Quá trình thiết kế một cấu trúc nhà thép diễn ra như thế nào

Nhà thép là xu hướng xây dựng hiện nay. Muốn thiết kế một cấu trúc nhà thép cần những công đoạn nào và  phải lưu ý gì? Cùng tìm hiểu qua bài viết sau đây!

1. Xác định xem kết cấu thép có phù hợp với công trình hay không?

Kết cấu thép thường được sử dụng cho các công trình cần một hệ thống khung phức tạp, chịu tải trọng lớn. Thêm vào đó, các công trình này yêu cầu phải có nhịp lớn và kết cấu có thể di chuyển cũng như linh hoạt tháo rời và lắp ráp. 

Đáp ứng được các tiêu chí trên, kết cấu thép phù hợp với nhiều loại công trình như các sân vận động, cầu, nhà kho, nhà máy, nhà để xe,...

2. Lựa chọn cấu trúc và phương thức bố trí hợp lý

Trong giai đoạn lựa chọn và bố trí kết cấu, việc lên ý tưởng thiết kế đóng vai trò then chốt. Ý tưởng thiết kế có thể đến từ mối quan hệ cơ học giữa hệ thống tổng thể và các hệ thống con, cơ chế và kinh nghiệm kỹ thuật. Để xác định cách bố trí chi tiết của cấu trúc cần phải xem xét từ góc độ tổng thể, so sánh và lựa chọn hiệu quả ở giai đoạn đầu.

Các đặc điểm khác nhau của kết cấu thép cần được xem xét trong quá trình lựa chọn. Ở những khu vực chịu áp lực như mái nhà khi có mưa lớn, cần cân nhắc làm mái có độ cong và dốc phù hợp. Trong thiết kế kết cấu thép nhà cao tầng thường sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông.

Một mô hình cơ học rõ ràng sẽ giúp việc phân bố lực dễ dàng hơn. Hướng của các dầm phụ trong kết cấu khung có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Cần đưa ra các giải pháp cụ thể để giải quyết cho các trường hợp phát sinh nếu có. 

3. Ước tính diện tích mặt cắt ngang của các cấu kiện

Cần có dự toán sơ bộ về phần cấu kiện sau khi hoàn thành việc bố trí kết cấu. Chủ yếu là giả định về hình dạng và kích thước mặt cắt ngang của dầm, cột và hệ giằng. 

Kênh thép, dầm H cán hoặc hàn có thể được dùng để làm dầm thép. Theo tải trọng, chiều cao tiết diện thường được chọn từ 1/20 đến 1/50 của nhịp. Sau khi chiều cao mặt cắt và chiều rộng được xác định, độ dày của tấm có thể được tính theo quy định xây dựng.

4. Phân tích kết cấu

Trong thực tế thiết kế kết cấu thép, phân tích kết cấu thường là phân tích đàn hồi tuyến tính, và p-Δ, p-δ cần được xem xét với các điều kiện. Việc này sẽ tạo điều kiện cho việc phân tích chính xác hơn. 

5. Đánh giá về mặt kỹ thuật

Kết quả đầu ra của quá trình thiết kế cấu trúc cũng phải gồm có bản đánh giá kỹ thuật. Có thể dựa trên đánh giá chu kỳ của tổng lực cắt, đặc tính biến dạng,.... để sửa đổi mô hình hoặc sửa đổi kết quả tính toán. 

Ngoài ra, thường có sự khác biệt nhất định giữa tính toán thiết kế và thực tế. Trong thiết kế kết cấu thép, nguyên tắc “điều kiện áp dụng, khái niệm và cấu trúc” quan trọng hơn tính toán định lượng. Cần chú ý để tránh những trục trặc về mặt kỹ thuật sau này.

6. Thiết kế các thành phần còn lại của ngôi nhà

Đầu tiên là phải lựa chọn nguyên vật liệu cho các thành phần. Thông thường kết cấu chính sẽ sử dụng cùng một loại thép để dễ quản lý. Tuy nhiên, về mặt kinh tế, có thể lựa chọn kết hợp các loại thép khác nhau miễn là hợp lý và đảm bảo an toàn. 

Ngoài ra thì các phần mềm kết cấu hiện nay đều cung cấp các chức năng sau xử lý để kiểm tra mặt cắt. Tự động phân tích và kiểm tra cho đến khi được thông qua, điều này đã hỗ trợ rất nhiều cho các kiến trúc sư.

Cuối cùng, thiết kế các nút liên kết là một trong những nội dung quan trọng trong thiết kế kết cấu thép. Trước khi phân tích kết cấu, hình thức của nút cần được xem xét và xác định. Dựa trên đặc tính truyền lực khác nhau, có các loại nút: kết nối cứng, kết nối bản lề và kết nối bán cứng.

7. Chuẩn bị bản vẽ

Quá trình chuẩn bị bản vẽ thiết kế kết cấu thép được chia thành hai giai đoạn: bản vẽ thiết kế và bản vẽ chi tiết công trình. Bản vẽ thiết kế được cung cấp bởi công ty thiết kế. Bản vẽ chi tiết xây dựng thường do công ty sản xuất kết cấu thép lập theo bản vẽ thiết kế.

Bản vẽ thiết kế là cơ sở cho việc lập các bản vẽ chi tiết xây dựng. Trong đó, cơ sở thiết kế, dữ liệu tải trọng, dữ liệu kỹ thuật, yêu cầu vật liệu, thiết kế, bố trí kết cấu, lựa chọn mặt cắt cấu kiện và kết cấu nút chính cần được thể hiện rõ. Bản vẽ chi tiết xây dựng phải đảm bảo đầy đủ để sản xuất và gia công các thành phần trực tiếp tại xưởng. 

Trên đây là toàn bộ thông tin chúng tôi tổng hợp và chia sẻ về quá trình thiết kế cấu trúc nhà thép. Nếu có thắc mắc hay nhu cầu về xây dựng nhà thép tiền chế hay các loại kết cấu thép, hãy liên hệ với BMB Steel ngay nhé!