9-21
2. Kết cấu thanh thành mỏng tạo hình nguội
2.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng.
Đây là một loại kết cấu thép nhẹ đã đợc sử dụng từ hàng chục năm ở các nớc,
mới đợc áp dụng ở Việt Nam thời gian gần đây. Kết cấu thép nhẹ khác biệt với kết
cấu thép thông dụng ở những điểm cơ bản sau :
sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép rất mỏng (tới 1 mm trở lên) ;
sử dụng các loại tiết diện không có trong kết cấu thông thờng nh tiết diện kín,
tiết diện vuông, tiết diện tròn ;
sử dụng các phơng pháp liên kết không dùng trong kết cấu thờng.
Đặc điểm quan trọng nhất là sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép
mỏng, sau này ta sẽ gọi là thanh thành mỏng hoặc thép hình uốn nguội. Bên cạnh
các loại thép hình cán nóng thông thờng, hiện nay các nớc đã chế tạo rộng rãi
thép hình uốn nguội. Việc sử dụng thanh thành mỏng tạo ra một cách tiếp cận khác
của kết cấu thép trong mọi giai đoạn xây dựng : thiết kế, chế tạo, dựng lắp.
So với kết cấu thép thông thờng, kết cấu bằng thanh thành mỏng có một loạt các
u và khuyết điểm sau :
Ưu điểm :
giảm lợng thép từ 25 - 50% ; về lí thuyết có thể giảm nhiều hơn nữa nhng sẽ
kèm theo khó khăn tốn kém về chế tạo, và không còn kinh tế nữa ;
dựng lắp nhanh, ví dụ tới 30% đối với mái nhà ; đối với cấu kiện có các thanh
và nút thống nhất hoá nh dàn mái không gian thì còn nhanh hơn nhiều nữa ;
hình dạng tiết diện đợc chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu ;
đặc trựng chịu lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bố vật liệu hợp lí, nhất là
khi dùng tiết diện kín ;
dùng tiết diện kín tạo vẻ đẹp kết cấu; bớt che lấp diện tích kính lấy ánh sáng.
Khuyết điểm :
giá thành thép uốn nguội cao hơn thép cán nóng ;
chi phí phòng gỉ cao hơn, vì bề mặt của tiết diện thép lớn hơn, cần nhiều diện

Hình 9.9. Các loại tiết diện uốn nguội. a - tiết diện hở ; b- tiết diện kín ; c tiết diện
phức hợp

Xà gồ, dầm tờng thờng có tiết diện chữ C hoặc chữ Z. Tiết diện chữ Z thuận tiện
cho việc xếp để chuyên chở . Tiết diện chữ Z cũng dễ lồng lên nhau để tăng thành
tiết diện kép chịu đợc mômen lớn tại gối tựa của dầm liên tục (hình 9.5). Cấu kiện
thành mỏng tạo hình nguội là loại cấu kiện đặc biệt, việc tính toán hết sức phức tạp.
Khi một cấu kiện thành mỏng chịu uốn hay xoắn, thờng xuất hiện những ứng suất
và biến dạng gây nên sự vênh của tiết diện, do một đại lợng lực tên là bimômen
(Hình 9.10,a). Ngoài ra, do thành mỏng, cấu kiện rất dễ mất ổn định cục bộ tại


9-23
cánh và bụng ; một số bộ phận của cánh và bụng không làm việc, không đợc xét
trong tính toán, phần còn chịu lực đợc gọi là tiết diện hữu hiệu và nhiệm vụ tính
toán là xác định tiết diện hữu hiệu này (hình 9.10,b). Nớc ta cha có quy phạm
tính toán thanh thành mỏng, và thực tế rất ít kết cấu thành mỏng đã đợc tự thiết kế
trong nớc.

(a) (b)

Hình 9.10. Sự làm việc của cấu kiện thành mỏng
a) Tiết diện bị vênh do bimômen. b) Tiết diện hữu hiệu : 1- Dầm ; 2- Cột


dạng khác nhau. Phải nhiều động tác mới tạo đợc hình hoàn chỉnh, ví dụ, hình
máng sau đây cần 6 động tác.
1
2

3,4

5

6
Hình 9.12. Máy gập mép. 1- Dầm gấp đặt dới. 2-Vít chỉnh thớc gấp. 3-Đối trọng.
4-Dầm tạo hình. 5- Bánh xe di chuyển dầm để ép bản thép. 6- Thớc tạo hình dới.
7- Thớc tạo hình trên. 8 Dầm ép. 9- Bản thép. 10- Bệ chặn



9-25
Cách chế tạo này có nhợc điểm sau :
Hình 9.13 . Máy ép khuôn.



9-26

3. Máy cán trục lăn. Đây là loại máy năng suất cao nhất, dùng ở các nhà máy luyện
kim, nhà máy sản xuất hàng loạt lớn. Máy gồm một dãy các trục cán, có hình dạng
khác nhau (hình 9.14). Dải thép đi qua các trục cán, dần dần đợc thay đổi hình
dạng . Có thể cán đợc dải thép dày 0,3 đến 18 mm, rộng 20 đến 2000 mm. Tốc độ
cán 10 đến 30 m/phút.
Loại máy có năng suất cao, sử dụng ít nhân công, mỗi năm có thể sản xuất hàng
triệu mét cấu kiện. Tuy nhiên mỗi bộ trục cán chỉ dùng cho một loại tiết diện ,
muốn đổi tiết diện phải thay đổi trục cán, do đó giá thành cao. Hiện nay ở Việt
Nam , bên cạnh các máy cán lớn của các công ty nớc ngoài, nhiều công ty nhỏ
trong nớc cũng đã có nhiều máy cán, sản xuất hàn loạt tiết diện thành mỏng, ống
có mối hàn để sử dụng trong xây dựng. Hình 9.15. Sơ đồ kết cấu và chi tiết

Chi tiết


9-28

Kết cấu dàn không gian có những u khuyết điểm sau :
- độ cứng không gian lớn, làm đợc nhịp rộng ; chiều cao dàn nhỏ chỉ 1/14 đến
1/20 nhịp (bằng nửa dàn thông thờng) nên tiết kiệm không gian của nhà.
- có thể dùng cho mặt bằng bất kì, gối tựa bố trí bất kì ;
- các cấu kiện thanh và nút đợc dùng lặp lại, tiện việc chế tạo tiêu chuẩn hoá
- làm việc an toàn do có độ siêu tĩnh cao, không sợ bị phá hoại cục bộ.
- chế tạo khó, đặc biệt là các nút. Cần có công nghệ riêng để chế tạo hàng loạt với
chất lợng đảm bảo. Sai số chế tạo yêu cầu thật nhỏ nh ở sản phẩm cơ khí.
- muốn chỉ dùng ít loại thanh để thống nhất hoá sẽ dẫn đến việc nhiều thanh
không sử dụng hết khả năng. Nếu dùng một loại tiết diện thanh thì chỉ có 1% só
thanh là làm việc hết khả năng, dẫn đến lãng phí vật liệu.
4.2 Đặc điểm cấu tạo : Quan trọng nhất là nút dàn. Yêu cầu của nút dàn là sao cho
có thể liên kết đợc rất nhiều thanh theo các góc khác nhau, mà đảm bảo thi công
dễ dàng và đủ chịu lực. Có đến hàng trăm kiểu cấu tạo nút dàn khác nhau đã đợc
đăng kí bản quyền trên thế giới. Có thể gộp thành các nhóm nh sau :
- nút cầu, gồm khối hình cầu đúc, có các lỗ sâu có ren, đầu thanh có bulông vặn
vào khối cầu. Nút dùng với thanh tiết diện ống, có thể liên kết tới 18 thanh (hình
9.16). Tiêu biểu là nút nổi tiếng Merot của Đức. Kiểu nút này có u điểm là đẹp, dễ

kết bulông.Việc áp dụng loại kết cấu này sẽ có triển vọng rất lớn trong tơng lai
gần. Hiện tại một số nhà máy lớn nớc ta đã có nhập những dây chuyền để chuyên
sản xuất các bộ phận của kết cấu và đã tiến hành thực thi công trình. Hình 9.18 thể
hiện thiết kế của mái dàn không gian của một nhà thể thao đang đợc xây dựng
phục vụ Seagames 2003.
4.3 Những vấn đề thiết kế, chế tạo và dựng lắp.
Việt Nam cha có những tiêu chuẩn quy phạm tơng ứng về các vấn đề này. Hiện
tại, mọi công trình đã đợc xây dựng đều dựa vào quy phạm nớc ngoài, đặc biệt là
của Trung Quốc.Việc chọn sơ đồ kết cấu và chọn sơ bộ kích thớc thanh đợc làm
theo các phơng pháp gần đúng, coi kết cấu nh một tấm. Việc tính toán nội lực
kết cấu và chọn tiết diện thanh đợc thực hiện bằng các phần mềm máy tính quen
thuộc, nên không mấy phức tạp. Ta đã có một số đề tài nghiên cứu lớn và đã làm
nhiều thí nghiệm về nút cầu, về bulông cờng độ cao nhng các kết quả cha đợc
phổ biến áp dụng. Vấn đề lớn hiện nay là các quy định kĩ thuật về chế tạo, về dung
sai chế tạo và dựng lắp v.v. cha có và do đó đợc chọn dùng không nhất quán tại
các đơn vị khác nhau. Bộ Xây dựng và vài địa phơng đã có kế hoạch biên soạn gấp
các văn bản này trong thời gian tới.


9-30



9-31

IV. Liên kết hn
1. Các phơng pháp hàn :
1.1 Hàn hồ quang tay : Còn gọi là hàn hồ quang kim loại có bảo vệ SMAW
shielded metal arc welding, là loại hàn lâu đời nhất. Que hàn có bọc thuốc đợc hồ
quang làm nóng chảy để chuyển kim loại vào mối hàn. Thuốc hàn khi cháy thì tạo

9.20). Trong phơng pháp này, que hàn không ở dạng thanh có bọc thuốc mà là
một cuộn dây trần. Thuốc hàn đợc trải trớc bên trên mối hàn. Hồ quang không
nhìn thấy đợc vì cháy ngầm dới lớp thuôc hàn. Thuốc hàn bảo vệ cho rãnh kim
loại chảy, làm sạch kim loại hàn và cải thiện thành phần hoá học của kim loại hàn.
Mối hàn của phơng pháp này có chất lợng cao, đồng chất, độ dai, độ bền tơng
đơng với kim loại cơ bản.
Tiêu chuẩn Việt Nam dùng kí hiệu của Tiêu chuẩn Liên xô cho dây hàn và thuốc
hàn. Ví dụ : dây thép hàn CB-08GA là loại thép CT3 ; tơng ứng với thuốc hàn
AH-348A.
Vật liệu của Mĩ có kí hiệu : thuốc hàn là FXX chỉ cờng độ kéo và cờng độ thử
nghiệm va chạm ; dây hàn là EXXX tơng ứng với thuốc hàn. Dùng cho thép các
bon là F6X-EXXX, 6 là cờng độ kéo đứt 60 ksi = 4130 daN/cm2, thép hợp kim
thấp là F7X-EXXX, 7 là cờng độ kéo đứt 70 ksi = 4830 daN/cm2,

Hình 9.20 Hàn tự động hồ quang chìm
1.3. Hàn trong lớp khí bảo vệ - GMAW gas metal arc welding (hình 9.21). Dây hàn
đợc quấn thành cuộn để cấp tự động qua một thiết bị hình khẩu súng, thiết bị này
đồng thời phun luồng khí. Việc bảo vệ lớp kim loại lỏng hoàn toàn do luồng khí,
không cần dùng thuốc hàn. Khí đợc dùng : các loại khí trơ nh argon, helium, (khi
đó phơng pháp hàn còn gọi là MIG -metal inert gas) khí hoạt động nh khí
cacbonic, (khi đó phơng pháp hàn còn gọi là MAG metal active gas), các khí này
đều nặng hơn không khí. Khí trơ dùng để hàn mọi thứ kim loại nhng ít đợc dùng
để hàn thép vì giá thành cao. Để hàn thép th
ờng dùng khí cacbonic, một mình
hoặc hỗn hợp với khí trơ. Phơng pháp hàn này còn có những chức năng sau : dễ


9-33
khống chế các đặc trng của hồ quang và kim loại hàn, vùng chảy sâu và rộng, tốc
độ hàn nhanh. Dây hàn đợc dùng là loại theo AWS : ER70S-X cho đến ER110S

H×nh 9.22 C¸c lo¹i mèi hµn ®èi ®Çu

H×nh 9.23 Ap dông ®iÓn h×nh mèi hµn gãc



9-35

hạn bền của thép đợc liên kết. Tiết diện làm việc của mối hàn góc đều đợc các
quy phạm lấy là tiết diện phân giác , tức là có bề cao bằng 0,707 (cos 45
o
) bề dày
mối hàn.
Trong mọi trờng hợp, việc tính toán liên kết phải dùng cùng quy phạm với việc
tính toán kết cấu.
2.2. Thể hiện bản vẽ kết cấu hàn.
Cách thể hiện liên kết hàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam đã quen thuộc. Cách thể hiện
theo Quy phạm Mĩ khác hẳn. Dới đây tóm tắt các chỉ dẫn chung để thể hiện
đờng hàn theo AWS . Cách thể hiện này rất đầy đủ, chi tiết, đã đợc áp dụng ở các
nớc châu Âu, Trung quốc.
- Mỗi mối hàn đợc chỉ bằng một đờng chuẩn nằm ngang.
- mũi tên nối đờng chuẩn với 1 mặt của mối hàn. Đuôi đờng chuẩn là gi chú về
phơng pháp hàn, quy định kĩ thuật ;
- giữa đờng chuẩn là kí hiệu mối hàn ; kí hiệu đặt bên dới đờng chuẩn là chỉ kí
hiệu cho mặt có mũi tên ; kí hiệu đặt bên trên đờng chuẩn là chỉ kí hiệu cho mặt
phía bên kia ;
- con số ghi bên trái kí hiệu là bề dày hàn, ghi bên phải là chiều dài, ghi bên trên và
bên dới là cho khe hở ở chân và cho góc vát.
Các kí hiệu cơ bản của mối hàn nh sau :


chấp nhận các quá trình hàn mà không cần làm thử nghiệm (prequalification) nếu
tuân thủ một số điều kiện về thi công, thiết kế, vật liệu và phơng pháp hàn. Còn
mọi quá trình hàn khác muốn đợc chấp nhận đều phải qua thử nghiệm với các
mẫu để đợc chấp nhận.


9-37

Hình 9.26. Dạng ngấu của mối hàn góc và hàn đối đầu

3.2. Kiểm tra chất lợng hàn. Các phơng pháp kiểm tra đo đạc.
- Kiểm tra bằng mắt thờng : gồm việc xem xét chất lợng bên ngoài, đờng hàn
có đủ kích thớc trong phạm vi dung sai, tiết diện đờng hàn có đáp ứng yêu cầu.
Kích thớc của mối hàn theo quy định của thiết kế nhng không đợc vợt quá giá
trị lớn nhất và dung sai cho trong TCVN 1691-75 (Mối hàn hồ quang điện bằng tay
Kiểu và kích thớc cơ bản). Xem xét bằng mắt phải phát hiện : mối hàn không có
nứt ; sự chảy hoà hoàn toàn giữa các lớp kim loại hàn và giữa kim loại hàn với thép
cơ bản ; mọi chỗ lõm trên tiết diện phải đợc hàn đầy. Để tham khảo, hình 9.27
chụp lại trang của AWS, về tiết diện mối hàn chấp nhận đợc và không chấp nhận
đợc.
- Kiểm tra bằng bột từ hoặc bằng chất lỏng thấm, để bổ sung cho kiểm tra măt
thờng các khuyết tật gần bề mặt, và có cùng tiêu chí nghiệm thu. Do Việt Nam
châ có quy trình kiểm tra nên các đơn vị thí nghiệm thờng dùng ASTM E709 và
E165 để tiến hành thí nghiệm. TCXD 170:89 cũng đề ra phơng pháp dùng dầu
hoả tẩm lên mặt mối hàn và nớc phấn để phát hiện vết dầu loang ; dùng nớc xà
phòng bơm bằng khí nén một phía và phát hiện bọt khí xà phòng ở phía kia.
- Kiểm tra không phá hoại : gồm một loạt các phơng pháp vật lí nh kiểm tra bằng
siêu âm, kiểm tra bằng tia X, để phát hiện đợc các chỗ không liên tục bên trong
kim loại hàn. Phơng pháp siêu âm đợc thực hiện theo TCXD 165:1988 (kiểm tra
chất lợng mối hàn ống thép bằng phơng pháp siêu âm). Phơng pháp kiểm tra

2. Quan sát bề ngoài và đo kích
thớc 100% mối hàn
Tất cả các dạng kết cấu
3. Kiểm tra xác suất các mối hàn
bằng siêu âm hoặc tia phát xạ
xuyên thấu
Tất cả các dạng kết cấu, trừ những
kết cấu ghi ở mục 6
4. Thử nghiệm độ đặc chắc của mọi
mối hàn bằng phơng pháp tẩm dầu
hoả hoặc phủ nớc xà phòng (khi
có áp suất d hoặc chân không)
Kết cấu làm bằng thép tấm dày tới
16 mm, trong đó các mối hàn yêu
cầu kín
5. Thử nghiệm độ chắc đặc và độ
bền mối hàn bằng thuỷ lực hoặc khí
nén
Các bể chứa, ống dẫn. Các dung
môi dùng thử nghiệm và áp lực theo
chỉ dẫn của thiết kế
Phơng pháp kiểm tra Dạng kết cấu
6. Kiểm tra bằng phơng pháp
không phá hỏng liên kết
Dạng kết cấu, phơng pháp và mức
kiểm tra do thiết kế quy định
7. Thí nghiệm cơ tính các mẫu kiểm
tra
Dạng kết cấu, phơng pháp kiểm
tra do thiết kế quy định