Bốn loại kết cấu thép chính: Tính năng và ứng dụng

Bốn hệ thống kết cấu thép chính

Kết cấu thép được phân loại theo hệ thống kết cấu và khả năng chịu tải-thành bốn loại chính: kết cấu khung cổng, kết cấu khung, kết cấu giàn và kết cấu khung không gian. Mỗi hệ thống có những đặc điểm riêng biệt về khả năng nhịp, khả năng chịu tải, chi phí và tốc độ thi công. Hướng dẫn này mô tả từng loại và cung cấp các tiêu chí lựa chọn theo định hướng dự án-cho các nhà thầu kỹ thuật, công ty thiết kế và chủ sở hữu dự án.

Cấu trúc khung cổng

Khung cổng là một hệ thống-độ cao thấp gồm các cột thẳng đứng và xà nhà dốc được kết nối bằng các khớp nối cứng,-chịu mômen, giúp loại bỏ các cột bên trong và tạo ra các khoảng-nhịp rộng rõ ràng. Các thành phần chính là cột, xà nhà, giá đỡ mái hiên, xà gồ và dầm và giằng dọc. Đường dẫn tải rất đơn giản và trực tiếp, đồng thời hệ thống thường được định cấu hình ở dạng một nhịp hoặc nhiều nhịp với các chân cột được ghim hoặc cố định. Nó phù hợp với-các nhà kho, nhà máy, nhà để xe và phòng triển lãm một tầng, đồng thời có đặc điểm là xây dựng nhanh và chi phí thấp.

Cấu trúc khung (khung thời điểm)

Kết cấu khung thép là một hệ khung gồm các cột thẳng đứng và dầm chữ I{0}}ngang được nối với nhau bằng các khớp cứng hoặc được ghim, tạo thành một hệ thống chịu tải trọng không gian-đối với các tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bản thân, tải trọng sàn) và tải trọng ngang (gió, địa chấn). Nó có bố cục linh hoạt, khả năng tận dụng không gian cao và tính toàn vẹn tổng thể mạnh mẽ, đồng thời là hệ thống kết cấu chính cho các tòa nhà công nghiệp nhiều{4}}tầng và cao-, văn phòng, trung tâm mua sắm, khách sạn và khung đỡ thiết bị.

Kết cấu giàn

Kết cấu giàn là một khung gồm các thành phần thẳng được sắp xếp theo các đơn vị hình tam giác, chịu tải trọng thông qua lực kéo và nén dọc trục. Nó có trọng lượng nhẹ-, khả năng vượt nhịp lớn và độ cứng cao, lý tưởng cho các mái-có nhịp dài của nhà thi đấu thể thao, trung tâm triển lãm và nhà ga sân bay cũng như cầu và cần cẩu.

Cấu trúc khung không gian

Khung không gian là một-hệ thống giàn cứng ba chiều gồm các thành phần tuyến tính và đầu nối nút được kết nối với nhau, chẳng hạn như các khớp cầu rỗng được hàn, các khớp cầu bắt vít và các khớp nối tấm thép. Nó phân phối tải trọng theo mọi hướng trên ma trận hình học, đạt được các nhịp không cột-khổng lồ với khả năng kháng địa chấn và gió mạnh. Nó được sử dụng cho các nhà hát, phòng tắm hơi, mái vòm, mái che của trạm thu phí và các phòng chờ.

Cách chọn hệ thống kết cấu thép phù hợp

Theo chiều cao xây dựng và số tầng

Đối với các tòa nhà công nghiệp một-một tầng, nhà kho và nhà xưởng đơn giản, cấu trúc khung cổng thông tin mang lại bố cục linh hoạt và chi phí tổng thể thấp hơn. Đối với các tòa nhà nhiều-tầng, khung thép liên kết-cứng chắc mang lại sự ổn định tổng thể và đáp ứng các yêu cầu về phương thẳng đứng và địa chấn của công trình-cao trung bình.

Theo nhịp mái và yêu cầu về không gian

Khung cổng mang lại hiệu quả kinh tế cho nhịp trung bình thông thường trong các tòa nhà{0}một tầng. Cấu trúc giàn phục vụ các tòa nhà công cộng lớn cần không gian trống có cột-có nhịp lớn hơn và khung không gian được chọn cho các nhịp cực-lớn, hình học cong không đều và phân bổ tải trọng ba{4}}chiều.

Theo loại tải và điều kiện làm việc

Các tòa nhà chịu tải tĩnh-thông thường được hỗ trợ tốt bởi khung cổng hoặc khung thép. -Các tòa nhà máy nghiền hạng nặng có cần cẩu phía trên cần khung được gia cố với độ cứng của các bộ phận và mối nối được nâng cao. Đối với điều kiện địa chấn cao, áp suất gió cao hoặc nhiệt độ-thấp, khung không gian mang lại khả năng phân bổ tải trọng đồng đều hơn và độ an toàn tổng thể cao hơn.

Theo ngân sách và tiến độ dự án

Khung cổng có ít bộ phận hơn và mức độ chế tạo sẵn cao, mang lại thời gian xây dựng ngắn nhất và chi phí tiết kiệm nhất. Giàn thép và khung nhiều tầng-cân bằng chất lượng và hiệu quả cho hầu hết các dự án công cộng và thương mại. Khung không gian yêu cầu chế tạo tùy chỉnh và lắp đặt chuyên dụng và thường được dành riêng cho các tòa nhà mang tính bước ngoặt.

Bằng cách bảo trì và mở rộng trong tương lai

Khung thép nhiều tầng có bố cục linh hoạt thích ứng tốt nhất với việc bổ sung theo chiều dọc và sửa đổi không gian trong tương lai. Cấu trúc giàn và khung không gian, với độ ổn định tổng thể cao, phù hợp với các tòa nhà công cộng đòi hỏi tuổi thọ lâu dài và chi phí bảo trì thấp.

Bảng khuyến nghị lựa chọn

Những khuyến nghị này áp dụng cho các kịch bản kỹ thuật thông thường. Thời tiết khắc nghiệt, nhịp siêu cao, tải trọng đặc biệt hoặc hình thức kiến ​​trúc được cá nhân hóa đòi hỏi phải có thiết kế và tối ưu hóa kết cấu tùy chỉnh.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hình tam giác được sử dụng trong kèo thép?Việc bố trí hình tam giác không thay đổi hình dạng khi chịu tải: mỗi bộ phận chỉ chịu lực căng hoặc lực nén dọc trục, điều này làm cho giàn vốn có tính ổn định cao và đạt hiệu quả cao trong sử dụng vật liệu.

Sự khác biệt giữa khung và khung không gian là gì?khung chịu tải trọng chủ yếu trong mặt phẳng, xuyên qua các cột và dầm ở bố cục hai{0}}chiều. Khung không gian là một-lưới lồng vào nhau ba chiều giúp phân phối tải trọng theo mọi hướng, phù hợp với mái mở rất lớn và hình học phức tạp.

Kết cấu thép có được đúc sẵn không?Đúng. Hầu hết các bộ phận đều được chế tạo và tráng phủ tại nhà máy, sau đó được vận chuyển và bắt vít với nhau tại công trường, giúp rút ngắn thời gian thi công và cải thiện việc kiểm soát chất lượng.

Tại sao cấu trúc khung được sử dụng cho-các tòa nhà cao tầng?Khung thép có tỷ lệ cường độ-trên-trọng lượng cao, do đó cấu trúc này hỗ trợ trọng lượng của chính nó một cách hiệu quả đồng thời chống lại lực gió và địa chấn; các kết nối cứng phân phối tải ngang qua toàn bộ hệ thống.

Kết cấu giàn tiết kiệm chi phí vật liệu như thế nào?Vì các bộ phận hoạt động ở trạng thái căng hoặc nén thuần túy nên toàn bộ mặt cắt được sử dụng hiệu quả, giảm tổng trọng tải thép cần thiết để hỗ trợ các nhịp mở lớn so với các giải pháp thay thế-web rắn.