Dưới nền tảng của sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp và hậu cần hiện đại, kho và hội thảo là những người vận chuyển cốt lõi của sản xuất và lưu trữ, và thiết kế cấu trúc của họ cần tính đến hiệu quả, an toàn và kinh tế. Cấu trúc thép đã trở thành giải pháp ưa thích cho các tòa nhà như vậy do tính chất cơ học tuyệt vời và hiệu quả xây dựng. Là các thành phần chịu tải chính, việc thiết kế và lựa chọn các cột thép và dầm thép ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và tuổi thọ dịch vụ của cấu trúc tổng thể. Bài viết này sẽ phân tích một cách có hệ thống việc áp dụng các cột thép và dầm thép trong kho/hội thảo từ các thuộc tính vật liệu, thông số kỹ thuật thiết kế cho các trường hợp thực tế.
Ưu điểm cốt lõi của cấu trúc thép
Tính chất vật chất
Độ bền cao (cường độ năng suất có thể đạt hơn 345MPa) và các đặc tính nhẹ của thép có thể làm giảm đáng kể kích thước mặt cắt ngang của các thành phần và giải phóng nhiều không gian xây dựng hơn. Ví dụ, thời điểm quán tính của các cột thép hình H tốt hơn so với các cột bê tông và công suất nén được tăng hơn 30%. Ngoài ra, hiệu suất địa chấn của thép (hệ số dẻo ≥3) và các lớp phủ chống ăn mòn được xử lý bằng nhà máy (như mạ kẽm nhúng nóng) tiếp tục mở rộng tuổi thọ của cấu trúc.
Kinh tế và hiệu quả
Thiết kế mô -đun của cấu trúc thép cho phép lắp đặt nhanh chóng. Lấy một hội thảo sản xuất ô tô nhất định làm ví dụ, nó áp dụng một hệ thống cột chùm thép đúc sẵn và thời gian xây dựng được rút ngắn 40% so với các cấu trúc bê tông truyền thống. Đồng thời, tỷ lệ tái chế thép vượt quá 90%và chi phí vòng đời giảm 20%-30%.
Bền vững
Theo tiêu chuẩn xây dựng xanh (như chứng nhận LEED), lượng khí thải carbon của các tòa nhà cấu trúc thép thấp hơn 35% so với bê tông và chất thải xây dựng có thể được tái chế, phù hợp với xu hướng của nền kinh tế carbon thấp.
Thiết kế và ứng dụng các cột thép
Loại lựa chọn và các kịch bản áp dụng
Các cột thép hình H: Thích hợp cho các kho hàng nhịp trung bình (chẳng hạn như nhịp 24M), với điện trở cắt web mạnh và kết nối dễ dàng với các bu lông chùm thép.
Các cột loại Box: Chủ yếu được sử dụng trong các hội thảo lớn hoặc cao tầng (như nhà chứa máy bay bảo trì máy bay), với các đặc điểm đóng cửa cắt ngang tuyệt vời và khả năng chống xoắn.
Cột ống tròn: Thích hợp cho các thiết kế tiếp xúc (như phòng triển lãm nghệ thuật), với hệ số điện trở gió thấp và vẻ ngoài đơn giản.
Thông số thiết kế chính
Tải trọng trục và phân tích độ vênh: tải trọng tới hạn cần được tính toán theo công thức Euler và các ràng buộc chân cột (như kết nối có bản lề hoặc cố định) cần được xem xét.
Thiết kế nút: Độ dày của tấm đế phải đáp ứng điện trở kéo ra của bu lông neo (được tính theo đặc điểm kỹ thuật AISC) và dự trữ dự phòng 15% để đối phó với tải động.
Yêu cầu đặc điểm kỹ thuật
Thực hiện theo tiêu chuẩn AISC 360 (Hoa Kỳ) hoặc GB 50017 (Trung Quốc), tỷ lệ độ mảnh cột () phải được kiểm soát trong vòng 200 để ngăn ngừa nguy cơ mất ổn định.
Thiết kế và ứng dụng dầm thép
Chiến lược lựa chọn
Đ chùm I: Chi phí thấp, xử lý dễ dàng, phù hợp cho các hội thảo nhẹ (như dây chuyền lắp ráp điện tử).
Giàn dầm: Lợi ích kinh tế đáng kể khi khoảng thời gian vượt quá 30m (chẳng hạn như kho hậu cần) và trọng lượng giảm 50%.
Dầm tổng hợp (dầm thép tấm bê tông): Cải thiện độ cứng sàn, phù hợp cho các xưởng thiết bị nặng.
Công nghệ kết nối
Các kết nối bu lông cường độ cao (như Lớp 10.9): Khả năng chịu lực cắt cao, phù hợp cho các hội thảo với sự tháo gỡ thường xuyên.
Các nút hàn: Truyền lực trực tiếp, nhưng cần phát hiện lỗ hổng UT để phát hiện chất lượng của mối hàn.
Điểm chính của thiết kế cấu trúc kho/hội thảo
Tối ưu hóa không gian
Khoảng cách cột kinh tế thường là 8-12m và tỷ lệ sử dụng không gian có thể tăng 30% khi kết hợp với hệ thống kệ treo.
Phản hồi tải đặc biệt
Thiết kế chùm tia: Hệ số tải động là 1,5 và tính toán mỏi dựa trên tiêu chí khai thác của thiệt hại tích lũy ≤1.
Khí hậu khu vực: Tải trọng tuyết (≥0,7kn/m2) cần được xem xét cho các kho ở phía bắc và tải trọng gió ở các khu vực ven biển được tính toán dựa trên tốc độ gió 50 năm.
Các biện pháp bảo vệ
Bảo vệ cháy: phun lớp phủ chất chống cháy lửa (giới hạn chống cháy ≥2 giờ) hoặc sử dụng bê tông để bọc các thành phần thép.
Bảo vệ ăn mòn: Thép phong hóa S355J2W được ưa thích trong môi trường biển để giảm tần suất bảo trì.
Quản lý xây dựng và chi phí
Tiền chế và cài đặt
Sử dụng công nghệ BIM để tối ưu hóa việc chia thành phần và giảm 50%điểm hàn tại chỗ. Tổng số vị trí trạm được yêu cầu trong quá trình nâng và độ lệch dọc là ≤H/1000.
So sánh chi phí
Đầu tư ban đầu của cấu trúc thép cao hơn 10% -15% so với bê tông, nhưng lợi ích hoạt động do thời gian xây dựng rút ngắn có thể bù đắp chênh lệch giá. Lấy một kho chuỗi lạnh làm ví dụ, giải pháp cấu trúc thép có thể đạt được thu hồi chi phí trong vòng 5 năm.
Nghiên cứu trường hợp: Thực hành cấu trúc thép của Trung tâm hậu cần Amazon
Tổng quan dự án
Khoảng thời gian là 40m, khoảng cách cột là 12m, hệ thống chùm giàn cột hình chữ H được áp dụng và tải trọng sàn là 5kn/m2.
Đổi mới công nghệ
Sử dụng phần mềm Tekla để tối ưu hóa thiết kế nút và giảm 12%mức tiêu thụ thép.
Giới thiệu một hệ thống giám sát thông minh để theo dõi những thay đổi căng thẳng của dầm và cột trong thời gian thực.
Tóm tắt kinh nghiệm
Cần đặt các kênh nâng thiết bị trong thiết kế và tránh xung đột không gian giữa dầm thép và ống thông gió.
Xu hướng tương lai
Đổi mới vật chất
Thép cường độ cực cao S690 (cường độ năng suất 690MPa) có thể làm giảm trọng lượng của các thành phần xuống 25%, và đã được thí điểm trong Tesla Super Factory.
Số hóa và tự động hóa
Công nghệ hàn BIM Robot kiểm soát lỗi trong phạm vi ± 2 mm và nhận ra sự thâm nhập dữ liệu trong suốt quá trình xây dựng thiết kế.
Đường trung tính carbon
Thúc đẩy sản xuất thép hồ quang điện (khí thải carbon thấp hơn 75% so với lò cao truyền thống) và khám phá các cấu trúc hybrid bằng gỗ thép để giảm carbon hiện thân.
Cột thép và dầm đã trở thành bộ xương của các tòa nhà công nghiệp hiện đại do sức mạnh cao, tính linh hoạt và tính bền vững của chúng. Trong tương lai, thông qua thiết kế thông minh, đổi mới vật liệu và xây dựng xanh, các cấu trúc thép sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển hiệu quả và carbon thấp của kho và hội thảo.
