Phân loại kết cấu thép

Kết cấu thép là gì? Đây là một cấu trúc kim loại được xây dựng bởi các cấu kiện thép để truyền lực và chịu tải. Thép với mức độ chịu lực cao nên kết cấu này thật sự chắc chắn và cũng tiêu tốn ít nguyên liệu hơn các kết cấu khác như gỗ và bê tông. Cùng Hakuta tìm hiểu các kết cấu thép ở bài viết này nhé

Tổng quan về kết cấu thép 

Kết cấu thép

Kết cấu thép là loại công trình sử dụng thép làm vật liệu chính để hỗ trợ và đóng khung. Nhà thép ngày càng trở nên phổ biến nhờ một số ưu điểm như độ bền, độ bền, tính linh hoạt, v.v.

Trước hết, kết cấu thép chắc chắn và bền bỉ nên rất phù hợp với những công trình đòi hỏi không gian rộng như nhà kho, nhà xưởng,…. Ngoài ra, khả năng chống cháy, chống địa chấn, v.v. đồng nghĩa với việc chúng có thể mang lại mức độ an toàn và an ninh cao. Chất liệu thép còn linh hoạt, dễ dàng định hình thành các hình dạng đáp ứng nhu cầu của chủ sở hữu công trình.

Các tòa nhà cao tầng

Các tòa nhà cao tầng được đặc trưng bởi chiều cao đáng kể và nhiều tầng. Việc xây dựng các tòa nhà cao tầng đã cách mạng hóa sự phát triển đô thị, cho phép các thành phố đáp ứng nhu cầu dân số ngày càng tăng trong khi tối đa hóa việc sử dụng đất. Bởi vì việc xây dựng một tòa nhà chức năng chỉ sử dụng thép hoặc bê tông là không khả thi nên các tòa nhà cao tầng thường được phân loại là kết cấu hỗn hợp.

Phân loại hệ thống kết cấu thép 

Hệ thống khung cứng

Hệ thống khung cứng thường được sử dụng trong cả kết cấu thép và bê tông cốt thép để chịu tải trọng dọc và ngang. Những hệ thống này từ lâu đã được công nhận là có hiệu quả trong thiết kế tòa nhà. Trong khung cứng, đặc biệt là khung mô men, các liên kết giữa dầm và cột được thiết kế rất chắc chắn và cứng cáp. Điều này rất quan trọng vì các kết nối này có nhiệm vụ giữ nguyên các góc ban đầu giữa các thành phần giao nhau. Các góc giao nhau của dầm và cột vẫn cố định và không thay đổi ngay cả dưới tác dụng của tải trọng và lực bên ngoài.

Trong các tòa nhà bê tông cốt thép, độ cứng vốn có của dầm làm cho khung cứng trở thành lựa chọn lý tưởng. Trong các tòa nhà thép, các mối nối được sửa đổi để tăng độ cứng và đảm bảo đủ độ cứng trong các kết nối.

Hệ khung giằng và hệ khung vách cắt

Hệ thống khung giằng sử dụng các phần tử giằng chéo để chống lại tải trọng ngang. Những thanh giằng này có thể được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép và được đặt một cách chiến lược trong khung của tòa nhà để mang lại sự ổn định. Mặt khác, hệ thống khung có tường cắt kết hợp các bức tường thẳng đứng được gọi là tường cắt để chống lại các lực ngang. Cả hai hệ thống đều có hiệu quả trong việc giảm thiểu tải trọng ngang, chẳng hạn như lực gió và địa chấn, và được sử dụng rộng rãi trong thiết kế nhà cao tầng.

Hệ thống Outrigger

Hệ thống chân chống sử dụng các giàn hoặc tường ngang, được gọi là chân chống, để kết nối lõi của tòa nhà với cấu trúc chu vi. Những chân chống này cung cấp thêm độ cứng và phân bổ lực ngang đều khắp tòa nhà, cải thiện độ ổn định tổng thể của nó. Hệ thống chân chống thường được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng có lõi trung tâm và đặc biệt hiệu quả trong việc giảm rung lắc và nâng cao hiệu suất kết cấu.

Hệ thống ống có khung

Hệ thống khung ống, thích hợp cho kết cấu thép, bê tông cốt thép và composite, mang lại sự tiến bộ hợp lý so với các kết cấu khung thông thường. Các hệ thống này đóng vai trò thay thế cho hệ thống khung giằng và khung vách cắt, vốn trở nên kém hiệu quả hơn trong các tòa nhà rất cao.

Hệ thống khung ống bao gồm một mạng lưới các cột cách đều nhau được nối với nhau bằng dầm, tạo thành một cấu trúc cứng giống như ống. Hệ thống này chống lại tải trọng ngang một cách hiệu quả bằng cách phân bổ chúng đều qua ống, giảm nhu cầu về các bộ phận giằng bổ sung. Hệ thống ống có khung mang lại độ cứng tuyệt vời, nâng cao tính linh hoạt trong kiến ​​trúc và thường được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng.

Hệ thống ống giằng

Hệ thống ống giằng có thể được sử dụng trong nhiều phương pháp xây dựng khác nhau, bao gồm thép, bê tông cốt thép và kết cấu composite. Các hệ thống này liên quan đến việc bổ sung thêm các thanh giằng chéo vào bên ngoài cấu trúc dạng ống, tăng cường độ cứng và hiệu quả của nó. Loại hệ thống này, còn được gọi là hệ thống giàn ống hoặc hệ thống ống chéo bên ngoài, phù hợp với các tòa nhà cao hơn vì nó cho phép chiều cao lớn hơn và khoảng cách giữa các cột lớn hơn.

Hệ thống ống giằng cung cấp một giải pháp hiệu quả bằng cách sử dụng số lượng đường chéo tối thiểu trên mỗi mặt của ống, giao nhau tại cùng một điểm với các cột ở góc. Hệ thống ống giằng đảm bảo rằng các cột chu vi phối hợp với nhau để chịu cả tải trọng dọc và tải trọng ngang. Kết quả là, nó cải thiện độ cứng và hiệu quả của cấu trúc, cho phép chiều cao lớn hơn và khoảng cách lớn hơn giữa các cột.

Hệ thống ống bó

Hệ thống ống bó thích hợp cho kết cấu thép, bê tông cốt thép và composite. Khi một ống khung đơn không đủ hiệu quả về mặt kết cấu do kích thước tăng cả về chiều cao và chiều rộng, thì hệ thống ống bó được ưu tiên hơn. Hệ thống này bao gồm nhiều ống hoặc lõi được kết nối với nhau để chống lại các lực ngang.

Các ống hoặc lõi riêng lẻ được thiết kế để chia sẻ tải trọng ngang, tăng cường độ bền và độ cứng tổng thể của kết cấu. Hệ thống ống kèm theo mang lại tính linh hoạt về mặt kiến ​​trúc cũng như hiệu quả về mặt kết cấu và thường được sử dụng trong các tòa nhà siêu cao.