TCVN 5575:2024 về thiết kế kết cấu thép đảm bảo chính xác, an toàn sử dụng

Kết cấu thép là kết cấu chịu lực của các công trình xây dựng được thiết kế và cấu tạo bởi thép. Đây là loại kết cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong các công trình xây dựng có quy mô lớn (Nhà thép tiền chế) bởi những đặc tính hữu ích của thép.

Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao, kết cấu thép khó biến dạng trong quá trình sử dụng. Cấu trúc đơn giản, trọng lượng nhẹ hơn bê tông. Dễ dàng trong vận chuyển, thi công và sửa chữa, tính công nghiệp hóa cao, kín, không thấm nước, tiết kiệm chi phí do kết cấu khung thép đơn giản nên giảm thời gian, chi phí thi công cũng như chi phí cho bảo dưỡng sửa chữa, thi công nhanh.

Theo đó trong xây dựng hiện đại, kết cấu thép được sử dụng cho hầu hết các loại kết cấu công trình bao gồm các tòa nhà máy công nghiệp nặng, các tòa nhà cao tầng, hệ thống đỡ thiết bị, cơ sở hạ tầng, cầu, tháp, sân bay, hệ thống giá đỡ…Tuy nhiên do có thể bị xâm thực bởi tác động của môi trường, nhiệt độ… nên những công trình xây dựng có sử dụng kết cấu thép thường được bao phủ bởi lớp sơn bảo vệ, chống gỉ thép. Và điều quan trọng khi thiết kế và tính toán kết cấu thép nên tuân theo tiêu chuẩn để đảm bảo công trình đạt chất lượng, an toàn khi sử dụng.

Hiện nay Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5575:2024 thiết kế kết cấu thép do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố đưa ra các yêu cầu và áp dụng để thiết kế và tính toán kết cấu thép của nhà và công trình có các công năng sử dụng khác nhau, làm việc ở nhiệt độ không cao hơn 100°C và không thấp hơn âm 60°C.

Thiết kế và tính toán kết cấu thép nên đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn. Ảnh minh họa

Khi thiết kế kết cấu thép làm việc trong các điều kiện đặc biệt cần thỏa mãn thêm các yêu cầu nêu trong các tiêu chuẩn tương ứng mà trong đó phản ánh các đặc thù về sự làm việc của các kết cấu này.

Yêu cầu cơ bản đối với kết cấu nên lựa chọn sơ đồ kết cấu đảm bảo được độ bền, ổn định và tính không biến hình không gian của nhà và công trình về tổng thể và của từng cấu kiện riêng biệt khi vận chuyển, lắp dựng và sử dụng; Tuân thủ các yêu cầu của TCVN 12251: 2020 về bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng; Khả năng chịu lửa của kết cấu thép và đảm bảo có biện pháp bảo vệ chống cháy cho kết cấu thép phù hợp với hệ thống bảo vệ chống cháy của nhà và công trình; Sử dụng các loại thép bền môi trường (chống ăn mòn) và chịu lửa; Tăng chiều dày thép cán và thành ống để bảo vệ chống ăn mòn và để tăng giới hạn chịu lửa của kết cấu chỉ khi có luận chứng kinh tế - kỹ thuật; Tuân thủ các tiêu chuẩn đối với từng loại kết cấu.

Thực hiện tính toán độ chính xác kích thước của kết cấu và cấu kiện kết cấu khi có luận chứng kỹ thuật theo các tiêu chuẩn phù hợp. Không cho phép sử dụng ống thép đã khôi phục và các loại kết cấu thép khác đã qua sử dụng cho kết cấu nhà và công trình cấp C2 và cấp C3 cũng như các công trình đặc biệt nguy hiểm, phức tạp về kỹ thuật và các công trình đặc thù.

Kết cấu thép của các công trình hở phải tiếp cận được để theo dõi, đánh giá tình trạng kỹ thuật, thực hiện các công tác bảo trì, sửa chữa và không được tích trữ bụi bẩn và cản trở thông gió. Các yêu cầu vừa nêu không áp dụng cho các kết cấu được bảo vệ trong bê tông hoặc trong khối xây hoặc bằng các biện pháp khác, các kết cấu được ốp bằng các vật liệu tấm và được khai thác sử dụng trong nhà có sưởi.

Bản vẽ thi công kết cấu phải phù hợp với yêu cầu về chế tạo, chất lượng theo TCVN 12002: 2020 và về lắp dựng theo TCVN 13194. Trong bản vẽ thi công kết cấu và hồ sơ đặt hàng vật liệu thép cần ghi rõ loại thép và các yêu cầu đối với thép theo tiêu chuẩn này.

Yêu cầu cơ bản đối với tính toán kết cấu thép và việc tính toán theo các trạng thái giới hạn phải thỏa mãn các yêu cầu về độ tin cậy theo TCVN 9379. Tính toán kết cấu thép phải xét đến công năng sử dụng của kết cấu, điều kiện chế tạo, vận chuyển, lắp dựng và sử dụng, cũng như các tính chất của vật liệu. Trong sơ đồ tính toán cần kể đến các đặc trưng biến dạng của liên kết gối tựa, nền và móng.

Khi tính toán kết cấu thì giá trị tải trọng và tác động, cũng như giá trị giới hạn về độ võng và chuyển vị của các cấu kiện kết cấu cần được lấy theo TCVN 2737: 2023 và tiêu chuẩn này. Nhiệt độ tính toán trong vùng xây dựng cần được lấy theo nhiệt độ không khí thấp nhất tuyệt đối năm theo.

Kết cấu thép không gian cần được tính toán như một hệ thống nhất có kể đến các yếu tố quyết định trạng thái ứng suất và biến dạng, sự làm việc đồng thời của các cấu kiện với nhau và với nền. Khi tính toán kết cấu không gian (màng, bản, vỏ), cũng như kết cấu với các cấu kiện có biểu đồ biến dạng phi tuyến, cần kể đến ảnh hưởng của phi tuyến hình học và phi tuyến vật lý.

Cần đánh giá ổn định tổng thể của khung theo sơ đồ không biến dạng đối với hệ khung, hệ khung - giằng mà trong các hệ kết cấu này có các khung dọc và ngang và có hệ giằng được bố trí phù hợp.