Khung thép chịu lực trong các tòa nhà thương mại và công nghiệp phụ thuộc vào một bộ phận nhiều hơn bất kỳ bộ phận nào khác: dầm chữ H. Trong xây dựng, dầm chữ H là một cấu hình thép kết cấu cán nóng có mặt cắt ngang trông giống chữ H viết hoa, với hai mặt bích rộng song song được nối với nhau bằng một mạng dọc duy nhất. Các nhà xây dựng và chế tạo chọn nó vì nó mang lại tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tốt hơn hầu hết các hình dạng cuộn khác, kéo dài khoảng cách xa hơn với ít cột hơn và tạo ra các bề mặt phẳng giúp kết nối bu lông và hàn trở nên đơn giản. Hướng dẫn này giải thích việc xây dựng dầm H bao gồm những gì, so sánh dầm H với dầm I như thế nào, kích thước tiêu chuẩn nào cần chỉ định và tại sao chất lượng hàn lại kiểm soát kết quả cuối cùng.
Dầm chữ H trong xây dựng là gì?
Dầm H là một tiết diện thép có mặt bích rộng với các mặt mặt bích song song, khiến nó trở thành mặt cắt cán linh hoạt nhất cho cột, dầm, khung giằng và dầm chuyển trong kết cấu thép.
Ba phần xác định mặt cắt ngang: bản bụng thẳng đứng chống lại lực cắt, hai mặt bích ngang chống uốn và bán kính phi lê làm trơn chuyển tiếp giữa bản bụng và mặt bích để giảm sự tập trung ứng suất. Các ký hiệu khác nhau tùy theo tiêu chuẩn: tiết diện hệ mét H được viết là H 400 x 200, hình mặt bích rộng Bắc Mỹ là W12x26 và tiết diện Châu Âu là HEA, HEB hoặc HEM.
Dầm H đến công trường bằng hai tuyến đường. Các sản phẩm vừa và nhỏ được cán nóng nguyên tấm tại nhà máy thép. Các phần lớn hơn hoặc không đạt tiêu chuẩn, thường trên H 400, được chế tạo bằng cách hàn ba tấm lại với nhau thành dầm chữ H hàn. Lộ trình thứ hai này biến việc mua vật liệu đơn giản thành hoạt động hàn có kiểm soát, đó là lý do tại sao khả năng chế tạo cũng quan trọng như cấp thép trong kết cấu dầm chữ H.
Tại sao kết cấu dầm H chiếm ưu thế trong khung thép
Dầm chữ H thống trị khung thép hiện đại vì chúng mang nhiều tải trọng hơn trên mỗi kg thép, chống uốn theo cả hai hướng và kết nối nhanh hơn các kênh, góc hoặc tiết diện chữ I có trọng lượng tương tự.
- Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng: mặt bích rộng đặt vật liệu cách xa trục trung tính, do đó tiết diện H 300 x 300 tiêu chuẩn mang lại mô đun tiết diện khoảng 1.400 cm³ ở mức khoảng 95 kg mỗi mét.
- Nhịp dài: Dầm H thường kéo dài từ 6 đến 12 m trong hệ thống sàn và đạt tới 15 đến 30 m khi được sử dụng làm dầm chuyển hoặc xà cổng.
- Khả năng chống uốn hai chiều: chiều sâu và chiều rộng tương tự nhau, do đó mặt cắt chịu được tải trọng ngang và trục mà không cần giằng thêm.
- Kết nối đơn giản hơn: mặt bích song song chấp nhận các tấm cuối, tấm đế và mối nối dầm không có miếng chêm côn.
- Tính sẵn có tại địa phương: các kích thước phổ biến được các nhà kinh doanh thép trên toàn thế giới dự trữ, trong khi các phần đặc biệt có thể được hàn theo đơn đặt hàng.
Chùm chữ H vs I Beam: Cần chỉ định điều gì
Sử dụng dầm H cho cột, dầm chịu tải nặng và khung mômen; chỉ chọn dầm chữ I cho các bộ phận chịu tải nhẹ, nhịp ngắn, nơi có thể chấp nhận được mặt bích côn và trọng lượng thấp hơn.
Sự khác biệt là hình học. Dầm H có các mặt bích rộng song song với nhau và có độ dày gần bằng bản bụng, trong khi dầm hình chữ S có các mặt bích hẹp hơn với các mặt trong dốc. Mặt bích dầm chữ H song song cho phép chịu lực trực tiếp, bắt vít chặt và hàn xuyên thấu hoàn toàn; mặt bích dầm chữ I thon tập trung ứng suất kết nối và thường cần vòng đệm hoặc miếng chêm.
| Tài sản | H Beam | I Beam (hình chữ S) |
|---|---|---|
| Hình dạng mặt cắt ngang | Vốn H, mặt bích song song | Vốn I, mặt bích thon |
| Chiều rộng mặt bích | Rộng và phẳng | Hẹp và dốc ở bên trong |
| Trọng lượng cho cùng chiều cao dầm | Nặng hơn | Bật lửa |
| Khả năng uốn | Cao ở cả hai trục | Chỉ cao khoảng một trục |
| Nỗ lực kết nối | Bắt vít hoặc hàn trực tiếp | Cần có miếng chêm hoặc vòng đệm đặc biệt |
| Phạm vi nhịp điển hình | 6 đến 30 m trở lên | Lên đến khoảng 10 đến 15 m |
| Công dụng điển hình | Cột, dầm chuyển, khung cổng, khung nhà cao tầng | Dầm cầu, dầm cầu trục, dầm sàn nhẹ |
Kích thước chùm tia H tiêu chuẩn và cách đọc chúng
Đọc ký hiệu dầm chữ H là chiều cao danh nghĩa x chiều rộng mặt bích x độ dày bản bụng x độ dày mặt bích, ví dụ H 400 x 200 x 8 x 13 mm và luôn xác nhận kích thước tuân theo tiêu chuẩn nào, vì GB/T 11263, JIS G3192, EN 10034 và ASTM A6 sử dụng các hệ thống phân loại và dung sai khác nhau.
| chỉ định | Độ dày của web (mm) | Chiều rộng mặt bích x thickness (mm) | sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| H 100 x 100 | 6 | 100 x 8 | Trụ gác lửng, giằng cột nhẹ |
| H 150 x 150 | 7 | 150x10 | Kèo cổng, cột thấp tầng |
| H 200 x 200 | 8 | 200 x 12 | Dầm và cột tiêu chuẩn trong nhà thấp tầng |
| H 300 x 300 | 10 | 300 x 15 | Cột giữa, dầm chuyển |
| H 400 x 400 | 13 | 400 x 21 | Cột cao tầng, dầm chịu tải trọng lớn |
| Tích hợp H 400 x 200 | 8 | 200 x 13 | Dầm hàn, dầm cầu trục |
Đối với dầm sàn, quy tắc chung về khả năng sử dụng sẽ giữ độ lệch hoạt tải dưới nhịp/360 (L/360). Phương pháp lựa chọn luôn giống nhau: tính toán mô đun tiết diện cần thiết, chọn tiết diện thử nghiệm từ các bảng tiêu chuẩn, kiểm tra độ võng và lực cắt, sau đó xác nhận rằng tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày của mặt bích và bản bụng vẫn ở loại nén hoặc bán nén để uốn cục bộ không làm giảm khả năng chịu tải.
Các ứng dụng điển hình trong thi công dầm chữ H
Dầm chữ H mang khung xương của hầu hết các tòa nhà thép phi dân cư, từ nhà kho cổng một tầng đến tháp cao tầng, mặt cầu và kết cấu nhà máy công nghiệp nặng.
- Khung tòa nhà: cột và dầm trong các kết cấu trung và cao tầng có khung giằng hoặc chịu mômen.
- Công trình công nghiệp: khung cổng và nhà cầu trục có nhịp thông thủy từ 18 đến 36 m.
- Cầu: dầm chính, dầm ngang và trụ đỡ lối đi cho người đi bộ.
- Móng: Cọc chữ H được đóng vào nền đá để làm móng sâu và công trình biển.
- Nhà máy năng lượng và xử lý: giá đỡ ống, bệ thiết bị và bệ bên trong tháp gió.
- Tầng lửng và sàn cây: dầm phụ đỡ tấm bê tông hoặc lưới sắt.
Những cân nhắc về hàn quyết định tuổi thọ của khung dầm chữ H
Các hoạt động có rủi ro cao nhất trong thi công dầm chữ H là các mối hàn dọc bản bụng với mặt bích trên các phần dựng sẵn và các mối nối xuyên thấu hoàn toàn được thực hiện tại chỗ. Các mối hàn bị lỗi tạo ra vết nứt và biến dạng từ rất lâu trước khi dầm đạt tải trọng thiết kế, vì vậy chất lượng mối hàn là yếu tố thực sự quyết định tuổi thọ của khung.
Một dầm chữ H tích hợp được hàn cần có bốn mối hàn góc liên tục, hai mối hàn ở mỗi bên của bản bụng. Hàn hồ quang chìm (SAW) là quy trình tiêu chuẩn vì nó mang lại sự lắng đọng cao, lượng hydro thấp và không bị bắn tung tóe trên đường may thẳng, liên tục. Một thiết lập sản xuất điển hình sử dụng một bùng nổ cột hàn hồ quang chìm di chuyển toàn bộ chiều dài chùm tia trong khi chùm tia được đỡ trên giá đỡ con lăn được hỗ trợ.
Công ty, nhà sản xuất cột & cần cẩu SAW Công ty TNHH Công nghệ Công nghiệp nặng Vô Tích WeldNice là nhà sản xuất và công ty Cột SAW & Boom Trung Quốc, Hỗ trợ tùy chỉnh, Công ty... Xem sản phẩm → Fit-up chi phối kết quả hàn. Khoảng cách giữa bản bụng và mặt bích phải được giữ ở mức 1 mm hoặc ít hơn trước khi CƯA; những khoảng trống lớn hơn gây cháy, tan chảy không hoàn toàn và gia cố quá mức. Đối với các cụm lắp ráp nhỏ hơn, xoay bộ phận để đặt từng mối hàn ở vị trí phẳng bằng một máy định vị hàn nghiêng làm giảm khuyết tật và cải thiện tốc độ lắng đọng đáng kể.
Nhà cung cấp máy định vị hàn nghiêng 1,5T, Nhà máy OEM/ODM - Wuxi WeldNice Heavy In Công ty TNHH Công nghệ Công nghiệp nặng Vô Tích WeldNice là nhà cung cấp Máy định vị hàn nghiêng 1,5T của Trung Quốc và nhà máy OEM/ODM, Máy hàn nghiêng 1,5T... Xem sản phẩm → Kiểm soát biến dạng cũng quan trọng không kém. Các biện pháp đối phó tiêu chuẩn là trình tự hàn cân bằng, kẹp các mặt bích vào thành trước khi hàn, lùi lại các đường nối dài và cho phép dầm nguội giữa các lần hàn. Tại hiện trường, mối nối cột và mối nối dầm sử dụng mối hàn giáp mép xuyên thấu hoàn toàn với các thanh đỡ; thép có lượng carbon tương đương trên khoảng 0,42, chẳng hạn như S355JR hoặc Q355B ở các phần dày, yêu cầu gia nhiệt trước từ 75 đến 100 độ C và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp. Kiểm tra siêu âm hoặc hạt từ tính nên được thực hiện sau mỗi mối hàn.
Việc di chuyển về phía hàn tự động trong chế tạo kết cấu không phải là về tốc độ một mình. Hệ thống tự động đọc đường nối, giữ góc mỏ hàn không đổi và ghi lại các thông số hàn, mang lại khả năng lặp lại mà việc hàn thủ công không thể đảm bảo trên các đường nối dài từ 8 đến 12 mét.
Cuối cùng, bảo vệ khung đã hoàn thiện: nổ mìn ở cấp độ chuẩn bị bề mặt Sa 2.5, phủ lớp sơn lót giàu kẽm và cung cấp khả năng chống cháy, lớp phủ hoặc tấm thông thường có khả năng chống cháy, để đáp ứng thời gian chịu lửa yêu cầu của quy chuẩn xây dựng.
Danh sách kiểm tra mua sắm chùm tia H
Mua dầm H theo chứng chỉ cấp, tiêu chuẩn và nhà máy đã được ghi lại, đồng thời kiểm tra dung sai được giao trước khi bạn chấp nhận lô.
- Xác định trường hợp tải trọng điều chỉnh và giới hạn độ võng trước khi bạn chọn một phần; quy tắc span/360 cho sàn và span/240 cho các thành phần mái là điểm khởi đầu chung.
- Thích một kích thước thả. Kích thước không chuẩn có nghĩa là số lượng cuộn tối thiểu, thời gian thực hiện dài hơn và giá cao hơn.
- Xác nhận loại thép và loại thép tương đương theo các tiêu chuẩn, ví dụ như S355JR, Q355B hoặc ASTM A992 và đảm bảo kim loại phụ phù hợp với độ bền của kim loại cơ bản.
- Yêu cầu chứng chỉ kiểm tra nhà máy và kiểm tra cường độ năng suất, độ bền kéo và lượng carbon tương đương. Lượng cacbon tương đương trên khoảng 0,45 đến 0,50 buộc phải thực hiện quy trình hàn đủ tiêu chuẩn có làm nóng trước.
- Kiểm tra dung sai lăn khi giao hàng: độ vuông góc của mặt bích, độ thẳng của bản bụng và độ khum. Giới hạn chấp nhận điển hình là từ 1 đến 2 mm trên mỗi mét chiều dài.
- Lập kế hoạch công việc hàn với người chế tạo: máy định vị nghiêng hoặc cần cột giúp tiết kiệm số giờ trên mỗi tấn dầm hàn so với hàn thủ công ở những vị trí khó xử.
Câu hỏi thường gặp về thi công dầm chữ H
Sự khác biệt chính giữa chùm H và chùm I là gì?
Dầm H có mặt bích song song rộng và chịu uốn theo cả hai hướng, trong khi dầm chữ I có mặt bích thon, nặng ít hơn và được thiết kế chủ yếu để uốn quanh một trục. Sử dụng tiết diện H cho cột và dầm chịu tải nặng.
Một chùm tia H có thể kéo dài bao xa nếu không có sự hỗ trợ trung gian?
Một dầm sàn điển hình có chiều dài từ 6 đến 12 m; dầm chuyển và xà cổng đạt 15 đến 30 m. Các nhịp dài hơn có thể thực hiện được với các tiết diện hoặc giàn sâu hơn, nhưng mô đun tiết diện, giới hạn độ võng và khả năng chịu cắt phải luôn được kiểm tra bằng tính toán.
Dầm H có thể được sử dụng trong xây dựng nhà ở?
Đúng. Các phần nhỏ hơn như H 100 đến H 200 được sử dụng làm cột trong tầng hầm, lanh tô trên các lỗ rộng của gara và dầm đỡ sàn hoặc khu vực mái nơi khối xây hoặc gỗ không thể thu hẹp khoảng cách.
Dầm H có cần chống cháy không?
Trong hầu hết các mã xây dựng, có. Thép được bảo vệ bằng sơn chống cháy, ván hoặc bê tông để đạt được mức chịu lửa cần thiết, thường là 60 đến 120 phút, vì thép trần mất cường độ nhanh chóng ở nhiệt độ trên 500 độ C.
Tại sao một số dầm H được chế tạo bằng phương pháp hàn thay vì cán?
Bởi vì các nhà máy chỉ cuộn một phạm vi kích thước giới hạn. Nếu thiết kế cần H 600 x 300 với độ dày bản đặc biệt, nhà chế tạo sẽ hàn ba tấm thành một phần lắp sẵn. Chất lượng hàn, kiểm soát độ biến dạng và kiểm tra khi đó trở nên quan trọng và đó là giai đoạn mà thiết bị phù hợp tạo ra sự khác biệt có thể đo lường được.
Điểm mấu chốt: Kết cấu dầm chữ H mang lại chi phí lắp đặt thấp nhất cho hầu hết các tòa nhà có khung thép khi tiết diện được xác định chính xác và quá trình hàn được kiểm soát từ mối nối đầu tiên đến mối nối cuối cùng. Chọn một kích thước có sẵn, xác minh loại và lượng carbon tương đương, đồng thời cung cấp cho nhà chế tạo thiết bị giữ cho mối hàn phẳng và độ biến dạng nhỏ. Dầm tiết kiệm nhất không phải là dầm có giá mỗi tấn thấp nhất; nó là thứ đi kèm với ít vấn đề nhất. Nếu bạn đang thiết lập hoặc nâng cấp dây chuyền hàn dầm chữ H, hãy xem lại cách thức chuyên dụng nhà sản xuất thiết bị hàn định vị, xoay và căn chỉnh phôi vì thiết bị xử lý thường quyết định chất lượng mối hàn trước khi bật mỏ hàn.
