Giám sát thi công và quản lý chất lượng kết cấu thép

Thép cácbon kết cấu chất l ợng tốt: đ ợc luyện trong lò bằng, lò quay thổi ô-xy và lò điện, chủ yếu dùng cho ngành cơ khí, cong trình anten, một số chi tiết của nhà máy luyện kim … Để gi

I Vật liệu thép làm kết cấu xây dựng

Trên thị tr ờng hiện có thể gặp nhiều loại thép đ ợc sản xuất ở

Việt nam, Nga, Liên Xô cũ, Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung

Quốc Việc quan trọng là phải nắm vững tên thép, xuất xứ, một

số tính năng kỹ thuật chính và so sánh với một số loại thông dụng.

1.1 Thép cacbon : thành phần chính là sắt (Fe) và cacbon (C), l ợng

cacbon d ới 1,7% Thép XD có hàm l ợng cacbon d ới 0,22% : mềm, dẻo, dễ hàn, uốn, cắt.

Chia làm 7 cấp, từ CT1 đến CT7; thép th ờng dùng cho kết cấu là CT3

Theo TCVN 1765-75, có các mác CT34, CT38, CT42 Chữ CT là …

ký hiệu của thép cacbon thông th ờng, hai số sau là giới hạn bền tối thiểu khi kéo, tính bằng kG lực/mm2

Căn cứ theo yêu cầu sử dụng, chia làm 3 nhóm:

nhóm A, thoả mãn tính năng cơ học yêu cầu;

nhóm B đảm bảo thành phần hoá học quy định,

nhóm C phải thoả mãn cả tính năng cơ học và thành phần hoá học.

Các kết cấu XD phải dễ gia công (hàn, cắt, uốn), phải đảm bảo chịu lực trong các điều kiện khắc nghiệt, vì vậy chúng thuộc nhóm C; phổ biến nhất là CCT34, CCT38, CCT42.

Chữ cuối cùng trong tên thép là chỉ sự khử ô-xy trong công nghệ rót thép lỏng từ lò luyện vào khuôn và để nguội đến kết tinh.

Có các công nghệ lắng nguội t ơng ứng với các loại thép nh sau:

- thép sôi: do thép lỏng tự nguội trong khuôn Khi nguội bốc ra nhiều bọt khí ô-xy, cácboníc, do nguội nhanh khí không kịp thoát ra, tạo thành bọt rỗng trong thép nên gọi là thép sôI; Có cấu trúc kém đồng nhất, tiết diện kim loại bị thu hẹp so với danh nghĩa; vì vậy chất l ợng không tốt, dễ bị phá hoại dòn

- thép lặng (tĩnh): không có sự bốc hơi cuồn cuộn trong quá trình nguội lặng, do có sự thêm vào những chất khử ô-xy nh si-líc, nhôm, măngan Những chất này làm quá trình nguội chậm lại, ô-xy và những tạp chất phi kim lại khác đ ợc khử hoàn toàn, đồng thời tạo thành lớp xỉ nổi trên mặt thép Phần d ới lớp xỉ, thép đồng nhất, khó bị phá hoại dòn, chịu lực động tốt Thép lặng tốt và đắt hơn thép sôi, đ ợc dùng trong các công trình quan trọng.

- thép nửa lặng: chỉ bổ sung những chất làm nguội chậm, ô-xy không đ

ợc khử hoàn toàn; vì vậy chất l ợng và giá thành đều là trung gian giữa thép tĩnh và thép sôi.

Thép sôi có thêm chữ s ngay sau con số chỉ độ bền,

thép nửa lặng có thêm chữ n,

không có chữ gì thêm thì là thép lặng.

Nhằm nâng cao tính bền, dẻo dai của thép nửa lặng, còn thêm 1,1%) vào thép, khi đó ngay sau chữ n, còn có thêm chữ Mn; ví dụ CCT38nMn2 Các nhà máy ở VN, chủ yếu sản xuất loại thép này; chúng t ơng đ ơng với thép CT2, CT3 của Liên xô cũ

Bảng 1: Một số tính năng cơ học của thép cacbon thấp theo TCVN 1765-85

Giới hạn chảy tối thiểu, N/mm2

t ơng ứng với bề dày, mm t ơng ứng với bề dày, mm Độ dãn dài kéo đứt, %,

1.2 Thép cacbon dùng trong XD theo TCVN 5709-1993: XCT34, XCT38,

XCT42,XCT52 So với thép CT t ơng ứng thì các loại thép này thoả mãn tính năng cơ học, nh ng yêu cầu thành phần hoá học thì không chặt chẽ bằng; chỉ cần thoả mãn yêu cầu về một số thành phần chính nh : hàm l ợng cácbon C không quá 0,22%; P và S là những chất có hại, hạn chế d ới 0,05%

thép XCT dễ sản xuất hơn mà vẫn đủ chất l ợng để làm kết cấu XD Mọi sản phẩm thép cán nóng nh thép thanh, thép hình, thép tấm và các kết cấu thép hàn đều đ ợc sản xuất từ các mác thép này

Bảng 2: Một số tính năng cơ học của thép cácbon thấp dùng trong XD theo

TCVN 5709-1993

Giới hạn chảy tối thiểu, N/mm 2

t ơng ứng với bề dày, mm t ơng ứng với bề dày, mm Độ dãn dài kéo đứt, %,

1.3 Thép hợp kim thấp: là thép có thêm l ợng kim loại khác để tăng c ờng tính năng

cơ học và độ bền chống gỉ; hàm l ợng các kim loại khác có tỉ lệ không quá 2,5% TCVN 3104-79 có các mác 09Mn2, 14Mn2, 16MnSi, 09Mn2Si, 10Mn2Si, 10CrSiNiCu …

Hai con số đầu chỉ hàm l ợng phần vạn của cacbon C trong hỗn hợp;

chữ kí hiệu nguyên tố kim loại có trong hỗn hợp, số ngay sau chữ chỉ hàm l ợng của nó khi từ 1% trở lên, nguyên tố có hàm l ợng cao ghi tr ớc, hàm l ợng thấp ghi sau

So với thép cácbon thấp thì thép hợp kim thấp có c ờng độ cao hơn 40-100% nên tiết kiệm đ ợc kim loại sử dụng Dùng thép hợp kim thấp là ph ơng h ờng phát triển kết cấu của khá nhiều n ớc tiên tiến trên thế giới, nh ng ở n ớc ta thì ch a thể vì ta ch a thể SX đ ợc thép hợp kim thấp với số l ợng nhiều

1.4 Thép cácbon kết cấu chất l ợng tốt: đ ợc luyện trong lò bằng, lò quay thổi ô-xy

và lò điện, chủ yếu dùng cho ngành cơ khí, cong trình anten, một số chi tiết của nhà máy luyện kim …

Để gia công sản phẩm, phải dùng áp lực hoặc bằng dao cắt gọt

Một số sản phẩm thép cán nh thép ống, thép tấm rộng đ ợc chế tạo từ loại thép này, chủ yếu là các mác C15, C20

Chữ C chỉ thép cacbon kết cấu chất l ợng tốt, con số tiếp theo chỉ hàm l ợng trung bình của cacbon, theo phần vạn Thép có tăng c ờng hàm l ợng Măngan thì có thêm chữ Mn trong tên gọi; ví dụ C15Mn, C20Mn Thép này có độ bền cao hơn thép có hàm l ợng măngan thông th ờng, nh ng độ dẻo và độ dai thấp hơn

2 Thép Liên Xô cũ và thép Nga: đã đ ợc dùng trong các TC thiết kế của VN, nh TC thiết kế kết cấu thép cũ 5575-91.

2.1 Thép cacbon thấp: dùng làm kết cấu gồm các mác

BCT3kn, BCT3nc, BCT3cn chứa hàm l ọng cacbon 0,14-0,22%

Chữ B có nghĩa là thuộc nhóm thứ ba, phải thoả mãn cả yêu cầu

về cơ tính lẫn thành phần hoá học, t ơng tự nh nhóm C của thép

VN

Theo quy định, thép kết cấu chỉ dùng nhóm này;

các chữ tiếp theo kn - sôi, cn - lặng, nc - nửa lặng;

cuối cùng là con số chỉ hạng của thép từ 1 đến 6 để sử dụng trong các tr ờng hợp riêng (khi có nhiệt độ thấp, khi có va chạm lớn, th ờng xuyên) Trong XD th ờng dùng BCT3kn-2, thép sôi hạng 2;

BCT3nc-6, thép nửa lặnghạng 6; BCT3cn-5, thép lặng hạng 5.

2.2 Thép hợp kim thấp: Dùng thông dụng trong XD là các mác 14 Γ 2,

09 Γ 2C, 10 Γ 2C, 15XC ∆ , 10XC ∆ .có ý nghĩa giống nh thép VN:

hai con số đầu chỉ phần vạn của hàm l ợng cacbon;

chữ tiếp theo là tên của kim loại có trong hợp kim ( Γ - măngan, X- crôm, C- silíc, ∆ - đồng ),

con số đứng ngay sau tên nguyên tố là tỷ lệ phần trăm của kim loại đó khi lớn hơn 1%; ví dụ thép 09 Γ 2C thì trong hỗn hợp có 9/10000 cácbon, từ 1 đến 2% măngan và d ới 1% silíc

Trong 5 loại thép nêu trên đây thì 3 loại tr ớc dùng cho kết cấu nhà, 2 loại sau dùng cho cầu

2.3 Thép cacbon kết cấu chất l ợng tốt: áp dụng cho các kết cấu chịu tải trọng lớn, điều kiện làm việc nặng nề Trong XD dùng thép mác 18 (t ơng đ ơng C20 của VN) hoặc dùng 18 Γ (có thêm măngan); cũng ghi kèm theo công nghệ lắng trong tên gọi, ví dụ 18kn, 18 Γ nc

3 Thép Trung Quốc

3.1 Thép cacbon:

Theo Tiêu chuẩn GB699-88, thép cacbon có tới 30 loại,

các loại 20, 25 đ ợc gọi là thép số 3, là thép cacbon thấp, t ơng đ ơng CT3 của Nga

Thép đ ợc phân làm 3 nhóm A, B, C, đảm bảo về tính năng cơ học, thành phần hoá học hoặc đảm bảo cả hai

Dùng kèm theo chữ Y để chỉ thép lò quay thổi ô-xy, chữ F để chỉ thép sôi, chữ b để chỉ thép nửa lặng, thép lặng thì dùng chữ Z hoặc không ghi kèm theo chữ gì

Ví dụ: thép số 3 lặng, lò bằng, nhóm A thì kí hiệu là A3;

thép số 3, sôi, lò quay, nhóm B thì kí hiệu là BY3F

Tiêu chuẩn mới GB700-88 dùng giới hạn chảy để đặt tên thép;

thép số 3 gọi theo tên mới là Q235,

con số ghi kèm theo là c ờng độ chảy tính bằng Mpa

Căn cứ vào chất l ợng, phân thép làm 4 cấp A, B, C, D:

3.2 Thép hợp kim thấp: Dùng làm kết cấu XD có 4 loại 16Mn, 16Mnq, 15MnV, 15MnVq.

Hai số đầu là hàm l ợng phần vạn của cacbon, nguyên tố đ ợc ghi tên vào khi

có hàm l ợng từ 1,5% trở lờn (măngan Mn, vanadi V ),

chữ q là thép có độ dai xung kích tốt, th ờng dùng làm cầu.

3.3 Thép kết cấu chất l ợng tốt: trong XD dùng các mác 15 và 20, có tính năng cơ học và thành phần hoá học t ơng tự thép C15 và C20 của TCVN.

4.1 Thép cacbon thấp: Thông dụng là A36, giới hạn chảy = 36ksi (khoảng

2500 kG/cm2), t ơng đ ơng CT3.

dùng cho các kết cấu phổ thông của nhà, liên kết hàn hoặc bu lông.

A53, A501 c ờng độ t ơng đ ơng A36 nh ng dùng cho ống có hoặc không có hàn dọc.

4.2 Thép cacbon c ờng độ khá cao: có các cấp c ờng độ 40 đến 65

( giới hạn chảy tính theo ksi), ví dụ A529, A570, dùng làm thép hình uốn nguội.

4.3 Thép hợp kim thấp c ờng độ cao: gồm nhiều loại có thêm các

hợp kim, giới hạn chảy từ 40 - 70ksi Thông dụng là A441, A572 các cấp 42 đến 65; loại chống gỉ tốt có A242, A606, A588 Thép A588, độ chống rỉ cao hơn A36 đến 4 lần;

A606 có độ chống gỉ cao chuyên dùng làm thép tấm, thép dải;

A607 có hợp kim vanadi.

4.4 Thép dùng cho cầu: mang số hiệu A709, có thể là thép cacbon

hoặc thép hợp kim thấp, nh ng đã đ ợc nhiệt luyện Có đủ các cấp từ 36

đến 100 Dùng thay thế đ ợc cho các loại từ A36 đến A588 Loại chịu thời tiết tốt có thêm chữ W nh 50W, 100W.

4.5 Thép c ờng độ rất cao (thép hợp kim, đ ợc nhiệt luyện): ví dụ

A852, A514, giới hạn chảy tới 90-100ksi, giới hạn bền tới 100-130ksi Bảng sau đây cho giới hạn chảy, giới hạn bền của một số loại thép theo ASTM.

ThÐp cacbon, lo¹i thanh h×nh

Cấp III Thép hợp kim thấp, c ờng độ cao 345 345 485 450

độ cao; thép hợp kim tôi và nhiệt luyện

Tiếp theo bảng 3

5 Thép Châu Âu

Những năm gần đây, thép Châu Âu đã dùng tiêu chuẩn chung

EN thay thế cho Tiêu chuẩn của từng n ớc nh NF của Pháp, BS của Anh.

ở Pháp trong XD dùng thông dụng là dùng 3 mác E24, E28, E36 (con số là để chỉ giới hạn chảy, tính bằng kG/mm2).

E24, E28 là thép cacbon, dùng cho nhà và các công trình thông dụng;

E36 là thép hợp kim thấp, dùng cho cầu và các công trình lớn Mỗi mác thép lại có 3 cấp chất l ợng 2, 3, 4: cấp 2 là thép sôi, cấp 3 là thép nửa lặng, cấp 4 là thép lặng

Tại Anh, quen thuộc nhất là thép của BS 4360, các cấp 40, 43,

50, 55;

chia thành hạng A, B theo độ dai va chạm; cấp 40, 43 có giới hạn chảy 24-27kG/mm2; cấp 50, 55 thì giá trị này cao hơn nhiều Hiện nay, đ ợc thay thế bằng Tiêu chuẩn châu Âu EN nh sau:

5.1 Thép kết cấu: kí hiệu chung là Snnn :

S- Steel of construction, nnn là giá trị nhỏ nhất của giới hạn chảy, N/mm2 (tên gọi dựa vào cơ tính),

với 3 cấp JR, J0, J2 t ơng đ ơng với các cấp A, B, C của Anh; 2, 3,

4 của Pháp hoặc B, C, D của Trung Quốc

Thép kết cấu cho trong Tiêu chuẩn EN 10025 gồm các mác:

S235 thay cho E24 hoặc BS4360 cấp 40;

S275 thay cho E28 hoặc BS 4360 cấp 43;

S355 thay cho E36 hoặc BS 4360 cấp 50.

Ví dụ thép S355J0C theo QĐ của EN 10025 là thép kết cấu (chữ

S), có giới hạn chảy =355N/mm2 (số 355), độ dai va chạm là 27Junle ở nhiệt độ 0oC (chữ J0), có thể mang dập nguội, tuốt nguội, tạo hình nguội (chữ C).

Thép S355J2WP theo QĐ của EN 10155 là thép kết cấu (chứ

S), có giới hạn chảy =355N/mm2 (số 355), độ dai va chạm là 27 Junle ở nhiệt độ -20oC (chữ J2), có độ chống rỉ cao (chữ W), dùng làm cọc ván (chữ P)

5.2 Thép có tên dựa vào thành phần hoá học:

Thép cacbon có kí hiệu chung là Cnn (nn là hàm l ợng các bon đã nhân lên

SS330: t ơng đ ơng CT2, với giới hạn chảy 21kG/mm2

SS400: t ơng đ ơng CT3, với giới hạn chảy 235 đến 245Mpa

SS490: là thép hợp kim thấp, với giới hạn chảy 290Mpa

+Thép dùng cho kết cấu hàn: SM400, SM490, với các hạng A,B, C có chung c ờng độ với thép SS nh ng tính năng hàn cao hơn.

- Thép của úc, theo tiêu chuẩn AS nh : C250 (giới hạn chảy 230MPa), C300 (giới hạn chảy 280-320MPa), C350 (330-360MPa), C400 (380-400MPa) hoặc thay chữ C bằng chữ G.

IV Đặc điểm của một số loại kết cấu mới bằng thép

đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam

So với nhà thép truyền thống, nhà tiền chế có những khác biệt:

1.1 Về vật liệu chế tạo: thép làm kết cấu chịu lực đều làm bằng thép c ờng độ cao, US chảy 3400daN/cm2 trở lên (A572 ASTM, S355 của EN 10025) Kết cấu có trọng l ợng nhẹ hơn tới 40%

Thay vì dùng thép hình cán nóng, nhà tiền chế sử dụng rộng rãi thép tấm để dễ tổ hợp thành các cấu kiện có hình dáng linh hoạt phù hợp với

điều kiện chịu lực Các cấu kiện phụ nh xà gồ, dầm t ờng thì dùng thép cuộn rồi cuốn nguội thành cấu kiện thành mỏng (Thép cuốn nguội có gốc là thép hợp kim thấp, phủ mặt bằng mạ hoặc sơn sẵn).

1.2 Về kết cấu chịu lực chính: ít dùng kết cấu hàn rỗng vì cồng kềnh, khó vận

chuyển, tốn nhiều công chế tạo

Thông th ờng dùng kết cấu tổ hợp thép bản, vì có thể dùng công nghệ tự động ở các khâu cắt và hàn

Do là khung đặc nên th ờng sử dụng sơ đồ kết cấu thích hợp, khung nút cứng, có khớp ở chân cột

Cột và dầm là cấu kiện tổ hợp đặc nên 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 kết cấu mới, phổ biến trong các tính toán của Quy phạm Âu, Mỹ; nh ng hầu nh ch a đ ợc đề cập đến trong quy phạm tính toán của Việt Nam: cấu kiện vát

Hình 1 So sánh khung có tiết diện

cột, dầm thay đổi và không thay đổi

Hình vẽ 1 sơ bộ so sánh khung một tầng, một nhịp, có tiết diện cột dầm thay đổi và không thay đổi

Cột, dầm đ ợc chế tạo thành từng cấu kiện, dài không quá 12m

Mối nối các cấu kiện tại hiện tr ờng chỉ bằng bu-lông, hầu nh không dùng liên kết hàn tại hiện tr ờng

Kiểu mối nối đ ợc áp dụng rộng rãi là dùng mặt bích (Hình 2), có khả năng

truyền cả mômen và lực cắt, dùng bulông c ờng độ cao.

Hình 2 Dầm khung và mối nối mặt bích

Hệ giằng đảm bảo độ cứng của nhà theo ph ơng 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 3).

Sự khác biệt với hệ giằng nhà thép truyền thống là các thanh giằng rất mảnh, bằng dây cáp hoặc bằng thép tròn, chúng yếu ớt, mảnh dẻ, nh ng qua nhiều tính toán, chúng hoàn toàn thoả mãn.

Hình 3 Bố trí kết cấu khung chính và hệ thống giằng

1.3 Kết cấu thứ yếu: là các loại cấu kiện nh xà gồ, dầm t ờng, thanh chống mép mái, cột s ờn t ờng hồi Những cấu kiện này giữ vai trò quan trọng, không chỉ là đỡ mái, đỡ t ờng mà còn cùng tham gia chịu lực với các kết cấu chính: có tác dụng là hệ giằng giữ ổn định cho khung chính, tạo nên các vách cứng trong mặt phẳng mái và mặt phẳng của t ờng dọc.

Hệ mái và t ờng của nhà thép tiền chế luôn là loại kết cấu nhẹ Xà gồ

và dầm t ờng phần lớn là cấu kiện tạo hình nguội tiết diện chữ C, chữ Z (Hình 4a) Vật liệu làm các cấu kiện này là loại thép cuộn c ờng độ cao

nh A570 ASTM, ứng suất chảy 3400 daN/cm2 trở lên, đ ợc mạ hay sơn sẵn khi còn ở dạng phẳng, cuộn, xà gồ đặt trên dầm máI, tạo nên dầm liên tục, có lợi cả về mômen và độ võng hơn là dầm đơn giản Việc tạo dầm liên tục với tiết diện chữ C, chữ Z khá đơn giản Tiết diện chữ Z thì

đặt chồng lên nhau, tiết diện chũ C thì quay l ng vào nhau Chiều dài

đoạn phủ chồng càng tăng thì tính liên tục cũng càng tăng Chiều dài

đoạn phủ chồng (Hình 4b) ít nhất là 60cm, nhiều nhất tới nửa nhịp (đầu

xà gồ v ơn ra khỏi dầm mái 1/4 nhịp về cả 2 phía), khả năng chịu lực có thể tăng gấp đôi Mái lợp bằng tấm kim loại 1 lớp hoặc 3 lớp (có thêm tấm cách nhiệt kẹp giữa), với nhiều lớp phủ bảo vệ và sơn, thoả mãn

đầy đủ các yêu cầu sử dụng, tiện nghi, bền vững (thời hạn đảm bảo từ

20 đến 50 năm) (Hình 5)

H×nh 4a Xµ gå tiÕt diÖn ch÷ Z, ch÷ C vµ thanh chèng gãc khung

H×nh 4b Mèi nèi chång bªn trªn dÇm m¸I cña xµ gå kiÓu dÇm liªn tôc

Hình 5 Cấu tạo tấm mái 1-lớp sơn mặt; 2- lớp sơn lót; 3- lớp chuẩn bị;

4- lớp mạ zincalum; 5- lớp thép c ờng độ cao

Hình 6 Hệ số khí động của một nhà x ởng, theo TCVN và theo MBMA

1.4 Về Quy phạm và Tiêu chuẩn tính toán: do nhà n ớc ta cho phép sử dụng Quy phạm và Tiêu chuẩn tính toán của 7 n ớc tiên tiến nên các công trình nhà tiền chế đều sử dụng QPTC của n ớc ngoài, không thể lấy Tiêu chuẩn Việt nam

để tính toán, kiểm tra lại.

Ví dụ với tải trọng gió: các công trình n ớc ngoài thiết kế chỉ sử dụng số liệu về tốc độ gió của Việt Nam, còn lại mọi công thức và hệ số thì theo TC n ớc ngoài Dẫn đến kết quả là có những bộ phận công trình thì nội lực lớn hơn, có những

bộ phận khác nội lức lại bé hơn so khi sử dụng cách tính của TCVN

Về kiểm tra độ bền KC thì thấy nhiều chỗ là thừa an toàn nh ng cũng nhiều chỗ lại không an toàn.

Rõ ràng là mômen chân cột tính theo TCVN thì lớn hơn theo MBMA, trong khi mômen của dầm lại bé hơn Tuy nhiên, cả hai tr ờng hợp kết cấu đều an toàn; vì thực chất các cấu kiện kết cấu không làm việc riêng rẽ theo từng tiết diện mà làm việc tổng thể, không phải chỉ trong một khung mà còn trong cả hệ thống các kết cấu của toàn nhà

1.5 Về ph ơng pháp chế tạo và dựng lắp: sử dụng công nghệ chế tạo mới đáp ứng

đ ợc yêu cầu chế tạo nhanh, linh hoạt (dễ thay đổi theo VL hiện có trong kho), dựng lắp nhanh và dễ

Ba cơ sở của công nghệ mới là: sử dụng vật liệu mới (dùng thép tấm, CĐC, thép cuộn);

1.5 VÒ gi¸ thµnh: Nãi chung lµ thÊp h¬n gi¸ thµnh nhµ thÐp thiÕt kÕ theo truyÒn thèng 10-20% §Æc biÖt, nhiÒu tr êng hîp gi¸ chÕ t¹o cña c¸c c«ng ty trong n íc thÊp h¬n nhiÒu so víi c¸c c«ng ty n íc ngoµi, nªn mang tÝnh c¹nh tranh cao D íi ®©y giíi thiÖu h×nh ¶nh cña mét nhµ thÐp tiÒn chÕ.

H×nh 7 Nhµ x ëng lµm hoµn toµn b»ng cÊu kiÖn thµnh máng t¹o h×nh nguéi

2 Kết cấu thanh thành mỏng tạo hình nguội

2.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng: Đây là loại kết cấu nhẹ bằng thép

đã đ ợc sử dụng hàng chục năm ở các n ớc, mới đ ợc áp dụng ở VN thời gian gần đây Kết cấu thép nhẹ khác biệt với kết cấu thép thông dụng ở những điểm cơ bản sau:

- Sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép rất mỏng (từ 1mm trở lên);

- Sử dụng các loại tiết diện không có trong kết cấu thông th ờng (nh tiết diện kín, tiết diện vuông, tiết diện tròn);

- Sử dụng các ph ơng pháp liên kết không dùng trong các kết cấu thông

th ờng.

Đặc điểm quan trọng nhất là sử dụng thanh thép hình tạo nguội từ các tấm thép mỏng, (sau đây sẽ gọi là thanh thành mỏng hoặc thép hình uốn nguội) Bên cạnh các thép hình cán nóng thông th ờng, hiện nay các

n ớc đã chế tạo thép hình uốn nguội Việc sử dụng thanh thành mỏng tạo

ra một cách tiếp cận khác của kết cấu thép trong mọi giai đoạn xây dựng: Thiết kế, chế tạo, dựng lắp So với KC thép thông th ờng, kết cấu bằng thanh thành mỏng có các u khuyết điểm sau:

* Ưu điểm:

- giảm l ợng thép từ 25-30%, về lý thuyết có thể giảm nhiều hơn nữa nh ng sẽ kèm theo khó khăn, tốn kém cho chế tạo và sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế;

- dựng lắp nhanh, ví dụ tiết kiệm thời gian tới 30% đối với mái nhà, với kết cấu có hệ thanh, hệ nút thống nhất nh dàn không gian thì còn nhanh hơn nhiều.

- hình dạng tiết diện đa dạng, đ ợc tự do chọn theo yêu cầu.

- đặc tr ng chịu lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bố VL hợp lý, nhất là khi dùng tiết diện kín.

- dùng tiết diện kín tạo đ ợc vẻ đẹp cho kết cấu, bớt che lấp diện tích kính lấy ánh sáng.

** Khuyết điểm:

- giá thành thép uốn nguội cao hơn giá thép cán nóng (tính theo Tấn)

- việc vận chuyển, bốc xếp, dựng lắp tuy nhanh chóng nh ng đòi hỏi những biện pháp

và ph ơng tiện riêng, vì cấu kiện mỏng dễ bị h hại;

- việc thiết kế khó khăn hơn vì sự làm việc phức tạp của cấu kiện Tiết diện cấu kiện đ

ợc chọn tự do nên không có bảng tính sẵn các đặc tr ng tiết diện

Sử dụng thanh thành mỏng đ ơng nhiên là giảm nhẹ đ ợc trọng l ợng kết cấu, tiết kiệm vật liệu, nh ng không có nghĩa là kinh tế hơn Tiết diện thanh thép uốn nguội đắt hơn thép cán nhiều (tới 30%) vì phải dùng thép tấm mỏng cán nóng để gia công uốn nguội

Hiện nay các hãng sản xuất thanh thành mỏng đều cố gằng tiêu chuẩn hoá, điển hình hoá tiết diện Một loại tiết diện thanh thành mỏng có thể đ ợc áp dụng cho nhiều loại nhà có công dụng khác nhau hoặc có sơ đồ kết cấu khác nhau

Tất nhiên tiêu chuẩn hoá cao sẽ dẫn đến làm tăng l ợng thép sử dụng vì có những tr ờng hợp vật liệu ch a làm việc hết khả năng, nh ng không có nghĩa là bất lợi về kinh tế Việc tiêu chuẩn hoá các cấu kiện nhẹ sẽ cho phép giảm sự đa dạng của tiết diện, tăng c ờng sự sản xuất hàng loạt; tăng c ờng những nút liên kết thống nhất, giảm công chế tạo và dựng lắp chi phí phòng, chống rỉ cao hơn, vì diện tích bề mặt cần phủ lớn hơn

-

2.2 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội

Bằng cách gập nguôi, có thể tạo từ tấm thép mỏng thành tiết diện hình bất kỳ Tiết diện đ ợc chia ra loại hở nh chữ C, chữ L, chữ U, chữ Z hoặc loại kín nh ống tròn, hộp vuông Hàn các tiết diện đơn với nhau có thể tạo nên tiết diện phức hợp Bề dày thành tiết diện là không đổi, trừ một số chỗ có thể là bề dày gấp đôi do gập bản thép lại Cấu kiện dạng thanh dùng làm kết cấu chịu lực chính nh cột, khung hoặc cấu kiện phụ nh xà

gồ, dầm t ờng Cấu kiện dạng tấm dùng làm panen máI, panen t ờng Tạị một số n ớc sử dụng nhiều, kích th ớc các tiết diện uốn nguội đ ợc tiêu chuẩn hoá (Hình 8)

Hình 8 Các loại tiết diện uốn nguội

a- tiết diện hở; b- tiết diện kín; c- tiết diện phức hợp

Xà gồ, dầm t ờng th ờng có tiết diện chữ C hoặc Z Tiết diện Z thuận tiện cho việc xếp để chuyên chở; cũng dề ghép lồng lên nhau thành tiết diện kép chịu đ

ợc momen lớn tại gối tựa của dầm liên tục (Hình 4b)

Hình 9 Sự làm việc của cấu kiện thành mỏng

a- Tiết diện bị vênh do bimômen; b- Tiết diện hữu hiệu: 1- của dầm ; 2- của

cột

Cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội là loại cấu kiện đặc biệt, việc tính toán khá phức tạp Khi một cấu kiện thành mỏng chịu uốn hoặc xoắn, th ờng xuất hiện những US và biến dạng gây nên bởi sự vênh của tiết diện, do một đại l ợng lực là bimômen (Hình 9a).

Ngoài ra, do thành mỏng, cấu kiện rất dễ bị mất ổn định cục

bộ tại cánh và bụng; một số bộ phận của cánh và bụng không làm việc, không đ ợc xét đến trong tính toán, phần còn lại để chịu lực đ ợc gọi là tiết diện hữu hiệu; nhiệm vụ của tính toán là xác

định tiết diện hữu hiệu này (Hình 9b) N ớc ta ch a có quy phạm tính toán thanh thành mỏng; và thực tế có rất ít kết cấu thành mỏng đã đ ợc tự thiết kế trong n ớc

Cấu kiện thành mỏng cũng có thể dùng làm các kết cấu chính của nhà có nhịp đến 20m, đến 2, 3 tầng Hình 10 giới thiệu một nhà x ởng mà các cấu kiện hoàn toàn bằng thanh thành mỏng tạo hình nguội đang đ ợc xây dựng.

H×nh 10 Nhµ x ëng lµm hoµn toµn b»ng cÊu kiÖn thµnh máng t¹o h×nh

nguéi

- Máy gấp mép: Thân máy gồm 2 thớt, thớt d ới gắn th ớc tạo hình bên d ới, thớt trên cố

định, gắn th ớc tạo hình bên trên và kẹp chặt bản thép Thớt d ới ép lên, gấp mép và tạo góc cho bản thép

Thay đổi th ớc tạo hình sẽ tạo đ ợc các hình dạng khác nhau Phải thông qua nhiều động tác mới tạo đ ợc hình hoàn chỉnh Ví dụ hình dạng d ới đây cần 6 động tác

Cách tạo này có nh ợc điểm:

+ năng suất thấp, nhiều thao tác;

+ độ chính xác thấp;

+ chỉ gập đ ợc những bản thép có chiều dày không quá 3mm, chiều dài không quá 6m;

Đồng thời, giá thiết bị rẻ, dễ có Có thể đạt đ ợc nhiều hình dạng bằng việc thay đổi th ớc tạo hình Công nghệ này thích hợp với việc sản xuất theo quy mô nhỏ, linh động nhiều loại hình dáng

Hình 11 Máy gập mép

1- dầm gấp đặt d ới; 2- vít chỉnh th ớc gấp; 3-

đối trọng; 4- dầm tạo hình;

5- bánh xe di chuyển dầm để ép bản thép; 6-

th ớc tạo hình d ới;

7- th ớc tạo hình trên; 8- dầm ép; 9- bản thép; 10- bệ chặn.

Hình 12 Máy ép khuôn

- Máy ép khuôn: dùng cho dây chuyền sản xuất hàng loạt Máy gồm có thân mày, bàn máy, dầm

ép Khuôn cối tạo hình đặt trên bàn máy Dầm ép, ép xuống từ bên trên, có gắn chày tạo hình Lực ép từ 40 đến 150 tấn, ép trên toàn bộ chiều dài thanh (Hình 12)

Ph ơng pháp này có thể tạo đ ợc thanh dài tơí 6m, rộng 25 - 50cm, dày tới 16mm Bằng cách di chuyển dải thép theo chiều dài, có thể làm đ ợc thanh dài tới 12m, tất nhiên kích

th ớc tiết diện sẽ có sai lệch, mặt sẽ không phẳng Để tạo đ ợc một tiết diện, cũng phải qua nhiều nguyên công: mỗi lần ép chỉ tạo đ ợc một góc Do vậy năng suất thấp, khó cơ giới hoá toàn bộ

Ưu điểm của ph ơng pháp: thay thế các khuôn tạo hình giá rẻ, có thể tạo đ ợc nhiều hình dáng Có lợi khi sản xuất hàng loạt nhỏ, đặc biệt dùng để chế tạo các cấu kiện không

điển hình

Hình 13 Nguyên lý hoạt động

của máy cán trục lăn

- Máy cán trục lăn: Đây là loại máy có năng suất cao nhất, dùng

ở các nhà máy luyện kim, nhà máy lớn sản xuất hàng loạt Máy gồm một dãy các trục cán có hình dạng khác nhau (hình 13) Dải thép đi qua các trục cán, dần dần

đ ợc thay đổi hình dạng Có thể cán đ ợc thép dày 0,3-18mm, rộng 20-2000mm Tốc độ cán 10-30m/phút

Loại máy này có năng suất cao, sử dụng ít nhân công, mỗi năm có thể sản xuất hàng triệu mét cấu kiện Tuy nhiên, mỗi bộ trục cán gồm nhiều chiếc chỉ dùng đ ợc cho một loại tiết diện; muốn đổi tiết diện phải đổi bộ trục cán, vì vậy giá thành cao Hiện nay ở Việt Nam bên cạnh các máy cán lớn của các công ty n ớc ngoài, nhiều công ty nhỏ ở trong n ớc cũng đã có bộ máy cán, sản xuất hàng loạt các tiết diện thành mỏng, ống có mối hàn dọc để sử dụng cho XD công trình

3 Kết cấu dàn không gian

Kết cấu dàn không gian, hoặc còn gọi là kết cấu có cấu trúc mạng tinh thể đã XD phổ biến cách đây trên 30 năm ở nhiều n ớc, nh ng mới đ ợc áp dụng trong mấy năm gần đây ở n ớc ta Công trình nhà ga hàng không T1 Nội Bài, hàng loạt các công trình thể thao, nhà thi đấu, triển lãm, khán đài sân vận

động đã ứng dụng loại kết cấu này.

3.1 Đặc điểm kết cấu. Kết cấu dàn không gian gồm một hệ thống các dàn giao nhau theo 2 hoặc 3 ph ơng Các dàn này không đặt thẳng đứng mà đặt nghiêng nên hệ các thanh bụng của chúng tạo nên một hệ không gian có độ cứng chống xoắn lớn

Về cấu tạo, hệ dàn không gian có thể coi nh gồm nhiều cấu trúc giống nhau (gọi là cấu trúc tinh thể) ghép lại Do tự do ghép thêm các tinh thể một cách tuỳ ý nên kết cấu có mặt bằng linh hoạt (thích hợp với nhiều loại mặt bằng).