

Các tấm mờ được gia cố bằng sợi thủy tinh có thể được lắp đặt theo hình dáng giống như tấm kim loại xung quanh để đón ánh sáng ban ngày tự nhiên mà không cần thêm phụ kiện điện. Một khoản trợ cấp chung là khoảng 2 phần trăm đến 4 phần trăm tổng diện tích mái bằng các tấm mờ, thường đủ để giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng chiếu sáng ban ngày trong nhà kho mà không tạo ra sự tăng nhiệt quá mức.

Tùy chọn cửa ra vào, cửa sổ và thông gió

Các lỗ mở trên vỏ bọc của tòa nhà kết cấu thép cần phải được lên kế hoạch trong thiết kế khung ngay từ đầu, vì các cửa ra vào và cửa sổ lớn làm gián đoạn bố trí giằng và dầm tường liên tục mà khung dựa vào để ổn định các bên.

Cửa cuốn và cửa trượt

Cửa chớp lăn và cửa trượt là những điểm truy cập thiết bị và phương tiện phổ biến nhất, với các dầm tiêu đề phía trên lỗ mở được thiết kế để truyền tải trọng gió của tường xung quanh lỗ mở trở lại khung chính. Các khe hở rộng cho xe tải ra vào hoặc cửa nhà chứa máy bay cần có thêm bộ phận khung và đôi khi là khoang khung cổng chuyên dụng để mang tải trọng được chuyển hướng.

Thông gió sườn núi và lỗ thông hơi tuabin

Một lỗ thông hơi liên tục dọc theo đỉnh mái, hoặc các lỗ thông hơi cách nhau trên tuabin, cho phép không khí ấm bốc lên tự nhiên bên trong tòa nhà thoát ra ngoài, làm giảm nhiệt độ tích tụ trong nhà ở những tòa nhà không có điều hòa không khí cơ học. Phương pháp thông gió thụ động này được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà nông nghiệp và kho lưu trữ chung, nơi không cần duy trì nhiệt độ chính xác trong nhà.

Tấm chắn tường cho hệ thống thông gió cơ học

Các tòa nhà có nguồn nhiệt xử lý, chẳng hạn như thiết bị sản xuất, thường bổ sung các khe hở trên tường có mái che kết hợp với quạt hút để chủ động hút không khí nóng ra ngoài ở mức cao đồng thời hút không khí thay thế làm mát ở gần mức sàn, giúp kiểm soát nhiệt độ ổn định hơn nhiều so với chỉ thông gió thụ động trên sườn núi.

Yêu cầu chuẩn bị nền móng và mặt bằng

Mặc dù các tòa nhà kết cấu thép nhẹ hơn các giải pháp thay thế bằng khung bê tông nhưng thiết kế nền móng vẫn phụ thuộc nhiều vào khả năng chịu lực của đất cục bộ, mực nước ngầm và tải trọng cột từ lực gió và cần trục.

Móng Pad cách ly

Móng phổ biến nhất của một công trình kết cấu thép là móng đệm bê tông cốt thép cách ly dưới mỗi cột, có kích thước theo phản lực của cột được tính toán từ phân tích khung. Trên nền đất có khả năng chịu lực hợp lý, móng đệm là phương án làm móng nhanh nhất và ít tốn kém nhất.

Bố trí bu lông neo

Các bu lông neo được gắn vào móng phải khớp chính xác với mẫu lỗ của tấm đế do nhà chế tạo thép cung cấp, vì nhóm bu lông neo bị lệch không thể sửa được khi bê tông đã được xử lý. Việc phối hợp kế hoạch lắp bu lông neo giữa nhà thầu nền móng và nhà cung cấp thép trước khi đổ bê tông là một trong những khâu kiểm tra chất lượng quan trọng nhất trong toàn bộ dự án.

Những cân nhắc về tấm sàn

Tấm sàn bên trong thường là một bộ phận kết cấu riêng biệt với móng cột, được đổ sau khi khung thép được lắp dựng và mái kín nước. Độ dày và cốt thép của tấm sàn phụ thuộc nhiều vào tải trọng sàn dự kiến, chẳng hạn như tải trọng điểm chân giá đỡ hoặc tải trọng bánh xe nâng và phải được chỉ định dựa trên dữ liệu thiết bị thực tế thay vì mặc định công nghiệp chung.

Tiến độ thi công và trình tự lắp ráp

Một tòa nhà kết cấu thép cỡ trung điển hình, có diện tích từ 2.000 đến 5.000 mét vuông, tuân theo trình tự lắp ráp có thể dự đoán được sau khi nền móng đã được xử lý.

Các bu lông neo được đặt và bê tông móng được xử lý theo cường độ thiết kế.
Các cột chính được dựng lên và giằng tạm bằng dây cáp hoặc cột chống.
Các vì kèo hoặc kèo được nâng vào vị trí và bắt vít vào đầu cột.
Các thanh giằng cố định và giằng cổng được lắp đặt và căng.
Xà gồ và dầm được cố định để hoàn thiện lưới khung thứ cấp.
Tấm ốp mái và tường, máng xối và đèn chớp được lắp đặt cuối cùng.

Đối với một tòa nhà có kích thước này, việc lắp dựng khung thép tại chỗ thường mất 3 đến 6 tuần với một đội lắp dựng thông thường, trong khi việc hoàn thiện toàn bộ bao gồm tấm ốp, cửa và dịch vụ thường mất thêm 4 đến 10 tuần nữa tùy thuộc vào phạm vi hoàn thiện nội thất.

Các yếu tố thường làm trì hoãn việc lắp ráp

Các nguyên nhân thường gặp nhất của việc trượt tiến độ là do việc xử lý nền móng chưa hoàn thiện trước khi giao khung, các bu lông bị thiếu hoặc không chính xác được phát hiện trong quá trình lắp dựng, những ngày gió lớn làm dừng hoạt động nâng của cần cẩu và việc giao vật liệu ốp trễ khiến khung đã dựng đứng tiếp xúc với thời tiết lâu hơn so với kế hoạch. Việc xác nhận số lượng bu lông và dây buộc hoàn chỉnh so với danh sách đóng gói trước khi đội lắp dựng huy động sẽ tránh được sự chậm trễ phổ biến nhất.

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

Các tòa nhà kết cấu thép được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp vì cùng một công nghệ khung lõi có thể được điều chỉnh phù hợp với hầu hết mọi yêu cầu về nhịp, chiều cao và tải trọng.

Hậu cần và kho bãi — các trung tâm phân phối cần nhịp rộng và thông thoáng cho lối đi chứa hàng và di chuyển của xe nâng.
Nhà máy sản xuất - nhà xưởng có cần cẩu phía trên để xử lý thiết bị nặng hoặc nguyên liệu thô.
Công trình nông nghiệp — chuồng nuôi gia súc, kho chứa ngũ cốc và nhà kho chứa máy móc cần khung chống ăn mòn, ít phải bảo trì.
Cơ sở thể thao và giải trí — các phòng tập thể dục và đấu trường trong nhà yêu cầu không gian sàn không có cột để bố trí sân thi đấu.
Cơ sở hàng không - nhà chứa máy bay yêu cầu cửa mở cực rộng và chiều cao thông thoáng.
Bán lẻ thương mại — các cửa hàng bán lẻ và phòng trưng bày quy mô lớn được hưởng lợi từ sàn bán hàng mở không có cột bên trong.
Dây chuyền lạnh và chế biến thực phẩm — các tòa nhà kết cấu thép cách nhiệt có dây chuyền lưu trữ và xử lý lạnh, nơi yêu cầu phải hoàn thiện tấm tường hợp vệ sinh.
Cơ sở năng lượng tái tạo — các tòa nhà bảo trì và vận hành tại các cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời và gió, thường được xây dựng nhanh chóng để hỗ trợ hoạt động tại địa điểm ở giai đoạn đầu.

Kiểm soát chất lượng trong quá trình chế tạo

Bởi vì hầu hết các bộ phận của tòa nhà kết cấu thép đều được sản xuất ngoài công trường nên việc kiểm soát chất lượng ở giai đoạn chế tạo có tác động lớn hơn nhiều đến hiệu suất cuối cùng của tòa nhà so với việc chỉ kiểm tra hiện trường sau thực tế.

Kiểm tra mối hàn

Các kết nối hàn trong các bộ phận chính, chẳng hạn như các mối nối giữa mặt bích và tấm bản bụng trong phần côn dựng sẵn, thường được kiểm tra thông qua kiểm tra trực quan về mặt cắt mối hàn và vết cắt, với thử nghiệm siêu âm áp dụng cho các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn quan trọng để phát hiện các khuyết tật bên trong không thể nhìn thấy được từ bề mặt.

Kiểm tra kích thước trước khi giao hàng

Trước khi khung được đóng gói và vận chuyển, các nhà chế tạo thường lắp ráp thử các cột và xà nhà hoặc đo các kích thước quan trọng như chiều dài tổng thể, khoảng cách lỗ bu lông và độ phẳng của tấm đế so với bản vẽ đã được phê duyệt, phát hiện lỗi trong khi việc sửa chữa vẫn đơn giản hơn là sau khi các bộ phận đến địa điểm.

Xác minh lớp phủ trước khi gửi đi

Độ dày lớp phủ và độ bám dính thường được kiểm tra trước khi các thành viên rời khỏi nhà máy, vì các khuyết tật như lớp phủ mỏng ở các cạnh sắc hoặc thiếu sót ở các khu vực hàn dễ dàng hơn và rẻ hơn để sửa chữa trong môi trường xưởng được kiểm soát so với sau khi khung đã được đặt tại chỗ.

An toàn công trường trong quá trình lắp dựng thép

Việc lắp dựng một tòa nhà kết cấu thép bao gồm việc nâng các bộ phận nặng ở độ cao, do đó, một chuỗi giằng tạm thời và nâng có kiểm soát là cần thiết trong suốt quá trình.

Niềng răng tạm thời trước khi lắp đặt giằng vĩnh viễn

Các cột và xà nhà mới được dựng lên vốn không ổn định cho đến khi các thanh giằng cố định được căng hoàn toàn, do đó giằng hoặc cột cáp tạm thời được sử dụng để giữ khung được xây dựng một phần ổn định trước gió giật và chuyển động của cần trục trong quá trình lắp dựng.

Lập kế hoạch nâng cần cẩu

Mỗi thang máy chính, đặc biệt là các xà hoặc giàn nhịp dài, đều được lên kế hoạch trước với các điểm lắp đặt chính xác, công suất cần cẩu cho chiều dài và bán kính cần trục cần thiết, đồng thời xác nhận rằng tốc độ gió trong ngày vẫn nằm trong giới hạn vận hành của nhà sản xuất cần cẩu đối với bộ phận được nâng lên.

Làm việc tại Kiểm soát chiều cao

Các kết nối bu lông ở đầu cột và dọc theo xà gồ mái yêu cầu nhân viên phải làm việc trên cao, do đó, dây đai, điểm neo và bảo vệ cạnh được đánh giá thích hợp được sử dụng xuyên suốt cụm mái và tường phía trên cho đến khi có biện pháp bảo vệ chống rơi cố định hoặc lối đi an toàn.

Tính bền vững và khả năng tái chế

Kết cấu thép là một trong những vật liệu xây dựng được tái chế nhiều nhất trên thế giới và điều này có ảnh hưởng trực tiếp đến dấu chân môi trường của các tòa nhà kết cấu thép trong toàn bộ vòng đời của chúng. Thép có thể được nấu chảy và tái tạo thành các phần mới nhiều lần mà không làm mất hiệu suất cơ học, không giống như bê tông, thường được tái chế thành cốt liệu cấp thấp thay vì được cải tạo thành các thành phần kết cấu mới.

Ngoài khả năng tái chế, các tòa nhà kết cấu thép còn giảm lãng phí vật liệu trong quá trình xây dựng, do các thành viên được cắt sẵn và khoan trước theo kích thước chính xác từ xưởng chế tạo, tránh lãng phí gỗ ván khuôn và bê tông dư thừa điển hình của công trình đúc tại chỗ. Khi kết thúc thời gian sử dụng của tòa nhà, khung thép cũng có thể được tháo rời và trong nhiều trường hợp, được tái sử dụng trực tiếp ở vị trí mới thay vì bị phá bỏ.

Cân nhắc về carbon thể hiện

Lượng carbon tiêu tốn của tòa nhà kết cấu thép tập trung ở giai đoạn sản xuất thép thay vì trong hoạt động xây dựng tại chỗ, do đó, việc chỉ định thép được sản xuất với hàm lượng tái chế cao hơn, khi có thông tin này từ nhà cung cấp, có thể làm giảm đáng kể lượng carbon tiêu thụ tổng thể của tòa nhà mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với bản thân thiết kế kết cấu.

Những sai lầm thường gặp cần tránh khi đặt hàng

Một số sai lầm có thể tránh được là nguyên nhân gây ra hầu hết các tranh chấp và chi phí vượt mức thường thấy trong các dự án xây dựng kết cấu thép và mỗi sai sót đều có thể dễ dàng ngăn chặn chỉ bằng một chút kế hoạch trước.

Đánh giá thấp dữ liệu tải trọng gió và tuyết cục bộ , dẫn đến khung sau này phải được gia cố với chi phí gia tăng đáng kể.
Bỏ qua việc điều tra đất , dẫn đến các thiết kế nền móng giả định khả năng chịu lực tốt hơn so với thực tế địa điểm cung cấp.
Chỉ chọn thông số kỹ thuật lớp phủ theo giá , thay vì kết hợp nó với danh mục ăn mòn thực tế của địa điểm.
Không lập kế hoạch mở rộng trong tương lai ở giai đoạn thiết kế, điều này làm cho việc bổ sung khoang sau này trở nên tốn kém hơn rất nhiều đối với kỹ sư.
Không xác nhận tọa độ bu lông neo chống lại bản vẽ của nhà chế tạo thép trước khi đổ móng.

Lịch bảo trì dài hạn

Một tòa nhà kết cấu thép cần bảo trì tương đối ít so với các loại tòa nhà khác, nhưng một số lượng nhỏ các cuộc kiểm tra theo lịch trình sẽ giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng một cách đáng kể.

Khoảng thời gian kiểm tra khuyến nghị cho các tòa nhà kết cấu thép
Mục	Khoảng thời gian kiểm tra
Ốc vít ốp mái và tường	Cứ sau 12 tháng
Giải phóng mặt bằng máng xối và ống dẫn nước	Mỗi 6 tháng
Tình trạng sơn hoặc mạ kẽm	Cứ sau 3 đến 5 năm
Kiểm tra mô-men xoắn kết nối bu lông	Cứ 5 năm một lần
Kiểm tra nền móng và tấm đế	Cứ sau 5 đến 10 năm

Những dấu hiệu cảnh báo cần chú ý kịp thời

Có thể nhìn thấy rỉ sét chảy qua màng sơn, đọng nước trên các khu vực mái có độ dốc thấp, các ốc vít ốp lỏng lẻo gây ra tiếng lạch cạch trong gió và bất kỳ độ võng hoặc sai lệch nào có thể nhìn thấy ở các kết nối bắt vít là những dấu hiệu cần nhanh chóng kiểm tra chuyên môn thay vì để cho đến lần kiểm tra theo lịch trình tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

Một tòa nhà kết cấu thép tồn tại được bao lâu?

Với lớp phủ thích hợp và bảo trì thường xuyên, một tòa nhà kết cấu thép được thiết kế tốt thường tồn tại lâu dài. 40 đến 60 năm hoặc lâu hơn, do bản thân khung thường bền hơn lớp ốp ban đầu, có thể cần thay thế sau 20 đến 30 năm.

Sau này nhà kết cấu thép có thể mở rộng được không?

Đúng. Một trong những ưu điểm chính của hệ thống khung cổng bắt vít là thường có thể thêm các khoang bổ sung ở một đầu của tòa nhà, miễn là nền và khung ban đầu được thiết kế với mục đích mở rộng trong tương lai hoặc có gia cố nhỏ cho khoang cuối.

Nhà kết cấu thép có phù hợp với khí hậu lạnh không?

Có, miễn là khung được thiết kế phù hợp với tải trọng tuyết cụ thể của địa điểm và lớp vỏ bọc có đủ lớp cách nhiệt. Các thiết kế có khí hậu lạnh thường sử dụng xà gồ nặng hơn và khoảng cách xà gồ gần hơn để xử lý tuyết tích tụ trên mái cao hơn.

Sự khác biệt giữa các thành viên thép cán nóng và nguội là gì?

Các phần cán nóng được sản xuất ở nhiệt độ cao thành hình chữ I hoặc hình chữ H dày hơn và được sử dụng cho các cột và xà nhà chính, trong khi các phần được tạo hình nguội được cuộn từ tấm thép mỏng hơn ở nhiệt độ phòng thành hình chữ C hoặc hình chữ Z và được sử dụng cho các thành phần phụ nhẹ hơn như xà gồ và dầm.

Nhà kết cấu thép có cần chống cháy không?

Thép không được bảo vệ mất độ bền nhanh chóng ở nhiệt độ cao, vì vậy các tòa nhà có tầng trên bị chiếm dụng, kho chứa dày đặc hoặc có yêu cầu về mức chống cháy cụ thể thường thêm lớp phủ chống cháy hoặc tấm chống cháy cho các bộ phận chính, trong khi các tòa nhà kho một tầng đơn giản thường không yêu cầu thêm lớp chống cháy.

Điều kiện đất đai ảnh hưởng đến chi phí nền móng như thế nào?

Tình trạng đất có thể làm thay đổi đáng kể chi phí nền móng. Các khu vực có đất cứng, thoát nước tốt thường chỉ cần lớp đệm đơn giản, trong khi các khu vực có đất sét mềm, mực nước ngầm cao hoặc vật liệu lấp có thể yêu cầu đóng cọc hoặc cải tạo mặt đất, điều này có thể làm tăng thêm một phần đáng kể vào tổng chi phí dự án.

Độ dốc mái nào là điển hình cho một tòa nhà kết cấu thép?

Hầu hết các tòa nhà kết cấu thép khung cổng đều sử dụng độ dốc mái giữa 5 độ và 10 độ , giúp cân bằng khả năng thoát nước mưa hiệu quả với việc giảm thiểu khối lượng xây dựng bên trong và diện tích bề mặt ốp.

Khung thép được bảo vệ chống sét như thế nào?

Bởi vì khung thép liên tục về điện và được liên kết với nền móng thông qua bu lông neo, nên nó có thể đóng vai trò là đường dẫn tự nhiên hiệu quả xuống đất khi được kết nối với hệ thống tiếp đất được thiết kế phù hợp, giảm nguy cơ hư hỏng cục bộ so với tòa nhà thiếu khung dẫn điện liên tục.

Một tòa nhà kết cấu thép hiện có có thể được di dời?

Trong nhiều trường hợp là có, vì các kết nối bắt vít có thể được tháo ra và các bộ phận được vận chuyển đến địa điểm mới, miễn là các bộ phận ban đầu không bị cắt, khoan hoặc sửa đổi theo những cách làm tổn hại đến khả năng kết cấu của chúng và miễn là tải trọng thiết kế của địa điểm mới không vượt quá tải trọng mà khung hiện tại được thiết kế để chịu đựng.

Thời gian bảo hành điển hình được cung cấp trên khung xây dựng kết cấu thép là gì?

Các điều khoản bảo hành khác nhau tùy theo nhà cung cấp và từng bộ phận, với bảo hành khung kết cấu thép thường tách biệt với bảo hành lớp phủ chống thời tiết và bảo hành lớp phủ, vì vậy người mua nên yêu cầu từng thời hạn bảo hành bằng văn bản thay vì giả sử một bảo hành chung bao trùm toàn bộ tòa nhà.

Ngôn ngữ

+86-511-84522866

Tin tức ngành