Nhà Thép Tiền Chế

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

3.1.1. Mô hình thực tế của kết cấu công trình và sơ đồ tính toán
Trong giai đoạn thiết kế, quan trọng nhất của người thiết kế là làm sao đưa được từ công trình thực tế thành các mô hình (sơ đồ) tính để từ đó có thể tính toán được. Mô hình (sơ đồ) tính toán này đã được lý tưởng hóa, phản ánh đầy đủ trạng thái làm việc của kết cấu. Việc quyết định mô hình tính toán bao gồm việc định ra các mô hình và lựa chọn mô hình là việc rất quan trọng, nó phụ thuộc vào trình độ khoa học kỹ thuật và nhiệm vụ đặt ra trong tính toán.
Theo xu hướng hiện nay, mô hình cần đạt hai yêu cầu:
- phản ánh được những trạng thái làm việc chủ yếu nhất để khai thác tối đa khả năng chịu lực, đồng thời đảm bảo công trình làm việc an toàn;
- mô hình cần được đơn giản để thuận tiện trong tính toán thiết kế. Những ví dụ cụ thể về tính liên kết, sơ đồ tính dàn và khung nhà công nghiệp…
Để thành lập sơ đồ kết cấu thép hoặc kết cấu công trình nói chung dựa trên những yếu tố sau:
- Quy mô công trình: kích thước chính của công trình, điều kiện tác dụng của tải trọng, mục đích và niên hạn sử dụng công trình. Về cơ bản quy mô công trình được xác định theo yêu cầu sử dụng và bố trí công nghệ;
- điều kiện của nền móng và tác động của môi trường;
- tình hình cung cấp vật tư.
Khi thành lập sơ đồ công trình đồng thời dự tính tiết diện kết cấu (hình dáng, kích thước), liên kết nút, điều kiện kỹ thuật và khả năng về chế tạo kết cấu, về vận chuyển và dựng lắp công trình. Khi thành lập sơ đồ kết cấu cần tận dụng các kích thước theo môđun và thống nhất hóa, tận dụng thiết kế định hình và thiết kế mẫu của cấu kiện và công trình. Đối với công trình cá biệt thì việc lập sơ đồ phải qua nhiều phương án so sánh, đòi hỏi nhiều sáng tạo. Theo xu thế hiện đại, sơ đồ kết cấu công trình phải đồng thời thỏa mãn sự làm việc hợp lý về mặt kết cấu và thể hiện phong phú về mặt kiến trúc. Nói chung, giá thành công trình được quyết định bởi sơ đồ kết cấu công trình.

3.1.2. Các giai đoạn tính toán kết cấu thép
Trên cơ sở sơ đồ tính đã được xác định, nội dung tính gồm có xác định nội lực, chọn tiết diện của kết cấu, tính các chi tiết và liên kết. Trong một số trường hợp cần xác định chuyển vị, các thông số dao động…. Đối với kết cấu thép hoặc kết cấu công trình nói chung, nội dung tính toán thực hiện qua hai giai đoạn:
- giả định trước các thông số về hình học, tiết diện, độ cứng của kết cấu, bộ phận hoặc chi tiết, cấu tạo liên kết;
- xác định nội lực và kiểm tra tiết diện đã giả định.
Để thực hiện giai đoạn một phải dùng các kết quả về lý thuyêt tối ưu, các bài toán hợp lý, các điều kiện về cấu tạo và sử dụng, các kết quả thực nghiệm và kinh nghiệm, các phương pháp gần đúng. Tổng hợp các kết quả này được thể hiện thành các chỉ dẫn.
Nội dung giai đoạn hai là sử dụng các lý thuyết kết cấu thép để kiểm tra sự làm việc của kết cấu và chi tiết theo các nhóm trạng thái giới hạn. Đây là giai đoạn quan trọng và quyết định trong toàn bộ nội dung tính toán kết cấu thép. Nếu nội dung kiểm tra ở giai đoạn hai không đạt yêu cầu thì điều chỉnh các giả thiết ở giai đoạn một và tính lại theo giai đoạn hai. Ví dụ như: tính liên kết, phương pháp chọn tiết diện các loại cấu kiện, các giả định độ cứng tính nội lực khung…
Việc quan trọng nữa trong tính toán kết cấu là dự tính sự tác động của tải trọng, cường độ đặc trưng vật liệu, sự làm việc của thép trong từng trường hợp cụ thể. Tải trọng ngoài ở đây mang nghĩa rộng, có thể là tải trọng do công nghệ, áp suất khí quyển, tác dụng hóa học như ăn mòn kim loại, tác dụng do nhiệt độ ảnh hưởng tới tính chất vật liệu, chuyển vị gối ….
Với những nội dung tính toán trên, các tiêu chuẩn áp dụng thay đổi theo thời kỳ ra đời và phát triển của công nghệ xây dựng, kỹ thuật tính toán có thể chia ra các thời kỳ sau [11],[18]:
Từ 1945 trở về trước: phát triển lý thuyết tính toán theo ứng suất cho phép []
= R/k, trong đó: R. Cường độ phá huỷ của vật liệu, xác định bằng thực nghiệm; Sử dụng duy nhất một hệ số k>1 khi tính sự thay đổi các tham số, còn gọi là hệ số an toàn.
Từ 1946-1955: Sử dụng phương pháp tải trọng phá huỷ, vẫn dùng hệ số an toàn có kể đến hiện tượng biến dạng dẻo của vật liệu trong quá trình tăng tải.
Năm 1955, nhà bác học Liên Xô N.X. Xtreleskii (1885-1967, thành lập và là người đầu tiên làm chủ nhiệm bộ môn Kết cấu kim loại – trường ĐH Xây dựng Mátxcơva) đã phát triển phương pháp tính toán (thiết kế) kết cấu mới là phương pháp trạng thái giới hạn, trong phương pháp này thay một hệ số bằng nhiều hệ số cơ bản, giá trị các hệ số này xác định dựa trên phương pháp thống kê các tham số chính (tải trọng, độ bền vật liệu, kích thước hình học kết cấu, điều kiện làm việc) xem như là các đại lượng ngẫu nhiên và thể hiện thông qua các hàm phân phối phù hợp.
Từ 1962-1970: song song với lý thuyết tính toán theo trạng thái giới hạn, phương pháp “bán tin cậy” với 5 nhóm hệ số đã được đưa vào tính toán. Trong 5 nhóm hệ số có 1 nhóm kể đến tính chất quan trọng của công trình (ngoài phạm vi kỹ

thuật và kinh tế thông thường). Các nhóm hệ số này nói chung được gọi là hệ số độ tin cậy. Giai đoạn này bắt đầu hình thành lý thuyết Độ tin cậy và dự báo tuổi thọ để tính toán công trình.
Hiện nay phần lớn tiêu chuẩn các nước trên thế giới (Tây Âu, Mỹ, Úc…) đều áp dụng hoặc bản chất là phương pháp thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn. Việt nam đã áp dụng phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn từ năm 1965, hiện nay các tiêu chuẩn tính toán đều dựa theo phương pháp này.
3.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA KẾT CẤU
Mục đích của việc tính toán kết cấu là bảo đảm cho kết cấu không bị vượt quá trạng thái giới hạn khiến cho chúng không thể sử dụng được nữa, trong khi vẫn đảm bảo ít tốn kém nhất về vật liệu cũng như nhân công chế tạo, dựng lắp.
TRÌNH BÀY

.CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TRUNG LÂM