Những điểm chính trong thiết kế kết cấu thép nhà nhẹ khung cổng về khả năng chống tuyết
Mật độ tuyết và hiệu ứng tuyết do gió thổi
Cách tính tải trọng tuyết của kết cấu thép khung cổng nhà nhẹ
Mái thép nhẹ
&
Hệ thống mái thép nhẹ
- Tấm lợp thép nhẹ là hệ thống mái trong đó các tấm mái có trọng lượng nhẹ (tấm thép định hình hoặc tấm bánh sandwich nhẹ) và thường được cố định vào xà gồ thông qua vít tự khai thác.
- Cáchệ thống mái thép nhẹđược đỡ trên các dầm hoặc giàn thép chắc chắn. Các vì kèo có dạng hình tam giác, hình thang, hình thoi, kèo ba khớp, v.v. và có thể được làm bằng thép góc thành mỏng, ống tròn, ống vuông, v.v. Do quá trình gia công và sản xuất cồng kềnh hơn nên chúng dần được thay thế bằng dầm thép chắc chắn. Các cấu kiện chịu ứng suất thẳng đứng có thể là cột thép hoặc cột bê tông. Dạng kết cấu phổ biến hơn của nhà xưởng một tầng làkhung cổngtrong đó dầm thép và cột thép được tích hợp cố định.
Sự ổn định tổng thể
&
Hệ thống hỗ trợ
- Do kết cấu khung cổng có độ cứng uốn nhỏ, độ cứng xoắn và độ cứng tổng thể yếu nên độ ổn định tổng thể của hệ kết cấu cần được xem xét đầy đủ trong quá trình thiết kế.
- Điều này đòi hỏi rằng trong quá trình thiết kế, cần chú ý đến việc bố trí hệ thống hỗ trợ kết cấu và các hỗ trợ góc để đảm bảo rằng mỗi vùng nhiệt độ có thể được trang bị một hệ thống hỗ trợ tạo thành cấu trúc ổn định về mặt không gian một cách độc lập.
《Thông số kỹ thuật cho kết cấu thép của khung cổng Nhà nhẹ thể hiện
(sau đây gọi là 《Thông số kỹ thuật thể hiện )
- Theo 《Thông số kỹ thuật cho kết cấu thép của Nhà nhẹ khung cổng thể hiện GB{0}} (sau đây gọi là 《Thông số kỹ thuật thể hiện ), "Nhà nhẹ khung kiểu cổng" lànhà kết cấu thép một tầng. Chiều cao của nhà không được lớn hơn 18m, tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng của nhà không được nhỏ hơn 1. Sử dụng khung cứng dạng rắn có tiết diện thay đổi hoặc bằng mặt cắt. Hệ thống bao vây phải sử dụng mái thép nhẹ và tường ngoài nhẹ (đôi khi cũng sử dụng tường xây không nhúng). Sức nâng được xác định là cần trục làm việc hạng nhẹ và trung gian hoặc cần trục treo có trọng tải không quá 20 tấn.
- Đối với các tòa nhà tương tự có chiều cao nhà vượt quá 18m, thiết kế độ bền và độ ổn định của các bộ phận có thể tham khảo 《Thông số kỹ thuật thể hiện .
Quy mô tuyết rơi ở Hà Bắc năm 2023 vượt xa những năm trước. Một lượng lớn tuyết rơi trong thời gian ngắn khiến một số tòa nhà bị sậpnhà xưởng kết cấu thép nhẹkhiến tuyết không được dọn sạch kịp thời, nhiều ngôi nhà bị biến dạng và hư hỏng. Sau khi điều tra, người ta phát hiện các tòa nhà bị sập về cơ bản là nhà xưởng kết cấu thép nhẹ được thiết kế và xây dựng trước đó. Các tòa nhà kết cấu thép nhẹ được thiết kế mới bị hư hỏng tương đối nhẹ.
Những điểm chính trong thiết kế kết cấu thép nhà nhẹ khung cổng về khả năng chống tuyết
1. Tăng giá trị tải trọng tuyết thiết kế một cách thích hợp
- Mái kết cấu thép của ngôi nhà nhẹ khung thép cổng có trọng lượng nhẹ và là kết cấu nhạy cảm với tải trọng tuyết.
- Tải tuyết thường là tải kiểm soát. Dưới tải trọng tuyết cực lớn, rất dễ gây ra hư hỏng cấu trúc tổng thể, gây ra hậu quả đặc biệt nghiêm trọng. Áp lực tuyết cơ bản phải được tăng lên một cách thích hợp.
- Theo tiêu chuẩn quốc gia hiện hành 《Mã tải trọng cho kết cấu tòa nhà thể hiện GB{0}}, các công trình nhạy cảm với tải trọng tuyết nên sử dụng áp lực tuyết với chu kỳ lặp lại là 100 năm.
- Diện tích thành phố Thương Châu là 0.2KN/㎡ (20 kg mỗi mét vuông). Đối với các tòa nhà có máng xối hoặc lan can bên ngoài khó dọn tuyết, giá trị tải trọng tuyết thiết kế phải được tăng lên một cách thích hợp trên cơ sở này.
2. Áp dụng hình thức mái nhà có thể làm giảm sự tích tụ tuyết cục bộ
Mái dốc đơn hoặc đôi
&
Độ dốc mái nhỏ hơn
- Để giảm thiểu tai nạn do tuyết rơi,kết cấu thép nhẹnhà ở nên áp dụng hình thức mái dốc đơn hoặc mái dốc đôi để tránh vùng tuyết rơi diện rộng ở giữa.
- Đối với mái có nhịp cao và nhịp thấp nên sử dụng độ dốc mái nhỏ hơn để tránh tuyết trên mái cao trôi quá nhiều xuống mái thấp, dẫn đến tích tụ cục bộ quá mức.
- Không lắp đặt hoặc giảm bớt lan can, phần nhô ra của mái nhà, v.v. để giảm nguy cơ tuyết tích tụ.
3. Việc tính toán cần xét tới sự phân bố của lớp phủ tuyết
Cấu trúc chính và vỏ bọc
&
Tấm mái và xà gồ
&
Dầm nghiêng khung cứng
- Cáckết cấu khung thép cổng thông tincó khả năng quá tải kém. Khi thiết kế kết cấu chính và kết cấu bao che cần đặc biệt chú ý đến tải trọng tuyết gần lan can, gần tường nhà liền kề, mái cao thấp do nhịp cao và nhịp thấp tạo thành, máng xối trong nhà nhiều nhịp. .
- Khi thiết kế khung cổng, phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu của điều 4.3.2 và 4.3.3 của 《Thông số kỹ thuật thể hiện, cần xem xét hệ số phân bổ tuyết, đồng thời xem xét tải trọng tích tụ và trôi của tuyết.
- Đối với sàn mái và xà gồ, hệ số phân bố tuyết nên được áp dụng dựa trên trường hợp phân bố tuyết không đều bất lợi nhất.
- Các dầm nghiêng khung cứng phải được bao bọc theo sự phân bố đều của tuyết trên toàn nhịp, phân bố không đều và phân bố đều của tuyết trên nửa nhịp.
4. Giảm tỷ lệ chiều rộng và chiều dày của dầm và mặt bích cột của khung thép cổng một cách hợp lý
- Điều 3.4.1 của 《Thông số kỹ thuật quy định rằng trong số các tấm chịu áp của bộ phận khung chính, tỷ lệ giữa chiều rộng mở rộng tự do của tấm mặt bích chịu áp của bộ phận tiết diện chữ I với chiều dày của nó không được lớn hơn 15εk (εk là hệ số hiệu chỉnh mác thép, giá trị của nó là căn bậc hai của tỷ lệ 235 với giá trị điểm chảy dẻo của mác thép).
- Điều 3.4.3 quy định khi tác động tổng hợp của tác động động đất chi phối thiết kế kết cấu thì tỷ số chiều rộng giãn nở tự do của bản cánh chịu nén của cấu kiện tiết diện chữ I với chiều dày của nó không được lớn hơn 13εk.
- Do khả năng xảy ra cao và cường độ tuyết rơi cao trong khu vực, nên không nên kiểm soát kết cấu bằng sự kết hợp của các hoạt động địa chấn. Giới hạn tỷ lệ chiều rộng và chiều dày củacột và dầm thépnối với cột thép (khu vực tiêu thụ năng lượng nhựa) cũng cần dựa trên 13εk (tương đương với yêu cầu chống động đất cấp S3 hoặc cấp 4) để tăng độ dẻo cho kết cấu và ngăn ngừa sự sụp đổ tổng thể của kết cấu.
5. Tải trọng thiết kế cần xét đến phần nhô ra hoàn toàn của máng xối
Tuyết tích tụ trên mái nhà
&
Tải trọng băng và tuyết mật độ cao
- Trong thời tiết mùa đông lạnh giá, máng xối sẽ đóng băng do thoát nước kém và tuyết từ mái nhà cũng sẽ tích tụ ở đây.
- Thiết kế phải xem xét đầy đủ tải trọng băng và tuyết mật độ cao ở máng xối bên ngoài, cũng như các hiệu ứng tải trọng động có thể xảy ra trong quá trình loại bỏ tuyết trên mái nhà.
6. Dầm và cột khung thépvà cột chống gió có thể được trang bị nẹp góc để cải thiện độ ổn định của kết cấu.
Lắp nẹp góc
&
Cải thiện sự ổn định
&
Xét lực đẩy ngang do biến dạng xà gồ truyền
- Độ ổn định ngoài mặt phẳng của kết cấu khung thép ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải của kết cấu. Nên lắp nẹp góc ở vùng chịu áp lực của dầm chéo mái (tại gờ mái và gờ mái nhiều nhịp).
- Các nẹp góc được đặt ở cả hai bên có thể làm giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của dầm nghiêng mái nhỏ và cải thiện độ ổn định trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu về vị trí điểm đỡ và tỷ lệ độ mảnh của chính nó.
- Tương tự, việc đặt giằng góc trên cột khung thép và cột chịu gió cũng là biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ ổn định tổng thể của kết cấu.
- Ở đây cần lưu ý rằng các nẹp góc bố trí về một phía của nhịp bên cần xét đến đầy đủ ảnh hưởng của lực đẩy ngang do biến dạng của xà gồ truyền tới.
7. Đưa ra các yêu cầu về độ dày và sức mạnh củatấm mái
- Nếu độ dày hoặc độ bền của tấm mái không đáp ứng yêu cầu, dưới tác động của tải trọng tuyết, tấm thép định hình mái sẽ bị biến dạng quá mức, mất khóa, nứt gioăng, v.v., dẫn đến rò rỉ.
- Điều 11.1.4 của 《Thông số kỹ thuật quy định rằng các tính chất cơ học của nền mái và tấm tường sử dụng tấm thép định hình phủ màu phải tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia hiện hành 《Tấm thép viền dùng cho xây dựng thể hiện GB/T 12755 , và cường độ năng suất của chất nền không được nhỏ hơn 350N/mm2 và cường độ năng suất của chất nền tấm kết nối gắn vào không được nhỏ hơn 500N/mm2. Điều này phải được làm rõ trong tài liệu thiết kế.
8. Áp suất gió cơ bản phải được khuếch đại lên 1,1 lần và hệ số khuếch đại tải trọng gió phải đáp ứng các yêu cầu của 《Thông số kỹ thuật chung cho kết cấu kỹ thuật thể hiện GB55001-2021
- Trong thời tiết có bão tuyết, sự kết hợp giữa tải trọng gió và tuyết cùng lúc là một thử nghiệm nghiêm ngặt hơn về độ an toàn của kết cấu. Giá trị chính xác của tải trọng gió là rất quan trọng.
- μw trong công thức tính giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió tại Điều 4.2.1 của 《Thông số kỹ thuật biểu thị tải trọng gió được gọi là hệ số tải trọng gió, khác với hệ số loại vật mang tải gió μs trong 《Thông số kỹ thuật tải trọng kết cấu công trình biểu thị GB{ {3}}.
- Cáckết cấu thépcủa khung cổng nhà nhẹ là kết cấu tương đối nhạy cảm với tải trọng gió. Vì vậy, khi tính toán khung thép chính, hệ số 1,1 là mức tăng áp lực gió cơ bản phù hợp chứ không phải là hệ số khuếch đại tải trọng gió. Theo《Thông số kỹ thuật chung cho kết cấu kỹ thuật thể hiện Điều 4.6.5 của GB55001-2012 quy định rằng hệ số khuếch đại tải trọng gió không nhỏ hơn 1,2 phải được xem xét cho kết cấu chịu ứng suất chính.
- 《Thông số kỹ thuật thể hiện không quy định hệ số tải trọng gió của lan can. Trong quá trình thiết kế, giá trị có thể được xác định theo hệ số hình dạng tải trọng gió tương ứng trong《Thông số kỹ thuật tải trọng kết cấu tòa nhà thể hiện GB{0}}. Việc tính toán tải trọng gió của kết cấu cứng cửa có lan can cao hơn phải dựa trên 《Thông số kỹ thuật thể hiện và 《Thông số kỹ thuật tải trọng kết cấu tòa nhà thể hiện thiết kế vỏ bọc.
9. Xà gồ mái được trang bị giằng hai lớp
khung thép chính
&
lan can
- Để xà gồ không bị mất ổn định, các thanh giằng và giằng giữa các xà gồ phải được đặt ở các bộ phận chịu lực của xà gồ.
- Do áp lực lên phần trên của xà gồ dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải. Phần dưới của xà gồ bị nén dưới sự kết hợp của tĩnh tải và tải trọng gió. Hai điều kiện làm việc này cần phải được xem xét cùng một lúc, do đó nên sử dụng hệ thống buộc hai lớp.
- Khi mặt bích dưới của xà gồ được nối với tấm lót, tấm lót có thể thay thế chức năng của hệ giằng dưới và chỉ có thể cung cấp hệ giằng trên.
- Ngoài việc tăng cường hiệu quả độ ổn định ngoài mặt phẳng của xà gồ, giằng hai lớp còn có lợi cho việc hiệu chỉnh và phục hồi xà gồ bị biến dạng sau thảm họa tuyết.
10. Đưa ra yêu cầu dọn tuyết kịp thời trong quá trình sử dụng. Nên thiết kế làm tan tuyết hoặc các phương tiện an toàn dọn tuyết
Dọn tuyết kịp thời
&
Sưởi ấm nhà
&
Thiết bị cố định dây an toàn
- Mật độ tuyết có thể được tính đại khái là 150㎏/m³. Dựa trên áp lực tuyết cơ bản là 60㎏/㎡ xảy ra một trăm năm một lần trong khu vực, độ dày tuyết thiết kế là 40㎝.
- Xét đến độ ổn định và tính kinh tế của xà gồ mái, độ dốc mái của khung thép cổng nhìn chung nhẹ (1/8 ~ 1/20), do đó, ngay cả tuyết trên mái thoát nước tự do cũng không dễ trượt đi một cách tự nhiên.
- Khi tuyết tích tụ trên mái lớn hơn độ dày thiết kế sẽ gây nguy hiểm về an toàn. Vì vậy, đơn vị thiết kế cần đưa ra yêu cầu dọn tuyết kịp thời trong hồ sơ thiết kế căn cứ vào điều kiện thực tế của dự án.
- Việc sưởi ấm trong nhà có thể làm giảm độ dày của tuyết một cách hiệu quả, hoặc có thể thực hiện thiết kế làm tan tuyết có chủ đích ở những khu vực quan trọng như máng xối, để nước tuyết tan có thể thoát ra một cách trơn tru và có thể giảm tích tụ băng cục bộ.
- Thiết kế mái nhà nên xem xét trước các phương tiện cố định dây an toàn trong quá trình dọn tuyết thủ công.
11. Những lưu ý khi thi công và sử dụng
Đảm bảo chất lượng
&
Ý thức an toàn
Trong quá trình thi công cần đảm bảo chất lượng chế tạo và lắp đặt các cấu kiện để tránh tình trạng suy giảm tính năng kết cấu do thi công không đúng quy cách. Trong quá trình sử dụng, người dùng nên nâng cao nhận thức về an toàn và tránh tích tụ tuyết quá nhiều trên mái nhà hoặc các hoạt động khác có thể gây hư hỏng kết cấu.
Mật độ tuyết và hiệu ứng tuyết do gió thổi
1. Mật độ tuyết
Sự định nghĩa
&
Phạm vi thay đổi
&
Tầm quan trọng
&
Phương pháp đo lường
- Sự định nghĩa:Mật độ tuyết đề cập đến hàm lượng nước trên một đơn vị thể tích trong lớp tuyết trên mặt đất, thường tính bằng gam/cm3.
- Phạm vi thay đổi:Mật độ của tuyết rất khác nhau. Mật độ tuyết mềm mới rơi thấp, có thể chỉ {{0}}.04-0,1 g/cm3, trong khi mật độ tuyết khi tan có thể đạt tới 0.{ {4}},7 g/cm3. Mật độ trung bình của tuyết là khoảng 0,2-0,25 g/cm3.
- Tầm quan trọng:Mật độ tuyết là một thông số vật lý quan trọng, có ý nghĩa rất lớn trong nghiên cứu cân bằng nước ở các khu vực có tuyết phủ, mô phỏng dòng chảy tuyết tan, dự báo tuyết lở và tính toán tải lượng tuyết trêncác tòa nhà. Đồng thời, việc hiểu được sự phân bố theo không gian và mật độ tuyết sẽ giúp nghiên cứu sự phân bố theo không gian và sử dụng hợp lý tài nguyên nước tuyết.
- Phương pháp đo lường:Có hai phương pháp thường được sử dụng để đo mật độ tuyết: phương pháp cân và thể tích bên của nước tuyết tan.
2. Hiệu ứng gió và tuyết
Sự định nghĩa
&
Quá trình hình thành
&
Nguy hiểm
- Sự định nghĩa:Tuyết gió thổi là hiện tượng tự nhiên có gió mạnh mang theo tuyết hay còn gọi là dòng tuyết-gió. Nó là một chất lỏng đặc biệt tương đối phức tạp và rất có hại. Theo cường độ và các khía cạnh khác, nó có thể được chia thành ba loại: gió thổi thấp, gió thổi cao và bão tuyết.
- Quá trình hình thành:Sự hình thành tuyết do gió thổi có liên quan đến tốc độ gió ban đầu và sự vận chuyển tuyết. Tốc độ gió bắt đầu là tốc độ gió tới hạn khiến các hạt tuyết bắt đầu chạy và liên quan đến mật độ, kích thước hạt, hệ số nhớt của tuyết và các điều kiện bên ngoài như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ nhám của mặt đất, v.v. Khi tốc độ gió đạt tốc độ gió ban đầu, luồng không khí sẽ tạo thành một nhóm xoáy nhỏ theo hướng ngang và dọc dọc theo bề mặt tuyết, cuốn theo các hạt tuyết và chạy chúng dưới nhiều dạng khác nhau trên mặt đất hoặc trong lớp không khí gần mặt đất.
- Mối nguy hiểm:Tuyết do gió thổi có tác dụng phân phối lại lớp băng tuyết tự nhiên và có thể tạo ra một lớp tuyết dày hơn lớp băng tuyết tự nhiên. Đồng thời, tuyết do gió thổi cũng có thể gây ra thảm họa ở các khu vực nông nghiệp như vận chuyển một lượng lớn tuyết từ đất nông nghiệp và đồng cỏ đến nơi khác, ảnh hưởng đến đất nông nghiệp cần tuyết để trữ nước và bảo vệ độ ẩm cho cây trồng.
Tóm lại, mật độ tuyết dày và sự tồn tại của hiệu ứng tuyết gió thổi đều là những hiện tượng khí hậu liên quan đến tuyết, có tác động nhất định đến môi trường và hoạt động của con người. Vào mùa đông, đặc biệt ở những vùng có tuyết rơi dày đặc, cần chú ý đến sự thay đổi của các hiện tượng này và những tác động có thể xảy ra của chúng.
Cách tính tải trọng tuyết của kết cấu thép khung cổng nhà nhẹ
Khi tính toán tải trọng tuyết lên kết cấu thép của mộtcổng khung nhà nhẹ, cần thực hiện các bước sau:
Xác định áp lực tuyết cơ bản
&
Xét hệ số phân bố tuyết
&
Tính giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tuyết
&
Hãy xem xét sự tích tụ và tan chảy của tuyết
&
Xác định tải trọng tuyết trên các bộ phận kết cấu
1. Xác định áp lực tuyết cơ bản:
Dựa trên điều kiện khí hậu và dữ liệu tuyết rơi trước đây trong khu vực, hãy tham khảo thông số kỹ thuật tải trọng kết cấu tòa nhà địa phương hoặc dữ liệu từ cơ quan khí tượng để có được giá trị áp suất tuyết cơ bản trong khu vực.
2. Xét hệ số phân bố tuyết:
Theo các thông số kỹ thuật (chẳng hạn như GB 50009-2012), hãy xem xét hệ số phân bổ tuyết trên mái μr. Hệ số này phản ánh sự phân bố không đều của tuyết trên mái nhà.
3. Tính giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tuyết:
Nhân áp lực tuyết cơ bản với hệ số phân bổ tuyết để thu được giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tuyết. Giá trị này thể hiện trọng lượng của tuyết trên một đơn vị diện tích.
4. Xét sự tích tụ và tan chảy của tuyết:
Ở một số khu vực nhất định, chẳng hạn như những nơi có mật độ tuyết cao hoặc nơi có hiệu ứng tuyết do gió thổi, cần phải xem xét thêm đến quá trình tích tụ và tan chảy của tuyết 5. Tác động lên lượng tuyết.
5.Xác định tải trọng tuyết tác dụng lên các cấu kiện:
- Vìtấm máivà xà gồ, tải trọng tuyết thường được tính toán dựa trên trường hợp xấu nhất do tuyết phân bố không đều.
- Đối với giàn mái và vỏ vòm, có thể sử dụng các phương pháp tính toán tải trọng tuyết khác nhau tùy theo sự phân bố của tuyết (chẳng hạn như phân bố đồng đều trên toàn bộ bề mặt).toàn bộ nhịp, phân bố không đều và phân bố đồng đều trên nửa nhịp).
- Đối với khung và cột, tải trọng tuyết thường được tính toán dựa trên sự phân bố đồng đều của tuyết trên toàn nhịp.
6. Thực hiện tổ hợp tải:
Kết hợp tải trọng tuyết với các loại tải trọng khác (như tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió) để xác định tổng tải trọng lên kết cấu. Thông thường, tải trọng tuyết được xếp chồng lên các loại tải trọng khác theo tỷ lệ hoặc hệ số.
Xin lưu ý rằng các bước trên chỉ cung cấp khuôn khổ cơ bản và các phương pháp tính toán cụ thể cũng như giá trị tham số có thể khác nhau tùy thuộc vào khu vực, loại công trình và yêu cầu thiết kế.
Vì vậy, trong tính toán thực tế, nên tham khảo mã tải trọng kết cấu công trình và sổ tay thiết kế tại địa phương hoặc tham khảo ý kiến của kỹ sư kết cấu chuyên nghiệp để được hướng dẫn và trợ giúp.
