Tại Việt Nam, đến nay vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế riêng cho kết cấu liên hợp thép - bê tông (LHT-BT). Tuy nhiên, loại kết cấu này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Bài báo trình bày tổng quan về kết cấu LHT-BT, trong đó tập trung làm rõ đặc điểm của kết cấu dàn liên hợp, ứng dụng thực tế của loại kết cấu này trong xây dựng ở Việt Nam và trên thế giới, cũng như đánh giá ưu điểm và hạn chế khi áp dụng trong công trình xây dựng.
Kết cấu LHT-BT là loại kết cấu mới và được sử dụng cho các công trình là các tòa nhà cao tầng và siêu cao tầng. Trên thế giới loại kết cấu này được biết từ rất sớm, nó đã đánh dấu một bước ngoặt mới về giải pháp kết cấu và công nghệ xây dựng. Loại kết cấu này đã tích hợp được những ưu điểm nổi bật của hai loại vật liệu khác nhau là thép và bê tông để tạo thành một hệ kết cấu có khả năng chịu lực tốt hơn, tăng độ dai, độ ổn định cho kết cấu, tăng khả năng kháng chấn và khả năng chịu lửa so với việc chỉ sử dụng kết cấu thép hoặc bê tông đơn thuần.
Các dạng tiết diện ngang của thanh dàn
Tại Việt Nam, có nhiều tác giả đã nghiên cứu về loại kết cấu này như GS.TS Phạm Văn Hội [1], PGS.TS Vũ Quốc Anh [5], PGS.TS Nguyễn Xuân Huy [4], TS Hoàng Hiếu Nghĩa [6] và một số tác giả khác. Tuy nhiên các nghiên cứu và lý thuyết tính toán chủ yếu tập trung vào cấu kiện cột, dầm, sàn liên hợp, với loại cấu kiện này thì khả năng vượt nhịp lớn còn hạn chế.
Hệ dàn LHT-BT được xem xét để vượt các nhịp lớn trên 12 m, có thể tạo ra không gian rất rộng cho các công trình. Việc ứng dụng loại kết cấu này đã được ứng dụng trong tòa nhà Hud Tower (Hình 1). Ở Việt Nam chưa có bộ tiêu chuẩn đầy đủ cũng như hướng dẫn tính toán về kết cấu LHT-BT. Do vậy việc nghiên cứu quy trình thiết kế kết cấu dàn phẳng LHT-BT dựa theo tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 4 là cần thiết nhằm đưa ra một quy trình tính toán, thiết lập các công thức tính toán đầy đủ cho loại kết cấu này.
Hệ dàn LHT-BT là sự kết hợp hiệu quả của dàn và sự tiết kiệm chi phí xây dựng của sàn liên hợp. Hệ dàn tập trung vật liệu vào những vị trí truyền lực chính, do đó với cùng nhịp hệ dàn LHT-BT có khối lượng thép ít hơn bất cứ hệ kết cấu thép nào. Ngoài ra hệ dàn LHT-BT tạo ta không gian mở rất lớn cho hệ thống kỹ thuật do đó chiều cao thông thủy của sàn có thể tận dụng đến tận sát dàn, làm giảm chiều cao tầng.
- Tiết kiệm thép so với dàn thép: Bê tông tham gia chịu nén nên các thanh chịu nén (hoặc phần chịu nén của tiết diện) có thể giảm tiết diện thép so với dàn thép.
- Tăng độ cứng và giảm võng (độ võng nhỏ hơn rõ rệt): Bê tông bọc góp phần tăng mômen quán tính hiệu dụng (EI) của các thanh chịu nén/uốn, do đó độ võng trung bình giảm.
- Cải thiện khả năng chống buckling (ổn định): Khi thanh thép bị bọc hoặc liên kết với bê tông, chiều dài mảnh tự do/ hệ số mảnh giảm, tăng tải tới hạn chống buckling; do đó có thể dùng tiết diện mảnh hơn mà không bị mất ổn định. Ứng dụng rõ ở thanh nén của dàn nhịp lớn.
- Bảo vệ thép-chống ăn mòn và chống cháy: Lớp bê tông bao che làm giảm tốc độ ăn mòn do độ pH, hơi ẩm và khí ăn mòn; đồng thời cung cấp khả năng chống cháy thụ động (thời gian chịu lửa phụ thuộc vào độ dày lớp bảo vệ và mác bê tông).
- Tuổi thọ và chi phí duy tu thấp hơn: Giảm diện tích thép hở và lớp bảo vệ bê tông làm giảm nhu cầu sơn, chống ăn mòn định kỳ; về dài hạn có thể giảm chi phí bảo trì.
- Thích hợp cho nhịp lớn và tải phức tạp: Kết cấu liên hợp tận dụng ưu điểm thép (kéo, nhẹ) và bê tông (nén, cứng) nên rất thích hợp cho dàn mái, dàn cầu nhịp lớn, dàn chuyển (transfer truss) trong tòa nhà cao tầng.
Bài báo này trình bày tổng quan về LHT-BT, trong đó tập trung làm rõ đặc điểm của kết cấu dàn LHT-BT, ứng dụng thực tế của loại kết cấu này trong xây dựng ở Việt Nam và trên thế giới, đồng thời đánh giá các ưu, nhược điểm khi áp dụng vào kết cấu công trình. Bài báo nghiên cứu và đề xuất quy trình tính toán, đồng thời thiết lập các công thức tính toán cho kết cấu dàn LHT-BT, dựa trên tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 4:2004. Nghiên cứu tập trung vào loại dàn hình thang có hệ thanh bụng dạng tam giác. Nghiên cứu cũng thực hiện một ví dụ tính toán cụ thể, áp dụng hệ thống công thức được thiết lập theo Eurocode 4, giúp việc tính toán trở nên rõ ràng, dễ hiểu và thuận tiện cho thực hành thiết kế.
Kết quả nghiên cứu là bước tiến quan trọng trong việc từng bước hoàn thiện hệ thống tài liệu thiết kế cho loại kết cấu liên hợp hiện đại, hướng tới ứng dụng trong thiết kế nhà cao tầng tại Việt Nam.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
