0901 672 977

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI KẾT CẤU THÉP MỚI ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM

Hiện nay ở Việt Nam đã có hàng trăm công trình sử dụng nhà thép tiền chế của các nước (Nhật, Pháp, Đài loan, và chủ yếu là Mỹ) làm theo công nghệ mới, về phương pháp thiết kế và chế tạo có nhiều điểm khác với kết cấu thép truyền thống đã quen thuộc. Một hình thức khác của nhà tiền chế là kết cấu sử dụng thanh thành mỏng tạo hình nguội, đã được chế tạo và áp dụng nhiều. Ngoài ra, các kĩ sư ViệtNam đã thiết kế và xây dựng hàng chục công trình sử dụng một loại kết cấu mới chưa thấy ở Việt Namtrong các thập kỉ qua : kết cấu dàn không gian. Dưới đây sẽ nêu đặc điểm của các  loại kết cấu mới đó.

 1. Nhà tiền chế

Nhà tiền chế là một loại công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt ở Mĩ, tại đó các nhà thép được chế tạo hoàn toàn trong xưởng và được chuyên chở đến hiện trường để dựng lắp. So sánh với nhà thép truyền thống, nhà thép tiền chế có những khác biệt như sau :

1.1. Về vật liệu chế tạo :

thép làm kết cấu chịu lực đều là thép cường độ cao với ứng suất chảy 3400 daN/cm2 trở lên như thép A572 ASTM, thép S 355 của EN10025. Kết cấu sẽ có trọng lượng nhẹ hơn tới 40%. Thay vì dùng các thanh thép hình cán nóng, nhà tiền chế sử dụng rộng rãi thép tấm để dễ tổ hợp thành các cấu kiện có hình dạng linh hoạt phù hợp với điều kiện chịu lực. Đối với các cấu kiện phụ như xà gồ, dầm tường thì dùng thép cuộn và cuốn nguội thành cấu kiện thành mỏng. Thép cuốn nguội có gốc kim loại là hợp kim thấp, phủ mặt bằng mạ hay sơn sẵn.

1.2. Về kết cấu chịu lực chính :

ít dùng kết cấu dàn rỗng vì cồng kềnh khó vận chuyển, và chế tạo nhiều công. Thường dùng kết cấu tổ hợp thép bản vì có thể dùng công nghệ chế tạo tự động ở các khâu cắt và hàn. Do là khung đặc nên sử dụng sơ đồ kết cấu thích hợp là có liên kết khớp ở chân. Cột và dầm tổ hợp có thể làm tiết diện thay đổi để phù hợp với biểu đồ mômen uốn, tiết kiệm vật liệu. Do đó đã tạo nên một loại cấu kiện mới, phổ biến trong các quy phạm tính toán Âu – Mĩ , nhưng hầu như chưa được đề cập đến trong quy phạm tính toán của Việt Nam : cấu kiện vát. Xem hình vẽ 1 dưới đây so sánh khung có tiết diện cột dầm thay đổi và khung không thay đổi.

Cột, dầm được chế tạo thành từng cấu kiện vận chuyển, dài không quá 12 m. Mối nối các cấu kiện tại hiện trường chỉ bằng bulông, hầu như không dùng liên kết hàn hiện trường. Kiểu mối nối được áp dụng rộng rãi là mối nối mặt bích, có khả năng truyền mômen và lực cắt (hình 9.2). Mối nối này được bắt bằng bulông cường độ cao được siết trước với lực căng tối đa theo quy định.

Hệ giằng đảm bảo độ cứng của nhà theo phương dọc, gồm giằng chữ thập ở mái để chịu lực gió lên đầu hồi và hệ giằng chữ thập ở cột để chịu toàn bộ lực gió dọc và lực hãm dọc của cầu trục (hình 9.3). Sự khác biệt đối với hệ giằng của nhà thép truyền thống là các thanh giằng rất mảnh, bằng cáp hay bằng thép tròn. Thoạt nhìn

thì nghĩ rằng chúng yếu ớt mảnh dẻ, nhưng qua tính toán về chịu lực dọc nhà và về yêu cầu độ cứng để đảm bảo ổn định cho cột thì chúng hoàn toàn thỏa mãn.

1.3. Kết cấu thứ yếu :

Chỉ các  loại cấu kiện : xà gồ, dầm tường, thanh chống mép mái, và cả cột tường hồi. Những cấu kiện này giữ vai trò quan trọng, không chỉ là để đỡ mái, đỡ tường, mà còn tham gia chịu lực cùng kết cấu chính : chúng có tác dụng là hệ giằng giữ ổn định cho khung chính và tạo nên các vách cứng (diaphragm) trong mặt phẳng mái và mặt phẳng tường dọc.

Hệ mái và tường của nhà thép tiền chế luôn luôn là loại kết cấu nhẹ. Xà gồ (và dầm tường) phần lớn là cấu kiện tạo hình nguội, tiết diện chữ C, chữ Z (hình 9.4). Vật liệu làm cấu kiện tạo hình nguội là thép cuộn cường độ cao như A570 ASTM, ứng suất chảy 3400 daN/cm2 trở lên, kim loại được mạ hay sơn sẵn. Loại cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội là loại cấu kiện đặc biệt, sẽ được nói kĩ ở phần dưới. Đặt trên dầm mái, xà gồ thường được tạo nên dầm liên tục, có lợi về mômen và độ võng hơn dầm đơn giản. Việc tạo dầm liên tục với tiết diện chữ C và Z khá đơn giản : tiết diện chữ Z thì đặt phủ chồng lên nhau, tiết diện chữ C thì quay lưng vào nhau, và bắt bulông. Càng tăng chiều dài phủ chồng thì càng tăng độ liên tục : chiều dài đoạn phủ chồng ít nhất là 60 cm, nhiều nhất tới nửa nhịp (xà gồ vươn xa khỏi dầm mái 1/4 nhịp), khả năng chịu lực có thể tăng tới 100% (Hình 9.5) . Mái lợp làm bằng tấm kim loại một lớp hoặc ba lớp (có cách nhiệt), với nhiều lớp phủ bảo vệ và sơn, thỏa mãn đầy đủ yêu cầu sử dụng, tiện nghi, bền vững (thời hạn đảm bảo từ 20 năm đến 50 năm) (hình 9.6).

1.4. Về Quy phạm và Tiêu chuẩn tính toán :

do Nhà nước cho phép sử dụng Quy phạm Tiêu chuẩn tính toán của 7 nước tiên tiến nên các công trình nhà tiền chế đều sử dụng Quy phạm tiêu chuẩn nước ngoài. Vì phương pháp và quan điểm tính toán của các Quy phạm là khác nhau nên không thể lấy Tiêu chuẩn Việt Nam mà tính toán kiểm tra lại, như đã có những cơ quan thẩm định thường làm. Ví dụ tải trọng gió : các công trình nước ngoài thiết kế chỉ sử dụng số liệu về tốc độ gió của Việt Nam còn mọi công thức và hệ số thì theo nước ngoài. Dẫn đến kết quả là có những bộ phận công trình thì nội lực tăng lên, có những bộ phận khác thì nội lực giảm đi so với khi sử dụng TCVN. Về kiểm tra độ bền của kết cấu thì thấy nhiều chỗ là thừa an toàn nhưng cũng nhiều chỗ là không an toàn. Ví dụ xét trường hợp đơn giản một nhà xưởng thấp mái dốc tính toán về tải trọng gió theo TCVN và theo MBMA (một quy phạm của hội các nhà chế tạo nhà thép Hoa kì), các hệ số khí động được ghi trên hình vẽ :

Các lớp : 1- Lớp sơn mặt ; 2- Lớp sơn lót ; 3- Lớp chuẩn bị ; 4- Lớp mạ Zincalum ; 5- Lớp thép cường độ cao

Rõ ràng là mômen chân cột tính theo TCVN thì lớn hơn so với tính theo MBMA trong khi mômen của dầm thì lại nhỏ hơn. Tuy nhiên cả hai trường hợp kết cấu đều an toàn như kinh nghiệm hàng vạn công trình xây dựng đã chứng tỏ, vì thực ra kết cấu không làm việc riêng lẻ theo từng tiết diện mà là sự làm việc tổng thể, không phải chỉ trong một khung mà còn trong cả hệ thống nhà.

1.4. Về phương pháp chế tạo và dựng lắp :

sử dụng công nghệ chế tạo mới đáp ứng được yêu cầu chế tạo nhanh, linh hoạt (dễ thay đổi theo vật liệu hiện có trong kho), dựng lắp nhanh và dễ. Ba cơ sở của công nghệ mới là : sử dụng các vật liệu mới như thép tấm cường độ cao, thép cuộn ; công nghệ  cán, hàn và cắt tự động ; hệ thống máy tính để thiết kế và sản xuất khiến có thể tận dụng vật liệu và triển khai thiết kế nhanh. Các cấu kiện thành mỏng được chế tạo bằng cách cuốn nguội trên dây chuyền nên năng suất rất cao. Việc dựng lắp tại hiện trường chỉ dùng liên kết bulông, vít, hầu như không dùng hàn ở công trường. Bulông có loại thường và loại cường độ cao có khống chế lực xiết, lắp đặt bằng clê chuyên dụng. Sử dụng rộng rãi vít tự khoan và súng bắn vít để liên kết các panen mái và tường.

1.5. Về giá thành :

Nói chung là thấp hơn giá thành của nhà thép thiết kế theo kiểu truyền thống 10 đến 20%. Đặc biệt, nhiều trường hợp giá chế tạo của các công ty trong nước càng thấp hơn so với công ty nước ngoài, nên mang tính cạnh tranh cao.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *