Để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình, quá trình tính toán kết cấu thép cần phải tuân thủ các quy định và sử dụng các phương pháp tính toán chính xác. Trong bài viết này, VFPRESS sẽ giúp bạn tìm hiểu về những nguyên tắc tính toán kết cấu thép chuẩn nhất.
Nguyên tắc tính toán kết cấu thép
Nguyên tắc tính toán kết cấu thép rất quan trọng trong việc thiết kế và xây dựng các công trình bằng thép. Đây là quá trình tính toán các khối thép để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình. Dưới đây là 3 nguyên tắc chính khi tính toán kết cấu thép:
Thành lập sơ đồ kết cấu của công trình
Để tính toán kết cấu thép thì quá trình lập sơ đồ kết cấu công trình kết cấu cần dựa trên 3 yếu tố sau:
- Quy mô của công trình bao gồm kích thước chính của công trình, điều kiện tác dụng của tải trọng, mục đích và niên hạn sử dụng công trình.
- Điều kiện của nền móng trong thực tế và tác động của môi trường.
- Khả năng cung cấp vật tư của công ty.
Khi lập sơ đồ kết cấu của công trình kết cấu thép đồng thời dự kiến bố trí tiết diện kết cấu, giải quyết những nút liên kết chính, điều kiện kỹ thuật, khả năng chế tạo kết cấu, vận chuyển và lắp dựng công trình.
Mô hình thực tế kết cấu của công trình
Mô hình tính toán kết cấu thép là mô hình đã được lý tưởng hóa để tính toán và phản ánh chi tiết trạng thái làm việc của kết cấu. Mô hình tính toán cần đạt các yêu cầu sau:
- Phản ánh được những trạng thái làm việc nhằm khai thác tối đa khả năng chịu lực và đảm bảo trạng thái làm việc an toàn.
- Mô hình cần được đơn giản hóa để thuận tiện cho thiết kế.
Nguyên lý tính toán kết cấu thép theo phương pháp trạng thái giới hạn
Nguyên lý tính toán kết cấu thép theo phương pháp trạng thái giới hạn được tính theo hai nhóm trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực và biến dạng của kết cấu thép. Nhóm thứ nhất gồm các trạng thái giới hạn về độ bền, ổn định, khi kết cấu vượt quá các giới hạn này dẫn đến kết cấu không thể tiếp tục sử dụng hoặc bị phá hoại do một trong ba nguyên nhân trên. Nhóm thứ hai bao gồm các giới hạn về độ võng, góc xoay, các thông số dao động,… được quy định để đảm bảo yêu cầu và điều kiện sử dụng công trình bình thường nên khi vượt quá trạng thái giới hạn hai thì điều kiện sử dụng công trình sẽ bị hạn chế cho dù kết cấu vẫn còn khả năng chịu lực.
Công thức sử dụng để xác định các trạng thái giới hạn:
- Đối với nhóm thứ nhất: N ⩽ ⌽
- Đối với nhóm thứ hai: f ⩽ fgh
Trong đó lực tính toán N trong kết cấu là nội lực lớn nhất xảy ra trong quá trình sử dụng, được xác định theo tải trọng tính toán.
Đại lượng ⌽ = mRFA là khả năng chịu lực tối thiểu của kết cấu sẽ phụ thuộc vào cường độ tính toán của vật liệu R và hệ số điều kiện làm việc của kết cấu m. Đặc trưng hình học của tiết diện F và hệ số về trạng thái làm việc A của kết cấu.
- Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu m thường có giá trị bằng 1. Trong một số trường hợp đặc biệt có m < 1 và được chỉ dẫn cụ thể khi tính toán.
- Đặc trưng hình học tiết diện F là diện tích, mô men chống uốn hay mô men quán tính,…
- Đại lượng A là các hệ số tương ứng với các trạng thái làm việc của kết cấu về ổn định, mỏi và độ bền. Các giá trị A ≤ 1.
Đại lượng f là biến dạng được xác định theo tính toán, giá trị fgh là biến dạng giới hạn lấy theo quy phạm. Do fgh được quy định theo điều kiện sử dụng bình thường nên f được tính theo tải trọng tiêu chuẩn.
Lưu ý: Các trạng thái giới hạn cần được kiểm tra cho toàn bộ kết cấu và từng bộ phận trong kết cấu (cấu kiện, chi tiết, liên kết).
Các giai đoạn tính toán kết cấu thép
Khi gia công kết cấu thép trong công trình, nội dung tính toán thường thông qua hai giai đoạn:
- Giả định trước các thông số hình học, tiết diện, độ cứng của kết cấu, bộ phận hoặc chi tiết.
- Xác định nội lực và kiểm tra tiết diện đã được giả định.
Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán
Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng tương ứng với điều kiện sử dụng bình thường của kết cấu. Tải trọng tính toán là tải trọng lớn nhất có thể xảy ra trong suốt quá trình sử dụng.
Tải trọng tính toán được tính bằng tích của tải trọng tiêu chuẩn và hệ số vượt tải. Hệ số vượt tải xét đến sự biến động (độ sai lệch ngẫu nhiên) của giá trị tải trọng so với điều kiện sử dụng bình thường.
| Phân loại tải trọng | |||
| Thường xuyên | Tạm thời | ||
| Dài hạn | Ngắn hạn | Đặc biệt | |
| Trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng và áp lực của đất, lực căng trước… | Trọng lượng của thiết bị cố định, trọng lượng của vật chứa trong nhà kho… | Áp lực gió, tải trọng cầu trục, tải trọng khi thi công, tác động nhiệt… | Tác động của động đất, nổ hay thiết bị hư hỏng… |
Một số lưu ý khi tính toán kết cấu thép
Trong kỹ thuật xây dựng, việc tính toán kết cấu thép cần phải đòi hỏi phải có chuyên môn cao nhằm đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình. Dưới đây là một số lưu ý khi thực hiện tính toán kết cấu thép:
- Xác định tải trọng: Trước khi thực hiện tính toán, cần xác định chính xác các tải trọng tác động lên kết cấu. Các tải trọng này gồm tải trọng tĩnh, tải trọng động, tải trọng gió, tải trọng động đất,…
- Lựa chọn vật liệu: Vật liệu được sử dụng cho kết cấu thép cần đáp ứng được các yêu cầu về độ bền, tính đàn hồi, chịu lực,…và các tiêu chuẩn về kỹ thuật.
- Thiết kế chi tiết kết cấu: Sau khi xác định được tải trọng và vật liệu, cần thiết kế chi tiết kết cấu để đảm bảo quá trình gia công và lắp đặt các bộ phận kết cấu đúng kỹ thuật.
- Tính toán cường độ: Việc tính toán cường độ sau khi thiết kế chi tiết kết cấu nhằm kiểm tra tính an toàn và độ bền cho kết cấu. Cường độ được tính toán dựa trên các thông số kỹ thuật của vật liệu sử dụng và kết cấu.
- Kiểm tra các yếu tố khác: Ngoài những yếu tố trên, cần kiểm tra những yếu tố khác như độ dao động của kết cấu, độ nghiêng của kết cấu,… để đảm bảo tính an toàn và độ vững chắc của kết cấu.
Trên đây là 3 nguyên tắc tính toán kết cấu thép mà chúng tôi muốn chia sẻ đến các bạn. Chúng tôi hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn thực hiện tính toán kết cấu thép đúng cách và hiệu quả hơn. Ngoài ra bạn cũng có thể tham khảo thêm các thông tin về thiết kế và thi công nhà thép tiền chế tại website VFPRESS của chúng tôi để biết thêm những kiến thức về kết cấu thép trong nhà xưởng.