I. Tổng quan về kết cấu liên hợp thép bê tông
Kết cấu liên hợp thép - bê tông là sự kết hợp giữa thép kết cấu và bê tông, tạo ra hệ kết cấu có khả năng chịu lực, độ ổn định, khả năng kháng chấn và chịu lửa tốt hơn so với các loại kết cấu truyền thống. Loại kết cấu này được sử dụng phổ biến trong các công trình nhà cao tầng và siêu cao tầng. Kết cấu liên hợp phát huy ưu điểm của cả thép và bê tông, giúp giảm trọng lượng công trình, tăng diện tích sử dụng và tiết kiệm chi phí. Tại Việt Nam, kết cấu này đang được ứng dụng rộng rãi trong các công trình lớn như nhà ga, khách sạn, và tòa nhà văn phòng.
1.1 Khái niệm và định nghĩa
Kết cấu liên hợp bao gồm các cấu kiện như dầm, cột, sàn được tạo thành từ sự kết hợp giữa thép và bê tông. Liên kết chịu cắt giữa hai vật liệu đảm bảo cường độ và độ cứng của cấu kiện. Sàn liên hợp sử dụng tôn thép sóng để giảm chiều dày và trọng lượng sàn, đồng thời tham gia chịu lực cùng bê tông. Dầm liên hợp chủ yếu chịu uốn, trong khi cột liên hợp chịu nén hoặc nén uốn. Khung liên hợp là hệ thống kết cấu bao gồm các cấu kiện liên hợp, mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật.
1.2 Ưu điểm và nhược điểm
Kết cấu liên hợp thép - bê tông có nhiều ưu điểm như giảm trọng lượng công trình, tăng diện tích sử dụng, và khả năng chịu lửa tốt. Tuy nhiên, loại kết cấu này đòi hỏi công nghệ thi công cao và chi phí ban đầu lớn. Việc sử dụng kết cấu liên hợp cũng giúp giảm kích thước tiết diện cột, tăng không gian sử dụng và cải thiện hiệu quả kinh tế. Tại Việt Nam, kết cấu này đang được ứng dụng trong các công trình cao tầng như nhà ga, khách sạn, và tòa nhà văn phòng.
II. Nguyên lý tính toán kết cấu liên hợp
Nguyên lý tính toán kết cấu liên hợp dựa trên tiêu chuẩn EuroCode 4, tập trung vào việc xác định các trạng thái giới hạn và sử dụng vật liệu phù hợp. Vật liệu sử dụng bao gồm bê tông và thép kết cấu, với các đặc tính cơ học được quy định rõ ràng. Tính toán kết cấu liên quan đến việc kiểm tra độ bền, độ ổn định và khả năng chịu lực của các cấu kiện như dầm, cột và sàn. Phương pháp tính toán này đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.
2.1 Cơ sở thiết kế
Cơ sở thiết kế kết cấu liên hợp dựa trên các nguyên tắc tính toán theo trạng thái giới hạn, bao gồm trạng thái giới hạn chịu lực và trạng thái giới hạn sử dụng. Vật liệu sử dụng bao gồm bê tông và thép kết cấu, với các đặc tính cơ học được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018. Tính toán kết cấu liên quan đến việc kiểm tra độ bền, độ ổn định và khả năng chịu lực của các cấu kiện như dầm, cột và sàn.
2.2 Phương pháp tính toán
Phương pháp tính toán kết cấu liên hợp bao gồm việc xác định các trạng thái giới hạn, kiểm tra độ bền của tiết diện khi chịu lực cắt và mômen, và tính toán sức bền chống oằn của dầm liên hợp. Tính toán cột liên hợp chịu nén đúng tâm và nén lệch tâm cũng được thực hiện theo các phương pháp đơn giản và chính xác. Phương pháp này đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.
III. Thiết kế tối ưu tiết diện kết cấu khung liên hợp
Thiết kế tối ưu tiết diện kết cấu khung liên hợp tập trung vào việc lựa chọn vật liệu, xác định tải trọng và tính toán nội lực bằng phần mềm SAP2000. Mô hình tính toán được xây dựng để tối ưu hóa tiết diện cột và dầm, đảm bảo hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Hàm mục tiêu và các ràng buộc tối ưu được xác định để đạt được kết quả tốt nhất. Kết quả tính toán cho thấy sự tối ưu hóa tiết diện giúp giảm chuyển vị và tăng độ ổn định của kết cấu.
3.1 Xây dựng mô hình tính toán
Mô hình tính toán được xây dựng bằng phần mềm SAP2000, bao gồm việc lựa chọn vật liệu, xác định tải trọng và tính toán nội lực. Tối ưu tiết diện cột được thực hiện bằng cách so sánh chuyển vị và lựa chọn tiết diện phù hợp. Tối ưu tiết diện dầm cũng được thực hiện tương tự, đảm bảo hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Kết quả tính toán cho thấy sự tối ưu hóa tiết diện giúp giảm chuyển vị và tăng độ ổn định của kết cấu.
3.2 So sánh và lựa chọn tối ưu
So sánh và lựa chọn tối ưu tiết diện cột và dầm được thực hiện bằng cách phân tích chuyển vị và lựa chọn tiết diện phù hợp. Kết quả tính toán cho thấy sự tối ưu hóa tiết diện giúp giảm chuyển vị và tăng độ ổn định của kết cấu. Phương pháp tối ưu hóa này đảm bảo hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về an toàn và độ bền của công trình.
