8 Kiến Thức Cơ Bản Về Kết Cấu Thép

Trong những năm gần đây, quá trình đô thị hóa ngày càng diễn ra nhanh hơn và nhà kết cấu thép tiền chế ngành đã đạt được sự phát triển chưa từng có. Mọi người ngày càng có yêu cầu cao hơn về tính khả thi và an toàn của các tòa nhà. Trong kỹ thuật xây dựng hiện đại, thiết kế kết cấu thép có những ưu điểm nhất định và ứng dụng của nó trong xây dựng ngày càng trở nên rộng rãi. Kết hợp với kinh nghiệm làm việc lâu năm, K-home Tổng hợp 8 kiến ​​thức cơ bản chuyên môn về kết cấu thép, nội dung dài, kiên nhẫn đọc nhé:

1. Đặc điểm của kết cấu thép:

1. Kết cấu thép có trọng lượng nhẹ
2. Độ tin cậy cao của công trình kết cấu thép
3. Thép có khả năng chống rung (sốc) và chống va đập tốt
4. Kết cấu thép có thể được lắp ráp chính xác và nhanh chóng
5. Thật dễ dàng để tạo ra một cấu trúc kín
6. Kết cấu thép dễ bị ăn mòn
7. Khả năng chống cháy kém của kết cấu thép

2. Cấp và đặc tính của kết cấu thép thông dụng

1. Thép kết cấu carbon: Q195, Q215, Q235, Q255, Q275, v.v.
2. Thép kết cấu cường độ cao hợp kim thấp
3. Thép kết cấu cacbon chất lượng cao và thép kết cấu hợp kim
4. Thép mục đích đặc biệt

3. Nguyên Tắc Lựa Chọn Vật Liệu Cho Kết Cấu Thép

Nguyên tắc lựa chọn vật liệu của kết cấu thép là đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực và ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn trong một số điều kiện nhất định. Nó được xem xét toàn diện theo tầm quan trọng của kết cấu, đặc tính tải trọng, dạng kết cấu, trạng thái ứng suất, phương pháp kết nối, độ dày của thép và môi trường làm việc. của.

Bốn loại thép được đề xuất trong “Quy tắc thiết kế kết cấu thép” GB50017-2003 là những loại “thích hợp” và là lựa chọn hàng đầu khi có điều kiện. Việc sử dụng các loại khác không bị cấm, miễn là loại thép được sử dụng đáp ứng các yêu cầu về đặc điểm kỹ thuật.

Thứ tư, nội dung kỹ thuật chính của kết cấu thép:

(a) Công nghệ kết cấu thép nhà cao tầng. Theo yêu cầu về chiều cao và thiết kế của tòa nhà, khung, khung đỡ, kết cấu hình trụ và khung khổng lồ lần lượt được sử dụng và các thành phần có thể là thép, bê tông cốt thép cứng hoặc bê tông ống thép. Các cấu kiện thép nhẹ và dẻo, có thể hàn hoặc cán, thích hợp cho các tòa nhà siêu cao tầng; cấu kiện bê tông cốt thép cứng có độ cứng cao, khả năng chống cháy tốt, thích hợp cho nhà trung bình và cao tầng hoặc kết cấu đáy; bê tông ống thép dễ thi công, chỉ dùng cho kết cấu cột.

(b) Công nghệ kết cấu thép không gian. Kết cấu thép không gian có ưu điểm là nhẹ, độ cứng cao, hình thức đẹp và tốc độ thi công nhanh. Lưới phẳng khớp bi, lưới tiết diện thay đổi nhiều lớp và vỏ lưới có ống thép làm thanh là những loại kết cấu có số lượng kết cấu thép không gian lớn nhất ở nước tôi. Nó có ưu điểm là độ cứng không gian rộng và mức tiêu thụ thép thấp và có thể cung cấp CAD hoàn chỉnh trong quy trình thiết kế, xây dựng và kiểm tra. Ngoài kết cấu lưới còn có kết cấu cáp treo nhịp lớn và kết cấu màng cáp trong kết cấu không gian.

(c) Công nghệ kết cấu thép nhẹ. Một dạng kết cấu mới bao gồm các bức tường và lớp vỏ mái được làm bằng các tấm thép sáng màu. Là hệ kết cấu thép nhẹ gồm các dầm tường thép hình chữ H tiết diện mỏng và xà gồ mái được hàn hoặc cán bằng thép tấm dày trên 5mm, thép tròn được làm bằng hệ thống đỡ linh hoạt và liên kết bu lông cường độ cao. 30m trở lên, chiều cao có thể lên tới hơn mười mét, có thể dựng cần cẩu nhẹ. Lượng thép sử dụng là 20-30kg/m2. Hiện nay có quy trình thiết kế tiêu chuẩn và doanh nghiệp sản xuất chuyên biệt, chất lượng sản phẩm tốt, tốc độ lắp đặt nhanh, gọn nhẹ, đầu tư thấp, thi công không giới hạn mùa vụ, phù hợp với các loại cây công nghiệp nhẹ.

d) Công nghệ kết cấu liên hợp thép-bê tông. Kết cấu chịu lực dầm và cột bao gồm thép tiết diện hoặc quản lý thép và các thành phần bê tông là kết cấu hỗn hợp thép-bê tông và phạm vi ứng dụng của nó đã được mở rộng trong những năm gần đây. Kết cấu hỗn hợp có những ưu điểm của cả thép và bê tông, cường độ tổng thể cao, độ cứng tốt và hiệu suất địa chấn tốt. Khi sử dụng kết cấu bê tông bên ngoài sẽ có khả năng chống cháy và chống ăn mòn tốt hơn. Các thành phần kết cấu kết hợp thường có thể giảm lượng thép từ 15 đến 20%. Sàn composite và cấu kiện ống thép đổ bê tông còn có ưu điểm là ít hoặc không cần cốp pha, thi công thuận tiện, nhanh chóng và có tiềm năng phát triển lớn. Nó phù hợp cho dầm khung, cột và sàn của các tòa nhà nhiều tầng hoặc cao tầng có tải trọng lớn, xây dựng công nghiệp cột và sàn, v.v.

(e) Công nghệ hàn và liên kết bu lông cường độ cao. Bu lông cường độ cao truyền ứng suất thông qua ma sát và bao gồm ba phần: bu lông, đai ốc và vòng đệm. Liên kết bu lông cường độ cao có ưu điểm là thi công đơn giản, tháo dỡ linh hoạt, khả năng chịu lực cao, chống mỏi và tự khóa tốt, độ an toàn cao. Nó đã thay thế phương pháp tán đinh và hàn từng phần trong dự án và trở thành phương pháp kết nối chính trong sản xuất và lắp đặt kết cấu thép. Đối với các cấu kiện thép, tấm dày chế tạo tại xưởng nên sử dụng hàn chìm hồ quang nhiều dây tự động, tấm ốp cột hộp nên sử dụng hàn xỉ điện vòi nóng chảy và các công nghệ khác. Trong lắp đặt và xây dựng hiện trường, nên sử dụng công nghệ hàn bán tự động, dây hàn lõi thuốc bảo vệ bằng khí và công nghệ dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ.

(f) Công nghệ bảo vệ kết cấu thép. Việc bảo vệ kết cấu thép bao gồm phòng chống cháy, chống ăn mòn và chống rỉ sét. Nói chung, không cần thiết phải xử lý chống gỉ sau khi xử lý lớp phủ chống cháy, nhưng vẫn cần xử lý chống ăn mòn trong các tòa nhà có khí ăn mòn. Sơn chống cháy gia dụng có nhiều loại như dòng TN, MC-10, v.v. Trong số đó, sơn chống cháy MC-10 bao gồm sơn men alkyd, sơn cao su clo hóa, sơn fluororubber và sơn chlorosulfonated. Trong xây dựng, cần lựa chọn lớp phủ và độ dày lớp phủ phù hợp theo loại kết cấu thép, yêu cầu về cấp độ chống cháy và yêu cầu về môi trường.

5. Mục tiêu và biện pháp kết cấu thép:

Kỹ thuật kết cấu thép liên quan đến nhiều khó khăn kỹ thuật và phải tuân theo các tiêu chuẩn quốc gia và ngành trong việc quảng bá và áp dụng. Các cơ quan quản lý xây dựng ở địa phương cần quan tâm xây dựng khâu chuyên môn hóa kỹ thuật kết cấu thép, tổ chức đào tạo các đội kiểm tra chất lượng, kịp thời tổng hợp thực tiễn công việc, ứng dụng công nghệ mới. Các trường cao đẳng và đại học, khoa thiết kế và doanh nghiệp xây dựng nên đẩy nhanh việc đào tạo kỹ thuật viên kỹ thuật kết cấu thép và thúc đẩy công nghệ CAD kết cấu thép trưởng thành. Nhóm học thuật đại chúng nên hợp tác phát triển công nghệ kết cấu thép, thực hiện các hoạt động trao đổi học thuật và đào tạo sâu rộng trong và ngoài nước, đồng thời tích cực nâng cao trình độ tổng thể về công nghệ thiết kế, sản xuất, xây dựng và lắp đặt kết cấu thép, và có thể được khen thưởng bằng tương lai gần.

6. Phương pháp kết nối kết cấu thép

Có ba loại phương pháp liên kết cho kết cấu thép: liên kết hàn, liên kết bu lông và liên kết đinh tán.

(a), Kết nối đường hàn

Kết nối đường hàn là làm nóng chảy một phần điện cực và mối hàn bằng nhiệt do hồ quang tạo ra, sau đó ngưng tụ thành mối hàn sau khi làm mát, để kết nối toàn bộ mối hàn.

Ưu điểm: không làm suy yếu phần linh kiện, tiết kiệm thép, kết cấu đơn giản, sản xuất thuận tiện, độ cứng kết nối cao, hiệu suất bịt kín tốt, vận hành tự động dễ sử dụng trong một số điều kiện nhất định và hiệu quả sản xuất cao.

Nhược điểm: Vùng chịu nhiệt của thép gần mối hàn do nhiệt độ hàn cao có thể bị giòn ở một số bộ phận; Trong quá trình hàn, thép phải chịu nhiệt độ cao và làm mát phân bố không đều, dẫn đến ứng suất dư khi hàn và biến dạng dư của kết cấu. Khả năng chịu lực, độ cứng và hiệu suất có tác động nhất định; do kết cấu hàn có độ cứng cao nên các vết nứt cục bộ rất dễ mở rộng ra toàn bộ khi xuất hiện, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Khiếm khuyết có thể xảy ra làm giảm độ bền mỏi.

(b), Kết nối bu lông

Kết nối bắt vít là kết nối các đầu nối vào một thân thông qua các bu lông, chẳng hạn như ốc vít. Có hai loại kết nối bắt vít: kết nối bắt vít thông thường và kết nối bắt vít cường độ cao.

Ưu điểm: quy trình thi công đơn giản và lắp đặt thuận tiện, đặc biệt thích hợp cho việc lắp đặt và kết nối tại chỗ, dễ dàng tháo rời, phù hợp với các công trình yêu cầu lắp ráp, tháo gỡ và kết nối tạm thời.

Nhược điểm: Khi lắp ráp phải mở các lỗ trên tấm và căn chỉnh các lỗ khi lắp ráp, điều này làm tăng khối lượng công việc chế tạo và đòi hỏi độ chính xác chế tạo cao; các lỗ bu lông còn làm suy yếu mặt cắt ngang của các bộ phận, các bộ phận được kết nối thường cần chồng lên nhau hoặc thêm các kết nối phụ. Thép tấm (hoặc thép góc) nên kết cấu phức tạp hơn và tốn nhiều thép hơn.

(c), Kết nối đinh tán

Kết nối đinh tán là một đinh tán có đầu đúc sẵn hình bán nguyệt ở một đầu, thanh đinh nhanh chóng được đưa vào lỗ đinh của phần kết nối sau khi đốt cháy màu đỏ, sau đó đầu còn lại được đinh tán vào đầu đinh bằng đinh tán súng để làm cho kết nối chặt chẽ. chất rắn.

Ưu điểm: truyền lực bằng đinh tán đáng tin cậy, độ dẻo và độ dẻo dai tốt, chất lượng dễ kiểm tra và đảm bảo, có thể sử dụng cho các kết cấu tải trọng động nặng và chịu lực trực tiếp.

Nhược điểm: Quá trình tán đinh phức tạp, chi phí sản xuất tốn nhân công và vật liệu, cường độ lao động cao nên về cơ bản đã được thay thế bằng hàn và kết nối bu lông cường độ cao.

7. Kết nối hàn

(A) Phương pháp hàn

Phương pháp hàn thường được sử dụng cho kết cấu thép là hàn hồ quang, bao gồm hàn hồ quang thủ công, hàn hồ quang tự động hoặc bán tự động và hàn khí bảo vệ.

Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn được sử dụng phổ biến nhất trong kết cấu thép, với thiết bị đơn giản, thao tác linh hoạt, thuận tiện. Tuy nhiên, điều kiện lao động kém, hiệu quả sản xuất thấp hơn so với hàn tự động hoặc bán tự động, chất lượng mối hàn có độ biến thiên lớn, điều này phụ thuộc ở một mức độ nhất định vào trình độ kỹ thuật của người thợ hàn.

Chất lượng mối hàn của hàn tự động ổn định, khuyết tật bên trong của mối hàn ít, độ dẻo tốt, độ bền va đập tốt, thích hợp để hàn các mối hàn trực tiếp dài. Hàn bán tự động phù hợp để hàn các đường cong hoặc mối hàn có hình dạng bất kỳ do thao tác thủ công. Hàn tự động và bán tự động nên sử dụng dây hàn và chất trợ dung phù hợp với kim loại chính, dây hàn phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia và chất trợ dung phải được xác định theo yêu cầu của quá trình hàn.

Hàn khí bảo vệ sử dụng khí trơ (hoặc CO2) làm môi trường bảo vệ hồ quang để cách ly kim loại nóng chảy với không khí giúp quá trình hàn được ổn định. Nhiệt hồ quang của hàn khí bảo vệ tập trung, tốc độ hàn nhanh, độ sâu xuyên thấu lớn nên độ bền của mối hàn cao hơn so với hàn thủ công. Và độ dẻo và khả năng chống ăn mòn tốt, thích hợp cho việc hàn các tấm thép dày.

(NS), Hình thức của mối hàn

Hình thức kết nối đường hàn có thể được chia thành bốn dạng: khớp đối đầu, khớp nối, khớp hình chữ T và khớp phi lê theo vị trí tương hỗ của các bộ phận được kết nối. Các mối hàn được sử dụng cho các kết nối này có hai dạng cơ bản là mối hàn giáp mép và mối hàn góc. Trong ứng dụng cụ thể, nên chọn theo lực kết nối, kết hợp với các điều kiện sản xuất, lắp đặt và hàn.

(c) Cấu trúc mối hàn

1. Mối hàn

Mối hàn giáp mép truyền lực trực tiếp, êm ái và không có sự tập trung ứng suất đáng kể nên có tính năng cơ học tốt và thích hợp cho việc liên kết các bộ phận chịu tải trọng tĩnh và động. Tuy nhiên, do yêu cầu chất lượng cao của mối hàn đối đầu, khoảng cách hàn giữa các mối hàn rất nghiêm ngặt và thường được sử dụng trong các kết nối do nhà máy sản xuất.

2. Mối hàn góc

Dạng mối hàn góc: mối hàn góc có thể được chia thành các mối hàn góc bên song song với phương tác dụng của lực và các mối hàn góc phía trước vuông góc với phương tác dụng của lực và cắt xiên phương tác dụng của lực theo phương chiều dài của chúng và phương tác dụng của ngoại lực. . mối hàn góc nghiêng và các mối hàn xung quanh.

Dạng mặt cắt ngang của mối hàn phi lê được chia thành loại thông thường, loại dốc phẳng và loại xuyên sâu. Hf trong hình được gọi là kích thước góc của mối hàn góc. Tỷ lệ cạnh chân của tiết diện thông thường là 1:1, tương tự như tam giác vuông cân, đường truyền lực bị uốn cong nhiều hơn nên nồng độ ứng suất nghiêm trọng. Đối với kết cấu chịu tải trọng động trực tiếp, để truyền lực trơn tru, mối hàn góc phía trước nên sử dụng kiểu dốc phẳng với tỷ lệ kích thước của hai cạnh góc 1:1.5 (cạnh dài nên theo hướng của nội lực) và mối hàn góc bên phải áp dụng tỷ lệ xuyên sâu 1: 1.

8. Kết nối bu lông

(A). Cấu trúc của kết nối bu lông thông thường

Hình thức và đặc điểm kỹ thuật của bu lông thông thường

Hình thức phổ biến được sử dụng bởi kết cấu thép là loại đầu lục giác lớn và mã của nó được biểu thị bằng chữ M và danh nghĩa và đường kính (mm). M18, M20, M22, M24 thường được sử dụng trong kỹ thuật. Theo tiêu chuẩn quốc tế, bu lông được thể hiện thống nhất theo cấp hiệu suất của chúng, chẳng hạn như “cấp 4.6”, “cấp 8.8”, v.v. Con số trước dấu thập phân biểu thị độ bền kéo tối thiểu của vật liệu bu lông, chẳng hạn như “4” cho 400N/mm2 và “8” cho 800N/mm2. Các số sau dấu thập phân (0.6, 0.8) biểu thị tỷ lệ chảy của vật liệu bu lông, nghĩa là tỷ lệ của điểm chảy dẻo với độ bền kéo tối thiểu.

Theo độ chính xác gia công của bu lông, bu lông thông thường được chia thành ba cấp độ: A, B và C.

Bu lông loại A và B (bu lông tinh luyện) được làm bằng thép mác 8.8, được tiện bằng máy công cụ, bề mặt nhẵn, kích thước chính xác và được trang bị các lỗ loại I (tức là các lỗ bu lông được khoan hoặc mở rộng trên các thành phần được lắp ráp, tường lỗ mịn và lỗ chính xác). Do độ chính xác gia công cao, tiếp xúc chặt chẽ với thành lỗ, biến dạng kết nối nhỏ và hiệu suất cơ học tốt nên nó có thể được sử dụng cho các kết nối có lực cắt và lực kéo lớn. Tuy nhiên, nó tốn nhiều công sức và tốn kém hơn khi sản xuất và lắp đặt nên ít được sử dụng trong kết cấu thép.

Bu lông loại C (bu lông thô) được làm bằng thép mác 4.6 hoặc 4.8, gia công thô, kích thước không đủ chính xác. Chỉ yêu cầu các lỗ loại II (nghĩa là các lỗ bu lông được đục lỗ trên một bộ phận cùng một lúc hoặc được khoan mà không cần khoan. Nói chung, đường kính lỗ lớn hơn đường kính của bu lông. Đường kính thanh lớn hơn 1 ~ 2 mm). Khi lực cắt được truyền, biến dạng kết nối lớn, nhưng hiệu suất truyền lực kéo vẫn tốt, hoạt động không cần thiết bị đặc biệt và chi phí thấp. Thường được sử dụng cho các liên kết bắt vít trong các liên kết chịu kéo và cắt thứ cấp trong các kết cấu chịu tải động tĩnh hoặc gián tiếp.

Bố trí các kết nối bắt vít thông thường

Việc bố trí các bu lông phải đơn giản, đồng đều và gọn nhẹ, đáp ứng yêu cầu về lực, kết cấu hợp lý, dễ lắp đặt. Có hai kiểu sắp xếp: cạnh nhau và so le (như trong hình). Song song thì đơn giản hơn và so le thì nhỏ gọn hơn.

(B). Đặc điểm ứng suất của các kết nối bắt vít thông thường

• Kết nối bu lông cắt
• Kết nối bu lông căng thẳng
• Kết nối bu lông kéo-cắt

(C). Đặc tính ứng suất của bu lông cường độ cao

Các kết nối bắt vít cường độ cao có thể được chia thành loại ma sát và loại áp suất theo yêu cầu về thiết kế và lực. Khi liên kết ma sát bị cắt, lực cản ma sát lớn nhất có thể xảy ra giữa các tấm khi lực cắt bên ngoài đạt đến trạng thái giới hạn; khi xảy ra hiện tượng trượt tương đối giữa các tấm thì coi như mối nối đã hỏng và bị hỏng. Khi kết nối chịu áp lực bị cắt, cho phép khắc phục lực ma sát và xảy ra hiện tượng trượt tương đối giữa các tấm, khi đó ngoại lực có thể tiếp tục tăng và dẫn đến sự phá hủy cuối cùng của lực cắt trục vít hoặc áp lực chịu lực của thành lỗ là trạng thái giới hạn.

Công ty TNHH Công nghệ Kỹ thuật Kết cấu Thép Hà Nam chuyên xây dựng nhà xưởng kết cấu thép, nhà kho, nhà xưởng và các dự án khác, đồng thời có thể cung cấp báo giá, bản vẽ, bản vẽ lắp đặt và các dịch vụ khác theo ngân sách. Để biết thêm câu hỏi, xin vui lòng tham khảo ý kiến ​​​​đội ngũ chuyên nghiệp của chúng tôi.

Đề Nghị Đọc