Tin tức - Kết cấu thép: Một hệ thống kết cấu then chốt trong kỹ thuật hiện đại

Trong kiến trúc đương đại, giao thông vận tải, công nghiệp và kỹ thuật năng lượng,kết cấu thépVới ưu điểm kép về vật liệu và kết cấu, kết cấu bê tông cốt thép đã trở thành động lực chính thúc đẩy sự đổi mới trong công nghệ kỹ thuật. Sử dụng thép làm vật liệu chịu lực chính, nó vượt qua những hạn chế của các kết cấu truyền thống thông qua sản xuất công nghiệp hóa và lắp đặt theo mô-đun, cung cấp các giải pháp hiệu quả cho nhiều dự án phức tạp.

Ưu điểm và nhược điểm của kết cấu thép - Công ty Thép Hoàng gia Trung Quốc

Định nghĩa và bản chất của kết cấu thép
Kết cấu thép là hệ thống kết cấu chịu lực bao gồm các bộ phận như sau:tấm thép, các phần thép (Chùm tia H, Kênh U, thép góc(v.v.) và ống thép, được cố định bằng hàn, bu lông cường độ cao hoặc đinh tán. Bản chất của nó là tận dụng độ bền và độ dẻo dai cao của thép để truyền tải đều các tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bản thân và trọng lượng thiết bị) và tải trọng ngang (gió và động đất) từ một tòa nhà hoặc công trình xuống móng, đảm bảo sự ổn định của kết cấu. So với kết cấu bê tông, ưu điểm cốt lõi của kết cấu thép nằm ở các đặc tính cơ học của chúng: độ bền kéo của chúng có thể đạt trên 345 MPa, gấp hơn 10 lần so với bê tông thông thường; và tính dẻo tuyệt vời của chúng cho phép chúng biến dạng dưới tải trọng mà không bị gãy, mang lại sự đảm bảo kép về an toàn kết cấu. Đặc điểm này làm cho chúng không thể thay thế được trong các trường hợp nhịp lớn, cao tầng và tải trọng nặng.

Các loại kết cấu thép chính

(I) Phân loại theo hình thức cấu trúc
Kết cấu khung cổng: Kết cấu này, bao gồm các cột và dầm, tạo thành một khung hình "cổng", kết hợp với hệ thống đỡ. Nó phù hợp cho các nhà máy công nghiệp, kho vận, siêu thị và các công trình khác. Nhịp phổ biến dao động từ 15 đến 30 mét, một số có thể vượt quá 40 mét. Các cấu kiện có thể được chế tạo sẵn tại nhà máy, cho phép lắp đặt tại chỗ chỉ trong vòng 15 đến 30 ngày. Ví dụ, các kho hàng của Khu Logistics số 1 châu Á của JD.com chủ yếu sử dụng loại kết cấu này.
Kết cấu giàn: Kết cấu này bao gồm các thanh thẳng được nối với nhau bằng các nút để tạo thành hình tam giác hoặc hình thang. Các thanh chỉ chịu lực dọc trục, tận dụng tối đa sức bền của thép. Kết cấu giàn thường được sử dụng trong mái sân vận động và nhịp chính của cầu. Ví dụ, việc cải tạo Sân vận động Công nhân Bắc Kinh đã sử dụng kết cấu giàn để đạt được nhịp không cột dài 120 mét.
Kết cấu khung: Hệ thống không gian được hình thành bởi các dầm và cột liên kết chặt chẽ mang lại mặt bằng linh hoạt và là lựa chọn phổ biến cho các tòa nhà văn phòng cao tầng và khách sạn.
Cấu trúc lưới: Một lưới không gian được cấu tạo từ nhiều thành viên, thường có các nút hình tam giác và hình vuông đều đặn, mang lại tính toàn vẹn cao và khả năng chống động đất tuyệt vời. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhà ga sân bay và trung tâm hội nghị.

(II) Phân loại theo đặc tính tải
Các cấu kiện chịu uốn: Được biểu diễn bằng dầm, các cấu kiện này chịu mômen uốn, với lực nén ở phía trên và lực kéo ở phía dưới. Chúng thường sử dụng tiết diện chữ H hoặc tiết diện hộp hàn, chẳng hạn như dầm cầu trục trong các nhà máy công nghiệp, và phải đáp ứng cả yêu cầu về độ bền và khả năng chống mỏi.
Các cấu kiện chịu tải dọc trục: Các cấu kiện này chỉ chịu lực kéo/nén dọc trục, chẳng hạn như thanh giằng giàn và các cấu kiện lưới. Thanh giằng được thiết kế để chịu lực, trong khi thanh chịu nén yêu cầu tính ổn định. Ống tròn hoặc thép góc thường được sử dụng. Các cấu kiện chịu tải lệch tâm: Các cấu kiện này chịu cả lực dọc trục và mômen uốn, chẳng hạn như cột khung. Do tải trọng lệch tâm ở hai đầu dầm, cần có các mặt cắt ngang đối xứng (chẳng hạn như cột hộp) để cân bằng lực và biến dạng.

Ưu điểm cốt lõi của kết cấu thép
(I) Đặc tính cơ học tuyệt vời
Độ bền cao và trọng lượng nhẹ là những ưu điểm nổi bật nhất của kết cấu thép. Với cùng một nhịp, trọng lượng bản thân của dầm thép chỉ bằng 1/3 đến 1/5 so với dầm bê tông. Ví dụ, một giàn thép nhịp 30 mét nặng khoảng 50 kg/m, trong khi dầm bê tông nặng hơn 200 kg/m. Điều này không chỉ giảm chi phí móng (từ 20% đến 30%) mà còn giảm thiểu tác động của động đất, cải thiện độ an toàn chống động đất của công trình.
(II) Hiệu quả xây dựng cao
Hơn 90% các cấu kiện kết cấu thép được sản xuất sẵn tại nhà máy với độ chính xác đến từng milimét. Việc lắp đặt tại công trường chỉ cần nâng hạ và kết nối. Ví dụ, một tòa nhà văn phòng thép 10 tầng chỉ mất 6-8 tháng từ khi sản xuất cấu kiện đến khi hoàn thành, giảm 40% thời gian xây dựng so với kết cấu bê tông. Ví dụ, một dự án nhà ở bằng thép tiền chế tại Thâm Quyến đã đạt tốc độ xây dựng "một tầng mỗi bảy ngày", giảm đáng kể chi phí nhân công tại công trường.
(III) Khả năng chống động đất và độ bền cao
Độ bền chắc của thép cho phép các kết cấu thép tiêu tán năng lượng thông qua biến dạng trong động đất. Ví dụ, trong trận động đất Vấn Xuyên năm 2008, một nhà máy kết cấu thép ở Thành Đô chỉ bị biến dạng nhẹ và không có nguy cơ sụp đổ. Hơn nữa, sau khi xử lý chống ăn mòn (mạ kẽm và phủ lớp bảo vệ), thép có thể có tuổi thọ từ 50 đến 100 năm, với chi phí bảo trì thấp hơn nhiều so với các kết cấu bê tông.
(IV) Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Tỷ lệ tái chế thép vượt quá 90%, cho phép nó được nấu chảy và xử lý lại sau khi phá dỡ, loại bỏ ô nhiễm chất thải xây dựng. Hơn nữa, kết cấu thép không cần ván khuôn hay bảo trì, yêu cầu tối thiểu công việc ướt tại công trường và giảm lượng khí thải bụi hơn 60% so với các công trình bê tông, phù hợp với các nguyên tắc xây dựng xanh. Ví dụ, sau khi tháo dỡ địa điểm Ice Cube cho Thế vận hội mùa đông Bắc Kinh 2022, một số bộ phận đã được tái sử dụng trong các dự án khác, đạt được mục tiêu tái chế tài nguyên.

Ứng dụng rộng rãi của kết cấu thép
(I) Xây dựng
Các công trình công cộng: Sân vận động, sân bay, trung tâm hội nghị và triển lãm, v.v., đều dựa vào kết cấu thép để đạt được nhịp lớn và thiết kế rộng rãi.
Nhà ở dân dụng: Nhà ở lắp ghép bằng kết cấu thép ngày càng trở nên phổ biến và có thể đáp ứng các yêu cầu về nhà ở cá nhân hóa.
Các công trình thương mại: Các tòa nhà văn phòng siêu cao tầng và trung tâm mua sắm, sử dụng kết cấu thép để đạt được thiết kế phức tạp và xây dựng hiệu quả.
(II) Vận tải
Kỹ thuật cầu đường: Cầu vượt biển và cầu đường sắt. Cầu thép có nhịp lớn và khả năng chống chịu gió và động đất mạnh.
Giao thông đường sắt: Mái che nhà ga tàu điện ngầm và dầm đường ray tàu điện nhẹ.
(III) Công nghiệp
Các nhà máy công nghiệp: Nhà máy sản xuất máy móc hạng nặng và nhà máy luyện kim. Kết cấu thép có thể chịu được tải trọng của thiết bị lớn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sửa đổi thiết bị sau này.
Cơ sở kho bãi: Kho lạnh và trung tâm hậu cần. Kết cấu khung cổng đáp ứng yêu cầu lưu trữ khẩu độ lớn, thi công nhanh chóng và đưa vào vận hành dễ dàng.
(IV) Năng lượng
Các công trình điện lực: Các tòa nhà chính của nhà máy nhiệt điện và tháp truyền tải. Kết cấu thép phù hợp với tải trọng cao và môi trường ngoài trời khắc nghiệt. Năng lượng mới: Tháp tuabin gió và hệ thống giá đỡ quang điện có kết cấu thép nhẹ giúp dễ dàng vận chuyển và lắp đặt, hỗ trợ phát triển năng lượng sạch.