Công trình nhà khung thép dân dụng

Giải pháp xây nhà khung thép liên hợp có thể khắc phục được nhiều tồn tại cơ bản mà nhà bê tông cốt thép gặp phải : Khi sử dụng các giải pháp kết cấu bê tông cốt thép thông thường, công trình nhà cao tầng đòi hỏi kích thước các cấu kiện kết cấu có thể rất lớn, nặng nề, tốn kém, giảm không gian sử dụng và giảm tính thẩm mỹ.

Để khắc phục các nhược điểm kể trên, giải pháp kết cấu thép liên hợp với bê tông đã và đang được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới cho các công trình nhà nhiều tầng.

Mục đích của giải pháp này là tận dụng các ưu điểm riêng về đặc trưng cơ lý giữa vật liệu thép và bê tông để tạo ra kết cấu liên hợp có khả năng chịu lực và độ tin cậy cao, đồng thời tăng cường khả năng chống cháy.

Bên cạnh đó, công trình sử dụng giải pháp kết cấu liên hợp sẽ đáp ứng được công năng sử dụng cao, hiệu quả về kinh tế và đảm bảo tính thẩm mỹ.

Tại Việt Nam có tòa nhà Keangnam Land Mark Tower (Khối 70 tầng, 336m) , Công trình có 2 tầng cứng, tầng cứng (outrigger) thứ nhất cao 7m dùng làm tầng kỹ thuật được bố trí ở tầng 32 tương ứng độ cao Z = 142m, tầng cứng thứ hai bố trí tại đỉnh mái cao 8,65m được bố trí làm Penthouse và một phần làm tầng quan sát.

Sau khi xác định kích thước tiết diện sơ bộ kích thước tiết diện sơ bộ của cột theo 3 phương án khác nhau. Phương án 1 dùng cột bê tông cốt thép; phương án 2 dùng cột liên hợp; phương án 3 dùng cột thép nhồi bê tông. Các tiết diện này đã được kiểm tra đủ điều kiện về đội bền, độ ổn định theo tiêu chuẩn Eurocode4.

Hiệu quả sử dụng:

Về phương diện kiến trúc và sử dụng: Việc áp dụng kết cấu liên hợp thép - bêtông đem lại hiệu quả cao hơn nhờ giảm được kích thước tiết diện cấu kiện, giảm chiều cao tầng (do giảm được chiều cao hệ dầm đỡ và hệ dầm thép còn cho phép bố trí các đường ống kỹ thuật trong phạm vi tiết diện), từ đó tăng được không gian sử dụng , tiết diện cấu kiện chịu lực thanh mảnh hơn cũng đem lại hiệu quả về tính thẩm mỹ.

Về thiết kế: Việc tính toán thiết kế kết cấu liên hợp phức tạp hơn so với kết cấu BTCT thông thường. Ngoài ra, chúng ta chưa có tiêu chuẩn thiết kế loại kết cấu này nên phải dựa hoàn toàn các tiêu chuẩn thiết kế của nước ngoài.

Đối với các công trình nhà nhiều tầng, khi chiều cao nhà càng cao và nhịp khung càng lớn thì nội lực dọc trục trong cột và mômen trong dầm càng lớn; lực dọc trong cột có thể lên đến 3000 tấn đối với công trình nhà cao hơn 30 tầng. Như vậy, nếu chỉ sử dụng giải pháp kết cấu bêtông cốt thép thông thường thì kích thước tiết diện yêu cầu của cột là rất lớn, vì thực tế cấp độ bền của bêtông sử dụng phổ biến cho xây dựng nhà nhiều tầng ở Việt Nam hiện nay vào khoảng B25 đến B40, tương ứng với cường độ chịu nén tính toán khoảng 155 đến 215 daN/cm2. Chẳng hạn khi sử dụng giải pháp kết cấu bêtông cốt thép (không liên hợp) thì kích thước tiết diện cột yêu cầu cho nhà cao 40 tầng xây dựng ở Hà Nội là khoảng 1,5m x 1,5m; tuy nhiên kích thước này sẽ giảm xuống còn khoảng 1m x 1m khi sử dụng giải pháp kết cấu liên hợp thép bêtông. Như vậy, việc ứng dụng giải pháp kết cấu liên hợp sẽ tạo cho công trình gọn nhẹ và tăng không gian sử dụng.

Mặc dù ở một số nước trên thế giới như Nhật Bản, Úc,... đã sản xuất được bêtông mác siêu cao với cường độ chịu nén có thể vượt trên 1000 daN/cm2. Tuy nhiên để sản xuất bêtông đạt được cường độ cao như vậy và đảm bảo được mức độ tin cậy thì quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng yêu cầu phải được thực hiện rất nghiêm ngặt về thời gian và công nghệ kỹ thuật.

Về mặt thi công nhà khung thép : Hệ kết cấu liên hợp các cấu kiện chế tạo sẵn trong công xưởng làm giảm thời gian xây lắp, dễ kiểm tra chất lượng, sớm đưa công trình vào sử dụng, giảm lượng cốp pha chống đỡ.

Trọng lượng công trình sử dụng phương án kết cấu liên hợp giảm khoảng 35% so với sử dụng kết cấu BTCT – kết quả này đã được tác giả khảo

Điều này giúp giảm chi phí về vật liệu, còn giảm được đáng kể kích thước móng và vấn đề xử lý nền móng công trình sẽ đơn giản hơn.

Ngoài ra, kết quả tính toán dao động và chuyển vị của công trình cũng cho thấy cả 3 phương án đều đáp ứng được điều kiện ổn định tổng thể cũng như độ cứng toàn công trình.