Kết cấu thép là tiêu chuẩn hàng đầu để khẳng định sự uy tín, chuyên nghiệp của một công trình. Việc tính toán kết cấu thép, thực tế thi công sẽ dựa trên nhiều nguyên tắc khác nhau. Khi làm tốt các bước tính toán kết cấu thép theo từng quy mô của công trình, địa chất và tải trọng sẽ mang đến một công trình có độ an toàn cao để sử dụng. Tìm hiểu thêm về nguyên tắc tính toán kết cấu thép chuẩn trong xây dựng ở nội dung bên dưới.
Khái niệm về kết cấu thép
Kết cấu thép là một kiến trúc được tính toán chi tiết trên các bản thiết kế trước khi thực hiện trên các công trình thi công. Loại cấu trúc kim loại này được thiết kế từ kiến thức về thép, độ cứng và tải trọng sau đó tính ra các cấu kiện thép thích hợp để tạo nên sự liên kết với nhau để truyền tải và chịu lực. Kết cấu thép sẽ có độ bền cao hơn so với các nguyên liệu như gỗ hoặc bê tông.
Trong ngành xây dựng hiện nay thì kết cấu thép được sử dụng phổ biến trong các ngôi nhà dân dụng từ 3 tầng trở lên. Đặc biệt là với các tòa nhà lớn, nhà máy công nghiệp nặng hoặc hệ thống chống đỡ cho các thiết bị đều cần đến kết cấu thép. Đến cả các nhà thép tiền chế, nhà để máy bay hay cơ sở hạ tầng cho cầu cảng… đều rất quan trọng phần kết cấu thép.
Lý do kết cấu thép quan trong trong công trình xây dựng
Kết cấu thép đảm bảo sự vững chắc trong các công trình xây dựng
Hầu hết các công trình xây dựng đều có thép để gia cố. Tùy vào tải trọng của công trình, địa chất để tạo nên các thiết kế và kết cấu thép phù hợp. Kết cấu thép chính là sự đảm bảo tốt nhất cho sự vững chắc và an toàn. Với các hiện tượng thiên nhiên như động đất hoặc thiên tai (mưa gió, bão) kết cấu thép có thể giữ cho các công trình kiên cố.
Hiệu quả xây dựng lý tưởng, tránh hao phí nguyên liệu thép
Một công trình sẽ cần đến một lượng thép cụ thể. Khi không tính toán được con số này thì công trình sẽ rơi vào tình trạng bị kết cấu yếu không an toàn trong quá trình sử dụng. Luật xây dựng hiện nay cũng không chấp nhận cấp phép thi công cho những công trình không có kết cấu thép hoặc thiết kế kết cấu thép yếu.
Nếu không trình sử dụng một lượng thép quá lớn so với quy mô của dự án thì sẽ hao hụt nguồn tài nguyên lớn. Việc này cũng đồng nghĩa với sự thiếu chuyên nghiệp. Gần như việc không tính vật liệu thép chỉ được thực hiện ở công trình dân dụng nhỏ do người dân tự phát. Các công trình lớn đều tính toán kỹ các kết cấu thép chuẩn trong xây dựng để đảm bảo mức độ lý tưởng nhất khi thi công.
Sử dụng kết cấu thép giúp tiết kiệm chi phí
Tất cả các bộ phận của thép đều kết nối đơn giản và có giá thành tốt hơn các vật liệu khác. Đặc biệt là giá thành rẻ nên chi phí thi công thấp. So với một số nguyên liệu khác thì vật liệu thép sẽ rẻ hơn 30%.
Sau khi có kết cấu cụ thể, thông số thép, kỹ thuật kết nối thép thì nhân công và người quản lý chỉ cần theo các số liệu để gia công thép. Nhanh, dễ dàng và mang đến độ bền rất cao cho các công trình.
Nguyên tắc tính toán kết cấu thép trong xây dựng
Để tính kết cấu thép chuẩn nhất trong xây dựng, các kiến trúc sư cần phải được đào tạo qua các trường lớn chuyên nghiệp. Họ sẽ hiểu về địa chất, công năng sử dụng của ngôi nhà, khối lượng của tòa nhà… để lên các khối lượng thép và kết cấu thép thích hợp. Quy trình tính toán thép xây dựng sẽ cần đảm bảo các nguyên tắc như:
Thành lập sơ đồ kết cấu công trình nhà kết cấu thép
Vẽ sơ đồ kết cấu công trình là điều hoàn toàn bắt buộc. Từ sơ đồ này có thể biết được quy mô của công trình dựa trên các thông số như: Kích thước của công trình và mức tải trọng cần thiết. Đặc biệt là mục đích sử dụng của công trình là gì, thời hạn sử dụng công trình kéo dài trong bao lâu. Từ các thông số này sẽ tính ra được vật tư thép, kết cấu nền móng, sàn, dầm trụ cần thiết.
Xây dựng mô hình tính toán kết cấu thép
Thông qua việc xây dựng mô hình tính toán kết cấu thép kiến trúc sư có thể phản ánh chính xác mức độ thép cần thiết của dự án đó. Điều này sẽ đảm bảo được khả năng chịu tải trọng và các lực trong quá trình công trình thi công và hoàn thành đi vào hoạt động để đảm bảo mức an toàn tốt nhất.
Nguyên tắc tính toán kết cấu thép chính
Giả định các thông số về tiết diện, các bộ phận cần đến kết cấu thép của công trình. Sau đó tính ra độ cứng kết cấu và giả định khả năng hoạt động của kết cấu thép theo từng nhóm trạng thái giới hạn.
Am hiểu về khả năng chịu lực ổn định, khả năng chịu lực khi vượt quá giới hạn do thiên tai để hạn chế các hư hỏng.
Tính toán các thông số về độ biến dạng trong các dao động khi công trình đi vào sử dụng. Theo thời gian và nhiều biến động thì những sự dự phòng cho biến dạng để tính kết cấu thép sẽ mang lại độ bền cho công trình.
Các giai đoạn tính toán kết cấu thép
- Giai đoạn 1 sẽ tiến hành kết cấu thép giả định. Dựa trên các thông số liên quan đến tiết diện, từng bộ phận chi tiết và độ cứng của kết cấu.
- Giai đoạn 2 sẽ tiến hành xác định nội lực và bắt đầu kiểm tra tiết diện đã giả định theo từng nhóm giới hạn để khẳng định sự chắc chắn và ổn định của kết cấu thép.
Tải trọng trong tính toán kết cấu thép sẽ phân loại theo công trình ngắn hạn, dài hạn hoặc các công trình đặc biệt. Cần chú trọng đến các vấn đề như áp lực đất, lực căng trước, trọng lượng của người và vật liệu sẽ có mặt trong công trình. Hoặc tính đến các vấn đề về áp lực gió, địa chấn, tác động nhiệt hoặc nổ, hư hỏng thiết bị…
Những lưu ý khi tính toán kết cấu thép
Một trong những lưu ý về nguyên tắc tính toán kết cấu thép đó là cần phải có tính toán con số chuẩn trong thiết kế và thêm các con số thực tế để toán toán kết cấu thép thực tế. Các kiến trúc sư nên tính thép cho tất cả các tổ hợp nội lực, tải trọng, yếu tố thiên nhiên, địa chất để đảm bảo công trình có độ bền cao.
Người thiết kế kết cấu thép nên tiến hành thực địa để biết được vị trí nên đất, địa thế xung quanh trước khi đi vào thiết kế. Đặc biệt nên tính các trường hợp bất lợi cho từng vị trí của các cấu kiện thép để bố trí thích hợp dựa vào thực tế để quá trình thi công, gia công cấu kiện thép không gặp trở ngại.
Tham khảo kết cấu thép cơ bản của nhà thép tiền chế
Kết cấu cơ bản của nhà thép tiền chế thường có các hạng mục như sau:
Móng của nhà kết cấu thép đảm nhiệm tải trọng của toàn bộ nhà thép tiền chế, hàng hóa và máy móc chứa đựng bên trong nhà thép tiền chế. Hiện nay có móng đơn, móng băng hoặc móng bè tùy theo quy mô của nhà thép tiền chế và địa chất của nơi công trình được xây dựng.
Cấu kiện chính của nhà thép tiền chế. Các bộ phận như cột, kèo, dầm và xà gồ cùng với các trụ chính của nhà thép tiền chế sẽ được lên thiết kế và thông số cấu kiện thép chính xác.
Cấu kiện phụ của nhà thép tiền chế dùng để hỗ trợ và làm chắc chắn thêm cho các cấu kiện chính. Chẳng hạn như giằng nhà thép, giằng hồi đầu hoặc giằng mái… Hoặc là các cấu kiện phụ tại cửa sổ, cửa đi chính,…
Sàn deck thường được làm từ các tấm tôn và được liên kết với nhau bởi đinh hàn.
Hệ thống bao che ở các nhà thép tiền chế chủ yếu là mái tôn. Ngoài ra còn có các lớp cách nhiệt để tăng khả năng cách nhiệt và chống ồn.
Thiết kế kết cấu thép chuẩn trong xây dựng sẽ cần sự chuyên nghiệp có kiến thức sâu về kết cấu thép và có nhiều kinh nghiệm thiết kế cho các hạng mục phù hợp. Vì thế, bạn phải lựa những công ty thi công xây dựng nhà công nghiệp uy tín để đảm bảo hạng mục xây dựng của bạn thành công.
Trên đây là những thông tin chi tiết nhất về nguyên tắc tính toán kết cấu thép chuẩn nhất mà Tạp chí – tin tức xây dựng tổng hợp được. Mong rằng những thông tin trên sẽ giúp ích cho bạn.