Đừng bỏ qua việc phổ biến kiến thức về nhà công nghiệp khung thép cổng
Nói chung, một tòa nhà công nghiệp khung thép cổng là một xây dựng công nghiệp với kết cấu thép làm hệ thống chịu lực chính. Thiết kế cốt lõi của nó nằm ở việc sử dụng khung thép dạng cổng làm hệ thống chịu lực chính - có hình dạng giống như cửa ra vào thông thường, đơn giản nhưng đủ ổn định để chịu được trọng lượng kết cấu chính của tòa nhà. Đây cũng là loại kết cấu nhẹ phổ biến, với các thành phần chịu lực chính bao gồm dầm thép và cột thép, tạo nên bố cục tổng thể hình “cửa” đặc trưng của các tòa nhà công nghiệp khung thép dạng cổng.
Kết cấu của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng có thể được điều chỉnh linh hoạt theo nhu cầu thực tế. Cụ thể, nhà công nghiệp khung thép dạng cổng nhẹ là lựa chọn lý tưởng cho: nhà xưởng thépkhông cần cẩu sản xuất, trong khi cần cẩu hạng nặng là điều bắt buộc đối với những đơn vị cần cẩu để vận chuyển vật liệu/thiết bị nặng. Về mặt bố trí, chúng cung cấp các tùy chọn một nhịp, hai nhịp và nhiều nhịp, và có thể được trang bị mái hiên, phụ kiện, hoặc thậm chí nâng cấp lên.tòa nhà thép nhiều tầng theo yêu cầu của dự án. Các sửa đổi được cá nhân hóa (ví dụ, mái hiên chống mưa, các phụ kiện nhỏ) cũng có thể được điều chỉnh cho phù hợp.
Những ưu điểm này khiến nhà công nghiệp khung thép dạng cổng phù hợp với nhu cầu của ngành xây dựng. Không cần quá nhiều cột đỡ, nhà công nghiệp khung thép dạng cổng tránh được sự cản trở khi đặt thiết bị nhà máy, lưu trữ hàng hóa trong kho hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của công nhân. Hơn nữa, các cấu kiện chính của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng có thể được chế tạo sẵn tại nhà máy và lắp ráp tại công trường - điều này không chỉ rút ngắn chu kỳ xây dựng nhà công nghiệp khung thép dạng cổng mà còn đảm bảo chất lượng đồng đều. Nhà công nghiệp khung thép dạng cổng còn có khả năng chống chịu gió, tuyết và động đất mạnh mẽ, đảm bảo sự ổn định lâu dài.
Ngày nay, nhà công nghiệp khung thép dạng cổng không chỉ là lựa chọn hàng đầu cho các nhà xưởng và kho bãi lớn mà còn đáng tin cậy cho các địa điểm thương mại và cơ sở văn hóa & giải trí. Trên thực tế, tất cả các dự án cần không gian mở bên trong đều ưu tiên nhà công nghiệp khung thép dạng cổng đúc sẵn, vì chúng cân bằng giữa chức năng, hiệu quả và độ bền - những lý do chính cho sự phổ biến của chúng trong xây dựng hiện đại.
Dễ dàng hiểu các thành phần và chi tiết cấu trúc của các tòa nhà công nghiệp khung thép cổng
Trong các thành phần kết cấu chính của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng, cột và dầm mái có thể được thiết kế dạng thanh đặc hình chữ H hoặc dạng lưới. Để giảm tiêu thụ thép, các thanh này cũng có thể sử dụng tiết diện thay đổi dựa trên biểu đồ phân bố mô men uốn. Mặc dù thanh đặc sử dụng nhiều thép hơn một chút, nhưng chúng dễ chế tạo và được ứng dụng rộng rãi trong các dự án thực tế của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng.
Đối với kết cấu phụ của các công trình công nghiệp khung thép dạng cổng, thép thành mỏng cán nguội được ưu tiên sử dụng cho xà gồ mái và dầm tường; nếu khoảng cách cột của nhà máy vượt quá 12m, xà gồ dạng giàn sẽ tiết kiệm hơn. Là các cấu kiện chịu uốn, kết cấu phụ được kết nối với khung cứng chính bằng bu lông—nó chịu tải trọng từ hệ thống bao che, truyền tải đến kết cấu chính và cung cấp hỗ trợ ngang để tăng cường độ ổn định tổng thể của kết cấu chính trong các công trình công nghiệp khung thép dạng cổng.
Cốt lõi của hệ thống bao che cho các tòa nhà công nghiệp khung thép dạng cổng là các tấm ốp, thường được làm từ các tấm kim loại mỏng cán mỏng hoặc các vật liệu composite nhẹ khác. Các tấm ốp này được kết nối với kết cấu phụ bằng các phương pháp đặc biệt để chịu được các tải trọng bên ngoài như gió, tuyết và tải trọng xây dựng. Cần lưu ý rằng các tấm ốp không chỉ được kết cấu phụ hỗ trợ mà còn có thể hỗ trợ ngang cho kết cấu phụ, giúp tăng cường độ ổn định của kết cấu phụ ở một mức độ nhất định.
Hơn nữa, sau khi các tấm ốp được kết nối với cấu trúc thứ cấp, chúng tạo thành độ cứng cắt mạnh trên mặt phẳng của chúng - một hiện tượng thường được gọi là "hiệu ứng màng chắn". Hiệu ứng này cho phép các tòa nhà công nghiệp có khung thép dạng cổng chịu tải trọng mặt phẳng có hiệu suất cấu trúc không gian nhất định.
Ngoài ra, hệ giằng mái và giằng liên cột của các công trình công nghiệp khung thép dạng cổng thường được thiết kế dưới dạng cấu kiện chịu lực, trong đó giằng thép hình chữ thập được siết chặt là lựa chọn ưu tiên. Nếu kết cấu bao gồm cần trục có tải trọng trên 5 tấn, giằng liên cột phải được thay thế bằng thép góc hoặc các loại giằng thép tiết diện khác. Đối với giằng liên cột ở phần kết cấu gác lửng của các công trình công nghiệp khung thép dạng cổng, cũng nên chọn thép góc hoặc các loại giằng thép tiết diện khác.
Tùy theo yêu cầu kiến trúc thực tế, các cấu kiện khung thép dạng cổng với kích thước khác nhau có thể được bố trí và kết hợp để tạo thành nhiều dạng kết cấu khác nhau, đáp ứng nhu cầu sử dụng của nhiều loại nhà một tầng. Các dạng phổ biến bao gồm dạng có gác lửng một phần, dạng có cửa thông gió hoặc lan can, dạng có mái nghiêng và dạng có mái hiên nhô ra. Chúng cũng có thể được thiết kế theo dạng mái dốc đơn, mái dốc đa nhịp với một đỉnh và hai đỉnh, mái dốc đa nhịp với nhiều đỉnh và nhiều đỉnh, và dạng kết hợp nhịp cao và nhịp thấp. Ngoài ra, trong một số trường hợp, khung thép dạng cổng cũng được sử dụng.
▪ Các hình thức cơ bản của Tòa nhà khung thép cổngâ € <
▪ Mối nối tầng hai cục bộ đề cập đến Hệ thống khung nhiều tầng
Trong các dạng kết cấu phái sinh của khung thép cổng, thiết bị cần cẩu cũng có thể được bố trí linh hoạt theo nhu cầu thực tế và đồng thời có thể thêm một phần không gian tầng hai.
Về cơ bản, khung cổng đầu hồi cũng thuộc loại khung cổng nhiều nhịp; sự khác biệt chính nằm ở các cột trung gian của chúng, có hướng tiết diện được xoay 90 độ so với các cột khung cổng thông thường.
Lựa chọn thép cho các tòa nhà công nghiệp khung thép cổng dựa trên các tiêu chuẩn và cấp độ phổ biến
Việc lựa chọn thép cho các tòa nhà công nghiệp có khung cổng phải dựa trên các tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép (GB 50017) và Tiêu chuẩn kỹ thuật cho kết cấu thép của tòa nhà khung cổng nhẹ (GB 51022). Các loại thép thường được sử dụng và ứng dụng của chúng như sau:
Thép Q235, là lựa chọn phổ biến và kinh tế nhất, có giới hạn chảy 235N/mm², sở hữu độ bền, độ dẻo và khả năng hàn tốt. Thép này đáp ứng các yêu cầu của hầu hết các công trình khung cổng không cần cẩu hoặc sử dụng cẩu tải trọng nhỏ; không chỉ là vật liệu được ưa chuộng cho khung chính (dầm, cột) mà còn là loại thép thường được sử dụng cho các kết cấu phụ (xà gồ, dầm tường);
Thép Q355 (trước đây được gọi là Q345) phù hợp cho các cấu kiện quan trọng hơn, với giới hạn chảy 355N/mm². Độ bền của thép này cao hơn khoảng 36% so với thép Q235. Khi kết cấu có nhịp lớn, tải trọng nặng (ví dụ như cần cẩu trọng tải lớn), hoặc khoảng cách cột lớn, việc sử dụng thép Q355 có thể giảm hiệu quả kích thước mặt cắt ngang của các cấu kiện và tiết kiệm lượng thép tiêu thụ. Mặc dù giá thành đơn vị cao hơn một chút, nhưng nó mang lại hiệu quả kinh tế tổng thể tốt hơn và thường được sử dụng cho các khung chính (dầm, cột) chịu tải trọng lớn.
Thép cường độ cao hơn như Q390, Q420 và Q460 hiếm khi được sử dụng trong khung cổng và chỉ được xem xét trong các dự án siêu lớn có cần cẩu hạng nặng đặc biệt hoặc điều kiện tải trọng cực lớn. Nhìn chung, thép Q235B hoặc Q355B thường được sử dụng cho khung chính (dầm, cột), trong khi thép Q235 thường được sử dụng cho các kết cấu phụ (xà gồ, dầm tường).
Nguyên tắc bố trí thực tế cho các tòa nhà công nghiệp khung thép cổng
Bố cục của Nhà công nghiệp Khung thép Cổng tuân theo logic quy hoạch có hệ thống, tập trung vào khung cứng ngang, hệ giằng dọc, hệ thống bao che và kết cấu phụ trợ. Chi tiết như sau:
- Bố trí khung cứng bên (Hệ thống chịu lực bên chính): Là "bộ xương" của các tòa nhà công nghiệp có khung thép dạng cổng, khung cứng ngang chịu mọi tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang. Đối với nhịp, chúng nên được xác định dựa trên các yêu cầu của quy trình như chiều rộng dây chuyền sản xuất, bố trí thiết bị và các lối đi hậu cần. Nhịp kinh tế phổ biến dao động từ 18m đến 36m; các nhịp lớn hơn (ví dụ: trên 45m) khả thi về mặt kỹ thuật nhưng cần so sánh về mặt kinh tế—đôi khi sử dụng giàn hoặc giá đỡ sẽ tiết kiệm chi phí hơn. Khung cứng ngang có thể được bố trí thành nhịp đơn, nhịp đôi hoặc nhịp nhiều. Trong bố trí nhiều nhịp, các cột trung gian thường áp dụng dạng cột có đầu chốt, được gắn bản lề vào dầm để đơn giản hóa việc thi công và tiết kiệm vật liệu. Khoảng cách giữa các cột (tức là khoảng cách giữa các khung cứng) là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ thép và tính kinh tế; khoảng cách giữa các cột kinh tế phổ biến là từ 6m đến 9m và 7.5m hoặc 8m được sử dụng rộng rãi trong các trường hợp không có cần cẩu hoặc có cần cẩu trọng tải nhỏ. Việc tăng khoảng cách cột (ví dụ: lên 12m) sẽ làm tăng đáng kể lượng thép tiêu thụ cho dầm khung cứng và dầm cầu trục, nhưng lại làm giảm số lượng khung cứng và móng - cần có những đánh đổi toàn diện, và lượng thép tiêu thụ cho xà gồ và dầm tường cũng sẽ tăng theo. Chiều cao mái hiên được xác định bởi khoảng cách làm việc, chiều cao đỉnh ray cầu trục và chiều cao kết cấu mái; độ dốc mái thường từ 5% đến 10% (khoảng 1/20 đến 1/10) - độ dốc quá nhỏ sẽ bất lợi cho việc thoát nước, trong khi độ dốc quá lớn sẽ làm tăng thể tích công trình và lượng thép tiêu thụ.
- Bố trí hệ thống giằng dọc (Đảm bảo độ ổn định tổng thể): Hệ thống giằng dọc hoạt động như "dây chằng" của các tòa nhà công nghiệp khung thép cổng, kết nối các khung cứng ngang riêng lẻ thành một tổng thể không gian ổn định để chịu tải trọng dọc (chẳng hạn như tải trọng gió dọc, lực động đất và lực phanh cần cẩu dọc) và đảm bảo độ ổn định trong quá trình lắp đặt. Về vị trí bố trí, giằng ngang mái thường được bố trí ở các ô cuối (ô thứ nhất hoặc thứ hai) và các ô giữa của các đoạn nhiệt độ theo các khoảng cách nhất định (ví dụ: ≤60m); đối với các xưởng dài, phải đặt các mối nối giãn nở nhiệt độ, với giằng được lắp đặt ở cả hai bên của các mối nối. Giằng liên cột nên được bố trí trong cùng các ô với giằng ngang mái để tạo thành một hệ thống giàn chịu lực ngang chắc chắn, truyền tải tải trọng xuống móng. Đối với các dạng bố trí, thép tròn chéo (được siết chặt bằng khóa vặn) hoặc các dạng thép chéo góc thường được sử dụng — giằng thép tròn nhẹ và tiết kiệm, chỉ chịu lực kéo (được thiết kế như các thành phần chịu kéo), khiến nó trở thành dạng phổ biến nhất. Khi không thể lắp đặt giằng chéo tại các vị trí có cửa ra vào hoặc lối đi lớn, có thể sử dụng giằng cổng thay thế. Chức năng cốt lõi của nó bao gồm cung cấp các điểm đỡ ngoài mặt phẳng cho các cột khung cứng để giảm chiều dài hiệu dụng của chúng, truyền và chịu lực ngang theo chiều dọc, đồng thời đảm bảo độ ổn định tổng thể của kết cấu trong quá trình lắp đặt.
- Hệ thống bao vây và bố trí cấu trúc thứ cấp: Khoảng cách bố trí xà gồ và dầm tường trong các công trình khung thép dạng cổng chủ yếu được xác định bởi độ bền và độ cứng của tấm lợp mái và tấm tường, với khoảng cách thông thường là 1.5m. Để giảm chiều dài hiệu dụng ngoài mặt phẳng của xà gồ và dầm tường và cải thiện khả năng chịu lực, nên lắp đặt hệ thống thanh giằng và thanh giằng (thường làm bằng thép tròn) để tạo thành một hệ thống chịu lực ổn định. Cột gió được bố trí ở đầu hồi để chịu tải trọng gió truyền qua các tấm lợp tường đầu hồi; đầu trên của cột được liên kết với các dầm khung cứng thông qua các tấm đầu mút, cho phép truyền cả lực ngang và lực dọc.
- Tóm tắt quy trình bố trí cốt lõi: Quy trình bố trí cốt lõi của các tòa nhà khung thép cổng tuân theo logic "theo nhu cầu → lập kế hoạch sơ bộ → bố trí có hệ thống → tính toán và tối ưu hóa". Trước tiên, xác định nhịp, chiều cao, trọng tải cần trục và vị trí cửa dựa trên yêu cầu của quy trình; sau đó ban đầu xác nhận khoảng cách cột hợp lý về mặt kinh tế (ví dụ: 7.5m) và độ dốc mái (ví dụ: 1/10); tiếp theo, sắp xếp các khung cứng bên để tạo thành hệ thống chịu lực chính; sau đó lắp đặt giằng dọc, đặt giằng mái và giằng liên cột ở các ô cuối và giữa các phần nhiệt độ để tạo thành một cấu trúc không gian ổn định; sau đó, sắp xếp hợp lý các kết cấu phụ như xà gồ, dầm tường và hệ thống thanh giằng của chúng; cuối cùng, thiết lập hệ thống đầu hồi và sắp xếp các cột gió. Cuối cùng, tất cả các bố trí phải được mô hình hóa, tính toán và tối ưu hóa bằng phần mềm tính toán kết cấu (như PKPM, YJK) để đảm bảo đáp ứng tất cả các nguyên tắc bố trí.
Các điểm thiết kế cho tòa nhà công nghiệp khung thép dạng cổng: Khả năng chống động đất và phòng cháy chữa cháy
Khi thiết kế nhà công nghiệp khung thép dạng cổng chịu lực động đất, điều đầu tiên cần chú ý là tính hợp lý của bố cục tổng thể: khối lượng và độ cứng của kết cấu nhà xưởng phải được phân bổ đều. Điều này đảm bảo nhà xưởng chịu lực đồng đều và biến dạng đồng bộ dưới tác động của động đất, giảm thiểu nguy cơ quá tải cục bộ và hư hỏng kết cấu do độ cứng không đồng đều. Đối với thiết kế kết cấu ngang, khung cứng phù hợp hơn, hoặc khung có hệ giàn mái và cột tạo thành một độ cố kết nhất định - thiết kế này tận dụng tối đa hiệu suất chịu lực của kết cấu thép, giảm biến dạng kết cấu ngang và tăng cường hơn nữa khả năng chịu động đất.
Điều đặc biệt quan trọng cần lưu ý là hầu hết hư hỏng đối với nhà xưởng công nghiệp khung thép cổng là do cấu kiện không ổn định chứ không phải do cường độ cấu kiện không đủ. Do đó, việc bố trí hệ thống giằng hợp lý là rất quan trọng: việc bố trí khoa học các thành phần như giằng liên cột và giằng ngang giàn mái có thể đảm bảo hiệu quả sự ổn định tổng thể của kết cấu nhà xưởng và ngăn ngừa sự mất ổn định cấu kiện dưới tác động của động đất. Ngoài ra, việc thiết kế các nút kết nối kết cấu phải được kiểm soát chặt chẽ—điều cần thiết là đảm bảo các nút không bị hỏng trước khi toàn bộ tiết diện của cấu kiện kết cấu đi vào trạng thái làm việc dẻo và hấp thụ hoàn toàn năng lượng động đất, từ đó tối đa hóa khả năng chống động đất của tòa nhà.
Ưu điểm cốt lõi của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng: Hiệu quả, trọng lượng riêng và khả năng thích ứng với không gian
Sự phổ biến của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng trong lĩnh vực công nghiệp bắt nguồn từ những lợi thế thiết thực của chúng trên nhiều phương diện. Bắt đầu từ hiệu quả xây dựng, các cấu kiện kết cấu thép của những tòa nhà này có thể được sản xuất hàng loạt tại nhà máy, loại bỏ nhu cầu đổ bê tông phức tạp tại chỗ; sau khi được vận chuyển đến công trường, tòa nhà có thể được hoàn thiện chỉ bằng cách lắp ráp các cấu kiện. Toàn bộ quy trình đơn giản và hiệu quả, rút ngắn đáng kể chu kỳ xây dựng của dự án và giúp doanh nghiệp bắt đầu sản xuất nhanh hơn.
Xét về trọng lượng bản thân của công trình, lợi thế của nhà công nghiệp khung thép dạng cổng còn đáng chú ý hơn: nó có thể giảm khối lượng kết cấu của tòa nhà khoảng 30%. Đặc điểm này đặc biệt quan trọng trong hai trường hợp: thứ nhất là những khu vực có khả năng chịu lực của nền móng thấp, khi đó trọng lượng bản thân nhẹ hơn sẽ giảm áp lực lên nền móng và giảm chi phí gia cố nền móng; thứ hai là những khu vực có cường độ gia cố địa chấn cao, khi đó kết cấu nhẹ hơn sẽ giảm lực quán tính dưới tác động của địa chấn, mang lại hiệu quả kinh tế toàn diện tốt hơn nhiều so với các hệ thống kết cấu bê tông cốt thép truyền thống.
Xét về khả năng tận dụng không gian và khả năng thích ứng chức năng, nhà công nghiệp khung thép dạng cổng cũng hoạt động rất tốt. Nhịp tiết kiệm của chúng thường dao động từ 24 đến 30 mét, cung cấp không gian rộng rãi cho hoạt động và đáp ứng nhu cầu không gian lớn của nhiều hoạt động công nghiệp khác nhau như gia công cơ khí và kho bãi hậu cần; đồng thời, thiết kế kết cấu mang lại tính linh hoạt cao. Doanh nghiệp có thể điều chỉnh kết cấu thành nhiều tầng hoặc nhiều nhịp tùy theo nhu cầu sản xuất thực tế, thậm chí lắp đặt các thiết bị công nghiệp đặc biệt như cần cẩu, hoàn toàn thích ứng với các kịch bản sản xuất của các ngành công nghiệp khác nhau.
Thiết kế phòng cháy chữa cháy: Giải quyết điểm yếu về khả năng chịu nhiệt của thép và tránh nguy cơ sập đổ
Nhà công nghiệp khung thép dạng cổng có một điểm yếu đáng chú ý: khả năng chống cháy kém của kết cấu thép. Khi nhiệt độ thép vượt quá 100℃, hiệu suất của thép sẽ thay đổi dần theo nhiệt độ tăng: cường độ kéo giảm liên tục, trong khi độ dẻo tăng; khi nhiệt độ đạt 500℃, cường độ của thép giảm xuống mức cực thấp, không thể chịu được trọng lượng của tòa nhà, cuối cùng có thể dẫn đến sụp đổ kết cấu thép.
Do đó, tiêu chuẩn thiết kế quy định rõ ràng rằng nếu nhiệt độ bề mặt kết cấu thép trong môi trường trên 150℃, cần phải áp dụng các biện pháp cách nhiệt và phòng cháy chữa cháy. Hiện nay, giải pháp được sử dụng phổ biến nhất trong ngành là phủ lớp chống nhiệt lên bề mặt kết cấu thép - lớp phủ này tạo thành lớp cách nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao, làm chậm tốc độ tăng nhiệt độ của thép, kéo dài thời gian cứu hỏa và bảo vệ hiệu suất của thép khỏi sự xuống cấp nhanh chóng, tránh nguy cơ sụp đổ công trình.
Về tác giả: K-HOME
K-home Công Ty TNHH Kết Cấu Thép có diện tích 120,000 mét vuông. Chúng tôi tham gia vào việc thiết kế, ngân sách dự án, chế tạo và lắp đặt kết cấu thép PEB và các tấm bánh sandwich có trình độ hợp đồng chung cấp hai. Sản phẩm của chúng tôi bao gồm kết cấu thép nhẹ, tòa nhà PEB, nhà tiền chế giá rẻ, nhà container, Thép C / Z, các mẫu thép tấm màu khác nhau, tấm bánh sandwich PU, tấm bánh sandwich eps, tấm bánh sandwich len đá, tấm phòng lạnh, tấm lọc và các vật liệu xây dựng khác.