Tổng hợp những phương pháp thiết kế kết cấu thép phổ biến hiện nay

Thiết kế là một trong những bước quan trọng trong việc quyết định sự thành công hay thất bại của một dự án. Phải nói rằng, phương pháp thiết kế kết cấu thép phù hợp sẽ giúp dự án công trình được xây dựng một cách nhanh chóng và hoàn thiện nhất. Bài viết dưới đây, BMB Steel đã tổng hợp những phương pháp thiết kế thép phổ biến nhất hiện nay.

Tính đến thời điểm hiện tại, có ba phương pháp thiết kế kết cấu thép phổ biến, bao gồm thiết kế đơn giản, thiết kế liên tục và thiết kế bán liên tục. Các khớp trong kết cấu thép sẽ được giả định như ghim và cứng để kết xuất các tính toán thiết kế có thể quản lý được. Trong thiết kế đơn giản, các khớp nối được lý tưởng hóa thành các chốt hoàn hảo. Còn thiết kế liên tục giả định các mối nối là cứng và không xảy ra chuyển động quay tương đối của các bộ phận tại bất kỳ thời điểm tác dụng. Hiện nay, có một phương pháp thiết kế thực tế hơn, đó là thiết kế bán liên tục.

1. Phương pháp thiết kế đơn giản

Đây là phương pháp truyền thống và hiện vẫn đang được sử dụng khá phổ biến. Giả định cho rằng không có thời điểm nào được truyền từ bộ phận này sang bộ phận được nối liên kết, ngoại trừ những thời điểm danh nghĩa phát sinh do độ lệch tâm tại các khớp nối. 

Khả năng chống chịu của kết cấu thép đối với trọng tải bên và sự rung lắc thường được đảm bảo bằng việc cung cấp các hệ giằng hoặc trong một số tòa nhà thì được đảm bảo bằng lõi bê tông. Điều quan trọng là nhà thiết kế phải nhận biết được các giả định liên quan đến các hoạt động phản ứng chung và đảm bảo được rằng các chi tiết của mối nối không xảy ra bất kỳ khoảnh khắc phát triển nào ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của kết cấu. Trải qua nhiều năm kinh nghiệm đã chứng minh được rằng những loại chi tiết đáp ứng được tiêu chí này và người thiết kế nên tham khảo các tiêu chuẩn liên kết về mối nối trong thi công đơn giản.

2. Phương pháp thiết kế liên tục

Trong phương pháp thiết kế kết cấu thép liên tục, giả định rằng các khớp nối khá cứng nhắc và có thể chuyển giao các khoảnh khắc giữa các bộ phận trong kết cấu. Sự ổn định, kiến cố của khung có thể chống lại sự lắc lư là nhờ tác động của khung (bằng cách uốn cong dầm và cột). 

Nhìn chung, thiết kế liên tục phức tạp hơn thiết kế đơn giản, do đó phải sử dụng phần mềm để phân tích khung. Và trong quá trình thi hành, các kết hợp thực tế của mô hình tải phải được xem xét khi thiết kế các khung liên tục. Bên cạnh đó, các liên kết nối giữa các thành viên phải có những đặc tính khác nhau phụ thuộc vào phương pháp thiết kế của khung là đàn hồi hay nhựa. 

Trong thiết kế đàn hồi, các mối nối phải đáp ứng đủ độ cứng quay để đảm bảo rằng sự phân bố lực lượng và những khoảnh khắc xung quanh không có khác biệt đáng kể so với giá trị đã được tính toán trước đó. Đặc biệt, mối ghép phải có khả năng chịu được những khoảnh khắc đó, lực và lực cắt phát sinh từ việc phân tích khung. 

Trong thiết kế nhựa, độ bền của mối nối đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong việc xác định khả năng chịu tải trọng cuối cùng. Độ bền của khớp sẽ xác định xem bản lề nhựa xảy ra ở khớp hay trong các thành viên, và sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến việc máy móc sụp đổ. Nếu bản lề được thiết kế để xảy ra trong các mối nối, thì mối nối này phải được làm chi tiết với đủ độ dẻo để thích ứng với các chuyển động quay. Độ cứng của khớp đóng vai trò quan trọng khi tính toán độ võng dầm, độ lệch và độ ổn định của sự lắc lư.

3. Phương pháp thiết kế bán liên tục

Phương pháp thiết kế bán liên tục phức tạp hơn so với thiết kế đơn giản và liên tục vì phản ứng khớp thực được thực hiện thực tế hơn. Các quy trình phân tích kết nối thực khá chặt chẽ và không phù hợp với thiết kế thông thường, vì chúng yêu cầu sử dụng chương trình máy tính phức tạp. 

Tuy nhiên, có 2 quy trình đơn giản tồn tại cho các loại khung được đề cập ngắn gọn dưới đây. Khung giằng là những khung có khả năng chịu tải trọng bên được sinh ra bởi một hệ thống giằng hoặc lõi trong các khung không có hệ giằng, lực cản này được tạo ra bởi việc uốn cong cột và dầm. 

Các thủ tục được đơn giản hóa là:

(i) Phương pháp tạo lực gió, đối với khung không có hệ giằng. Trong quy trình này, các khớp dầm/cột được giả định là được ghim khi xem xét tải trọng lực. Tuy nhiên dưới tác động của gió, chúng được cho là cứng, có nghĩa là tải trọng bên được thực hiện bởi tác động của khung. 

(ii) Thiết kế bán liên tục của khung giằng. Trong quy trình này, mối nối thực được tính đến để giảm lực uốn tác dụng lên dầm và giảm độ võng.

Trên đây là tất cả thông tin về phương pháp thiết kế kết cấu thép hiện nay. Hy vọng sẽ giúp ích cho quý doanh nghiệp. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, hãy liên hệ chúng tôi để được tư vấn.