CHƯƠNG 1
KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG, VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO
KẾT CẤU LIÊN HỢP
I. Tng quan v kết cấu liên hơp thép - bê tông
I.1 Quá trình nghiên cu ng dng kết cu liên hp thép-bê tông trên thế gii
- Khác vi kết cu bê tông cốt thép thông thưng có thép chu lc là các thanh ct thép
tròn, KT CU LIÊN HP THÉP-BÊ TÔNG là kết cu mà thép chu lc thép tm, thép
hình, thép ng.
- Thép chu lc có th nm ngoài bê tông (hay được nhi bê tông) hoc nm bên trong bê
tông (hay kết cấu thép được bc bê tông) hoc liên kết vi nhau cùng làm vic.
a, b, c, d, e, f: ct bê tông được nhi trong ng thép
g, h, i: ct có bê tông bc thép kết ct
Hình 1.1 Mt s dng tiết din ct liên hp
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
Hình 1.2 Mt s dng sàn liên hp
- Vic hình thành các dng kết cu liên hp bt ngun t hai nguyên nhân:
+ Nguyên nhân th nht bt đu t ý đnh thay thế các ct thép tròn bng các dng ct
thép khác gi là ct cứng, khi hàm lượng quá ln hình thành nên kết cu liên hp.
+ Nguyên nhân th hai bt ngun t ý tưởng mun bao bc ct thép chu lc bng bê
tông đ chng xâm thc, chng cháy hoc chu lc, t đó hình thành nên kết cu liên
hp thép bê tông.
- Lch s phát trin ca kết cu liên hp thép bê tông gn lin vi lch s phát trin ca
kết cu thép và kết cu bê tông ct thép. Kết cu liên hợp cũng đã có lịch s hơn trăm năm
phát trin.
* M:
- Năm 1892 cầu Pitt Burgh được xây dng vi h dầm thép được bọc bê tông để đỡ mt
cu bng bê tông to nên kết cu liên hp thép bê tông.
- Năm 1894 xây dựng mt ngôi nhà mà các dm sàn bọc bê tông, năm 1897 ngôi nhà này
b ha hoạn nhưng các dầm thép được bc bê tông không b nh hưởng, t đó ý tưng chu
la đưc đt ra cho vic ng dng loi kết cu này.
* Châu Âu:
- Vic dùng kết cu liên hp thép bê tông cũng xuất phát t mục đích bọc bê tông cho ct
thép đ chống ăn mòn và chịu la.
- T những năm 1900 Anh đã xuất hin kết cu liên hp thép bê tông tuy nhiên ngưi
ta chưa biết tính toán, h ch xem như phần thép chu ti trng, phn bê tông ch mang tính
cht bo v cho thép.
a) Bê tông đổ ti ch lên ván
khuôn dạng tôn định hình
b) Mt phn của sàn được
chế to sn
c) Toàn b sàn được chế to
sn
- Khi dùng kết cu hn hợp thép bê tông ngưi ta nhn thy ngay rng vic to các chi tiết
neo để tăng lực dính gia bê tông và thép là cc k quan trng và không th thiếu được.
Đến năm 1954 khi mà hàng loạt các thí nghim v kh năng chịu trượt ca các mu neo
gia bê tông và cốt thép đưc thc hin thì mi có phương pháp tính.
* Nht Bn:
- Kết cu liên hợp cũng xuất hin t rt sm. Sau trận động đất Kanto (1923), ngưi ta
phát hin ra rng kết cu liên hp thép bê tông rt hiu qu trong vic chống động đất.
Sau chiến tranh thế gii ln hai, yêu cu cp thiết là phi tìm ra loi vt liu nh, chu la
tt và thích ng tt vi nhịp độy dng nhanh chóng. Kết cấu thép được bọc bê tông đáp
ứng được yêu cầu đó và được ng dng rng rãi.
- Sau trận động đất năm 1968 người ta phát hiện ra đại đa số các kết cu b phá hoi là do
trưt, nht là các mi ni. T đó, người ta đã chú ý hơn đến tính toán các liên kết trong kết
cu.
* Vit Nam:
- Lý thuyết tính toán kết cu liên hp thép tông đã được đưa vào giáo trình năm 1995
da trên lý thuyết tính toán của Nga và còn khá đơn giản.
- Thi gian gần đây có nhiều công trình s dng kết cu liên hp thép bê tông như tại H
Chí Minh có công trình Diamond Plaza, ti Hà Nội cũng sử dng sàn liên hp cho 500 m2
sàn nhà xưng ca ng ty xut nhp khu Hng Hà.
I.2. Mt s ưu nhược điểm ca kết cu liên hp thép bê tông
(1) Kh năng chống ăn mòn của thép được tăng cường. Điều này có ý nghĩa đối vi công
trình xây dng vùng khí hậu có độ m cao, công trình ven bin, các cu kin b tiếp xúc
với môi trường ăn mòn.
(2) Kh năng chịu lc tt. Đối vi các cu kiện được bc bê tông, kh năng chu la ca
thép đưc đm bo tt hơn là thép bọc ngoài.
(3) Kh năng chịu lc ca vt liệu tăng (do thép chu lc là chính) làm giảm kích thưc
ca cu kin, kết cu thanh mảnh hơn so với kết cu bê tông cốt thép thông thường, không
gian s dng và hiu qu kiến trúc tăng. Điều này thy rõ khi so sánh kích thước ca cu
kin liên hp vi cu kin thép bê tông không liên hp và vi cu kin bê tông ct thép
theo bng sau:
Bng 1.1 Dm liên hp và dm thép
Bng 1.2 So sánh gia kết cu liên hp và kết cu bê tông ct thép
(khi cùng chu ti trọng như nhau)
(4) Tăng đ cng ca kết cu. Điều này thyđối vi các ct liên hp thép-bê tông k c
bc ngoài hay nhồi trong đều làm giảm độ mnh ca cột thép làm tăng kh năng ổn định
cc b cũng như tổng th ca thép.
(5) Kh năng biến dng lớn hơn kết cu bê tông ct thép, đó là ưu đim ln khi chu ti
trọng động đất. Nhận định này được kho sát k Nht Bn.
(6) Có th to kết cu ng suất trước trong khi thi công, tăng hiu qu s dng vt liu,
nht là vt liệu cường độ cao.
(7) Có th d dàng dùng phương pháp thi công hiện đại ( phương pháp thi công ván khuôn
trưt, thi công lắp ghép) làm tăng tc đ thi công, sm đưa công trình vào s dng. Ví d
tháp Thiên niên k Viên- Áo: Tòa nhà cao 55 tng, gn 1000 m2 mt bng sàn, chiu cao
202 m, thi công trong vòng 8 tháng.
(8) Kết cu liên hp thép - bê tông có th đạt hiu qu kinh tế cao. So vi kết cu bê tông
ct thép thông thường thì lượng thép dùng trong kết cu liên hp lớn hơn, nhưng đôi khi
chưa hẳn là đắt hơn. Nếu đánh giá hiệu qu kinh tế mt cách toàn din, có th chi phí vt
liệu cao nhưng bù lại bi tc đ thi công nhanh, sm quay vòng vn thì rt có th công
trình s r hơn.
Để có th so sánh định lượng, ta lp bng so sánh trọng lượng thép và giá thành tng th
cho khung nhà năm tầng mt nhp thiết kế hai giai đoạn đàn hồi và do cho hai loi
khung: loi khung thép hoàn toàn và khung liên hp thép bê tông.
Bng 1.3: Bng so sánh trng lưng thép và giá thành tng th cho khung nhà năm
tng mt nhp:
Loi khung
Trng ng thép
(%)
1. Khung thép đàn hồi (non-
composite)
100
2. Khung liên hp đàn hồi
84.5
3. Khung thép đàn dẻo
89
4. Khung hn hp đàn dẻo
70