Ứng dụng thép bản mã trong kết cấu xây dựng
Thép bản mã được ứng dụng tại mọi nút kết cấu thép nơi hai hoặc nhiều cấu kiện giao nhau và cần truyền lực qua lại. Vị trí, hình dạng và kích thước bản mã phụ thuộc trực tiếp vào dạng lực tác dụng và kiểu kết nối tại từng nút. Phần dưới đây trình bày các ứng dụng điển hình trong thực tế xây dựng Việt Nam.
1. Kết nối dầm-cột trong khung thép
Đây là ứng dụng phổ biến nhất của bản mã. Khi dầm thép H hoặc I kết nối vuông góc với cột thép H, bản mã được hàn sẵn vào bụng cột, sau đó dầm được bu-lông vào bản mã tại công trường.
| Dạng nút dầm-cột | Loại bản mã | Đặc điểm liên kết | Dùng cho |
|---|---|---|---|
| Liên kết khớp đơn giản (shear tab) | Bản mã nhỏ tại bụng dầm | Chỉ truyền lực cắt; không truyền moment | Dầm phụ vào dầm chính, dầm vào cột tầng |
| Liên kết nửa cứng (semi-rigid) | Bản mã tại bụng + tấm nối cánh | Truyền cắt và một phần moment | Khung thép nhà xưởng vừa |
| Liên kết cứng (moment connection) | Bản mã + tấm cánh hàn ngấu hoàn toàn | Truyền đầy đủ cắt và moment | Khung chống động đất, nhà nhiều tầng |
| Liên kết chân cột | Bản đế + bản mã sườn (gusset to base) | Truyền cắt, nén và moment xuống móng | Chân cột nhà xưởng, tháp, cần trục |
2. Nút giằng chéo trong dàn phẳng
Trong dàn vì kèo mái nhà xưởng, dàn cầu trục và dàn sàn nhịp lớn, bản mã là chi tiết kết nối các thanh dàn góc thép hoặc thép hình tại nút dàn. Bản mã tại nút dàn phải chịu đồng thời lực kéo từ thanh kéo và lực nén từ thanh nén, tạo ra ứng suất phức tạp.
- Nút đỉnh dàn mái: Bản mã hình tam giác lớn, kết nối thanh cánh trên hai phía và đứng giữa
- Nút giữa cánh dưới: Bản mã chữ nhật, kết nối thanh xiên và đứng với thanh cánh dưới
- Nút gối dàn: Bản mã dày nhất (16–25 mm), kết nối dàn với cột chịu phản lực lớn nhất
- Nút trung gian cánh trên: Điểm đặt xà gồ hoặc dầm sàn, bản mã truyền tải trọng xuống hạ dàn
3. Giằng chéo chống lực ngang (bracing)
Hệ thống giằng chéo (X-bracing, K-bracing, V-bracing) trong khung thép chống lực gió và động đất sử dụng bản mã tại các điểm giao nhau của thanh giằng với khung chính. Bản mã tại nút giằng chịu lực kéo hoặc nén lớn theo trục thanh giằng, đòi hỏi tính toán kiểm tra ổn định tấm.
- Giằng dọc nhà xưởng: Bản mã hàn vào bụng dầm hoặc cánh cột tại vị trí giao nhau
- Giằng ngang đỉnh mái: Bản mã kết nối thanh giằng với xà gồ hoặc vì kèo
- Giằng chéo tường gió: Bản mã hàn vào cột biên tại đỉnh cột và đáy dầm
4. Ứng dụng trong sàn liên hợp thép-bê tông
Tại mối nối giữa dầm thép và bản bê tông trong sàn liên hợp, bản mã được sử dụng để truyền lực cắt nằm ngang (shear connector gusset) hoặc đỡ ván khuôn thép tại đầu dầm. Ngoài ra, trong kết cấu sàn phẳng, bản mã kết nối dầm phụ vào bụng dầm chính tại cùng cao độ cánh trên (flush beam connection).
5. Kết cấu mái không gian và tháp truyền tải
Các công trình mái vòm, tháp điện, tháp truyền hình và cột điện cao thế sử dụng bản mã tại nút không gian 3D, nơi nhiều thanh góc thép giao nhau theo các góc phức tạp. Bản mã trong các công trình này thường có hình dạng đặc biệt được tối ưu hóa bằng phần mềm FEM để giảm trọng lượng trong khi đảm bảo đủ khả năng chịu lực tổ hợp.
6. Tổng hợp ứng dụng theo loại công trình
| Loại công trình | Vị trí bản mã | Chiều dày điển hình | Dạng liên kết |
|---|---|---|---|
| Nhà xưởng công nghiệp | Chân cột, nút dàn, đầu xà | 10–16 mm | Hàn + bu-lông cường độ cao |
| Cầu thép | Nút dàn chủ, hệ giằng ngang | 16–25 mm | Bu-lông cường độ cao A325/A490 |
| Nhà cao tầng khung thép | Nút dầm-cột, giằng chéo | 12–20 mm | Hàn ngấu + kiểm tra UT |
| Tháp và cột điện | Nút thanh góc 3D | 8–16 mm | Bu-lông thường M16–M24 |
| Kho lạnh, bồn chứa | Chân bồn, khung đỡ đường ống | 10–18 mm | Hàn toàn bộ |
7. Lưu ý khi sử dụng bản mã
- Không được dùng bản mã mỏng hơn cấu kiện mỏng nhất tại nút kết nối
- Bản mã phải được thể hiện đầy đủ trong bản vẽ shop drawing trước khi gia công
- Kiểm tra đường hàn bản mã bằng phương pháp MT (từ tính) hoặc VT (mắt thường) tối thiểu
- Không hàn đắp bản mã tại công trường nếu không có biện pháp kiểm soát nhiệt độ
- Sơn phủ bản mã cùng hệ thống sơn kết cấu chính; không bỏ qua góc khuất