คู่มือการก่อสร้างคานโลหะสำหรับอาคารและสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์

ประเภทของคานโลหะที่ใช้ในโครงการก่อสร้าง

โครงอาคารผสมผสานรูปทรงที่ม้วนและประดิษฐ์หลายแบบเข้าด้วยกัน แต่ละรูปทรงเหมาะกับช่วงเฉพาะ เส้นทางโหลด หรือรายละเอียดการเชื่อมต่อ การเลือกโปรไฟล์ที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดของการเปลี่ยนแปลงคำสั่งระหว่างการติดตั้งเหล็ก

คานแบบเพลทที่สร้างขึ้น เชื่อมจากหน้าแปลนและแผ่นเว็บแทนที่จะรีดในโรงสี ครองงานระยะยาวที่ความลึกของแค็ตตาล็อกมาตรฐานหมด นี่เป็นโปรไฟล์ที่ระบุบ่อยที่สุดสำหรับคานหลักของสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ เนื่องจากผู้ผลิตสามารถปรับความหนาของหน้าแปลนทีละส่วนเพื่อให้ตรงกับแผนภาพโมเมนต์การดัดงอ แทนที่จะใช้หน้าตัดคงที่สำหรับช่วงเต็ม

การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักและช่วง

ช่วงที่อนุญาตสำหรับลำแสงที่กำหนดขึ้นอยู่กับปัจจัยนำเข้าสามประการ: ความแข็งแรงครากของเหล็ก โมดูลัสหน้าตัดของโปรไฟล์ และการรวมกันของโหลดที่ใช้ (น้ำหนักตายบวกกับน้ำหนักจริง โดยเพิ่มลมหรือแผ่นดินไหวตามที่เกี่ยวข้อง) ตามกฎการทำงาน วิศวกรกำหนดขนาดคานพื้นให้มีความลึกประมาณช่วงหารด้วย 20 สำหรับน้ำหนักบรรทุกในสำนักงานทั่วไปที่ 50 ปอนด์ต่อตารางฟุต จากนั้นตรวจสอบว่าการโก่งตัวอยู่ภายใต้ช่วงหารด้วย 360 สำหรับพื้นผิวที่ไวต่อการเคลื่อนไหว

แผนภูมิด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ของซีรีส์รูปร่าง W ทั่วไปภายใต้การรับน้ำหนักของพื้นสม่ำเสมอ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าช่วงที่อนุญาตจะเพิ่มขึ้นตามความลึกของลำแสงที่โหลดคงที่ 50 PSF ได้อย่างไร

ตัวเลขเหล่านี้ถือว่าเหล็ก A992 เกรด 50 มีช่วงการค้ำยันมาตรฐาน และเป็นเพียงตัวอย่าง แทนที่จะใช้แทนการคำนวณโครงสร้างที่มีการประทับตรา ส่วนที่ลึกกว่านั้นไม่ได้ขยายช่วงเป็นเส้นตรงกับน้ำหนัก : การย้ายจาก W10 ไปเป็น W30 ประมาณสามเท่าของช่วงที่อนุญาต ในขณะที่เพิ่มน้ำหนักเป็นสองเท่าต่อฟุต ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหลังคาที่มีช่วงยาวและพื้นสะพานจึงชอบส่วนที่ลึกกว่าและสัมพันธ์กับช่วงที่เบากว่าการซ้อนคานตื้นหลายอันซ้อนกัน

เกรดเหล็กและการเลือกใช้วัสดุสำหรับคาน

การเลือกเกรดส่งผลต่อทั้งต้นทุนและขนาดส่วน สี่เกรดครอบคลุมงานส่วนใหญ่ของอาคารและงานสร้างสะพานเหล็กแบบแยกส่วน

• เหล็กกล้าคาร์บอน A36: ให้ผลผลิต 36,000 psi ซึ่งเป็นเกรดที่พบบ่อยที่สุดสำหรับมุม แผ่น และส่วนประกอบรองที่การลดน้ำหนักมีความสำคัญน้อยกว่าต้นทุน
• A992 เกรด 50: อัตราผลตอบแทน 50,000 psi ซึ่งเป็นเกรดเริ่มต้นสำหรับรูปทรง W แบบม้วนในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ต้นทศวรรษ 2000 ซึ่งให้ความแข็งแกร่งมากกว่า A36 ประมาณ 39 เปอร์เซ็นต์ในราคาต่อหน่วยที่ใกล้เคียงกัน
• A572 เกรด 50/60/65: เหล็กกล้าโลหะผสมต่ำกำลังสูงที่ใช้สำหรับคานแผ่นและส่วนประกอบสะพานที่รับน้ำหนักมาก ให้ผลผลิตสูงสุดถึง 65,000 psi
• เหล็กผุกร่อน (ประเภท A588): สร้างชั้นออกไซด์ที่เสถียรซึ่งช่วยลดรอบการทาสีซ้ำ ซึ่งระบุไว้อย่างกว้างขวางสำหรับคานสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์แบบเปลือยในพื้นที่ชนบทและทางหลวง

ลดน้ำหนักจากการเลือกเกรดทั่วทั้งโครงการ บนโครงคลังสินค้าขนาด 30,000 ตารางฟุต การเปลี่ยนคานหลักจาก A36 เป็นเกรด 50 โดยทั่วไปจะลดน้ำหนักเหล็กทั้งหมดลง 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนทั้งวัสดุและเวลาของเครน แม้ว่าราคาต่อตันของเกรด 50 จะสูงขึ้นเล็กน้อยก็ตาม

ระบบป้องกันการกัดกร่อนและการเคลือบ

เหล็กโครงสร้างที่ไม่เคลือบผิวจะสูญเสียความหนาของส่วนประมาณ 0.001 ถึง 0.005 นิ้วต่อปีในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมกลางแจ้งทั่วไป ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเลือกการเคลือบจึงถือเป็นการตัดสินใจในการออกแบบมากกว่าที่จะคิดในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนคานเปลือยและคานสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ที่อยู่ใกล้ทางข้ามน้ำ

การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับคานที่ความสูงต่ำกว่า 40 ฟุตซึ่งพอดีกับถังจุ่ม ในขณะที่ระบบอีพอกซี/โพลียูรีเทนที่ใช้งานภาคสนามจะครอบคลุมคานแผ่นที่ยาวกว่าและส่วนสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ที่ประกอบขึ้นซึ่งมีขนาดเกินขนาดของถัง

วิธีการผลิต การเชื่อม และการเชื่อมต่อ

การผลิตคานโลหะในโรงงานต้องเป็นไปตามลำดับที่ตายตัว และลำดับมีความสำคัญ เนื่องจากการเจาะหรือการเชื่อมที่ไม่ต่อเนื่องทำให้เกิดการบิดเบี้ยวซึ่งมีราคาแพงในการแก้ไขในภายหลัง

1. การตัดหน้าแปลนและแผ่นเว็บให้ยาวโดยใช้ CNC พลาสม่าหรือการตัดเชื้อเพลิงออกซี โดยปกติแล้วพิกัดความเผื่อในการตัดจะอยู่ที่บวกหรือลบ 1/16 นิ้ว
2. ติดตั้งและเชื่อมยึดแผ่นกับหน้าแปลน ตรวจสอบทรงสี่เหลี่ยมก่อนเริ่มการเชื่อมแบบเต็ม
3. การเชื่อมแบบเต็ม โดยทั่วไปการเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำเพื่อการวิ่งตรงยาวบนคานแผ่น ซึ่งจะทำให้โลหะเชื่อมเกาะตัวเร็วขึ้นและมีข้อบกพร่องน้อยกว่าการเชื่อมอาร์กโลหะแบบป้องกันด้วยมือ
4. การเจาะหรือเจาะรูโบลต์สำหรับแผ่นประกบสนามและมุมเชื่อมต่อ ซึ่งวางตำแหน่งจากแม่แบบของร้านค้าเพื่อรับประกันความพอดีของสนาม
5. การตรวจสอบโค้งและการยืดตรง เนื่องจากคานยาวจะถูกตั้งโค้งไว้ล่วงหน้าเพื่อรับมือกับการโก่งตัวของโหลดตายตัวเมื่อบรรทุกแล้ว
6. การเตรียมพื้นผิวและการเคลือบก่อนจัดส่ง

การเชื่อมต่อภาคสนามบนโครงอาคารโดยทั่วไปจะใช้โบลต์ที่มีความแข็งแรงสูง (เกรด A325 หรือ A490) แทนที่จะใช้การเชื่อมภาคสนาม เนื่องจากการเชื่อมต่อแบบโบลต์นั้นติดตั้งได้เร็วกว่า ตรวจสอบแรงบิดที่เหมาะสมได้ง่ายกว่า และดำเนินการได้อย่างคาดการณ์ได้ทั้งในโครงอาคารและข้อต่อประกบสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์

การเปรียบเทียบราคา: คานเหล็กกับคอนกรีตและไม้

ต้นทุนวัสดุต่อตันบอกเล่าเรื่องราวเพียงบางส่วนเท่านั้น ต้นทุนการติดตั้งต่อตารางฟุตของพื้นที่กรอบคือตัวเลขที่ขับเคลื่อนการเลือกลำแสงในโครงการส่วนใหญ่

เหล็กได้รับชัยชนะอย่างเด็ดขาดมากที่สุดในโครงการที่มีช่วงที่ชัดเจนยาวนาน ตารางงานที่แน่นหนา หรือความต้องการความยืดหยุ่นในการปรับปรุงใหม่ในภายหลัง เนื่องจากการถอดผนังรับน้ำหนักออกหรือเพิ่มช่องเปิดนั้นทำได้ตรงไปตรงมาด้วยโครงเหล็กที่ยึดด้วยสลักเกลียว และจะรบกวนคอนกรีตหล่อมากกว่ามาก

แนวทางการบำรุงรักษาและตรวจสอบ

ช่วงเวลาการตรวจสอบที่จัดทำเป็นเอกสารช่วยยืดอายุการใช้งานของลำแสงให้เกินกว่าสมมติฐานการออกแบบเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับคานเปลือยและโครงสร้างสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ที่ขึ้นอยู่กับการรับน้ำหนักของการจราจรและการหมุนเวียนตามสภาพอากาศ

รายการสำคัญในระหว่างการตรวจสอบได้แก่ แรงบิดของสลักเกลียวที่จุดต่อประกบ ความหนาของฟิล์มเคลือบที่ปลายลำแสงในบริเวณที่น้ำมีแนวโน้มที่จะรวมตัว และการสูญเสียส่วนที่มองเห็นได้ ณ จุดรับน้ำหนักที่ลำแสงสัมผัสกับฐานรากหรือหลักยึด

คำถามที่พบบ่อย