Hướng dẫn thi công thép thương mại

Tại sao thép thống trị xây dựng thương mại hiện đại

Thép xây dựng thương mại đã trở thành xương sống cấu trúc của các tòa tháp văn phòng, trung tâm bán lẻ, nhà kho và các khu phát triển phức hợp. Vật liệu này mang đến sự kết hợp giữa cường độ, khả năng dự đoán và tốc độ mà bê tông không thể sánh được trên nhiều công trường ở đô thị. Một tòa nhà khung thép sẽ đưa dự án vào những tháng khô hạn trước đó, giảm bớt sự chậm trễ liên quan đến thời tiết và đẩy nhanh ngày sử dụng tạo doanh thu. Ngoài tốc độ, thép còn cung cấp những nhịp rõ ràng mà người thuê nhà yêu cầu. Các tấm sàn không cột từ 12 đến 15 mét thường được sử dụng với các mặt bích rộng được cuộn hoặc các dầm côn, giúp các nhà thiết kế nội thất và nhà quy hoạch không gian hoàn toàn tự do. Tuy nhiên, quyết định xây dựng bằng thép không chỉ đơn thuần là sự lựa chọn vật liệu. Đó là một quyết định liên quan đến thiết kế nền móng, chiến lược phòng cháy chữa cháy và toàn bộ trình tự xây dựng.

Phân tích các yếu tố chi phí trong các dự án thép

Các nhà thầu và nhà phát triển coi giá trọng tải thô của thép là thước đo chi phí duy nhất đã bỏ lỡ bức tranh tài chính đầy đủ. Chi phí thực sự của việc xây dựng thép thương mại là sự kết hợp của vật liệu, chế tạo, lắp dựng và giá trị thời gian của kết cấu đã hoàn thành. Hiểu được sự tương tác của các yếu tố này cho phép đưa ra các quyết định kỹ thuật có giá trị sáng suốt giúp giảm tổng chi phí dự án mà không ảnh hưởng đến an toàn hoặc chức năng.

Nguyên liệu thô và hiệu quả của mặt cắt

Giá nhà máy thép kết cấu biến động theo thị trường kim loại phế liệu toàn cầu và chính sách thương mại. Ở giai đoạn thiết kế, việc lựa chọn tiết diện hiệu quả nhất cho từng dầm và cột sẽ giảm thiểu trọng tải. Dầm mặt bích rộng điển hình được chỉ định là W18x50 sử dụng 50 pound thép trên mỗi foot tuyến tính. Bằng cách chỉ định các loại có độ bền cao hơn như ASTM A992 hoặc A572 Cấp 50, các kỹ sư thường có thể sử dụng phần nhẹ hơn để mang cùng tải trọng. Phí bảo hiểm cho Lớp 50 so với Lớp 36 là khiêm tốn và việc tiết kiệm trọng lượng thường bù đắp cho chi phí vật liệu trên mỗi pound cao hơn. Đặt hàng các phần cột ở dạng khổng lồ trực tiếp từ nhà máy thay vì chế tạo các cột hộp tích hợp giúp tiết kiệm nhân công hàn và tăng tốc độ giao hàng, mặc dù việc này đòi hỏi phải lập kế hoạch hậu cần cẩn thận cho việc vận chuyển.

Độ phức tạp của chế tạo và lao động

Lao động trong xưởng chế tạo thường vượt quá giá thành của thép thô. Các kết nối bắt vít đơn giản với các tab cắt được chế tạo nhanh chóng. Các kết nối chịu mômen yêu cầu các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn, các tấm gia cường và các đường cắt đối diện sẽ làm tăng đáng kể thời gian làm việc tại xưởng. Mỗi mối nối mô men hàn đều bổ sung thêm các yêu cầu về chi phí và kiểm tra. Một thiết kế tiết kiệm chi phí giúp giảm thiểu số lượng khung mômen bằng cách định vị chúng một cách chiến lược tại lõi cầu thang và thang máy, sử dụng các kết nối cắt đơn giản ở nơi khác và dựa vào khung giằng hoặc tường cắt bê tông để ổn định ngang. Tiêu chuẩn hóa kết nối trong toàn bộ dự án cho phép nhà chế tạo thiết lập các đồ gá lắp và thực hiện các công việc lặp đi lặp lại, giúp giảm chi phí chế tạo cho mỗi kết nối.

Tốc độ lắp dựng và thời gian cẩu

Cần cẩu là nguồn lực quan trọng trong giai đoạn lắp dựng thép và chi phí theo giờ của nó, bao gồm cả người vận hành và đội lắp đặt, là rất lớn. Cách bố trí kết cấu cho phép thợ sắt lắp dựng nhanh chóng và an toàn giúp kiểm soát chi phí này. Trình tự giảm thiểu việc di chuyển cần trục và chọn mù giúp giữ lịch trình chặt chẽ. Các cột được dựng lên trong thang máy hai tầng, trong đó cần trục có thể đặt một cột cao 12 mét chỉ trong một lần gắp, loại bỏ mối nối có chiều cao trung bình và móc nối cần cẩu thứ hai. Số lượng mảnh cần thiết để đóng khung một khoang cũng thúc đẩy tốc độ. Một vịnh được đóng khung bằng một giàn composite duy nhất kéo dài toàn bộ chiều rộng của tòa nhà có thể được dựng lên với ít lựa chọn hơn so với một vịnh cần nhiều dầm chèn, tiết kiệm chu kỳ cần cẩu và giảm số lượng kết nối được bắt vít trên không.

Thiết kế cho tốc độ và khả năng thích ứng trong tương lai

Người thuê thương mại thay đổi và nhu cầu về không gian của họ thay đổi theo tuổi thọ của tòa nhà. Một kết cấu thép là sự phù hợp duy nhất để đáp ứng thực tế này. Các quyết định thiết kế được đưa ra sớm trong dự án sẽ ảnh hưởng đến tính linh hoạt hoặc những vấn đề đau đầu trong tương lai. Kiểm soát độ rung của sàn, một khiếu nại thường xuyên của người thuê nhà trong các văn phòng hiện đại, bị chi phối bởi khối lượng và độ cứng của hệ thống kết cấu sàn. Độ sâu của dầm thép nông kết hợp với tấm bê tông mỏng trên sàn kim loại có thể đáp ứng tiêu chuẩn về độ bền nhưng lại tạo cảm giác nảy và rỗng dưới chân, tạo cảm giác về chất lượng kém. Việc tăng độ sâu của chùm tia một cách khiêm tốn hoặc chỉ định hệ thống chùm tia tổ hợp sẽ tăng thêm độ cứng và cho phép các dịch vụ đi qua các lỗ hở trên lưới, giảm chiều cao từ sàn đến sàn cần thiết để chứa ống dẫn.

Hệ thống hỗn hợp sàn thép và tấm bê tông là đặc trưng của xây dựng thép thương mại. Sàn kim loại hoạt động như ván khuôn cố định và sau khi bê tông đông cứng sẽ tạo thành một màng ngăn kết cấu liên kết khung với nhau để chịu lực ngang. Các đinh cắt được hàn xuyên qua sàn lên các dầm thép liên kết với tấm bê tông trong tác động tổng hợp, cho phép dầm thép nhỏ hơn chịu được tải trọng sàn nặng hơn. Việc chỉ định sàn 20 thước thay vì sàn 18 thước giúp tiết kiệm trọng lượng và chi phí nhưng có thể yêu cầu các giá đỡ có khoảng cách gần nhau hơn và tạo ra độ võng sàn nhiều hơn trong quá trình đổ bê tông. Mặt cắt boong, hình đuôi khớp, hình thang hoặc hình tổ ong phải được chọn theo khoảng cách giữa các dầm đỡ và mức chịu lửa yêu cầu của tổ hợp.

Chiến lược phòng cháy chữa cháy và tuân thủ quy tắc

Thép mất độ bền nhanh chóng khi bị nung nóng trên 500 độ C, khiến công tác phòng cháy chữa cháy trở thành thành phần bắt buộc và tốn kém chi phí trong xây dựng thép thương mại. Phương pháp truyền thống, vật liệu chống cháy phun hoặc SFRM, tiết kiệm chi phí nhưng lộn xộn và tăng thêm độ dày cho các bộ phận. Đối với thép lộ thiên ở hành lang hoặc các khu vực đặc trưng kiến ​​trúc, sơn chống cháy mang lại vẻ ngoài mịn màng, chất lượng hoàn thiện. Sơn phồng lên thành than dày khi đun nóng, cách điện cho thép. Giải pháp này đắt hơn nhiều so với SFRM trên mỗi mét vuông và yêu cầu kiểm soát môi trường cẩn thận trong quá trình áp dụng. Một cách tiếp cận khác là sử dụng các cột hình ống bê tông hoặc chứa đầy chất lỏng để hấp thụ nhiệt và loại bỏ nhu cầu cách nhiệt bên ngoài. Chiến lược phòng cháy chữa cháy phải được lựa chọn trong quá trình thiết kế sơ đồ vì nó ảnh hưởng đến kích thước cột, biểu hiện kiến ​​trúc và tiến độ xây dựng.

Bản vẽ cửa hàng, BIM và Chuỗi phân phối kỹ thuật số

Kết cấu thép thương mại hiện đại dựa trên một luồng kỹ thuật số liền mạch từ mô hình phân tích của kỹ sư đến máy CNC của nhà chế tạo. Kỹ sư kết cấu tạo ra một mô hình thiết kế xác định kích thước thành phần, nhu cầu kết nối và hình dạng tổng thể. Sau đó, nhà chế tạo thép sẽ phát triển một mô hình bản vẽ thi công chi tiết, thường được gọi là mô hình LOD 400, trong đó mọi lỗ bu lông, đối tượng và mối hàn đều được mô hình hóa một cách rõ ràng. Mô hình này điều khiển các đường tia tự động cắt, khoan và đánh dấu từng chi tiết và ngày càng được sử dụng trực tiếp để lập trình các tế bào hàn robot. Tính năng phát hiện va chạm trong mô hình BIM phối hợp sẽ phát hiện xung đột giữa khung thép và ống đứng cơ học trước khi cắt một dầm đơn, ngăn chặn kiểu sửa chữa hiện trường tốn kém nhất. Một nhà chế tạo tham gia vào quá trình hỗ trợ thiết kế, đóng góp các chi tiết kết nối và kỹ thuật lắp dựng trong giai đoạn thiết kế, có thể nén tiến độ dự án tổng thể bằng các hoạt động chồng chéo mà lẽ ra sẽ tiến hành tuần tự.

Hậu cần, dung sai và điều phối hiện trường

Dung sai lắp dựng thép được xác định theo các tiêu chuẩn ngành như Quy tắc thực hành tiêu chuẩn AISC. Một cột có thể thẳng đứng trong phạm vi 1:500 so với chiều cao của nó và độ cao của chùm tia có thể thay đổi một phần nhỏ của nhịp. Những dung sai này, mặc dù chặt chẽ, nhưng không bằng không. Kỹ sư kết cấu và kiến ​​trúc sư phải thiết kế các phụ kiện ốp và các giao diện phân vùng bên trong có thể hấp thụ những sai lệch dự kiến ​​này mà không cần phải làm lại hiện trường tốn kém. Lõi cầu thang và thang máy, thường được xây dựng bằng bê tông đúc tại chỗ phía trước khung thép, đòi hỏi phải khảo sát hoàn công chính xác. Người thiết kế chi tiết thép sử dụng các điểm khảo sát này để điều chỉnh độ dài cuối cùng của dầm nối với lõi, một quá trình được gọi là đo kích thước hiện trường, đảm bảo rằng thép bắt vít lên mà không bị ép. Sắp xếp thứ tự giao hàng sao cho thép đến xe tải vào buổi sáng tương ứng với khu vực chính xác được lắp dựng vào chiều hôm đó giúp địa điểm không có các bó hàng quá tải và ngăn chặn việc xử lý hai lần, gây lãng phí thời gian của cần cẩu và làm hỏng lớp sơn lót do cửa hàng áp dụng.