Kết cấu vòm thép là gì?
Kết cấu mái vòm thép đơn giản là kết cấu thép thiết kế theo dạng vòm, có ưu điểm vượt trội so với kết cấu dầm và khung là có mô men uốn nhỏ hơn, điều này giúp tiết kiệm vật liệu. Nó mang lại tính thẩm mỹ cao và độ bền tốt cho các công trình công nghiệp như triển lãm, cung văn hóa, bể bơi, nhà thi đấu, và nhiều công trình khác.
Kết cấu vòm thép có hai kích thước chính là nhịp L và mũi tên võng f. Giá trị mũi tên võng f phụ thuộc vào điều kiện sử dụng, kiến trúc và tài chính. Tỷ số tối ưu giữa mũi tên võng f và nhịp L là khoảng ⅕ đến ⅙. Khi giá trị f tăng lên, mô men và lực dọc trong vòm sẽ giảm đi. Tuy nhiên, vì những yêu cầu về kiến trúc, tối đa chỉ nên lấy tỷ số f/L trong khoảng ½ đến ⅕.
Đặc điểm quan trọng của kết cấu vòm thép là lực xô ngang lớn, do đó cần thiết phải xây dựng kết cấu chịu lực xô ngang như dây căng hoặc khung chịu xô ngang để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Các kiểu kết cấu vòm thép khi thi công
Vòm 2 khớp: Đây là loại vòm phổ biến nhất hiện nay, có khả năng quay tự do ở khớp gối, cho phép vòm biến dạng và tránh ứng suất khi có thay đổi về nhiệt độ và lún tại gối tựa.
Vòm 3 khớp: Loại vòm này là hệ tĩnh định, có móng nhẹ hơn và không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Nội lực trong vòm 3 khớp lớn hơn so với vòm 2 khớp, từ đó hạn chế tình trạng lún trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên, việc có khớp ở đỉnh vòm gây khó khăn trong cấu trúc của vòm và mái.
Vòm không khớp: Đây là thiết kế thuộc hệ siêu tĩnh bậc 3. Vòm này có sự phân bố mô men đều đặn, giúp tiết kiệm vật liệu hơn so với vòm 2 khớp và vòm 3 khớp và đồng thời cũng nhẹ hơn. Tuy nhiên, loại vòm này yêu cầu móng to hơn và chịu ảnh hưởng của lún tại gối tựa và thay đổi nhiệt độ.
Ưu nhược điểm của kết cấu vòm
Ưu điểm
Kết cấu vòm thép được thiết kế với tính bền vững cao, đảm bảo sự chắc chắn cho công trình. Tất cả các thiết kế đều được tính toán cẩn thận, đảm bảo đồng bộ trong quá trình thi công và lắp đặt.
Ưu điểm của kết cấu vòm thép là phù hợp với nhiều thiết kế khác nhau và ứng dụng linh hoạt trong các công trình dân dụng, thương mại và công nghiệp. Nó đáp ứng được tính thẩm mỹ cao trong thiết kế.
Mái vòm thép cũng mang lại hiệu quả năng lượng bền vững, có khả năng hấp thụ và thoát ra nhiệt thông qua phần mặt tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài. Đây là lợi thế cho các công trình có không gian lớn, cần độ thoáng khí và thoát nhiệt tốt. Nhờ diện tích bề mặt nhỏ, năng lượng nhiệt cũng được chuyển giao tốt hơn, giúp tránh tình trạng hầm bí cho công trình sau khi xây dựng.
Sử dụng các tấm lợp có chức năng cách nhiệt, cách âm và lấy sáng giúp tiết kiệm hiệu quả điện năng tiêu thụ. Hơn nữa, kết cấu vòm thép dễ dàng tái chế, góp phần bảo vệ môi trường.
Với kết cấu vòm thép, công trình công nghiệp chỉ cần sử dụng khoảng 50-75% nguyên liệu so với các công trình xây dựng thông thường khác. Điều này giúp chủ đầu tư tiết kiệm được nhiều chi phí khác nhau, như phí lắp đặt, thuê nhân công và bảo trì.
Nhược điểm
Trong quá trình thi công, việc tháo lắp có thể phức tạp và kết cấu có thể trở nên cồng kềnh, tăng đáng kể thời gian và chi phí xây dựng.
Khả năng cách âm của các loại kết cấu này thường kém, dẫn đến môi trường bên trong bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn từ bên ngoài.
Không gian sử dụng của các kết cấu này thường bị hạn chế, do các yêu cầu thiết kế và kỹ thuật.
Đối với kết cấu mái ngói kèo thép, việc chống cháy trở nên quan trọng vì khả năng chịu nhiệt của thép thường không cao bằng vật liệu như bê tông, đòi hỏi cần phải có biện pháp chống cháy hiệu quả để đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn.
Ứng dụng của kết cấu nhà mái vòm thép
Đối với công trình có quy mô lớn
Tuỳ thuộc vào quy mô của công trình, yêu cầu gia công kết cấu vòm thép sẽ thay đổi. Đối với các công trình lớn như nhà thi đấu thể thao, sân vận động, nhà xưởng, khách sạn và các công trình quy mô tương tự, kết cấu thép được sử dụng thường là dạng kết cấu có nhịp kèo lớn. Vật liệu thép thường được sử dụng là các loại thép ống sơn phủ hoặc thép mạ kẽm nhúng nóng.
Cấu tạo của kết cấu mái vòm cho các công trình với quy mô lớn là các thanh thép ống dạng vòm kích thước lớn được liên kết với nhau bằng các ống thép nhỏ được sắp xếp theo hình ziczac, đảm bảo tạo ra liên kết chắc chắn cho tổng thể kết cấu mái vòm. Đồng thời, phần khung của kết cấu mái vòm thép thường được lắp đặt tấm lợp tôn bao phủ bên ngoài. Tấm lợp tôn là chất liệu có độ chắc chắn cao, tuổi thọ lâu dài và có khả năng cách nhiệt tốt.
Đối với công trình có quy mô nhỏ
Các công trình nhỏ quy mô thường sử dụng kết cấu vòm thép bao gồm nhà ở dân dụng, nhà để xe, và những công trình tương tự. Với diện tích hạn chế, các công trình này thường được xây dựng với kết cấu thép nhịp nhỏ để tối ưu hóa không gian sử dụng. Tuy nhiên, trong trường hợp nhà ở dân dụng, việc sử dụng khung thép dạng vòm có thể gây khó khăn trong việc bố trí nội thất phù hợp.
Vật liệu lợp mái cho các công trình này thường là thép inox, thép mạ nhôm kẽm cường độ cao, những loại vật liệu này có đặc tính chống oxi hóa và chịu được áp lực từ môi trường bên ngoài. Bên cạnh đó, phần mái lấy sáng của công trình cũng được lựa chọn đa dạng, với nhiều màu sắc khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và sở thích của người sử dụng.
Bài viết trên đây Vikeothep đã chia sẻ tất cả thông tin về kết cấu vòm thép trong các công trình xây dựng. Hy vọng qua nội dung trên có thể giúp bạn có một thông tin hữu ích.