Với đặc tính bền bỉ, chịu được tải trọng lớn, kết cấu thép là lựa chọn hàng đầu cho các công trình xây dựng, đặc biệt là nhà khung thép tiền chế. Tuy nhiên, để công trình xây dựng hoàn thiện đảm bảo tính kiên cố cần có sự chuẩn xác ngay từ bước tính toán kết cấu thép. Hãy cùng Bogoun Vlang tìm hiểu những nguyên tắc khi tính toán kết cấu thép chuẩn nhất trong bài viết dưới đây!
Kết cấu thép trong xây dựng công trình
Khái niệm kết cấu thép
Kết cấu thép hay thép kết cấu là một loại vật liệu xây dựng được hình thành từ các cấu kiện thép có một hình dạng hoặc cấu trúc nhất định, được liên kết với nhau để truyền tải và chịu lực. Với cường độ chịu lực lớn của thép, kết cấu thép rất chắc chắn và đòi hỏi ít nguyên liệu hơn so với loại kết cấu làm bằng nguyên vật liệu khác như bê tông hay gỗ.
Tùy vào mỗi dự án, thép kết cấu sẽ được thiết kế với hình dáng và kích thước theo thông số kỹ thuật phù hợp. Một số phương pháp gia công kết cấu thép phổ biến đó là: cán nóng, cán nguội, uốn cong, hàn tổ hợp, uốn cong,…
Nhờ kết cấu vững chắc, chịu được tải trọng lớn nên kết cấu thép được ứng dụng phổ biến cho hầu hết các loại công trình như thiết kế nhà xưởng sản xuất, toà nhà máy công nghiệp nặng, công trình dân cư, cơ sở hạ tầng, cầu, sân bay,…
Các loại kết cấu thép phổ biến
Những loại kết cấu thép được ứng dụng phổ biến trong xây dựng có thể kể đến là:
- Thép góc vuông: Có dạng hình chữ “L”, được sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau. Thép góc vuông thường được sử dụng làm phần góc trong các công trình xây dựng.
- Thép dạng mặt cắt rỗng hình ống: Các kết cấu thép dạng mặt cắt hình ống rỗng có khả năng chống xoắn cao, được ứng dụng chủ yếu trong các công trình nhiều trục.
- Thép dạng mặt phẳng: Dùng để gắn vào các bộ phận của công trình để tăng cường sức chịu lực.
- Thép chữ U: Có hai cạnh song song với các góc vuông giống hình chữ “U” và độ bền tương đối cao.
- Thép chữ C: Có mặt cắt giống hình chữ “C”, được dùng để làm xà gồ ở bên dưới phần mái có tác dụng nâng đỡ toàn bộ phần mái của công trình.
- Thép chữ Z: Có mặt cắt giống hình chữ “Z” và được ứng dụng chủ yếu để làm xà gồ.
- Thép dạng mặt cắt rỗng hình chữ nhật: Loại này thường được sử dụng nhiều trong ngành cơ khí và thép xây dựng.
- Thép dạng mặt cắt rỗng hình vuông: Loại này khó kết hợp với các dạng thép khác nên chỉ được sử dụng làm cột hoặc trụ của công trình.
- Dầm và cột hình côn: Được ứng dụng phổ biến trong thi công nhà thép tiền chế công nghiệp.
Lý do kết cấu thép là lựa chọn ưu tiên trong xây dựng công trình
Với kết cấu bền bỉ, chịu được tải trọng lớn, ít bị biến động từ môi trường, kết cấu thép ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng công trình. Bên cạnh đó, kết cấu thép cũng là lựa chọn ưu tiên hàng đầu trong xây dựng công trình bởi những lý do sau:
Đem lại sự kiên cố, vững chắc cho công trình xây dựng
Trong các loại vật liệu xây dựng hiện nay, thép là loại vật liệu xây dựng có cường độ lớn và khả năng chịu lực tốt nhất. Với khung nhà được làm bằng thép đủ chắc chắn có thể đối phó với động đất, gió to hay mưa bão.
Đem lại hiệu quả tốt trong quá trình thi công xây dựng
Kết cấu thép có tính dẻo dai nên nó có thể được chế tạo thành nhiều loại hình thù khác nhau. Bên cạnh đó, với kết cấu thép, các kỹ sư chỉ cần liên kết các đầu nối dầm thép bằng phương pháp bắt vít hoặc hàn các mảnh với nhau ngay tại công trình. Trong khi đó, vật liệu bê tông sẽ tốn nhiều thời gian hơn, thậm chí là từ 1 đến 2 tuần.
Ngoài ra, với khả năng phân phối sức căng hay lực nén của công trình qua những dầm thép, sử dụng kết cấu thép tạo nên sự bền bỉ cho công trình, giúp kéo dài tuổi thọ của công trình xây dựng.
Tiết kiệm chi phí
So với những loại vật liệu khác, kết cấu thép có thể giúp chủ đầu tư tiết kiệm chi phí thi công hơn 30%, phù hợp với những công trình có nguồn vốn vừa và nhỏ nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của công trình.
Hơn hết, việc lắp ráp kết cấu thép được thực hiện ngay tại nhà xưởng nên không tốn nhiều thời gian thi công, giúp chi phí nhân công được giảm đáng kể. Đặc biệt, kết cấu thép có thể tái sử dụng nhiều lần giúp tiết kiệm chi phí cho chủ nhà thầu.
Những nguyên tắc trong tính toán kết cấu thép
Những nguyên tắc tính toán kết cấu thép cần chú trọng trong thi công các công trình có sử dụng vật liệu thép đó là:
Thành lập sơ đồ kết cấu công trình nhà kết cấu thép
Trong nguyên tắc tính toán kết cấu thép, sơ đồ kết cấu công trình nhà cấu thép là một trong những phần quan trọng. Cụ thể, khi thiết kế sơ đồ kết cấu công trình nhà kết cấu thép cần dựa trên những yếu tố cơ bản sau:
- Quy mô của công trình bao gồm diện tích của công trình, điều kiện tác dụng tải trọng, mục đích và thời hạn sử dụng của công trình,…
- Tình hình cung cấp nguyên vật liệu, vật tư xây dựng từ phía nhà cung cấp.
- Điều kiện nền móng và các tác động của môi trường.
Xây dựng mô hình tính toán kết cấu thép
Mục đích của việc xây dựng mô hình tính toán kết cấu thép là để tính toán và phản ánh chính xác trạng thái làm việc của kết cấu thép ở thời điểm đó. Khi xây dựng mô hình tính toán cần đảm bảo những yêu cầu về khả năng chịu lực và trạng thái làm việc an toàn. Ngoài ra, mô hình cũng cần đảm bảo xây dựng đơn giản để dễ dàng cho việc thiết kế.
Nguyên tắc tính toán kết cấu thép
Dựa trên mô hình tính toán kết cấu thép đã xây dựng, các kỹ sư cần giả định các thông số tiết diện, độ cứng kết cấu và bộ phận chi tiết. Tiếp đến, các kỹ sư cần xác định tiết diện đã giả định trước đó, sử dụng lý thuyết tính toán kết cấu thép để kiểm tra trạng thái làm việc giữa kết cấu và chi tiết theo nhóm trạng thái giới hạn.
Lưu ý: Nguyên tắc tính toán kết cấu thép dựa trên hai nhóm trạng thái giới hạn chính là độ biến dạng và khả năng chịu lực, trong đó:
– Khả năng chịu lực của kết cấu thép bao gồm các trạng thái giới hạn về sự ổn định. Trong trường hợp vượt quá các giới hạn thì kết cấu thép sẽ dễ bị hư hỏng và không thể sử dụng được nữa.
– Độ biến dạng là các trạng thái giới hạn của góc xoay, độ võng và các thông số về dao động được quy định nhằm đảm bảo các công trình xây dựng hoạt động bình thường.
Một số vấn đề cần lưu ý khi tính toán kết cấu thép
Trong quá trình tính toán kết cấu thép cần lưu ý những vấn đề sau:
– Khi tính toán tiết diện cho kết cấu thép, các kỹ sư nên xác định số lượng thép cần sử dụng cho tất cả trường hợp theo tải trọng hay theo nội lực. Từ đó đưa ra lượng thép đáp ứng yêu cầu xây dựng. Ngoài ra, việc tính toán và ước lượng lượng thép cần sử dụng giúp hạn chế tình trạng nhập nhiều gây lãng phí hay nhập thiếu ảnh hưởng đến tiến độ công trình.
– Các kỹ sư chịu trách nhiệm thi công kết cấu thép cần tìm ra những trường hợp bất lợi cho từng vị trí của các cấu kiện. Từ đó xác định được hàm lượng thép và bố trí thép cho công trình phù hợp sao cho giải quyết được những trường hợp đó.
Bogoun Vlang gợi ý cho bạn một số đơn vị nhận thi công kết cấu thép chuẩn nhất hiện nay như: công ty xây dựng Nam Trung, xây dựng thương mại BME, Vật liệu Việt, Ánh Dương Building,…
Trên đây là những nguyên tắc chính quan trọng cần chú ý khi tính toán kết cấu thép mà chúng tôi muốn chia sẻ đến các doanh nghiệp và chủ đầu tư. Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp quý doanh nghiệp trong quá trình phát triển các công trình thi công.
