VẬT LIỆU DÙNG TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

• Bài viết này trình bày các loại vật liệu chủ yếu dùng trong thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp.
• Hiểu rõ các đặc tính của vật liệu giúp người kỹ sư lựa chọn được vật liệu hợp lý trong quá trình thiết kế kết cấu thép.

1.Thép (Steel)

1.1 Hai đặc trưng quan trọng của thép

• Giới hạn chảy (Yield strength) fy (MPa): Ứng suất lớn nhất có thể có trong vật liệu mà không được phép vượt qua.
• Giới hạn bền( Ultimate tensile strength) fu (MPa): Cường độ tức thời của thép khi bị kéo đứt.

1.2 Mác thép

• Mác thép là thuật ngữ chuyên ngành kỹ thuật để phân biệt các sản phẩm thép khác nhau.
• Tùy vào từng tiêu chuẩn mà mác thép kể đến khả năng chịu lực (cường độ) hay cả các thành phần hóa học trong thép.
• Một số Mác thép Cacbon thông dụng :

1.3 Cường độ tính toán của thép

• Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, cường độ tính toán của thép được xác định như sau:

• • γM là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,1 cho mọi mác thép.

2.Bu lông (Bolts)

2.1 Cấp độ bền bu lông

• Cấp độ bền bu lông là khả năng chịu được lực kéo, nén và lực cắt cao trong các mối ghép mà nó tham gia liên kết.
• Cấp độ bền bu lông được đại diện bằng 2 hoặc 3 ký tự số Latinh và một dấu chấm ngay trên đỉnh của bu lông: xx.x.
• Cấp độ bền bu lông (hệ mét) từ 4.6 đến 12.9. Bu lông cường độ cao có cấp 8.8, 10.9 và 12.9.
• Giải thích ký hiệu :
  • Chữ số đầu (trước dấu .): = 1/100 giới hạn bền fu (MPa).
  • Chữ số sau (sau dấu .)= 1/10 của tỷ số giữa giới hạn chảy fy và giới hạn bền đứt fu (%).
  • Tích của hai số bằng 1/10 giới hạn chảy fy (MPa)
  • Ví dụ: Bulong đạt cấp bền 8.8 có nghĩa là: 
    • Giới hạn bền đứt: fu(min) = 8×100= 800 MPa
    • Giới hạn chảy: fy(min) = 8x8x10 = 640 MPa

2.2 Cường độ tính toán của bu lông

• Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, cường độ tính toán của bu lông được xác định như sau:

2.3 Bố trí bu lông

2.4 Các loại bu lông thông dụng

2.4.1 Bu lông nở / tắc kê nở (Expansion bolts)

• Bu lông nở (tắc kê nở) được sản xuất bằng các vật liệu thép cacbon thấp, được mạ bằng kẽm điện phân hoặc mạ kẽm màu vàng (bảy màu)…

• Cấp bền thông dụng: 4.6
• Ứng dụng:
  • Pát đỡ khung xương mặt dựng nhôm kính.
  • Vách ngăn xuống khung sàn.
  • Giá kệ kho hàng và lan can.
  • Bản mã kẹp ray thang máy.
  • Ghế ngồi ở sân vận động.
  • Rào chắn an toàn,..

2.4.2 Bu lông liên kết (Bolts)

• Thường sử dụng bu lông cường độ cao có cấp bền từ 8.8 trở lên.
• Sau khi chế tạo chúng được gia công nhiệt nên có cường độ rất cao, có thể tạo lực kéo rất lớn trong thân bu lông để ép các bản thép lại, tạo lực ma sát => Khả năng chịu lực rất cao.

• Cấp bền thông dụng: 8.8, 10.9
• Ứng dụng:
  • Được dùng trong các liên kết chịu lực lớn như kết cấu thép, nhà thép tiền chế, lắp đặt đường ống chịu áp cao, ngành công nghiệp nặng…

2.4.3 Bu lông hóa chất (Chemical bolts)

• Bu lông hóa chất  là sử dụng hóa chất cấy thép để liên kết bề mặt vật liệu nền ( bê tông, gạch, đá…) với bu lông thanh ren.
• Lực bám dính của hóa chất với bê tông và bu lông sẽ tạo thành mối liên kết có cường độ rất cao.
• Bu lông hóa chất được sử dụng hiện nay thông thường có hai dạng:
  • Sử dụng với hóa chất dạng ống (ống thủy tinh hoặc ống nhựa nylon) : HVA (hilti) , RM (Fisher), Maxima (Ramset).
  • Sử dụng với Túyp keo đóng gói lớn, Keo Hilti Re 500, Fisher EM 390…

• • Tham khảo thông số bu lông hóa chất của 2 hãng thông dụng hiện nay Ramset và Hilti.

• Cấp bền thông dụng: 5.8, 8.8.
• Ứng dụng:
  • Làm cầu thang thoát hiểm nhà cao tầng, cột nhà công nghiệp, mái che sân thượng, mái đón canopy.
  • Giá đỡ kho hàng.
  • Bệ máy móc thiết bị có trọng tải lớn, đọ tung vào sàn bê tông.
  • Lắp lan can, cột điện thép.
  • Lắp quạt thông gió…

2.4.4 Bu lông neo (Anchor bolts)

• Bulong neo, hay còn gọi là bu lông móng, dùng để liên kết chân cột thép với hệ kết cấu bê tông móng.

• Cấp bền thông dụng: 5.6, 6.6
• Ứng dụng:
  • Bắt bản đế của chân cột trong thi công nhà thép tiền chế.
  • Thi công hệ thống cột điện, cột đèn chiếu sáng.
  • Sử dụng để giữ chân hoặc đế máy.
  • Định vị chân cẩu, cầu trục cảng biển hoặc trong nhà máy…

3.Vật liệu hàn (Welding materials)

3.1 Đường hàn

3.1.1 Đường hàn đối đầu

• Thép cơ bản cần hàn được đặt đối đầu nhau trên một mặt phẳng rồi hàn lại.
• Với thép có bề dày >10mm, phải gia công mép để đưa que hàn xuống sâu đảm bảo nóng chảy trên toàn bộ bề mặt.

3.1.2 Đường hàn góc

• Hai cấu kiện cần hàn được đặt chồng lên nhau hay thẳng góc với nhau.

3.2 Cường độ tính toán của mối hàn

• Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, cường độ tính toán của bu lông được xác định như sau: