LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

Tại Australia loại kết cấu liên hợp cũng rất phổ biến và có tiêu chuẩn thiết kế là Australia Standard AS 2371.1 - 1980.

Các tiêu chuẩn thiết kế chính về kết cấu liên hợp thép bê tông:

+ Mỹ: ASSHTO (American Asociation of State Highway and Transportation)

+ Nhật: SRC (Steel Reinforced Concrete);

+ Các nước thuộc khối cộng đồng kinh tế Châu Âu: EC 4 (Eurocode 4).

Ở Việt Nam, lý thuyết tính toán cấu kiện liên hợp thép-bê tông (bê tông cốt cứng đã được đưa vào giáo trình “Kết cấu bê tông cốt thép - Phần cấu kiện cơ bản" xuất bản năm 1995, dựa theo lý thuyết tính toán của Nga và còn khá đơn giản. Từ năm 1998 Bộ môn Công trình Thép - Gỗ của Trường Đại học Xây dựng bắt đầu tiến hành nghiên cứu về kết cấu liên hợp. Đến năm 2006, ta mới có cuốn sách đầu tiên về kết cấu liên hợp thép bê tông dùng trong nhà cao tầng. Tuy nhiên trong thực tế, kết cấu liên hợp đã được sử dụng từ thời Pháp thuộc trong các sản nhà dạng khối xây lõi thép. Cho đến hiện tại, kết cấu liên hợp thép - bê tông đã được ứng dụng rộng rãi đối với các công trình cao tầng và siêu cao tầng ở nước ta: Landmark 81 (81 tầng), Bitexco (68 tầng), tòa nhà Keangnam (72 tầng), Vietinbank Tower (68 tầng),...

Diamond Plaza - tòa nhà cao tầng có kết cấu liên hợp ở Việt Nam

Tòa nhà siêu cao tầng

Landmark 81

KẾT CẤU MỚI B - KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

III. Ưu nhược điểm của kết cấu liên hợp thép - bê tông

1. Đặc điểm chính: Mặc dù hai loại vật liệu thép, bê tông về cơ bản khác nhau, nhưng chúng lại hoàn toàn phù hợp và bổ sung tính chất cho nhau như:

- Hệ số dãn nở vì nhiệt gần như nhau.

- Sự kết hợp lý tưởng của kết cấu bê tông rất hiệu quả khi chịu nén và thép chịu kéo.

- Kết cấu thép có độ mảnh lớn và dễ mất ổn định, sự kết hợp với bê tông có thể ngăn cản sự mất ổn định này.

- Lớp bê tông có tác dụng ngăn cản sự ăn mòn của môi trường đồng thời là lớp cách nhiệt bảo vệ kết cấu thép khi chịu nhiệt độ cao.

- Kết cấu thép đem lại tính dẻo cho kết cấu liên hợp.

2. Ưu nhược điểm

Ưu điểm của kết cấu liên hợp khi so sánh với kết cấu bê tông cốt thép: a) Kinh tế

- Có khả năng chịu lực cao nhưng lại giảm được lượng thép kết cấu sử dụng trong công trình.

- Đem lại hiệu quả kinh tế do giảm được kích thước và trọng lượng cấu kiện.

- Đơn giản trong xây lắp, rút ngắn tiến độ, giảm được giá thành.

- Tấm tôn định hình đóng vai trò sàn công tác đồng thời còn đóng vai trò bảo vệ công nhân khỏi vật thể rơi từ trên cao trong quá trình thi công. b) Chức năng

- Kết cấu liên hợp có độ cứng lớn dẫn đến giảm được chuyển vị hoặc tăng được nhịp, giảm trọng lượng. Tăng không gian sử dụng và hiệu quả kiến trúc.

- Bê tông ngăn cản được thép kết cấu khỏi mất ổn định cục bộ và tổng thể.

- Chịu ảnh hưởng động đất tốt hơn do thép tăng được tính dẻo cho kết cấu.

- Khả năng chịu lửa và chống ăn mòn của thép được tăng cường.

Bảng 3:

So sánh kích thước dầm liên hợp và dầm không liên hợp khi cùng khả năng chịu lực

Bảng 4: So sánh kích thước dầm, cột liên hợp và dầm, cột BTCT khi cùng khả năng chịu lực

Nhược điểm của kết cấu liên hợp

- Các ưu điểm kể trên chưa phù hợp với các công trình có quy mô nhỏ

- Tại Việt Nam, đây là loại hình kết cấu mới nên sẽ gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn ứng dụng ban đầu

IV. Vật liệu sử dụng cho kết cấu

1. Bê tông:

Bảng 5: Các đặc trưng cơ học của bê tông theo TCVN 356:2005

Bảng 6: Các đặc trưng cơ học của bê tông theo EC4

Bảng 7: Chuyển đổi các giá trị của mẫu hình trụ (EC) về mẫu lập phương (TCVN)

Khi thiết kế kết cấu liên hợp thép bê tông theo Tiêu chuẩn Eurocode 4 có thể lấy các mác bê tông theo TCXDVN tương đương với lớp độ bền của bê tông theo Eurocode 4 rồi sử dụng lý thuyết thiết kế theo Eurocode 4.

Cần lưu ý rằng theo quy định của Eurocode 4 thì để chế tạo kết cấu liên hợp thép bê tông chỉ được dùng bê tông có Mác 350 (B27,5) trở lên theo TCXDVN.

2. Cốt thép

a) Thép thanh theo Eurocode 4 và theo TCXDVN 356:2005

- Thép thanh theo Eurocode 4:

+ Tiêu chuẩn Châu Âu EN 10080-3 đã đưa ra ba mác thép dùng cho kết cấu liên hợp: S220; S400 và S500, các con số ở ký hiệu chỉ giới hạn đàn hồi của từng loại fsk (N/mm2).

+ Mác S220 là thép tròn trơn cán nóng, các mác S400 và S500 là thép thanh và tròn có gai ( kể cả lưới thép hàn) cho tính ma sát lớn + Môđun đàn hồi E s của cốt thép thanh giao động từ 190 đến 200 kN/ mm2.

Để đơn giản tính toán, kết cấu liên hợp cho phép lấy giá trị của thép kết cấu:

Es = Ea = 210 kN/ mm2