Cct34 tương đương với thép nào trong tiêu chuẩn aisc
|
Chào các bác, Em đang thiết kế một nhà xưởng mà sử dụng thép CT3 làm kết cấu. Tôi tìm mỏi mắt không ra cái tiêu chuẩn TCVN 1765-1975 để tra thông số của loại thép này. Bác nào giúp tôi với ah!!!!!!!!!!!!! Có 8 câu trả lời!! Ra = 2100 , Rcp = 1300, RcmT = 3200, RcmM = 1600, E = 2.1x10^6 , anpha = 1.2E -0.5 poisson : 0.3 , gama = 7850 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iii KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .v CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU..................................................................................2 1.1. Vấn đề thực tiễn ..................................................................................................2 1.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống các tiêu chuẩn : ............................................4 1.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam :.......................................4 1.2.2. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn Mỹ AISC......................................................5 1.2.3. Giới thiệu chung hệ thống tiêu chuẩn Anh BS 5950 .......................................6 1.2.4. Giới thiệu chung về hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu. .........................................7 1.3. Mục tiêu và nội dung của đề tài........................................................................11 CHƯƠNG II – CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP ...........................................12 2.1. Nguyên tắcchung dùng trong thiết kế ..............................................................12 2.1.1.Các nguyên tắc cơ bản thiết kế theo TCXDVN 338:2005 .............................12 2.1.2. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo Tiêu chuẩn Mỹ AISC/ASD...................12 2.1.3. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo Tiêu chuẩn Anh BS5950:PART1:2000.13 2.1.4. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005 15 2.1.5. Nhận xét chung về các phương pháp thiết kế ................................................15 2.2.Tải trọng kế sử dụng trong thiết kế...................................................................17 2.2.1.Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam...................................................17 2.2.2. Tải trọng thiết kế theo Tiêu chuẩn Mỹ ..........................................................18 2.2.3. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Anh ..........................................................23 2.2.4 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn châu Âu:....................................................26 2.2.5 Nhận xét chung về tải trọng thiết kế: .............................................................31 2.3. Vật liệu thép sử dụng theo các tiêu chuẩn thiết kế ..........................................33 2.3.1 Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam .........................................................33 2.3.2 Vật liệu thép theo Tiêu chuẩn Mỹ..................................................................34 2.3.3 Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Anh..................................................................37 2.3.4 Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Châu Âu...........................................................39 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 i LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 2.3.5 Nhận xét chung về sử dụng vật liệu trong các tiêu chuẩn...............................40 CHƯƠNG III. CẤU KIỆN CHỊU NÉN..................................................................42 3.1. Tính toán cấu kiện chịu nén theo TCXDVN 338:2005 ....................................42 3.1.1 Những quan niệm tính toán cơ bản nhất.........................................................42 3.1.2. Độ mảnh và chiều dài tính toán ....................................................................42 3.1.3. Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm ..........................................................43 3.1.4. Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm............................................................44 3.1.5. Tính toán kể đến yếu tố độ mảnh của tiết diện (tính ổn định cục bộ).............50 3.2. Tính toán cấu kiện chịu nén theo Tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD .....................54 3.2.1 Những quan niệm tính toán cơ bản nhất.........................................................54 3.2.2. Độ mảnh và chiều dài tính toán ....................................................................56 3.2.3. Cường độ nén với độ cong do uốn không xét đến ổn định cục bộ .................57 3.2.4. Cường độ nén với do oằn xoắn bên không xét đến ổn định cục bộ................57 3.2.5. Tính toán kể đến yếu tố độ mảnh của tiết diện (tính toán ổn định cục bộ) .....58 3.2.6. Cấu kiện tiết diện chữ I, H chịu nén uốn.......................................................60 3.3. Tính toán cấu kiện chịu nén theo tiêu chuẩn Anh BS5950..............................62 3.3.1 Những quan niệm tính toán cơ bản nhất.........................................................63 3.3.2. Độ mảnh và chiều dài tính toán ....................................................................65 3.3.3. Khả năng nén với của cột: ............................................................................66 3.3.4. Khả năng chịu ổn định do oằn bên kèm xoắn...............................................67 3.3.5. Tính toán kể đến yếu tố độ mảnh của tiết diện (tính ổn định cục bộ).............70 3.3.6. Cấu kiện chịu nén uốn ..................................................................................72 3.4. Tính toán cấu kiện chịu nén theo tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005.....................77 3.4.1 Phân lớp tiết diện...........................................................................................77 3.4.2 Tính toán độ bền............................................................................................80 3.4.3 Tính toán ổn định của cấu kiện theo EN 1993-1-1:2005: ...............................83 3.5 So sánh tóm tắt tính toán cột thép lệch tâm 2 phương .....................................92 3.6 Lập chương trình tính cột thép hình tiết diện I, H chịu nén, nén lệch tâm theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005................................................................................95 CHƯƠNG IV. MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN .......................................................96 4.1. Ví dụ tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm (tiết diện đặc chắc)....................96 4.1.1 Tính toán theo TCXDVN 338:2005...............................................................96 4.1.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD ..................................................97 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 ii LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 4.1.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950:Part 1: 2000 ....................................98 4.1.4. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005.................................99 4.2. Ví dụ tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm (tiết diện mảnh) ...................... 100 4.2.1. Tính toán theo TCXDVN 338:2005............................................................ 100 4.2.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD ................................................ 101 4.2.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950 ...................................................... 102 4.2.4. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005............................... 103 4.3 Nhận xét: .......................................................................................................... 104 4.4. Ví dụ tính toán cấu kiện chịu lệch tâm theo một phương chính ................... 105 4.4.1 Tính toán theo TCXDVN 338:2005............................................................. 105 4.4.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD ................................................ 107 4.4.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950 ...................................................... 109 4.4.4 Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005................................ 111 4.4.5. Nhận xét:.................................................................................................... 113 4.5. Ví dụ tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm theo hai phương: ...................... 113 4.5.1. Tính toán theo TCXDVN 338:2005............................................................ 113 4.5.2. Tính toán tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD ........................................................ 115 4.5.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950:Part 1: 2000 .................................. 117 4.5.4. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005............................... 118 4.5.5 Tính toán với một số ví dụ khác: ................................................................. 120 4.5.6 Nhận xét:..................................................................................................... 122 CHƯƠNG V. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN.......................................................... 122 5.1. Nhận xét........................................................................................................... 122 5.2 Kết luận ............................................................................................................ 126 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng II.1 – Các trạng nhóm thái giới hạn theo BS 5950.............................................13 Bảng II.2 - Hệ số an toàn tải trọng .........................................................................14 Bảng II.3 - Hoạt tải phân bố đều theo ASNI A58.1-1982 ...........................................18 Bảng II.4 - Tải trọng tập trung theo ASNI A58.1-1982 ..............................................19 Bảng II.5 - Hệ số áp lực Cq........................................................................................20 Bảng II.6 - Hệ số tổng hợp Ce (độ cao, địa hình, xung của gió) ..................................21 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 iii LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Bảng II.7 – Áp lực gió qs tại chiều cao 10m (33ft) .....................................................21 Bảng II.8 - Hệ số tầm quan trọng I (để tính tải trọng gió )..........................................22 Bảng II.9 - Hệ số tổ hợp tải trọng cơ bản theo một số tiêu chuẩn ...............................22 Bảng II.10 - Trị số của tải trọng áp đặt ( hoạt tải).......................................................23 Bảng II.11 - Hệ số S2 .................................................................................................24 Bảng II.12 - Bảng tổ hợp tải trọng theo BS 6399 .......................................................26 Bảng II.13 – Phân hạng tải trọng sử dụng ..................................................................27 Bảng II.14 – Tải trọng áp đặt trên sàn, ban công, cầu thang .......................................28 Bảng II.15 - Tổ hợp tải trọng .....................................................................................29 Bảng II.16 - Cường độ tính toán của thép cán nóng và thép ống ................................33 Bảng II.17 - Cường độ tiêu chuẩn fy, fu và cường độ tính toán của thép các bon (TCVN 5709 : 1993) . Đơn vị tính : N/mm2 ............................................................................33 Bảng II.18 - Cường độ tiêu chuẩn fy, fu và cường độ tính toán của thép hợp kim thấp (TCVN 5709 : 1993) . Đơn vị tính : N/mm2 ...............................................................34 Bảng II.19 – 16 loại thép được chấp thuận sử dụng theo AISC ..................................35 Bảng II.20 - Cường độ tính toán của thép ..................................................................38 Bảng II.21 – giá trị danh nghĩa của giới hạn bền fu và giới hạn chảy fy cho thép kết cấu cán nóng ....................................................................................................................39 Bảng II.22 – giá trị danh nghĩa của giới hạn bền fu và giới hạn chảy fy cho tiết diện rỗng ...........................................................................................................................40 Bảng II.23 - Bảng danh sách tên thép theo các tiêu chuẩn ..........................................41 Bảng III.1 – Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén ..............................................42 Bảng III.2 - Hệ số ...................................................................................................43 Bảng III.3 – Các hệ số: c1 ; cx ; cy; nc..........................................................................45 Bảng III.4 – Giá trị M ................................................................................................47 Bảng III.5 – Hệ số và .........................................................................................49 Bảng III.6 – giá trị giới hạn [hw/tw] ............................................................................51 Bảng III.7 – Giá trị giới hạn [bo/tf] .............................................................................53 Bảng III.8 – Giá trị giới hạn của [bo / tf] .....................................................................54 Bảng III.9 - Tỷ số giới hạn bề rộng và bề dày của phần tử chịu nén ...........................55 Bảng III.10: Độ mảnh cho phép .................................................................................63 Bảng III.11 - Tỷ số giới hạn bề rộng và bề dày của tiết diện không phải hình ống tròn hay chữ nhật ..............................................................................................................64 Bảng III.12 – Phân loại đường cong kết cấu...............................................................66 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 iv LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Bảng III.13 – Giá trị của LO đối với thép hình cán nóng và tổ hợp hàn .....................67 Bảng III.13-1: Hệ số mômen cân bằng mLT cho đường cong oằn xoắn bên ................75 Bảng III.13-2: Hệ số mômen cân bằng m cho đường cong uốn ..................................76 Bảng III.14. Tỷ số bề rộng trên bề dày lớn nhất của bộ phận chịu nén .......................78 Bảng III.15 - Tỷ số bề rộng trên bề dày lớn nhất của bộ phận chịu nén ......................79 Bảng III.16. Hệ số không hoàn chỉnh đối với các dạng đường cong...........................84 Bảng III.17. Chọn đường cong oằn cho tiết diện ........................................................85 Bảng III.18. Hệ số không hoàn chỉnh với các dạng đường cong oằn bên kèm xoắn....87 Bảng III.19. Giới thiệu về các loại đường cong oằn ...................................................87 Bảng III.20. Giá trị các hệ số C1, C2 và C3 ...............................................................89 Bảng III.21. Giới thiệu về các loại đường cong oằn sử dụng ở công thức (3.104).......90 Bảng III.22. Hệ số điều chỉnh kc ................................................................................90 Bảng III.23: Giá trị NRk = fy Ai , Mi,Rk = fy Wi và Wi,Ed ...........................................91 Bảng III.24: Hệ số tương tác kij cho cấu kiện không chịu biến dạng xoắn ..................91 Bảng III.25: Hệ số tương tác kij cho cấu kiện chịu biến dạng xoắn.............................92 KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT a) Các đặc trưng hình học A diện tích tiết diện nguyên An diện tích tiết diện thực Af diện tích tiết diện cánh Aw diện tích tiết diện bản bụng Aeff diện tích hiệu dụng của tiết diện khi tính toán tiết diện mảnh b chiều rộng bf chiều rộng cánh bo chiều rộng phần nhô ra của cánh h chiều cao của tiết diện hw chiều cao của bản bụng bcf bề rộng của cánh cột (tiêu chuẩn Mỹ) be bề rộng giảm để tính toán diện tích hiệu dụng bf bề rộng cánh bfc bề rộng cánh nén d tổng chiều cao của tiết diện h0 khoảng cách giữa hai tâm cánh t bề dày của bản tf bề dày của bản cánh tw bề dày của bản bụng B bề rộng tiết diện (tiêu chuẩn Anh) b chiều dài tính toán của cánh HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 v LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP D chiều cao tiết diện d chiều cao tính toán của bản bụng b bề rộng tiết diện (tiêu chuẩn EN) h chiều cao tiết diện d chiều cao tính toán của bản bụng ix, iy bán kính quán tính của tiết diện tương ứng các trục x-x, y-y imin bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện rib bán kính quán tính của bộ phận của cấu kiện tổ hợp rts bán kính quán tính tính toán sử dụng trong việc xác định Lr đối với trạng thái giới hạn oằn bên kèm xoắn cho trục uốn chính đối với tiết diện hình dạng I đối xứng hai phương và tiết diện máng (C) rx, ry bán kính quán tính của tiết diện tương ứng các trục x-x, y-y If mômen quán tính của tiết diện nhánh Im, Id mômen quán tính của thanh cánh và thanh xiên của giàn g và dọc It mômen quán tính xoắn Ip mômen quán tính ban đầu của cấu kiện Ix, Iy các mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với các trục tương ứng x-x và y-y Inx, Iny các mômen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng xx và y-y L chiều cao của thanh đứng, cột hoặc chiều dài nhịp dầm lo chiều dài tính toán của cấu kiên chịu nén Lb chiều dài của các điểm mà hoặc là giằng ngăn cản chuyển vị ngang hoặc là giằng ngăn cản xoắn tiết diện. Lp chiều dài không giằng ngang giới hạn đối với trạng thái giới hạn uốn. LE chiều dài tính toán của cấu kiên chịu nén (tiêu chuẩn Anh) lx, ly chiều dài tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng x-x, y-y S mômen tĩnh s bước lỗ bulông tf , tw chiều dày của bản cánh và bản bụng u khoảng cách đường lỗ bu lông Wnmin môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán Wx , Wy môđun chống uốn (mômen kháng) của tiết diện nguyên đối với trục tương ứng x-x, y-y Wnx,min, Wny,min môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y-y Sxt, Sxx môđun tiết diện đàn hồi đối với cánh chịu kéo và nén tương ứng (tiêu chuẩn Mỹ) Sx, Sy môđun tiết diện đàn hồi đối với các trục chính (tiêu chuẩn Mỹ) Zx, Zy môđun tiết diện dẻo đối với các trục chính Sx, Sy môđun tiết diện dẻo đối với các trục chính (tiêu chuẩn Anh) Zx, Zy môđun tiết diện đàn hồi đối với các trục chính (tiêu chuẩn Anh) b) Ngoại lực và nội lực Mx , My mômen uốn đối với các trục tương ứng x-x, y-y Mt mômen xoắn cục bộ HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 vi LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Mp mômen uốn dẻo (tiêu chuẩn Mỹ) Mr mômen uốn yêu cầu khi sử dụng tổ hợp tải trọng LRFD hoặc ASD (tiêu chuẩn Mỹ) Mb mômen khi tính oằn xoắn bên N tải trọng thiết kế dọc trục Pc lực nén dọc trục kể đến hệ số giảm Pn lực nén dọc trục Pr khả năng chịu nén của vật liệu Fc tải trọng thiết kế dọc trục (tiêu chuẩn Anh) Fv lực cắt của cấu kiện Pc khả năng chịu nén của vật liệu Pv khả năng chịu cắt của vật liệu FEd tải trọng thiết kế trên kết cấu Fcr lực nén đàn hồi tới hạn NEd giá trị thiết kế của lực dọc Npl,Rd khả năng chịu nén khi thiết kế dẻo của tiết diện NRd khả năng chịu nén của tiết diện Nc,Rd khả năng chịu nén của tiết diện khi nén thuần tuý NRk giá trị đặc trưng cho khả năng chịu nén Ncr,y lực tới hạn đàn hồi trục y-y Ncr,z lực tới hạn đàn hồi trục z-z My,Ed mô men uốn thiết kế trục y-y Mz,Ed mô men uốn thiết kế trục z-z My,Rd khả năng chịu mô men uốn thiết kế trục y-y Mz,Rd khả năng chịu mô men uốn thiết kế trục z-z MEd mô men tăng thêm do việc di chuyển tâm của diện tích hiệu dụng Aeff so với tâm của tiết diện ban đầu Mc,Rd khả năng chịu uốn của tiết diện đối với 1 trục chính My,Rk giá trị đặc trưng khả năng chịu uốn phương trục y-y Mz,Rk giá trị đặc trưng khả năng chịu uốn phương trục z-z VEd lực cắt thiết kế Vc,Rd khả năng chịu cắt Vpl,Rd khả năng chịu cắt khi tính toán dẻo Wpl môđun dẻo của tiết diện Wel,min môđun đàn hồi nhỏ nhất của tiết diện Weff,min môđun hiệu dụng nhỏ nhất của tiết diện V lực cắt c) Cường độ và ứng suất E môđun đàn hồi theo TCXDVN 338:2005 (2100.000 MPa) E môđun đàn hồi của thép theo tiêu chuẩn Mỹ (199.955 MPa) E môđun đàn hồi của thép theo tiêu chuẩn Anh (205.000 MPa) fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép fu cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt f cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy fth cường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao Fbw ứng suất uốn ở điểm xem như về hướng trục x (trục chính) Fbz ứng suất uốn ở điểm xem như về hướng trục y HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 vii LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Fcr ứng suất tới hạn Fcry ứng suất tới hạn về trục vuông góc trục chính Fcrz ứng suất oằn xoắn tới hạn Fe ứng suất đàn hồi tới hạn Fex ứng suất uốn đàn hồi hướng trục chính Fey ứng suất uốn đàn hồi hướng trục vuông góc trục chính Fez ứng suất oằn xoắn đàn hồi Fy ứng suất chảy tối thiểu xác định của loại thép được sử dụng py cường độ thiết kế của thép (TC Anh) pc cường độ chịu nén của tiết diện pb cường độ uốn của thép (khi tính oằn bên kèm xoắn) G môđun trượt G môđun cắt đàn hồi của thép tiêu chuẩn Mỹ (77.200 Mpa) ứng suất pháp ứng suất tiếp d) Kí hiệu các thông số c1, cx, cy các hệ số dùng để kiểm tra bền của dầm chịu uốn trong một mặt phẳng chính hoặc trong hai mặt phẳng chính khi có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo e độ lệch tâm của lực m độ lệch tâm tương đối me độ lệch tâm tương đối tính đổi n, p, các thông số để xác định chiều dài tính toán của cột c hệ số điều kiện làm việc của kết cấu M hệ số độ tin cậy về cường độ Q hệ số độ tin cậy về tải trọng hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện độ mảnh của cấu kiện ( = lo /i ) độ mảnh qui ước ( f / E ) w độ mảnh qui ước của bản bụng ( w hw / t w f / E ) x , y độ mảnh tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng x-x, y-y p hệ số độ mảnh giới hạn của đối với cấu kiện đặc chắc (tiêu chuẩn Mỹ) pf hệ số độ mảnh giới hạn của đối với cánh đặc chắc pw hệ số độ mảnh giới hạn của đối với bụng đặc chắc r hệ số độ mảnh giới hạn của đối với cấu kiện không đặc chắc pf hệ số độ mảnh giới hạn của đối với cánh không đặc chắc pw hệ số độ mảnh giới hạn của đối với bụng không đặc chắc L0 độ mảnh giới hạn (khi tính ở trạng thái oằn xoắn bên) LT độ mảnh tính toán (khi tính ở trạng thái oằn xoắn bên) 0 độ mảnh giới hạn (khi tính toán cấu kiện chịu nén) hệ số chiều dài tính toán của cột hệ số uốn dọc b hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắn HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 viii LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP e Cw J Q Qa Qs b c H u x f m M0 M1 hệ số giảm cường độ tính toán khi nén lệch tâm, nén uốn hệ số để xác định hệ số b khi tính toán ổn định của dầm (Phụ lục E) Hằng số cong vênh (tiêu chuẩn Mỹ) Hằng số xoắn (tiêu chuẩn Mỹ) hệ số giảm khi cấu kiện chịu nén mảnh (tiêu chuẩn Mỹ) hệ số giảm bản bụng mảnh chịu nén hệ số giảm bản cánh mảnh chịu nén hệ số giảm tính toán khi chịu uốn hệ số giảm tính toán khi chịu nén hằng số cong vênh (tiêu chuẩn Anh) hệ số oằn của tiết diện chỉ số xoắn của tiết diện hệ số tải trọng tổng thể hằng số (275/py)0.5 hệ số xét đến mômen cân bằng hệ số xét đến hình dạng tiết (tiêu chuẩn EN) hệ số xét đến tính không ổn định của cấu kiện khi kiểm tra hệ số giảm tuỳ theo đường cong oằn phù hợp y hệ số giảm tuỳ theo đường cong oằn (trục y-y) z hệ số giảm tuỳ theo đường cong oằn (trục z-z) kij các hệ số tương tác hệ số phụ thuộc vào fy Cmy,mz,mLT hệ số mô men phân bố cân bằng C1 hệ số điều chỉnh theo biểu đồ mô men phân bố Cm hệ số điều chỉnh khi biểu đồ mô men phân bố tuyến tính Cn hệ số điều chỉnh khi biểu đồ mô men phân bố phi tuyến Iw hằng số cong vênh TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH CỘT THÉP HÌNH CHỮ I CHỊU NÉN LỆCH TÂM HAI PHƯƠNG THEO TCXDVN 338:2005 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 ix LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Chương I: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Vấn đề thực tiễn Cùng với việc mở cửa hội nhập với nền kinh tế thế giới và việc Việt Nam gia nhập vào Tổ chức thương mại thế giới (WTO) thì nền kinh tế Việt Nam nói chung và ngành xây dựng nói riêng đang từng bước hoà nhập tìm tiếng nói chung để cùng nhau phát triển. Việc sử dụng các Tiêu chuẩn tính toán kết cấu thép của các nước tiên tiến như Anh (BS5950), Mỹ(AISC/ASD) . . . đã được chính phủ cho phép triển khai song song với các Tiêu chuẩn tính toán kết cấu thép hiện hành (TCXDVN 338 : 2005). Đồng thời, vấn đề tính toán kết cấu thép hiện nay cần phải được chú ý quan tâm nhiều, bởi vì cùng với xu hướng phát triển ngày càng nhanh của xã hội, các công trình xây dựng có số tầng ngày càng nhiều, bước nhịp ngày càng lớn, nhiều công trình có nhịp rất lớn (nhà biểu diễn, sân bay, sân vận động . . .) nhằm đáp ứng nhu cầu cao về công năng sử dụng, yêu cầu thẩm mỹ của con người. Kết cấu sử dụng trong công trình hiện nay không còn đơn thuần là bêtông hoặc là thép mà có thể là sự phối hợp giữa thép và bêtông (thép chịu lực, bêtông để chống cháy và bảo vệ) hoặc là sự tổ hợp giữa thép và bêtông (vật liệu composite) để tận dụng tối đa ưu điểm của từng loại vật liệu. Trong bối cảnh như vậy, việc giải quyết bài toán kết cấu thép theo các Tiêu chuẩn khác nhau là một vấn đề rất đáng được quan tâm. Tuy vậy, việc áp dụng các Tiêu chuẩn nước ngoài để tính toán kết cấu thép ở đối với các kỹ sư Việt Nam còn khá mới mẻ và khó khăn. Từ thực tế sử dụng cho thấy, hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam được hình thành qua nhiều năm, chủ yếu dựa trên sự chuyển dịch từ các tiêu chuẩn Liên Xô, Anh Quốc, Mỹ, ISO, Trung Quốc … Sự hình thành khá đa dạng này xuất phát từ nhu cầu thực tế đòi hỏi qua các thời kỳ mà chưa có sự đồng bộ và hệ thống ngay từ đầu. Khi gia nhập WTO, Việt Nam phải dỡ bỏ các rào cản (barries ) gồm rào cản thuế quan, rào cản kỹ thuật ( tiêu chuẩn kỹ thuật), rào cản về thể chế kinh doanh. Trong hiệp định về rào cản kỹ thuật trong thương mại (TBT – Agreement on technical Barries to trade) của WTO còn có “Quy trình biên soạn, chấp nhận và áp dụng tiêu chuẩn” được áp dụng cho tất cả các thành viên. Thông điêp mà WTO gửi đến tất cả các nước thành viên là “Thương mại toàn cầu cần tới những tiêu chuẩn toàn cầu”. Một trong những nhiệm vụ rất quan trọng của ngành Xây dựng và cũng là đòi hỏi của quá trình hội nhập là dỡ bỏ rào cản kỹ thuật, soát xét và xây dựng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng đồng bộ, hiện đại, hài hoà và tiệm cận với tiêu chuẩn quốc tế, tạo điều kiện cho quá trình hội nhập của ngành Xây dựng với các nước trong khu vực và trên thế giới. Như vậy, để quản lý tốt chất lượng công trình, nâng cao hiệu quả của các dự án đầu tư trong nền kinh tế hội nhập, cần thiết phải có hệ thống văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng đồng bộ thống nhất, hiện đại và hội nhập với khu vực và quốc tế. Để đảm bảo được điều này chúng ta phải soát lại hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện có, đồng thời bổ sung hoặc huỷ bỏ những tiêu chuẩn đã quá cũ không còn phù hợp. Từ những năm 2001 – 2003, dưới sự chỉ đạo trực tiếp của lãnh đạo Bộ Xây dụng, trên cơ sở kết quả đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước “nghiên cứu xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam đến năm 2010 theo hướng đổi mới, hội nhập”, HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 2 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Bộ xây dựng đã hình thành định hướng cho hệ thống Quy chuẩn và Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Theo đó, việc hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam bao gồm nghiên cứu và áp dụng các tiêu chuẩn châu Âu trong lĩnh vực kết cấu, nền móng và vật liệu xây dựng. Bước thứ hai là phải đổi mới biên soạn nội dung tiêu chuẩn, Bộ Xây dưng phấu đấu dầu năm 2010 sẽ hoàn thành đồng bộ các tiêu chuẩn. Trong định hướng xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam đến năm 2010 theo hướng đổi mới, hội nhập thì lĩnh vực kết cấu thép cũng không ngoại trừ. Kết cấu thép là loại kết cấu chủ yếu trong xây dựng hiện đại. Trong những năm qua, hàng nghìn công trình công nghiệp, dân dụng đã dược xây dựng mà phần lớn được làm bằng thép. Thực tế cho thấy, khi xây dựng các công trình lớn mà nguồn vốn xây dựng công trình như ODA, và các nguồn vốn khác từ nước ngoài đầu tư vào Việt Nam, chủ đầu tư yêu cầu người thiết kế sử dụng tiêu chuẩn quy phạm của nước ngoài, trong đó có Quy phạm Mỹ, tiêu chuẩn Anh, tiêu chuẩn Châu Âu…Mặt khác các tiêu chuẩn này còn được nhiều nước trên thế giới và trong khu vực ASEAN khai thác và biên soạn thành tiêu chuẩn riêng cho nước mình. Việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài được Bộ Xây dựng thể chế hoá theo “quy chế áp dụng tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài trong hoạt động xây dựng ở Việt Nam”, ban hành kèm theo quyết định 09/2005/QĐBXD ngày 7 tháng 4 năm 2005. Việc nghiên cứu chỉnh sửa tiêu chuẩn kết cấu thép của Việt Nam cũng đã trải qua nhiều thời kỳ. Từ năm 1963-1971: Tiêu chuẩn và quy phạm kỹ thuật thiết kế kết cấu thép do UBKT cơ bản nhà nước ban hành, dựa theo Tiêu chuẩn HuTy 121-55 của Liên Xô (tính theo lý thuyết ứng suất cho phép). Từ năm 1972-1990: Kết cấu thép, Tiêu chuẩn thiết kế - TCXD 09-72 do UBKT cơ bản nhà nước phê chuẩn, dựa theo tiêu chuẩn CHuП IIB – 3.62 của Liên Xô (tính theo lý thuyết trạng thái giới hạn). Từ 1991 – 6/2005: TCVN 5575 – 1991 - Kết cấu thép - Tiểu chuẩn thiết kế, do Bộ Xây dựng ban hành, dựa theo CHuП II-23-81* của Liên Xô, có tham khảo một số điều của Eurocode3, của tiêu chuẩn của Trung Quốc . . . Vấn đề đặt ra là các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN 338 : 2005 " Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế") ; tiêu chuẩn Mỹ (AISC) ; tiêu chuẩn Anh (BS 5950) và tiêu chuẩn châu Âu (Eurocodes) có các quy định rất khác nhau vể tải trọng, tổ hợp tải trọng; Về vật liệu và các điều kiện sử dụng; Về nguyên lý và công thức tính toán; Và cả về ký hiệu và cách thể hiện. Điều đó khiến cho việc trao đổi, đánh giá, áp dụng một cách linh hoạt giữa các tiêu chuẩn trong quá trình áp dụng rất khó triển khai. Vì vậy để hội nhập nhanh, sử dụng có hiệu quả các công nghệ xây dựng hiện đại . . . cần có sự tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích một cách toàn diện sự tương quan, giống nhau và khác nhau giữa các tiêu chuẩn nhằm áp dụng một cách phù hợp và linh hoạt trong quá trình sử dụng thực tế. Việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp thiết kế kết cấu thép của các tiêu chuẩn nước ngoài trong điều kiện Việt Nam như thế nào là đúng, trong những trường hợp nào thì hợp lý và áp dụng như thế nào để đồng bộ là rất cần thiết. Trong phạm vi đề tài “ SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VỚI MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC ” (theo TCXDVN 338:2005, AISC/LRFD, BS5950:Part 1: 2000 & EN 1993-1-1:2005) nhằm giúp người thiết kế có sự hiểu biết cơ bản và sử dụng một cách đúng đắn khi thiết kế cấu kiến chịu nén và nén lệch tâm. Mặt khác, đề tài cũng góp phần vào việc hoàn thiện dần tiêu HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP chuẩn thiết kế kết cấu thép nói riêng, cũng như hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam trong điều kiện nền kinh tế hội nhập. 1.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống các tiêu chuẩn : 1.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam : Bộ Xây dựng Việt Nam đã có quyết định số 408/1996/BXD-KHCN, ngày 26 tháng 6 năm 1996 xuất bản tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng lần thứ nhất. Những tiêu chuẩn được in trong tuyển tập có giá trị áp dụng toàn ngành xây dựng không phân biệt thành phần kinh tế và vùng lãnh thổ. Đây là một bộ tiêu chuẩn dựa trên hệ thống tiêu chuẩn của Liên Xô có đầy đủ các tiêu chuẩn như xác định tải trọng, qui cách vật liệu, tính toán kết cấu .v..v.. Tuyển tập được chia thành 11 tập xếp theo thứ tự từ 1 đến 11, nội dung của mỗi tập được sắp xếp theo các cụm công việc (như thiết kế, thi công, sản xuất vật liệu xây dựng, phương pháp thử .v..v..) để tiện cho người sử dụng, dễ tìm kiếm. Tuy nhiên, mỗi tiêu chuẩn ở các tập đều có sự liên hệ mật thiết với nhau. Tập 1: Những vấn đề chung. Tập 2: Quy hoạch, khảo sát xây dựng. Tập 3: Kết cấu xây dựng. Tập 4: Nhà ở và công trình công cộng, công trình công nghiệp. Tập 5: Công trình nông nghiệp, giao thông, thuỷ lợi. Tập 6: Hệ thống kỹ thuật cho nhà ở và công trình công cộng. Tập 7: Quản lý chất lượng, thi công và nghiệm thu. Tập 8: Vật liệu xây dựng, sản phẩm cơ khí xây dựng. Tập 9: Bảo vệ công trình, an toàn vệ sinh môi trường. Tập 10: Phương pháp thử vật liệu thép, bê tông, gỗ, cốt liệu xây dựng, gạch. Tập 11: Phương pháp thử thuỷ tinh, chất dẻo, đát xây dựng, nước không khí. Tuyển tập được xuất bản với sự hỗ trợ, giúp đỡ của Dự án “ Tăng cường năng lực quản lý và điều phối nghiên cứu khoa học, biên soạn tiêu chuẩn và đảm bảo chất lượng xây dựng ở Việt Nam” của Bộ Xây dựng do cơ quan ODA của Vương Quốc Anh tài trợ, và có sự đóng góp tích cực của nhiều chuyên gia làm nhiệm vụ biên tập và hiệu đính nội dung. Ngày 31 tháng 5 năm 2005, Bộ Xây dựng Việt Nam đã có quyết định số 17/2005/QĐ-BXD về việc ban hành TCXDVN 338:2005 “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế”. Tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 thay thế tiêu chuẩn TCVN 5575:1991 dùng để thiết kế kết cấu thép của nhà và công trình. Tiêu chuẩn này không dùng để thiết kế kết cấu thép của cầu, đường hầm giao thông, đường ống dưới đất. Về bản chất phương pháp tính toán, TCXDVN 338:2005 không khác TCVN 5575:1991, chỉ khác về thuật ngữ và bổ sung thêm một số loại thép được sử dụng trong xây dựng tại Việt Nam như thép của Mỹ, Anh, Úc, Nhật Bản, Trung Quốc. Nội dung gồm các phần sau: Phần 1 – Nguyên tắc chung Phần 2 – Tiêu chuẩn trích dẫn. Phần 3 – Cơ sở thiết kế kết cấu thép. Phần 4 - Vật liệu của kết cấu thép và liên kết Phần 5 – Tính toán các cấu kiện. Phần 6 – Tính toán liên kết. Phần 7 – Tính toán kết cấu thép theo độ bền mỏi. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 4 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Phần 8 – Các yêu cầu kỹ thuật và các cấu tạo khác khi thiết kế cấu kiện kết cấu thép. Phần 9 – Các yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo khác khi thiết kế nhà và công trình. 1.2.2. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn Mỹ AISC Quy định kĩ thuật về thiết kế kết cấu thép của AISC và AASHTO. Về thiết kế kết cấu thép, nước Mỹ có hai Tiêu chuẩn được chấp nhận rộng rãi. Đó là Quy định kĩ thuật về thiết kế kết cấu thép của Viện AISC (American Institute of Steel Construction) áp dụng cho nhà cửa và Quy định kỹ thuật của AASHTO (American Asociation of State Highway and Transportation Officials) dùng cho cầu trên đường ôtô. Cả hai Quy định đều có phương pháp tính theo ứng suất cho phép và tính theo hệ số tải trọng, hệ số độ bền. Theo phương pháp ứng suất cho phép, ứng suất giới hạn không đựoc vượt quá giá trị ứng suất cho phép (bằng ứng suất chảy nhân với hệ số 0,6 đến 0,67). Phương pháp hệ số tải trọng thì tải trọng tính toán được tăng lên bằng hệ số 1,2 – 1,6, hệ số chịu lực bằng 0.75 - 0,9 còn ứng suất giới hạn thì chính là giới hạn chảy. Cùng một loại thép thì nói chung AASHTO quy định ứng suất cho thép nhỏ hơn, có nghĩa là an toàn hơn. Luận văn này nghiên cứu về cách thiết kế kết cấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép của Quy định kỹ thuật của AISC/ASD . Tên đầy đủ là Quy định kỹ thuật để thiết kế nhà thép theo phương pháp ứng suất cho phép và phương pháp thiết kế dẻo (Specification for Structural Steel Buildings-Allowable Stress Design and Plastic Design), (sau đây được gọi ngắn gọn là Tiêu chuẩn AISC). Tiêu chuẩn này do Viện kết cấu thép Mỹ (American Institute of Steel Construction, viết tắt là AISC) biên soạn và xuất bản năm 1989 để sử dụng thiết kế nhà khung thép. Từ năm 1993, một số phương pháp khác được AISC ban hành là phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (Load and Resistance Factor Design). Cả hai phương pháp này hiện được sử dụng song hành, tuỳ theo sự lưa chọn của người thiết kế. Cũng như mọi Tiêu chuẩn khác của Mỹ, Tiêu chuẩn này không có tính bắt buộc mà chỉ mang tính chất thông tin giúp cho người kỹ sư trong công việc của mình. Người sử dụng chịu hoàn toàn trách nhiệm về độ an toàn của công trình khi chọn cách tính theo Quy định này. Tương ứng với mỗi vật liệu, ứng suất cho phép không có giá trị nhất định mà thay đổi theo trạng thái làm việc. Ứng suất cho phép khi chịu kéo là Ft bằng 0,60 Fy (Fy là giới hạn chảy của thép). Ứng suất cho phép khi uốn là Fb bằng 0,6 đến 0,67 của Fy, tuỳ theo loại cấu kiện là đặc chắc hay không đặc chắc. Ứng suất cho phép khi nén bằng Fy nhân với hệ số uốn dọc tuỳ thuộc theo độ mảnh của cấu kiện. Vấn đề phức tạp nhất trong tính toán kết cấu thép là xác định đúng ứng suất cho phép. Sau khi xác định được ứng suất cho phép thì chỉ so sánh nó với ứng suất làm việc tính bằng các công thức thông thường của SBVL. Trong các công thức tính toán, các nội lực gây ra bởi tải trọng làm việc, không có hệ số vượt tải . Điểm rất đặc biệt của Quy định AISC so với tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam là đã phân chia ra các loại cấu kiện có tiết diện đặc chắc, không đặc chắc và tiết diện mảnh. Với tiết diện đặc chắc thì được phép sử dụng hết khả năng cho phép của vật liệu. Quy định AISC chấp nhận việc cong vênh cục bộ của tiết diện, tức là cho phép một số bộ phận của tiết diện không làm việc , bù lại sẽ giảm ứng suất cho phép đi để giữ nguyên độ an toàn. Do đó nhiều quy định cấu tạo về độ mảnh bụng dầm hay cánh dầm, bụng cột hay cánh cột khác xa nhiều so với Tiêu chuẩn của ta. Ví dụ, tỉ số giữa bề cao và bề dày bản bụng của dầm theo TCVN thì tối đa là 100, quá trị số này HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 5 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP thì phải có sườn gia cường; theo AISC thì tỉ số này có thể tới 320 mà không cần sườn. Những quy định như vậy rất có lợi trong việc giảm tổng trọng lượng thép khi thiết kế tạo thuận lợi cho chế tạo tự động hoá. Trong các lĩnh vực riêng, nước Mỹ có các Tiêu chuẩn chuyên ngành. Về kết cấu thép, có các Tiêu chuẩn thông dụng được chấp nhận rộng rãi như sau: Về kết cấu hàn, có Tiêu chuẩn hàn (1996) của AWS American Welding Society; về thiết kế nhà tiền chế, có Chỉ dẫn về thiết kế nhà thép (1996) của MBMA Metal Building Manufacturers Association; về kết cấu thép tạo hình nguội, có sách chỉ dẫn (1989) của AISI American Iron and Steel. Có thể nhận xét rằng các tiêu chuẩn về thiết kế và chế tạo kết cấu thép của Mỹ có nhiều điểm khác so với của Việt Nam, có chỗ khác rất nhiều (như trên đã nói) ví dụ: về tải trọng gió lên công trình, nói chung là gây nội lực nhỏ hơn; về số lượng tổ hợp tải trọng tính toán, giảm hơn so với Tiêu chuẩn Việt Nam; về thiết kế kết cấu, nói chung tổ hợp tải trọng lớn hơn, nhưng cho phép kể cả góc xoay tại nút và ổn định cục bộ vào tính toán kết cấu chịu lực, nên tổng chi phí vật liệu cuối cùng có thể tiết kiệm hơn, cũng có trường hợp lại tốn vật liệu hơn hẳn. Vì vậy khi thiết kế công trình, chỉ nên dùng một hệ thống Tiêu chuẩn, không nên dùng lẫn lộn cả hai, sẽ dẫn đến những kết quả phi lí. 1.2.3. Giới thiệu chung hệ thống tiêu chuẩn Anh BS 5950 Tiêu chuẩn Anh BS 5950 là một bộ tiêu chuẩn lớn, mang tên:”Kết cấu thép sử dụng cho nhà “ ( Structural use of steelwork in building) thực tế là gồm các Tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo, dựng lắp, phòng cháy cho các loại kết cấu thép, được biên soạn bởi Ban kĩ thuật thuộc Ban tiêu chuẩn xây dựng công trình và nhà ( gồm các thành viên Hiệp hội kết cấu thép Anh, Ban đường sắt, Bộ môi trường, Học viện kết cấu thép, Học viện kỹ sư kết cấu, Học viện kỹ sư xây dựng, Học viện kiến trúc sư Hoàng Gia,…) và được phát hành bởi Viện tiêu chuẩn Anh (British Standard Institute) BSI. Đó là bộ tiêu chuẩn quốc gia duy nhất ở nước Anh. Trong các nước Tây Âu, Anh là nước đi sớm nhất về việc dùng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn BS 5950 sử dụng phương pháp này, đã được cải biên thay thế theo các năm. Bản BS có các phiên bản năm 1985, 1990, và 2000. Phiên bản năm 2000 là bản tiêu chuẩn có cơ sở lý luận vững chắc, được hỗ trợ bởi nhiều bảng tính sẵn và tài liệu hướng dẫn kèm theo, là cơ sở chính để các nước Châu Âu biên soạn ra tiêu chuẩn Eurocode về kết cấu thép. Điểm đặc biệt khi tính toán theo tiêu chuẩn BS 5950 là ứng suất cho phép khi tính toán lấy theo cường độ chảy của thép và hệ số độ mảnh ; Khi tính toán có kể đến cả yếu tố mômen và xoắn, được phép giảm ứng suất cho phép đi, tiết diện mảnh thì còn phải giảm ứng suất cho phép đi nhiều nữa. Cũng như tiêu chuẩn AISC, tiêu chuẩn BS 5950 cũng cho phép kể đến biến dạng và ổn định cục bộ vào trong tính toán kết cấu (khác so với tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005), nên sẽ có nhiều trưòng hợp tiết kiệm thép hơn TCXDVN. Trên thế giới, tiêu chuẩn BS 5950 được biết đến và được chấp nhận sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt là trong khối các nước châu Âu (ở châu Á có các nước như Singapore, Thái Lan, Malaysia, Hồng Công.v.v. cũng sử dụng tiêu chuẩn này). Tiêu chuẩn BS 5950:2000 là một bộ tiêu chuẩn lớn, gồm 9 phần được xuất bản riêng rẽ: - Phần 1: Quy định thiết kế kết cấu đơn giản và liên tục ( tiết diện cán nóng). HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 6 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Phần 2: Quy định kỹ thuật đối với vật liệu, chế tạo và dựng lắp (tiết diện cán nóng). - Phần 3: Thiết kế kết cấu hỗn hợp. - Phần 4: Quy định thiết kế sàn với bản sàn thép. - Phần 5: Tiêu chuẩn thiết kế tiết diện tạo hình nguội. - Phần 6: Tiêu chuẩn thiết kế tấm lợp, tấm sàn và tấm tường loại nhẹ. - Phần 7: Tiêu chuẩn kĩ thuật đối với vật liệu và chế tạo ( tiết diênh tạo hình nguội). - Phần 8: Quy định thiết kế chống cháy. - Phần 9: Tiêu chuẩn thiết kế vỏ bọc chịu lực. Mục đích của BS 5950 là xác định tiêu chí chung cho việc thiết kế kết cấu thép nhà và các công trình liên quan, và chỉ dần cho người thiết kế các phương pháp thực hiện tiêu chí này. Phần một, ký hiệu đầy đủ là BS 5950-1:2000, do Uỷ ban Chính sách các Tiêu chuẩn Anh ban hành và có hiệu lực từ 15 tháng 8 năm 2001, thay thế cho tiêu chuẩn cũ BS 5950-1: 1990. Phần 1 áp dụng cho việc thiết kế kết cấu đơn giản và liên tục bằng cấu kiện cán nóng, thực tế là phần lớn các kết cấu nhà được xây dựng hiện tại. BS 5950 không xét thiết kế chịu động đất. Tập tiêu chuẩn BS 5950-1:2000 gồm có 7 chương: Chương 1: Đại cương; Chương 2: Thiết kế theo trạng thái giới hạn; Chương 3: Các tính chất của vật liệu và đặc trưng tiết diện; Chương 4: Thiết kế các cấu kiện; Chương 5: Kết cấu liên tục; Chương 6: Liên kết; Chương 7: Thử nghiệm bằng gia tải. 1.2.4. Giới thiệu chung về hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu. Tiêu chuẩn châu Âu Eurocodes là bộ tiêu chuẩn về kết cấu công trình (Structural Eurocodes) do tiểu ban kỹ thuật CEN/TC250 soạn thảo và được Uỷ ban châu Âu về tiêu chuẩn hoá (Comité Européen de Normalisation – CEN) ban hành để áp dụng chung cho các nước thuộc liên minh Châu âu ( EU). Từ năm 1975, Uỷ ban cộng đồng châu Âu (The European Community) đã quyết định một chương trình hành động trong lĩnh vực xây dựng, trong đó đối tượng của chương trình là loại trừ những rào cản kỹ thuật trong thương mại và tiến tới hài hoà các quy định kỹ thuật. Trong khuôn khổ của chương trình, một loại các quy tắc kỹ thuật trong thiết kế xây dựng đã được hình thành để thay thế cho các quy tắc tiêu chuẩn quốc gia các nước thành viên. Năm 1988 trong khuôn khổ của văn bản định hướng DI 89/106 ngày 01/12/1988 của Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu đưa ra ý tưởng phải xây dựng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng dùng chung cho châu Âu. Tiêu chuẩn châu Âu mang tên EUROCODES là tiêu chuẩn mà các nước châu Âu thống nhất về quan niệm, về định hình kích thước kết cấu nhà cửa và công trình xây dựng liên quan đến vật liệu sử dụng, biện pháp thi công và công tác kiểm tra chất lượng. Việc xây dựng và áp dụng EUROCODES được sự bảo trợ của hội đồng châu Âu (CEE), phù hợp với thị trường xây dựng ở châu lục này. Vào năm 1990, hội đồng châu Âu giao cho ban tiêu chuẩn hoá châu Âu (CEN) soạn thảo EUROCODES và ban hành qui phạm. Ban thư ký soạn thảo nằm tại Anh quốc và có chín tiểu ban soạn thảo chi tiết. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 7 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Toàn bộ EUROCOES được chia thành nhiều phần, công việc được tiến hành trên 57 lĩnh vực. Năm 1993 Ban tiêu chuẩn hoá châu Âu đã tuyển chọn xong các lĩnh vực chủ yếu. Năm 1994 thành lập các ban xây dựng Hồ sơ thuộc các quốc gia (DAN) để tiến hành chuyển dịch những tài liệu theo ngôn ngữ của các nước thành viên. Thời kỳ đầu, Ban tiêu chuẩn hoá châu Âu thoả thuận với hội đồng châu Âu gọi EUROCODES là tiêu chuẩn sơ bộ của châu Âu (ENV). Điều này có nghĩa tiêu chuẩn này mới là tiêu chuẩn thực nghiệm. Những tiêu chuẩn này có giá trị (về lý thuyết) trong ba năm (và thường là kéo dài thêm một thời hạn hai năm nữa). Thời hạn này tạo cơ hội cho Tiêu chuẩn châu Âu xâm nhập trong các dự án xây dựng. Trong thời kỳ này, đồng thời với việc áp dụng tiêu chuẩn châu Âu, các tiêu chuẩn riêng của quốc gia thành viên vẫn có giá trị sử dụng. Hết thời kỳ sơ bộ thì mọi tiêu chuẩn riêng biệt của quốc gia thành viên nào trái với các điều khoản của EUROCODES sẽ không được tuân thủ trong các thành viên của cộng đồng. Tại nước Pháp, khi tiêu chuẩn châu Âu được coi là tiêu chuẩn thực nghiệm thì kèm với từng tiêu chuẩn châu Âu, có một tài liệu chỉ dẫn sử dụng trong quốc gia (DAN). Tài liệu này chỉ rõ điều gì tiêu chuẩn của quốc gia khác với tiêu chuẩn châu Âu trong thời kỳ tiêu chuẩn châu Âu mới là tiêu chuẩn sơ bộ. Những điều sai khác được trình bày dưới ba dạng: Cần có giải thích, cần bổ sung thêm nữa và không có hiệu lực. Tiêu chuẩn mà Pháp công bố là Tiêu chuẩn châu Âu cùng nhất trí và kèm theo tài liệu chỉ dẫn sử dụng trong quốc gia. Thường tài liệu chỉ dẫn sử dụng trong quốc gia được trình bày tách riêng nhưng đính liền với tài liệu EUROCODES. Hệ thống tiêu chuẩn châu Âu về kết cấu công trình xây dựng bao gồm các tiêu chuẩn chính và các tiêu chuẩn khác tham chiếu theo các tiêu chuẩn chính. Các tiêu chuẩn chính bao gồm: - Eurocode 0: Cơ sở thiết kế - Eurocode 1: Các tác động lên kết cấu - Eurocode 2: Thiết kế kết cấu bê tông - Eurocode 3: Thiết kế kết cấu thép - Eurocode 4: Thiết kế kết cấu hỗn hợp thép – bê tông - Eurocode 5: Thiết kế kết cấu gỗ - Eurocode 6: Thiết kế kết cấu khốI xây gạch đá - Eurocode 7: Thiết kế địa kỹ thuật - Eurocode 8: Quan niệm và cách xác định kích thước các kết cấu để chống lại động đất. - Eurocode 9: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm Đặc điểm chung của hệ thống các tiêu chuẩn nói trên là: (1) Mỗi tiêu chuẩn chia thành một số phần, trong đó phần chung nói về các quy định chung, các phần riêng nói về các chuyên đề cụ thể (tổng cộng 58 phần trong bộ tiêu chuẩn Eurocodes); (2) nguyên tắc biên soạn tiêu chuẩn là chỉ nêu những yêu cầu, không quy định cứng nhắc và quá chi tiết (như các tiêu chuẩn của Việt Nam hiện nay), tạo điều kiện cho người sử dụng có thể tiếp cận theo nhiều phương diện khác nhau; (3) Phụ lục quốc gia bao gồm các thông số theo yêu cầu của tiêu chuẩn sẽ do mỗi quốc gia nghiên cứu và lựa chọn. Tiêu chuẩn EN 1990 (những cơ sở thiết kế kết cấu) đưa ra nguyên tắc độ tin cậy, các trường hợp tổ hợp tải trọng và hệ số tổ hợp đối với kết cấu nhà và công trình. Tiêu chuẩn EN 1991 (tác động lên kết cấu) bao gồm : HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 8 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - EN 1991-1-1 : Tải trọng bản thân, hoạt tải, - EN 1991-1-2 : Tác động lên kết cấu tiếp xúc với lửa, - EN 1991-1-3 : Tải trọng tuyến, - EN 1991-1-4 : Tải trọng gió, - EN 1991-1-5 : Tác động của nhiệt, - EN 1991-1-6 : Tác động trong quá trình thi công, - EN 1991-1-7 : Tác động do va đập và nổ, - EN 1991-2 : Tải trọng lưu thông trên cầu), - EN 1991-3 : Tác động của cầu trục và máy móc và - EN 1991-4 : Tác động lên silô và bồn bể. Tiêu chuẩn EN 1992 : Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép bao gồm: - EN 1992-1-1 : Nguyên tắc chung, - EN 1992-1-2 : Thiết kế kết cấu chịu lửa, - EN 1992 – Cầu bê tông cốt thép, - EN 1992-3 : Kết cấu tường cứng và bể chứa chất lỏng. Tiêu chuẩn EN 1993 : Thiết kế kết cấu thép bao gồm: - EN 1993-1-1 : Nguyên tắc chung, - EN 1993-1-2 : kết cấu chịu lửa, - EN 1993-1-3 : Cấu kiện thép tạo hình nguội, - EN 1993-1-4 : Thép không gỉ - EN 1993-1-5 : Cấu kiện tấm, - EN 1993-1-6 : Độ bền và ổn định của kết cấu vỏ, - EN 1993-1-7 : Độ bền và ổn định của kết cấu từ thép tấm chịu tải trọng ngang), - EN 1993-1-8: Thiết kế mối nối. - EN 1993-1-9 : Độ bền mỏi của kết cấu thép, - EN 1993-1-10: Lựa chọn vật liệu có tính bền dai, - EN 1993-1-11 : Thiết kế kết cấu với bộ phận chịu kéo bằng thép, - EN 1993-1-12 : Các nguyên tắc bổ sung cho phép cường độ cao, - EN 1993-2 : Cầu thép, - EN 1993-3 : Tháp, trụ, ống khói, - EN 1993-4 : Silô, bể chứa và đường ống khói), - EN 1993-5 : Cọc và ván cừ), - EN 1993-6 : Kết cấu đỡ cầu trụ), Tiêu chuẩn EN 1994 : Thiết kế kết cấu hỗn hợp thép – bê tông bao gồm: - EN 1994-1-1: Nguyên tắc chung - EN 1994-1-2: Kết cấu chịu lửa - EN 1994-1-3: Cầu Tiểu chuẩn EN 1995 : Thiết kế kết cấu gỗ bao gồm : - EN 1995-1-1: Nguyên tắc chung - EN 1995-1-2: Kết cấu chịu lửa - EN 1995-2 : Một số nội dung bổ sung cho EN 1995-1-1 Tiêu chuẩn EN 1996 : Thiết kế kết cấu gạch đá bao gồm: - EN 1996-1-1 : Nguyên tắc chung, - EN 1996-1-2 : Kết cấu chịu lửa, - EN 1996-2 : Những vấn đề thiết kế, lựa chọn vật liệu và thi công khối xây, - EN 1996-3 : Phương pháp tính toán đơn giản cho khối xây không cốt thép. Tiêu chuẩn EN 1997 : Thiết kế địa kỹ thuật bao gồm: - EN 1997-1: Thiết kế địa kỹ thuật, HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 9 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - EN 1997-2 : Khảo sát và thí nghiệm đất nền, - EN 1997-3 : Thiết kế dựa vào thí niệm hiện trường. Tiêu chuẩn EN 1998 : Thiết kế kết cấu chịu động đất bao gồm: - EN1998-1 : Nguyên tắc chung, - EN 1998 : Cầu, - EN 1998-3 : Đánh giá và sửa chửa nhà, - EN 1998-4 : Silô, bồn bể và đường ống, - EN 1998-5 : Móng, kết cấu tường chắn và vấn đề địa kỹ thuật, - EN 1998-6 : Tháp,trụ và ống khói. Tiêu chuẩn EN 1999 : Thiết kế kết cấu nhôm bao gồm: - EN 1999-1-1 : Nguyên tắc chung - EN 1999-1-2 : Kết cấu chịu lửa, - EN 1999-2 : Mỏi của kết cấu. Theo lộ trình đã được quyết định, đến năm 2010 toàn bộ các nước trong Liên minh châu Âu sẽ áp dụng thống nhất tiêu chuẩn Eurocode trong lĩnh vực thiết kế xây dựng( Anh Quốc áp dụng từ 2007, thay thế toàn bộ tiêu chuẩn mang mã hiệu BS bằng tiêu chuẩn eurocode mang mã hiệu BS EN; Pháp thay thế tiêu chuẩn NF bằng NF EN). Cho đến nay tất cả các nước trong Liên minh châu Âu(EU) đã thống nhất áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Eurocode. Đó là các nước Anh, Áo, Ba Lan, Bỉ, Bồ Đào Nha, Cộng Hoà Séc, Đan Mạch, Đức, Estonia, Litva, Luxembua, Na Uy, Malta, Hà Lan, Hungary, Hy Lạp, Italia, Pháp, Phần Lan, Síp, Slovakia, Tây ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sĩ. Quá trình chuyển dịch và áp dụng ở các nước được thống nhất vào năm 2010, tuy nhiên cho đến nay chưa có nước nào hoàn thành chuyển dịch bộ hệ thống tiêu chuẩn Eurocode, thậm chí cả Anh Quốc và Pháp. Tại Anh Quốc, theo “Chiến lược quốc gia áp dụng Eurocodes” của văn phòng Phó Thủ Tướng Anh, việc nghiên cứu các phục lục quốc gia và chuẩn bị cho việc áp dụng tiêu chuẩn Eurocodes cũng mất hơn 15 năm với kinh phí ước tính lên tới hơn 10 trệu bảng Anh (khoảng 300 tỷ đồng Việt Nam ). Nhiều nước khác trên thế giới cũng đặt biệt quan tâm đến các tiêu chuẩn châu Âu Eurocodes như Nga, Ucraina, Bungari, Nhật Bản, Trung Quốc, Malaysia, Singapore, Việt Nam, các nước trong vùng Caribe,..Vào tháng 11/2006, tại Singapore dã diễn ra Hội nghị quốc tế về việc áp dụng Eurocodes, trong đó có thảo luận nhiều về Eurocode 7 (Thiết kế địa kỹ thuật). Khi áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Eurocodes, ngoài nội dung tiêu chuẩn đã được thống nhất, phần phụ lục Quốc gia (National Annex) kèm theo tiêu chuẩn có vai trò hết sức quan trọng đối với mỗi nước. Trong phụ lục này, các thông số tính toán và thiết kế phải được nghiên cứu và lựa chọn phù hợp với điều kiện tự nhiên, vật liệu và trình độ công nghệ của mỗi nước. Do đó, dây không đơn thuần chỉ là việc dịch thuật mà còn là nhiệm vụ nghiên cứu hết sức phức tạp, khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi sự dầu tư trí tuệ và nguồn lực để hoàn thành các công việc nghiên cứu, chuyển dịch, phổ biến và áp dụng Eurocodes ở mỗi nước. Ngoài những tiêu chuẩn chủ yếu về kết cấu xây dựng nói trên, có hơn 100 tiêu chuẩn châu Âu khác về vật thí liệu, thí nghiệm, thi công, quản lý chất lượng cũng được tham chiếu theo các tiêu chuẩn Eurocodes. Có thể nêu ra đây một số tiêu chuẩn : EN 197 (Xi măng; gồm 4 phần cho việc đánh giá phù hợp chất lượng); EN 196 ( Các phương pháp thí nghiệm xi măng; gồm 21 phần); EN 10080 (Thép làm cốt cho bê tông); EN 206-1( Bê tông. Điều kiện kỹ thuật, tính năng, sản xuất và sự phù hợp ); EN HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 10 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 12620 (Cốt liệu cho bê tông); EN 933 (Thí nghiệm các tính chất chung của cốt liệu ); EN 12350 (Thí nghiệm bê tông tươi; gồm 7 phần); EN 10025 ( Sản phẩm thép cấu cán nóng, gồm 6 phần); EN 1090 (Thi công kết cấu thép); EN 1536 (Thi công địa kỹ thuật đặc biệt. Cọc khoan nhồi ); EN 1538 ( Thi công địa kỹ thuật đặc biệt. Tường trong đất ( Diaphragm); ENISO 22476 ( Khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật); EN 473 ( Thí nghiệm không phá hoại. Phân loại và cấp chứng chỉ cho người thí nghiệm NDT. Nguyên tắc chung); …. Theo kế hoạch, ở nước ta một số tiêu chuẩn Eurocodes đang được Bộ xây dựng cho nghiên cứu và chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam. Phương pháp chung để chuyển dịch là: chấp nhận và chuyển dịch nguyên văn toàn bộ nội dung của tiêu chuẩn ( theo nguyên tắc chung đã được các nước châu Âu chấp thuận); nghiên cứu và đưa ra các thông số để thành lập các Phụ lục Quốc gia, trong đó có việc soát xét lại các TCVN hoặc TCXDVN đã ban hành (một số tiêu chuẩn Việt Nam đã chuyển dịch từ tiêu chuẩn ISO, tương thích với các tiêu chuẩn được trích dẫn trong Eurocodes). 1.3. Mục tiêu và nội dung của đề tài Xuất phát từ yêu cầu xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam theo hướng đổi mới, hội nhập; và từ yêu cầu thực tế thiết kế gặp nhiều khó khăn khi chưa hiểu rõ các tiêu chuẩn nước ngoài nên áp dụng chúng một cách máy móc, thiếu tính đồng bộ, thống nhất. Do đó đề tài này nhằm khảo sát phân tích về quan niệm, về phương pháp xác định tải trọng, về sử dụng vật liệu, và khảo sát phương pháp tính toán cấu kiện của các tiêu chuẩn: TCXDVN 338:2005; Tiêu chuẩn Mỹ AISC/ASD, AISC/LRFD, Anh BS5950 : part 1:2000 và Châu Âu EN 1993 – 1- 1: 2005 và ứng dụng vào tính toán cụ thể. Trên cơ sở đó, rút ra kiến nghị cách sử dụng một số tiêu chuẩn nước ngoài vào điều kiện Việt Nam như thế nào là hợp lý và đồng bộ. Việc làm này cũng giúp người thiết kế hiểu và áp dụng đúng trong tính toán thiết kế, phù hợp với yêu cầu cụ thể của công trình. Do điều kiện thời gian và khuôn khổ giới hạn, Luận văn chỉ nghiên cứu chủ yếu về cấu kiện tiết diện chữ I chịu nén lệch tâm và nén uốn. Nội dung bao gồm: Chương 1 Phần mở đầu Chương 2. Các cơ sở thiết kế kết cấu thép Chương 3. Cấu kiện chịu nén (đúng tâm và lệch tâm) Chương 4. Một số ví dụ tính toán so sánh, áp dụng Chương 5. Kết luận và kiến nghị HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Chương II – CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 2.1. Nguyên tắcchung dùng trong thiết kế 2.1.1.Các nguyên tắc cơ bản thiết kế theo TCXDVN 338:2005 a. Trạng thái giới hạn theo TCXDVN 338:2005 Tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 sử dụng phương pháp tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt quá thì kết cấu không còn thoả mãn các yêu cầu sử dụng hoặc dựng lắp. Các trạng thái giới hạn gồm: Trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực (KNCL) là trạng thái mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực, sẽ bị sụp đổ hoặc hư hỏng, làm nguy hại đến sự an toàn của con người, của thiết bị. Đó là các trường hợp: Kết cấu không đủ độ bền (phá hoại bền), hoặc kết cấu bị mất ổn định, hoặc kết cấu bị phá hoại dòn, hoặc vật liệu kết cấu bị chảy dẻo. Trạng thái giới hạn về sử dụng (GHSD) là trạng thái mà kết cấu không còn sử dụng bình thường được nữa do bị biến dạng quá lớn hoặc do hư hỏng cục bộ. Các trạng thái giới hạn này gồm: trạng thái giới hạn về độ võng và biến dạng làm ảnh hưởng đến sử dụng bình thường của thiết bị máy móc, của con người hoặc làm hỏng sự hoàn thiện của kết cấu, sự rung động quá mức, sự han gỉ quá mức. b. Hệ số tin cậy theo TCXDVN 338:2005 Khi tính toán kết cấu sử dụng các hệ số tin cậy như sau: - Hệ số độ tin cậy về cường độ vật liệu M (xem mục 2.3.1). - Hệ số độ tin cậy về tải trọng Q. Khi tính toán theo giới hạn về KNCL, sử dụng tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số Q (gọi là hệ số vượt tải hoặc hệ số tin cậy tải trọng). Khi tính toán theo trạng thái giới hạn về sử dụng và tính toán về mỏi thì dùng tải trọng tiêu chuẩn. - Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu (ĐKLV) C. Khi kiểm tra KNCL của các kết cấu thuộc những trường hợp nêu trong bảng 3 TCXDVN 338:2005, cường độ tính toán của thép và của liên kết phải được nhân với hệ số ĐKLV để kể đến sự làm việc bất lợi của kết cấu so với bình thường. 2.1.2. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo Tiêu chuẩn Mỹ AISC/ASD Theo Tiêu chuẩn AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (cũng còn gọi là thiết kế theo ứng suất làm việc). Cơ sở của phương pháp này là như sau: Mọi cấu kiện, và các liên kết phải được chọn kích thước sao cho ứng suất gây bởi tải trọng làm việc không vượt quá ứng suất cho phép đã quy định trước. Tiêu chuẩn ấn định giá trị ứng suất cho phép để có một độ an toàn trước khi đạt tới một ứng suất giới hạn không vượt quá, như là ứng suất chảy tối thiểu của thép, hoặc ứng suất oằn (vì tại các ứng suất này thì xảy ra phá hoại). Ứng suất cho phép lấy bằng ứng suất giới hạn ( như giới hạn chảy Fy hoặc ứng suất tới hạn Fcr), chia cho hệ số an toàn FS (factor of safety). Hệ số an toàn đảm bảo một lượng dự trữ về khả năng chịu lực cho kết cấu. Cần có dự trữ khả năng chịu lực để xét đến khả năng quá tải (tải trọng vượt quá tải trọng dự kiến khi sử dụng bình thường còn gọi là tải trọng làm việc) và khả HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 12 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP năng chịu lực bị hạ thấp do kích thước thép bị thiếu hụt hoặc do cường độ của thép sử dụng trong kết cấu thực tế có thể thấp hơn giá trị tối thiểu đã quy định. Để xác định hệ số an toàn FS, cần xét đến nhiều yếu tố. Đương nhiên là độ bền tối thiểu phải lớn hơn ứng suất gây bởi tải trọng lớn nhất một lượng nào đó. Giả thiết ứng suất thực tế (hoặc tải trọng thực tế, cũng vậy) vượt quá ứng suất thiết kế S ( hoặc là tải trọng sử dụng ) một lượng S, và độ bền thực tế là nhỏ hơn độ bền danh nghĩa R một lượng R. Kết cấu muốn an toàn thì ít nhất phải có: R R S S hoặc R(1 R ) S (1 S ) R S (2.1) Hệ số an toàn chính là tỷ số của cường độ độ bền danh nghĩa trên ứng suất thiết kế (Ứng suất làm việc) FS R 1 S / S S 1 S / R (2.2) Phương trình này cho thấy ảnh hưởng của việc quá tải S/S và việc chịu lực kém R/R, chứ chưa xét các yếu tố khác. Nếu giả thiết rằng sự quá tải ngẫu nhiên S/S có thể lớn hơn giá trị danh nghĩa 40% và giả thiết sự chịu lực kém R/R có thể nhỏ hơn giá trị danh nghĩa 15% sẽ có hệ số an toàn: FS R 1 0, 4 1, 65 S 1 0,15 (2.3) Tiêu chuẩn AISC dùng FS = 1,67 là giá trị cơ bản của thiết kế theo ứng suất cho phép, ứng suất cho phép là ứng suất giới hạn chia cho hệ số an toàn FS, tức là Fy/1,67 = 0,67Fy (dùng cho dầm và cấu kiện chịu kéo). Với các trường hợp khác (cột, liên kết, v.v.) thì dùng các giá trị FS khác. Điều A5.2. của Tiêu chuẩn AISC có một quy định quan trọng sau: ứng suất cho phép có thể được tăng thêm 1/3 so với giá trị thông thường nếu trong tổ hợp tải trọng tính toán có tải trọng gió (hoặc động đất). 2.1.3. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo Tiêu chuẩn Anh BS5950:PART 1:2000 a. Thiết kế theo trạng thái giới hạn BS 5950 áp dụng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn. Theo phương pháp này, một số tiêu chí được chọn ra để đánh giá việc thực hiện công năng của kết cấu và được kiểm tra xem có thoả mãn không. Các tiêu chí được chia ra làm hai nhóm là nhóm trạng thái cực hạn (phá huỷ) và nhóm trạng thái sử dụng. Sự phân chia này, qui định theo bảng II.1 sau đây: Bảng II.1 – Các trạng nhóm thái giới hạn theo BS 5950 Trạng thái giới hạn về phá huỷ Trạng thái giới hạn về sử dụng - Độ bền chịu lực ( bị phá hoại, bị oằn, bị - Độ võng; chảy dẻo); - Sự rung; - Ổn định lật đổ; - Độ lâu bền, sự ăn mòn. - Phá hoại về mỏi; - Phá hoại về giòn. b. Hệ số an toàn HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 13 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Hệ số an toàn được dùng trong thiết kế để xét đến các sự biến động của tải trọng, của vật liệu v.v…, mà sự biến động này không thể đánh giá một cách chính xác được. Hệ số an toàn phải bao quát được các vấn đề: - Do biến động của tải trọng; - Các tổ hợp có thể có của tải trọng (hoặc do cách tác dụng của tải trọng); - Ảnh hưởng của phương pháp thiết kế; - Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo, lắp dựng; - Do biến động của vật liệu; Hệ số an toàn có thể áp dụng vào toàn bộ một thiết kế (gọi là hệ số an toàn chung) hoặc vào nhiều mục của thiết kế (gọi là hệ số an toàn bộ phận). Phương pháp ứng suất cho phép chỉ dùng một hệ số an toàn chung duy nhất, còn phương pháp trạng thái giới hạn thì dùng nhiều hệ số an toàn bộ phận. Đây là hệ số an toàn thông dụng nhất trong thiết kế kết cấu thép: 1)Hệ số an toàn tải trọng . Hệ số này được nhân với tải trọng tiêu chuẩn (tải trọng danh nghĩa) để thành tải trọng tính toán (tải trọng đã gia tăng). Hệ số f xét sự biến động về giá trị của tải trọng, các tổ hợp tải trọng và xét cả phương pháp thiết kế . Nó được viết thành tích số của các hệ số. f = 11 . 12 . ps . pm = 1 . p (2.4) Trong đó : - 11 xét sự sai khác cỏ thể có của tải trọng so với giá trị quy định; - 12 xét xác suất xuất hiện đồng thời nhiều tải trọng với giá trị lớn nhất quy định; tích hai hệ số này 1 gọi là hệ số tải trọng; - ps xét đến sự sai khác của kết cấu so với mô hình tính toán; - pm xét đến sự sai khác của vật liệu kết cấu với giả thiết vật liệu dùng trong tính toán. Tích của hai hệ sô này p được gọi là hệ số kết cấu. Các giá trị của được cho trong Bảng II.2 dưới đây (trích từ bảng 2, BS 5950). STT 1 2 3 4 5 Bảng II.2 - Hệ số an toàn tải trọng Các trường hợp tải trọng Tải trọng tĩnh Tải trọng tĩnh chống lực bốc lên hay lật đổ Hoạt tải (còn gọi là tải trọng áp đặt ) Tải trọng gió Tải trọng kết 1+3+4 (đồng thời) Hệ số an toàn 1,4 1,0 1,6 1,4 1,2 2)Hệ số an toàn cường độ vật liệu m. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Hệ số này được lấy bằng 1,0. Lấy m =1 không có nghĩa là không có dự trữ an toàn cho độ bền vật liệu, mà thực ra dự trữ này đã được xét khi quy định cường độ tính toán của vật liệu. Quả vậy, hệ số này có thể viết thành : m = m1 x m2 (2.5) Trong đó : m1 ,m2 là hệ số an toàn bộ phận của vật liệu, xét sự biến động của tính chất vật liệu và cả phương pháp chế tạo và dựng lắp. Giá trị của các hệ số này được đưa vào giá trị của cường độ tính toán của thép Py (được xét tại mục 2.3.3 dưới đây). 2.1.4. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005 a. Thiết kế theo trạng thái giới hạn EN 1993 – 1- 1:2005 quy định tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn. Kết cấu được thiết kế sao cho không vượt quá trạng thái giới hạn của nó. Các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực (trạng thái giới hạn thứ nhất) là các trạng thái kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực, sẽ bị phá hoại, sụp đổ hoặc hư hỏng do biến dạng quá lớn hoặc do hư hỏng cục bộ làm nguy hại đến sự an toàn của con người, của công trình; Trạng thái giới hạn về độ võng và biến dạng gồm: 1- Do sự rung động quá mức, sự han gỉ quá mức dẫn đến việc hạn chế sử dụng công trình.; 2 - Làm hỏng sự hoàn thiện của kết cấu; 3 - Làm ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường của thiết bị máy móc, của con người. b. Hệ số tin cậy Theo Eurocode3 khi tính toán kết cấu thép sử dụng hệ số tin cậy sau: - f , Sd : Hệ số an toàn về tải trọng; - f xét sự sai khác có thể có của tải trọng thực tế so với giá trị quy định; - Sd xét đến sự sai khác của kết cấu thực tế so với mô hình dùng trong tính toán; F = f . Sd (2.6) - m , Rd : Hệ số an toàn vật liệu. Xét đến sự biến động của tính chất vật liệu và sức chịu của kết cấu khi vật liệu của kết cấu thực sai khác với vật liệu của mô hình tính toán. M = m . Rd (2.7) Các hệ số độ tin cậy của vật liệu và tải trọng được lấy theo quy định của tiêu chuẩn từ EN 1992 đến EN 1999. 2.1.5. Nhận xét chung về các phương pháp thiết kế a. Về phương pháp thiết kế: Cả ba tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, BS5950:Part 1:2000 và Eurocode 3 đều quy định thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn (bao gồm trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực và trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng). Anh là một trong những nước đầu tiên ở châu Âu áp dụng phương pháp thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn BS năm 1964 còn áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép, đến phiên bản BS 5950 thứ nhất năm 1985 đã chuyển HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 15 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP sang thiết kế trạng thái giới hạn. Liên xô từ năm 1955 đã sử dụng phương pháp này và Việt Nam đã sử dụng từ năm 1962. Về ý tưởng chung, các phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của các nước đều tương đồng, tuy cách thể hiện và nội dung cụ thể có đôi chỗ khác nhau. BS chọn ra một số tiêu chí lớn để đánh giá việc thực hiện công năng của kết cấu và kiểm tra các tiêu chí đó xem có thoả mãn không. TCVN gọi trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu không thể thoả mãn những yêu cầu đặt ra đối với công trình khi sử dụng, và chia các trạng thái giới hạn ra thành hai nhóm: nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất và nhóm trạng thái giới hạn thứ hai. Thực chất, không có sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép. Cơ sở của phương pháp này là: Mọi cấu kiện và các liên kết phải được chọn kích thước sao cho ứng suất gây bởi tải trọng làm việc không vượt quá ứng suất cho phép đã quy định trước. Tiêu chuẩn ấn định giá trị ứng suất cho phép để có một độ an toàn trước khi đạt tới một ứng suất giới hạn không được vượt qua như là ứng suất chảy tối thiểu của thép, hoặc ứng suất oằn vì tại các ứng suất này thì xảy ra phá hoại. Từ năm 1993, một phương pháp khác được AISC ban hành là phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (Load and Resistance Factor Design). Cả hai phương pháp này được sử dụng song hành, tuỳ theo sự lựa chọn của người thiết kế. b. Về hệ số an toàn Các tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, BS 5950, Eurocode3 đều sử dụng hệ số độ tin cậy về tải trọng và hệ số an toàn về vật liệu. Còn Tiêu chuẩn Mỹ AISC/ASD sử dụng một hệ số an toàn chung duy nhất FS (factor of safety ).Ứng suất cho phép lấy bằng ứng suất giới hạn (như giới hạn chảy Fy hoặc ứng suất giới hạn Fcr ),chia cho một hệ số an toàn FS (factor of safety). Hệ số an toàn đảm bảo một lượng dự trữ về khả năng chịu lực cho kết cấu và cấu kiện. Cần có dự trữ khả năng chịu lực để xét đến khả năng quá tải ( tải trọng vượt quá tải trọng dự kiến khi sử dụng bình thường) và khả năng chịu lực kém do kích thước tiết diện bị thiếu hụt hoặc do cường độ của thép sử dụng thực tế có thể thấp hơn giá trị tối thiểu đã quy định. Một đặc điểm của phương pháp trạng thái giới hạn là có nhiều hệ số an toàn (HSAT) bộ phận thay vì một HSAT duy nhất như của phương pháp ứng suất cho phép. Mỗi hệ số an toàn bộ phận lại có thể là tích của nhiều HSAT bộ phận khác. BS sử dụng hệ số an toàn như: HSAT về tải trọng f xét đến sự biến động của tải trọng. Trong TCXDVN, HSAT về tải trọng được gọi là hệ số tin cậy về tải trọng Q hay còn gọi là hệ số vượt tải. Hệ số này không bao gồm hệ số tổ hợp tải trọng. HSAT tải trọng của BS lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam, ví dụ tĩnh tải là 1,4 so với 1,1; hoạt tải là 1,2 hoặc 1,3; gió là 1,4 so với 1,2. Hệ số an toàn về tải trọng theo tiêu chuẩn Eurocode thì với tải trọng thường xuyên (trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng thường xuyên sử dụng …) là 1,0 đến 1,35; với tải trọng thay đổi theo thời gian ( tải trọng gió, tải trọng tuyết …) là 1,5; Hệ số an toàn về cường độ vật liệu m được lấy bằng 1, do lượng an toàn dự trữ đã được xét khi quy định cường độ tính toán của vật liệu. HSAT về vật liệu M theo TCXDVN được lấy từ 1,05 hoặc 1,10 tùy loại thép. Tiêu chuẩn Việt Nam còn có các hệ số an toàn nữa là hệ sô điều kiện làm việc của kết cấu c, hệ số an toàn về chức năng công trình, mà BS không có. Nếu tính tổng hợp các hệ số an toàn thì HSAT theo TCXDVN nhỏ hơn theo BS. Có nghĩa là với cùng một loại vật liệu thép và cùng một tải trọng danh nghĩa phải HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP chịu thì kết cấu tính toán theo TCXDVN cần ít vật liệu hơn, tức là tiết kiệm hơn so với tính toán theo BS. Hoặc nói theo cách khác, tính toán theo BS thì độ an toàn lớn hơn. 2.2.Tải trọng kế sử dụng trong thiết kế 2.2.1.Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam Tải trọng dùng trọng thiết kế được lấy theo TCVN 2737:1995 hoặc tiêu chuẩn thay thế tiêu chuẩn trên (nếu có). Khi tính kết cấu theo các tới hạn về khả năng chịu lực thì dùng tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy về tải trọng Q. Khi tính kết cấu theo trạng thái tới hạn về sử dụng và tính toán về mỏi thì dùng trị số của tải trọng tiêu chuẩn. Các trường hợp tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời (dài hạn, ngắn hạn và đặt biệt ) tuỳ theo thời gian tác dụng của chúng: Tải trọng và tác động thường xuyên bao gồm : Trọng lượng bản thân của kết cấu chịu lực, trọng lượng của một bộ phận nhà hoặc công trình được đỡ bằng các kết cấu chịu lực, trọng lượng và áp lực của đất, tác dụng của ứng suất trước, ứng lực tạo ra do việc khai thác mỏ. Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có: trọng lượng vách ngăn tạm thời, trọng lượng phần đất và bê tông đệm dưới thiết bị, trọng lượng của máy móc và thiết bị cố định, trọng lượng của chất lỏng và các vật liệu rời trong các thùng chứa, tải trọng lên sàn của các nhà kho, trọng lượng của sách trong thư viện, tác dụng dài hạn do nhiệt độ của các thiết bị, trọng lượng của các lớp bụi sản xuất bám vào kết cấu, trọng lượng của nước trên mái có cách nhiệt bằng nước, ứng lực trước trong các kết cấu ứng suất trước … Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có : trọng lượng người, vật liệu sữa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sữa chữa thiết bị; tác dụng của cầu trục; tác dụng của gió, trọng lượng của người, đồ đạc… Tải trọng đặc biệt gồm có: tác động của động đất, của vụ nổ lên công trình, tải trọng do vi phạm quá trình công nghệ, do thiết bị trục trặc, hư hỏng tạm thời, tác động của biến dạng nền gây ra do thay đổi cấu trúc đất nền, tác động do biến dạng của mặt đất ở vùng có nứt đất, do ảnh hưởng của việc khai thác mỏ và do hiện tượng caxtơ. Các hệ số vượt tải là nhằm kể đến sự xê dịch sai khác của trị số tải trọng hoặc kể đến sự vượt quá điều kiện sử dụng bình thường của kết cấu. Tác dụng đồng thời của một số tải trọng đạt giá trị cực đại thường ít xảy ra. Vì vậy ở các tổ hợp tải trọng cần phân biệt tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt để nhân các hệ số này tương ứng với xác xuất xảy ra của chúng. Tổ hợp cơ bản bao gồm tất cả các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn gây bất lợi cho kết cấu hoặc bộ phận kết cấu. Các tổ hợp tải trọng tính toán được biểu diễn bằng công thức sau: CBI : ngG + npiPi và CBII : ngG + 0,9 npiPi (2.6) Trong đó : G – tĩnh tải (hoặc tải trọng thường xuyên) với ng - hệ số vượt tải của tĩnh tải G Pi Hoạt tải thứ i với npi - hệ số vượt tải tương ứng với hoạt tải Pi HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 17 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm tất cả tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải trọng đặc biệt. Tổ hợp tải trọng đặc biệt có một tải trọng tạm thời thì giá trị của tải trọng tạm thời được lấy toàn bộ. Khi tổ hợp tải trọng đặc biệt có hai tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tải trọng đặc biệt được lấy không giảm, giá trị tính toán của các tải trọng tạm thời (hoặc nội lực tương ứng của chúng) được nhân với hệ số tổ hợp 1 = 0,95 với tải trọng tạm thời dài hạn và 2 = 0,8 với tải trọng tạm thời ngắn hạn (trừ những trường hợp ngoại lệ đã được nêu trong tiêu chuẩn động đất). 2.2.2. Tải trọng thiết kế theo Tiêu chuẩn Mỹ Mỹ có nhiều tiêu chuẩn tải trọng do các cơ quan khác nhau biên soạn. Đáng kể nhất và thông dụng nhất có các tiêu chuẩn sau: UBC Uniform Building Code do Hội nghị Quốc tế ngành xây dựng soạn, dùng nhiều trong các Bang miền Tây; SSBC Southern Standard buiding Code, bởi Đại hội Tiêu chuẩn xây dựng phía Nam dùng tại các bang miền Nam; BOCA National Building Code bởi Hội các nhà quản trị Tiêu chuẩn xây dựng quốc tế, dùng ở các bang Đông và Bắc. Ngoài ra còn có Tiêu chuẩn của Hội kĩ sư xây dựng Hoa kì ASCE - American Society of Civil Engineers). Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa kì ANSI . . . là những tổ chức soạn thảo và ban hành tiêu chuẩn xây dựng. Theo AISC/ASD, tải trọng danh nghĩa và tổ hợp tải trọng sẽ được quy định bởi tiêu chuẩn được áp dụng, tương ứng với những kết cấu được thiết kế hoặc yêu cầu bởi các điều kiện kèm theo. Trong trường hợp không nêu tiêu chuẩn áp dụng cụ thể, tải trọng và tổ hợp tải trọng được lấy theo tiêu chuẩn quốc gia - Minimum Design Load for Buildings and Other Structures, ASNI A58.1-1982 hoặc ASCE7 (American Society of Civil Engineers). Nội dung cơ bản của tải trọng theo ASNI A58.1-1982 chia tải trọng tác dụng lên nhà và công trình được chia thành các loại sau: 1) Tĩnh tải (Dead load): Tải trọng có giá trị không đổi, vị trí cố định và tác dụng trong suốt thời gian tồn tại của công trình. Bao gồm các tải trọng sau đây: Trọng lượng bản thân kết cấu và các bộ phận của nhà và công trình (tường ngăn và bao che, trần, các lớp hoàn thiện, các thiết bị vệ sinh, các hệ thống đường ống và đường dây kỹ thuật trong công trình, .v.v.). 2) Hoạt tải (Live load): Là tải trọng tác dụng lên một phần hoặc toàn bộ kết cấu; Giá trị và sự phân bố của chúng trên kết cấu có thể thay đổi theo thời gian; Cường độ tối đa của tải trọng không được biết chính xác trong suốt thời gian tồn tại công trình. Tải trọng thiết kế tối thiểu dùng cho kết cấu nhà và công trình khác (xem Bảng II.3). Ngoài tải trọng phân bố đều, tiêu chuẩn Mỹ còn quy định các tải trọng tập trung trên sàn [mục 4.3, ANSI A 58.1-1982] cần phải xét đến trong thiết kế, nếu tải trọng này gây nguy hiểm hơn so với tải trọng phân bố đều (xem Bảng II.4). Tải trọng tập trung được tính bằng đơn vị lb (pound) (hoặc kG) trên diện tích tập trung 2,5ft x 2,5ft = 6,25 ft2 = 0,6 m2. Bảng II.3 - Hoạt tải phân bố đều theo ASNI A58.1-1982 Các trường hợp Nhà ở căn hộ: - Phòng ngủ và hành lang phục vụ - Phòng sinh hoạt chung và hành lang Ban công, hành lang, phòng nhảy, phòng thể dục, cầu thang HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Psf 40 100 100 kG/m2 200 500 500 18 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP & lối thoát hiểm Trường học: - Phòng lớp học - Hành lang Nhà văn phòng: - Văn phòng - Sảnh và hành lang tầng 1 - Hành lang các tầng trên - Phòng để thiết bị văn phòng Bệnh viện: - Phòng mổ, phòng thí nghiệm - Các phòng bện nhân - Hành lang Cửa hàng: - Cửa hàng tầng 1 - Cửa hàng các tầng trên - Cửa hàng buôn bán các loại Thư viện: - Phòng đọc - Kho sách - Hành lang các tầng Nhà máy: - Nhẹ - Nặng Kho: - Nhẹ - Nặng Đường xe chạy, đường đi bộ Sân vận động và chỗ ngồi khán đài Phòng máy điều hoà không khí Phòng nồi hơi Kho lạnh Thiết bị máy tính Buồng kỹ thuật thang máy Phòng quạt Bếp nấu ăn trong nhà bếp công cộng Các phòng thí nghiệm khoa học Các phòng vệ sinh công cộng Phòng để máy biến thế Tổng đài điện thoại 40 80 50 100 80 100 60 40 80 100 75 125 60 150 80 75 125 125 250 250 100 200 300 250 150 150 150 150 100 60 200 150 200 400 250 500 400 500 300 200 400 500 350 600 300 750 400 375 600 600 1200 1200 500 1000 1500 1250 750 750 750 750 500 300 1000 700 Bảng II.4 - Tải trọng tập trung theo ASNI A58.1-1982 Vị trí đặt tải trọng Buồng thang máy (trên diện tích 0,01 m2) Sàn nhà văn phòng Bậc cầu thang Đường đi bộ Gara xe khách đến 9 chỗ ngồi Gara xe buýt chở khách, lực trên một bánh xe Lb 300 2000 300 8000 2000 1500 kG 130 900 130 3600 900 700
(2.7) 19 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Trong đó: P - áp lực gió thiết kế tại chiều cao z, psf (hoặc kG/m2); Ce - Hệ số tổng hợp các yếu tố chiều cao, địa hình và xung của gió; (xem Bảng II.6) Cq - hệ số áp lực ; (xem Bảng II.5) qs – áp lực gió tại chiều cao 10 m (33ft), trên vùng đất có diện tích thuộc loại địa hình C psf (kG/cm2); (xem Bảng II.7) I - hệ số tầm quan trọng của công trình; (xem Bảng II.8) - Hệ số tổng hợp Ce có liên quan đến dạng địa hình theo phân loại của Tiêu chuẩn xây dựng thống nhất của Mỹ [mục 2.3.1.2, phần V, UBC]: + Địa hình B: các vùng có nhà cửa, rừng cây cao trên 6 m (20ft) với mật độ chiếm ít nhất bằng 20% khu vực mở rộng ra cách công trình ít nhất là 1,6 km. + Địa hình C: địa hình bằng phẳng, trống trải, mở rộng ra cách công trình ít nhất là 0,8 km. + Địa hình D: địa hình thường xuyên chịu ảnh hưởng của gió với tốc độ trên 130km/h, nhà hướng về phía vùng mặt nước với chiều rộng trên 1,6 km, vùng đất liền cách bờ biển 400 m hoặc cách bờ biển một khoảng bằng 10 lần chiều cao công trình. - Khi tính toán tải trọng lên ngôi nhà theo TCVN 2737-95, ngôi nhà được coi như 1 hộp đóng kín, nên chỉ có áp lực thể hiện qua hệ số khí động c bên ngoài nhà. Tiêu chuẩn của các nước Mỹ, Anh, Châu Âu đều xét đến áp lực trong nghĩa là xét đến gió có thể lọt vào nhà qua cửa không đóng hết, thậm chí qua khe tường, khe mái dù cửa đóng hết để gây áp lực bên trong. Hệ số, sự thấm lọt bên trong có thể là đẩy, có thể là hút, không thể khẳng định được. Lực này thể hiện bằng hệ số khí động Ci có dấu +/- với giá trị tuyệt đối là 0,2 (Anh, Mỹ) đến 0,3 (Anh, Úc). Khi thiết kế phải dùng hệ số tổng hợp là C = Ce + Ci , và chọn giá trị Ci sao cho nguy hiểm nhất. Bảng II.5 - Hệ số áp lực Cq Kết cấu 1. Hệ khung 2. Các bộ phận không nằm trong vùng không liên tục (góc, nóc, mái, Mô tả Tường: - Tường đón gió - Tường phía hút gió (1) Mái, gió thổi vuông góc với mái nhà +Mái phía hút gió, mái bằng + Mái phía đón gió Độ dốc mái i 40 ≤ 40 Tiết diện I hoặc H tổ hợp hàn > 40 Trục uốn x-x y-y a) a) c) c) a) b) b) c) b) c) c) d) b) c) b) d) Tiết diện L, C và T cán nóng Bất kỳ trục: c) - Ghi chú 1: Với bề dày giữa 40 mm và 50 mm giá trị của pc có thể lấy trung bình giữa giá trị của bề dày đến 40 mm và hơn 40 mm theo giá trị py phù hợp. Giá trị pc từ đường cong uốn chính xác có thể xác định theo công thức: pc pE p y Trong đó: p ( 1) pE y 2 (3.58) 2 pE p y ; pE 2E 2 a( o ) 2E : Hệ số Perry = nhưng ≥ 0 ; o 0, 2 1000 py HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 66 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP a: Hằng số Robertson xác định như sau: - Đường cong (a): a = 2,0; - Đường cong (b): a = 3,5; - Đường cong (c): a = 5,5; - Đường cong (d): a = 8,0; 3.3.4. Khả năng chịu ổn định do oằn bên kèm xoắn Khả năng chịu ổn định do oằn bên kèm xoắn không cần kiểm tra một cách riêng biệt (khi đó mô men chịu oằn Mb có thể lấy bằng với mô men chịu uốn thích hợp Mc) trong những trường hợp sau: - Chịu uốn về phương trục vuông góc trục chính của tiết diện. - Tiết diện I, H và C hoặc hộp, nếu LT không vượt quá LO (xem Bảng III.13) Bảng III.13 – Giá trị của LO đối với thép hình cán nóng và tổ hợp hàn S275 LO S355 S460 235 245 255 265 275 315 325 335 345 355 400 410 430 440 460 37,1 36,3 35,6 35,0 34,3 32,1 31,6 31,1 30,6 30,2 28,4 28,1 27,4 27,1 26,5 Đối với tiết diện I, H và C cánh đều nhau phải thoả mãn các điều kiện: Mx Mb và Mx ≤ Mcx mLT (3.59) Trong đó: - Mb: Khả năng mô men chịu oằn của tiết diện. - Mcx: Khả năng mô men đối với trục chính x-x của tiết diện. - Mx: Là mô men lớn nhất đối với trục chính của cấu kiện. - mLT: Là hệ số mô men tương đương khi oằn do oằn bên kèm xoắn. 3.3.4.1. Khả năng mô men chịu oằn Mb của tiết diện Đối với tiết diện I, H và C cán nóng với cánh đều: - Với tiết diện ngang loại 1 (dẻo) và loại 2 (đặc chắc): (3.60) M b pb S x - Với tiết diện ngang loại 3 (nửa đặc chắc): M b pb Z x và M b pb S x ,eff (3.61) - Với tiết diện ngang loại 4 (mảnh): M b pb Z x ,eff (3.62) 3.3.4.2. Cường độ chịu uốn pb: Nếu độ mảnh tương đương LT xác định theo 3.3.4.3 không lớn hơn độ mảnh giới hạn LO ( theo Bảng III.13) với cùng cường độ thiết kế py, lúc đó lấy pb như là py và không cần kiểm tra trường hợp oằn do oằn bên kèm xoắn. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 67 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Ngược lại cường độ uốn pb tính toán theo công thức (3.58) sử dụng LT và py. pb pE p y (3.63) 2 LT LT pE p y Trong đó: - LT p y ( LT 1) pE 2 ; pE 2E 2 LT - Tiết diện cán nóng: LT: Hệ số Perry = aLT (LT - LO) / 1000 nhưng LT ≥ 0. - Tiết diện hàn: Nếu LT ≤ LO LT = 0 Nếu LO < LT < 2LO LT 2aLT (LT LO ) 1000 Nếu 2LO ≤ LT ≤ 3LO LT 2aLT LO 1000 Nếu LT > 3LO - aLT = 7 ; LO 0, 4 2E py 3.3.4.3. Độ mảnh tương đương LT khi tính toán ổn định do oằn bên kèm xoắn: a) Đối với cấu kiện tiết diện I và H, độ mảnh tương đương LT tính như sau: LT = u w0.5 (3.64) Trong đó: - LE ; Độ mảnh đối với trục yếu. ry - 1 (1 0, 05( )2 )0,25 x Với tiết diện I và H cán nóng: 4S 2 A - u( 2 )0,25 ; x 0,566( D T / 2) 2 x A ( D T / 2) J Với tiết diện C cán nóng đều cánh: I x S 2 0,25 AH - u ( 2 ) ; x 1,132 x AH IxJ - = (1 – Iy / Ix ) - A là diện tích tiết diện - H là hằng số cong vênh. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 68 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - hs là khoảng cách giữa các tâm cắt của các cánh. - Ix là mô men quán tính tiết diện đối với trục x - Iy là mô men quán tính tiết diện đối với trục y - J là hằng số xoắn - Sx là Mô đun chống uốn dẻo đối với trục chính - Đối với tiết diện I và H tổ hợp hàn với cánh đều, x có thể được tinh: x (D T ) 2 BT dt 2 BT 3 dt 3 - Xác định hệ số w như sau: + Với tiết diện ngang loại 1 (dẻo) và loại 2 (đặc chắc): w = 1 + Với tiết diện ngang loại 3 (nửa đặc chắc): Nếu Mb = pb Zx: w = Zx / Sx Nếu Mb = pb Sx,eff: w = Sx,eff / Sx + Với tiết diện ngang loại 4 (mảnh): w = Zx,eff / Sx 3.3.4.4. Lực cắt của tiết diện: Lực cắt của ngoại lực không được lớn hơn lực cắt của tiết diện: Pv = 0,6 py Av (3.65) Trong đó: - D là chiều cao toàn bộ - d là chiều cao bản bụng - t là bề dày bản bụng - Av là diện tích cắt, xác định bởi: + Tiết diện I, H và C cán nóng, tải trọng song song bản bụng: tD + Tiết diện I hàn, tải trọng song song bản bụng: td + Tiết diện T cán nóng, tải trọng song song bản bụng: tD + Tiết diện T hàn, tải trọng song song bản bụng: t(D-t) 3.3.4.5. Mô men uốn của tiết diện: Để tránh biến dạng không thể đảo ngược trong quá trình sử dụng, giá trị giới hạn của Mc là 1,5pyZ. a) Khi lực cắt bé: Khi lực cắt tác dụng Fv nhỏ hơn 60% lực cắt tiết diện Pv: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 69 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Với tiết diện ngang loại 1 (dẻo) và loại 2 (đặc chắc): Mc = py S - Với tiết diện ngang loại 3 (nửa đặc chắc): Mc = py Z và đồng thời Mc ≤ py Seff - Với tiết diện ngang loại 4 (mảnh): Mc = py Zeff Trong đó: + S là mô đun chống uốn dẻo + Seff là mô đun chống uốn dẻo hữu hiệu + Z là mô đun chống uốn đàn hồi + Zeff là mô đun chống uốn đàn hồi hữu hiệu b) Khi lực cắt lớn: Fv > 60%Pv: - Với tiết diện ngang loại 1 (dẻo) và loại 2 (đặc chắc): M c p y ( S Sv ) - Với tiết diện ngang loại 3 (nửa đặc chắc): Sv ) 1,5 và đồng thời Mc ≤ py (Seff - Sv) - Với tiết diện ngang loại 4 (mảnh): S M c p y (Z eff v ) 1,5 Trong đó: + Đối với tiết diện I, H và C đều cánh Sv là mô đun chống uốn dẻo của diện tích M c py (S cắt Av. + (2 Fv 1) 2 Pv 3.3.5. Tính toán kể đến yếu tố độ mảnh của tiết diện (tính ổn định cục bộ) Khả năng chịu nén cục bộ của tiết diện loại 4 (tiết diện mảnh) được cho phép trong thiết kế bởi sự chấp nhận các đặc trưng của diện tích tính toán. Điều này liên quan đến việc dịch chuyển của trọng tâm tiết diện tính toán so với trọng tâm tiết diện ban đầu. Trong những cấu kiện chịu nén là chính, ảnh hưởng ổn định cục bộ trong quá trình làm việc phải được kể đến trong quá trình tính toán đối với những tiết diện có tỷ số bề rộng bề dày bản bụng là 70 đối với tiết diện RHS tạo hình nguội và 80 đối với các tiết diện khác. Diện tích tính toán Aeff và Mô đun chống uốn đàn hồi hữu hiệu Zeff chịu nén đối với trục chính và trục vuông góc với trục chính được tính riêng theo mặt cắt tính toán xác định theo 3.3.5.1, 3.3.5.2, 3.3.5.3. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 70 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 3.3.5.1 Diện tích tính toán Diện tích tính toán Aeff : Được xác định từ mặt cắt tính toán từ hình 3-8. Chiều rộng tính toán của tiết diện loại 4 (mảnh) của phẩn tử bụng lấy bằng 35 lần bề dày đối với tiết diện RHS tạo hình nguội và 40 đối với các tiết diện khác, kèm theo hai phần cân bằng với tâm vùng không ảnh hưởng. Đối với bản cánh lấy bằng bề rộng lớn nhất của tiết diện loại 3 20t 17,5t 17,5t Hình 3-8: Diện tích tính toán khi chịu nén thuần tuý đối với tiết diện mảnh đối xứng hai phương (dùng để xác định Aeff) 3.3.5.2 Mômen chống uốn đàn hồi tính toán khi bản bụng mảnh Đối với tiết diện với bản bụng không phải loại 4 chịu nén thuần tuý, mô đun chống uốn đàn hồi tính toán Zeff được xác định từ diện tích tính toán hiêu quả: 20t 13T 17,5t 13T Hình 3-9: Mặt cắt tính toán khi chịu mômen thuần tuý đối với tiết diện mảnh đối xứng hai phương (dùng để xác định Zeff) 3.3.5.3 Mômen chống uốn đàn hồi tính toán khi bản bụng mảnh: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 71 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Đối với tiết diện loại 4 (mảnh) với bản bụng chịu nén thuần tuý, Mô đun chống uốn đàn hồi tính toán Zeff được xác định từ tiết diện tính toán khi chấp nhận bề rộng hiệu quả beff đối với vùng nén của bản bụng, thể hiện trên hình 3-10 w w Bề rộng tính toán beff của vùng chịu nén thuần tuý được tính từ: 120 t beff f f f (1 cw tw )(1 tw ) p yw f cw Trong đó: fcw : ứng suất nén lớn nhất ở bản bụng, xem hình 3-10 ftw : ứng suất kéo lớn nhất ở bản bụng, xem hình 3-10 pyw : cường độ thiết kế bản bụng t : bề dày bản bụng Giá trị của fcw , ftw sử dụng để xác định beff nên dựa vào mặt cắt ngang trong đó bụng là ảnh hưởng hoàn toàn, sử dụng bề rộng toán của cánh chịu nén nếu là tiết diện loại 4 (mảnh). 3.3.5.4 Phương pháp tính lựa chọn Phương pháp chọn lựa để tính toán kể đến yếu tố độ mảnh là dùng cường độ thiết kế giảm yếu pyr với tiết diện xem như loại 3 (nửa đặc chắc). Cường độ thiết kế pyr sẽ thay thế py để tính toán khả năng của tiết diện cũng như khả năng chịu lực của cấu kiện (ở mục 3.3.6). Giá trị của pyr được xác định như sau: p yr ( 3 2 ) py (3.66) Trong đó là giá trị b/T , b/t , D/t hoặc d/t mà vượt quá giới hạn 3 cho trong Bảng III.11 đối với tiết diện loại 3 (nửa đặc chắc). 3.3.6. Cấu kiện chịu nén uốn 3.3.6.1 Quy định chung HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 72 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Để xác định yêu cầu tính toán phù hợp, sự phân loại tiết diện thường dựa trên tổ hợp mô men và lực dọc và sự phân loại này được dùng để xác định khả đặc trưng của tiết diện và khả năng mô men chống uốn và mô men chịu oằn bên kèm xoắn tương ứng như đã xác định ở mục 3.3.4. - Đối với tiết diện loại 4 (mảnh), các đặc trưng tiết diện tính toán được xác định như ở 3.3.5. - Khi lực cắt Fv không vượt quá 60% khả năng chịu cắt Pv của tiết diện xác định từ 2.5.3.4, cấu kiện với các tiết diện I, H, C hoặc RHS không chịu ảnh hưởng của lực cắt. Tuy nhiên, khi lực cắt Fv vượt quá 60% khả năng chịu cắt Pv thì bản bụng phải được kiểm tra khả năng chịu tổ hợp tính toán của lực dọc, mô men và lực cắt theo 3.3.6.2. Nếu cần thiết, ứng suất liên quan đến lực dọc và mô men sử dụng phương pháp dầm bản. - Khi tính toán ổn định bỏ qua ảnh hưởng lực cắt. 3.3.6.2 Kiểm tra tiết diện với tổ hợp mô men, lực dọc và lực cắt a) Đối với bản bụng của tiết diện loại 1 (dẻo), loại 2 (đặc chắc) và loại 3 (nửa đặc chắc): 2 M w (1 ) Fcw (1 ) 2 M pw Pw (3.67) M w Fcw (1 )2 M cw Pcw (3.68) Trong đó: 2 M cw 2 K 2 K 2 td p y ; M pw 0, 25td p y ; Pcw tdp y d /t d /t Pw = t d py K= 40 với bản bụng loại 1 (dẻo) 100 với bản bụng loại 2 (đặc chắc) d /t 3(1 ) 200 50 với bản bụng loại 3 (nửa đặc chắc) b) Đối với bản bụng của tiết diện loại 4 (mảnh) 2 M w (1 ) Fcw (1 ) 2 M cw Pcw (3.69) Trong đó: M cw 120 td 2 40 p y ; Pcw tdp y d /t 6 d /t Với được xác định như sau: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 73 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP + Nếu Fv 0,6 Pv: = 0; + Nếu Fv > 0,6 Pv: (2 Fv 1) 2 Pv 3.3.6.3 Kiểm tra điều kiện bền a) Trường hợp chung trừ tiết diện loại 4 (mảnh): My Fc M x 1 Ap y M cx M cy (3.70)
(3.71) 3.3.6.4 Kiểm tra điều kiện ổn định Tiết diện thỏa mãn hai điều kiện: Fc mx M x m y M y 1 Pc py Z x py Z y (3.72) Fc mLT M LT m y M y 1 Pcy Mb py Z y (3.73) Trong đó: - Fc là lực nén dọc trục - Mb là mô men chịu oằn của tiết diện - MLT là mô men max trục chính trong chiều dài L tương ứng với Mb - Mx là mô men max trục chính trong chiều dài Lx tương ứng với Pcx - My là mô men max trục vuông góc trục chính trong chiều dài Ly tương ứng với Pcy - Pc là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị Pcx và Pcy - Pcx là khả năng chịu nén theo (3.56), theo phương trục x (trục chính) - Pcy là khả năng chịu nén theo (3.56), theo phương trục y - Zx là mô đun chống uốn đàn hồi phương trục x (trục chính) - Zy là mô đun chống uốn đàn hồi phương trục y Đối với tiết diện loại 4 (mảnh) mô đun chống uốn đàn hồi tính toán Zeff được dùng thay cho Z Hệ số mô men tương đương mLT, mx, my được tính như sau: - Đối với ổn định khi oằn bên kèm xoắn mLT lấy theo Bảng III.13-1 tương ứng với chiều dài LLT khi tính Mb. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 74 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Bảng III.13-1: Hệ số mômen cân bằng mLT cho đường cong oằn xoắn bên Biểu đồ mômen (giá trị mLT từ công thức cho trường hợp chung) dương Liên kết ngang X âm mLT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,00 0,96 0,92 0,88 0,84 0,80 0,76 0,72 0,68 0,64 0,60 0,56 0,52 0,48 0,46 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 Trường hợp riêng (không có liên kết ngang trung gian) mLT = 0,925 mLT = 0,850 mLT = 0,925 mLT = 0,744 Trường hợp chung (đoạn dầm giữa các liên kết ngang trung gian) HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 75 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đối với dầm mLT 0, 2 SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 0,15M 2 0,5M 3 0,15M 4 nhưng mLT ≥ 0,44 M max Tất cả mômen lấy giá trị dương. Mômen M2 và M4 là các giá trị ở một phần tư nhịp, M3 là giá trị ở giữa nhịp và Mmax là mômen max trên đoạn dầm. Đối với công xon không có liên kết ngang trung gian mLT =1,0 - Đối với ổn định khi uốn phương trục chính mx lấy theo Bảng III.13-2 tương ứng với chiều dài Lx khi tính Pcx. - Đối với ổn định khi uốn phương vuông góc trục chính my lấy theo Bảng III.13-2 tương ứng với chiều dài Ly khi tính Pcy. Bảng III.13-2: Hệ số mômen cân bằng m cho đường cong uốn Biểu đồ mômen (giá trị mLT từ công thức cho trường hợp chung) dương âm mLT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 1,00 0,96 0,92 0,88 0,84 0,80 0,76 0,72 0,68 0,64 0,60 0,58 0,56 0,54 0,52 0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 0,40 Trường hợp riêng (Cấu kiện giữa các liên kết ngang trung gian) Các trường hợp riêng HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Các trường hợp chung 76 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP mLT = 0,9 mLT = 0,95 m 0, 2 0,1M 2 0, 6M 3 0,1M 4 0,8M 24 nhưng m M max M max Mômen M2 và M4 là các giá trị ở một phần tư nhịp, M3 là giá trị ở giữa nhịp và Mmax là mômen max trên đoạn dầm. mLT = 0,95 mLT = 0,80 Nếu M2 ,M3 ,M4 tất cả nằm trên cùng một cạnh của trục, tất cả lấy giá trị dương. Nếu chúng nằm trên cả hai cạnh của trục, cạnh cho giá trị lớn hơn của m là cạnh dương. Giá trị Mmax và M24 là luôn luôn dương. Mmax là mômen max trên cấu kiện và M24 là mômen max trên tâm của một nửa cấu kiện. - Đối với ổn định khi uốn ngang myx lấy theo bảng Bảng III.13-1 tương ứng với chiều dài Lx khi tính Pcx. - LLT là chiều dài phần tử giữa các liên kết chống lại oằn bên kèm xoắn. - Lx là chiều dài phần tử giữa các liên kết chống lại uốn theo phương trục chính. - Ly là chiều dài phần tử giữa các liên kết chống lại uốn theo phương trục vuông góc trục chính. 3.4. Tính toán cấu kiện chịu nén theo tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 3.4.1 Phân lớp tiết diện a) Tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 tại mục 5.5 (5.5 classification of cross section) chia các tiết diện ra làm 4 lớp, được định nghĩa như sau: - Lớp tiết diện thứ nhất (dẻo) - loại 1: là những tiết diện mà tại đó có sự hình thành khớp dẻo, có thể xoay được, khi tính toán cần phải dùng phương pháp tính dẻo. - Lớp tiết diện thứ hai (đặc) - loại 2: là những tiết diện có thể phát triển khả năng chống mô men dẻo mà tại đó vẫn có thể xoay được một góc nhất định. - Lớp tiết diện thứ ba (nửa đặc) - loại 3: là những tiết diện mà tại đó khi ứng suất tính toán ở cánh chịu nén của cấu kiện đạt tới giá trị tới hạn, sẽ dần xuất hiện hiện tượng mất ổn định cục bộ để ngăn cản sự xuất hiện của mô men chống uốn dẻo. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 77 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Lớp tiết diện thứ bốn (mảnh) - loại 4: là những tiết diện mà tại đó cần thiết phải tính đến sự ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ khi xác định mô men kháng uốn và sức kháng nén. b) Trong lớp tiết diện thứ 4 khi xét đến ảnh hưởng cục bộ bề rộng tính toán sẽ được sử dụng. c) Việc phân loại tiết diện phụ thuộc vào tỷ số bề rộng trên bề dày của phần chịu nén. d) Những phần chịu nén bao gồm nhiều phần của tiết diện mà hoặc là tổng thể hoặc là từng phần chịu nén sẽ được xem xét dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng. e) Các phần chịu nén khác nhau trong cùng một tiết diện (như là bụng hoặc cánh) thường có thể ở các loại tiết diện khác nhau. f) Một tiết diện được phân loại tuỳ thuộc vào chiều cao lớn nhất của bộ phận chịu nén (ngoại trừ một số mục riêng được xác định ở mục 6.2.1(10) and 6.2.2.4(1) của EN 1993-1-1:2005) g) Có thể sự phân loại của tiết diện xác định bởi sự phân loại của cả cánh và bụng. h) Yêu cầu giới hạn của phần chịu nén của loại 1, loại 2 và 3 thể hiện ở Bảng III.14 (trích dẫn từ bảng 5.2.A của EN 1993-1-1:2005). Những phần vượt quá giới hạn của loại 3 thì thuộc loại 4. i) Tiết diện loại 4 có thể xem như tiết diện loại 3 nếu tỷ số bề rộng trên bềb dày f y MO nhỏ hơn giới hạn loại 3 cho trong Bảng III.14 khi gia tăng bởi , trong đó com, Ed com , Ed là ứng suất nén thiết kế lớn nhất trong những bộ phận khi chuyển từ trạng thái phân tích thứ nhất sang phân tích thứ 2. k) Tuy nhiên, đối với cấu kiện thiết kế khác nhau chịu ổn định, giới hạn thể hiện trong Bảng III.14 luôn được áp dụng. l) Khi bản bụng xem như chỉ chịu lực cắt và xem như không chịu mô men và các lực khác, tiết diện được thiết kế như là tiết diện loại 2, 3 và 4 chỉ phụ thuộc vào bản cánh. Bảng III.14. Tỷ số bề rộng trên bề dày lớn nhất của bộ phận chịu nén Phân loại Bộ phận chịu Bộ phận chịu HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Bộ phận chịu nén uốn 78 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP uốn nén Phân bố ứng suất trong các bộ phận (dấu + là nén) Khi >0,5 : c / t 1 c/t 72 c/t 33 396 13 1 Khi 0,5 : c / t Khi >0,5 : c / t 2 c/t 83 c/t 38 36 456 13 1 Khi 0,5 : c / t 41,5 Phân bố ứng suất trong các bộ phận (dấu + chỉ nén) Khi >-1: c / t 3 c/t 124 c/t 42 42 0, 67 0,33 Khi1*: c / t 62 (1 ) ( ) 235 / f y fy 235 275 355 420 460 1 0,92 0,81 0,75 0,71 *) -1 áp dụng khi hoặc là ứng suất nén fy hoặc là y > fy / E Bảng III.15 - Tỷ số bề rộng trên bề dày lớn nhất của bộ phận chịu nén Phân loại Bộ phận chịu uốn Bộ phận chịu nén HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Bộ phận chịu nén uốn 79 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Phân bố ứng suất trong các bộ phận (dấu + chỉ nén) 1 c/t 9 c/t 9 c/t 9 2 c/t 10 c/t 10 c/t 10 Phân bố ứng suất trong các bộ phận (dấu + chỉ nén) 3 c / t 21 ko c/t 14 Với ko xem ở EN 1993-1-1:2005 1993-1-5 235 / f y fy 235 275 355 420 460 1 0,92 0,81 0,75 0,71 Việc phân các tiết diện làm 4 lớp theo Eurocode 3 là một điểm khác biệt so với TCXDVN 338:2005. Theo TCXDVN thì tỷ lệ giữa bề cao và bề rộng của bản bụng vượt quá giá trị h 2,3 E / R thì phải có sườn đứng gia cường bản bụng. TCXDVN tính toán dầm với giả thiết tiết diện dầm là không đổi hình dạng, ứng suất được tính theo tiết diện phẳng và không được vượt quá khả năng chịu lực của thép. Muốn vậy phải đảm bảo không có sự vênh của các bộ phận của dầm tức là phải đảm bảo ổn định cục bộ của cánh và bụng dầm. Do đó mà có quy định độ mảnh bụng dầm và quy định về sườn gia cố. Với việc phân tiết diện ra làm 4 lớp thì Eurocode 3 cho phép người thiết kế tuỳ ý dùng tiết diện dẻo, đặc, nửa đặc hay mảnh. Để có thể sử dụng tiết diện mảnh, Eurocode 3 chấp nhận việc cho tiết diện biến hình, tức là một bộ phận của bản bụng có thể mất ổn định. 3.4.2 Tính toán độ bền 3.4.2.1 Những quy định chung 1) Giá trị thiết kế trong quá trình sử dụng của mỗi tiết diện không được vượt quá cường độ thiết kế tương ứng đối với mỗi loại tải trọng cũng như tổ hợp tải trọng. 2) Ảnh hưởng của lực cắt và ổn định cục bộ được kể đến bằng bề rộng tính toán theo EN 1993-1-5. 3) Giá trị cường độ thiết kế phụ thuộc vào sự phân loại của tiết diện. 4) Kiểm tra đàn hồi cường độ đàn hồi thực hiện cho tất cả các lớp tiết diện , đối với lớp tiết diện thứ 4 (mảnh) sử dụng đặc trưng của tiết diện tính toán. 5) Đối với việc kiểm tra đàn hồi theo cường độ chảy thì điểm tới hạn của tiết diện có thể sử dụng. 3.4.2.2 Đặc trưng của tiết diện HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 80 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 1, Đặc trưng của tiết diện ngang được xác định theo kích thước thông thường. Lỗ có chốt không cần giảm đi, nhưng cho phép đối với các lỗ mở lớn. Vật liệu nối không được kể đến. 2, Đặc trưng tính toán của bản bụng tiết diện loại 3 và bản cánh tiết diện loại 1 và 2 được phân loại như là tiết diện tính toán loại 2, kích thước của bản bụng chịu nén có thể thay bằng một phần kích thước 20tw kề cánh chịu nén, với một phần khác 20tw kề trục trung hoà dẻo của tiết diện hiệu quả như hình 3-11 3, Đặc trưng tính toán của tiết diện loại 4 : a, Đặc trưng tiết diện tính toán của tiết diện loại 4 dựa trên bề rộng tính toán của phần chịu nén. b, Đối với tiết diện loại 4 chịu nén dọc trục, phương pháp thể hiện trong EN 1993-1-5 sử dụng để xác định độ chuyển dịch eN của tâm diện tích tính toán Aeff với trọng tâm của mặt cắt ngang và tạo ra mô men tăng thêm : MEd = NEd eN (3.74) 3.4.2.3 Chịu nén 1) Giá trị thiết kế của lực nén NEd ở mỗi tiết diện phải thoả mãn: N Ed 1, 0 N c , Rd (3.75)
N c, Rd Af y MO : Đối với tiết diện loại 1, 2 và 3 A eff f y MO : Đối với tiết diện loại 4 (3.76) (3.77) 3.4.2.4 Mô men 1) Giá trị thiết kế của mô men uốn MEd ở mỗi tiết diện phải thoả mãn: M Ed 1, 0 M c , Rd HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 (3.78) 81 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP
M c , Rd M el , Rd M c, Rd Wpl f y MO : Đối với tiết diện loại 1, 2 Wel,min f y Weff,min f y MO MO : Đối với tiết diện loại 3 : Đối với tiết diện loại 4 (3.79) (3.80) (3.81) Trong đó : Wpl là mô đun chống uốn dẻo. Wel,min và Weff,min mô đun chống uốn đàn hồi nhỏ nhất và mô đun chống uốn đàn hồi hữu hiệu nhỏ nhất. 3.4.2.5 Lực cắt 1) Giá trị thiết kế của lực cắt VEd ở mỗi tiết diện phải thoả mãn: VEd 1, 0 Vc , Rd (3.82) Trong đó Vc,Rd là cường độ thiết kế cắt, khi thiết kế dẻo Vc,Rd là Vpl,Rd . 2) Khi không có lực xoắn, cường độ thiết kế cắt dẻo Vpl,Rd : V pl , Rd Av ( f y / 3) MO (3.83) Trong đó Av là diện tích cắt. 3) Diện tích cắt Av tính như sau : a, Tiết diện I, H cán nóng, tải trọng song song bản bụng : Av A 2bt f (tw 2r )t f nhưng không nhỏ hơn hwtw b, Tiết diện máng (C), tải trọng song song bản bụng : Av A 2bt f (t w r )t f c, Tiết diện I, H hàn, tải trọng song song bản bụng : Av (hwtw ) d, Tiết diện I, H hàn, tải trọng song song bản cánh : Av A (hwtw ) Trong đó : lấy theo EN 1993-1-5 (Ghi chú có thể được lấy bằng 1) 3.4.2.6 Cấu kiện chịu nén uốn 3.4.2.6.1 Tiết diện loại 1 và 2 1) Khi có lực dọc, phải kể thêm ảnh hưởng của nó đến mô men dẻo thiết kế . 2) Đối với tiết diện loại 1 và 2, trạng thái giới hạn đảm bảo : HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 82 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP (3.84) M Ed M N , Rd Trong đó MN,Rd là mô men thiết kế dẻo giảm khi có lực dọc NEd 3) Với tiết diện I và H đối xứng hai phương, không cần kể đến ảnh hưởng của lực dọc vào mô men dẻo thiết kế đối với trục y-y khi cả hai yêu cầu dưới đây thỏa mãn : N Ed 0, 25 N pl , Rd N Ed và 0,5hwtw f y MO (3.85) (3.86) Với tiết diện I và H đối xứng hai phương, không cần kể đến ảnh hưởng của lực dọc vào mô men dẻo thiết kế đối với trục z-z khi : N Ed hwtw f y MO (3.87) 3.4.2.6.2 Tiết diện loại 3 Khi không có lực cắt, đối với tiết diện loại 3 ứng suất lớn nhất trên chiều dài phải thoả mãn : x, Ed fy MO (3.88) Trong đó x,Ed là giá trị thiết kế của ứng suất khi tính toán chịu mô men và lực cắt. 3.4.2.6.3 Tiết diện loại 4 1) Khi không có lực cắt, đối với tiết diện loại 4 ứng suất lớn nhất trên chiều dài tính toán sử dụng diện tích tính toán phải thoả mãn : x, Ed fy MO (3.89)
(3.90) Trong đó : - Aeff là diện tích hữu hiệu của tiết diện - Weff,min là Mô đun chống uốn đàn hồi tính toán của tiết diện khi chỉ chịu mô men đối với trục tương ứng. 3.4.3 Tính toán ổn định của cấu kiện theo EN 1993-1-1:2005: 3.4.3.1 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu nén 3.4.3.1.1 Khả năng chịu ổn định (1) Cấu kiện chịu nén phải được kiểm tra ổn định như sau: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 83 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP N Ed 1 N B , Rd (3.91) Trong đó: NEd là giá trị lực nén thiết kế. NB,Rd là khả năng chịu ổn định của cấu kiện chịu nén. (2) Khả năng chịu ổn định của cấu kiện chịu nén: N B ,Rd Af y M1 N B ,Rd Aeff f y M1 đối với tiết diện loại 1, 2 và 3 (3.92) đối với tiết diện loại 4 (3.93) Với là hệ số giảm đối với mỗi dạng ổn định. 3.4.3.1.2 Đường cong ổn định __ (1) Đối với cấu kiện chịu nén dọc giá trị của của độ mảnh tương đương được xác định từ đường cong ổn định thích hợp theo: 1 nhưng 1 __ 2 (3.94) 2 __ __ 2 Trong đó: 0,5[1+ ( 0, 2) ] __ - __ - Af y N cr A eff f y N cr đối với tiết diện loại 1, 2 và 3 đối với tiết diện loại 4 - là hệ số không hoàn chỉnh. - Ncr là lực tới hạn đàn hồi đối với dạng ổn định đã cho dựa trên đặc trưng tiết diện ngang. (2) Hệ số không hoàn chỉnh tương ứng với dạng đường cong ổn định và lấy từ Bảng III.16 và III.17. Bảng III.16. Hệ số không hoàn chỉnh đối với các dạng đường cong Đường cong ao a b c 0,13 0,21 0,34 0,49 Hệ số d 0,76 __ (3) Giá trị của hệ số giảm đối với hệ số độ mảnh tương đương có thể xem ở hình 6.4 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 84 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP __ (4) Với độ mảnh tương đương 0,2 hoặc khi N Ed 0, 04 ảnh hưởng của ổn định N cr có thể bỏ qua và chỉ kiểm tra đối với mặt cắt. Bảng III.17. Chọn đường cong oằn cho tiết diện Tiết diện I hàn h/b>1,2 Giới hạn h/b 1,2 Tiết diện cán nóng Tiết diện ngang tf 40 mm 40 < tf 100 mm tf 100 mm Oằn về trục y–y z–z y–y z–z y–y z–z Đường cong oằn S235 S275 S460 S355 S420 a a0 b a0 b a c a b a c a y–y z–z d d c c tf 40 mm y–y z–z b c b c tf > 40 mm y–y z–z c d c d tf > 100 mm 3.4.3.1.3 Độ mảnh của cấu kiện chịu uốn HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 85 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP (1) Độ mảnh tương tính bằng: __ Af y N cr Lcr 1 i 1 đối với tiết diện loại 1, 2 và 3 (3.95) Aeff __ A eff f y N cr Lcr i A 1 đối với tiết diện loại 4 (3.96) Trong đó : - Lcr là chiều dài oằn trong mặt phẳng oằn xem xét xem ở Phụ lục BB của tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 - Sự oằn của các bộ phận kết cấu công trình. - i là bán kính quán tính của trục phù hợp, xác định theo đặc trưng của tiết diện. - 1 E 235 93,9 ; fy fy (2) Đối với ổn định uốn đường cong ổn định chính xác định từ Bảng III.17 3.4.3.1.4 Độ mảnh khi chịu oằn bên kèm xoắn (1) Đối với tiết diện hở khi tính toán ổn định khả năng chịu hoặc là xoắn hoặc là uốn xoắn của cấu kiện phải nhỏ hơn khả năng chịu uốn. (2) Khả năng chịu xoắn hoặc xoắn hoặc là uốn xoắn của cấu kiện tính bằng : __ T __ T AFy N cr Aeff Fy N cr Đối với tiết diện 1, 2 và 3 (3.97) Đối với tiết diện 4 (3.98) Trong đó : - Ncr = Ncr,TF nhưng Ncr = Ncr,T - Ncr,TF là lực tính toán ổn định uốn xoắn đàn hồi - Ncr,T là lực tính toán ổn định xoắn đàn hồi (3) Đối với ổn định xoắn và uốn xoắn đường cong ổn định chính xác định từ Bảng III.17 khi xem trục là z. 3.4.3.2 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu uốn 3.4.3.2.1 Khả năng chịu oằn bên kèm xoắn (1) Dầm không liên kết bên chịu uốn quanh trục chính sẽ được tính toán với oằn bên kèm xoắn như sau : M Ed 1 M b ,Rd HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 (3.99) 86 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Trong đó: MEd là giá trị mô men thiết kế. Mb,Rd là mô men kháng oằn thiết kế. (2) Dầm với liên kết phù hợp ở cánh chịu nén, cộng với những dầm với kiểu tiết diện chắc chắn như tiết diện vuông, tròn rỗng, những ống tròn tổ hợp hoặc những tiết diện hộp vuông không phải kiểm tra oằn bên kèm xoắn. (3) Mômen thiết kế chống oằn của của dầm không có liên kết ngang được tính : M b,Rd LTWy fy (3.100) M1 Trong đó Wy là mô men kháng uốn của tiết diện được tính như sau : Wy = Wpl,y : mô men kháng uốn dẻo đối với tiết diện loại 1 và 2 Wy = Wel,y : mô men kháng uốn đàn hồi đối với tiết diện loại 3 Wy = Weff,y : mô men kháng uốn hữu hiệu đối với tiết diện loại 4 LT : Hệ số giảm khi chịu oằn bên kèm xoắn. (4) Trong khi xác định Wy, lỗ liên kết của bulông ở đầu dầm không cần xét đến trong tính toán. 3.4.3.2.2 Đường cong oằn bên kèm xoắn - trường hợp chung : (1) Trừ những chỉ dẫn khác ở mục 3.4.3.2.3 , với cấu kiện chịu nén tiết diện không đổi, __ giá trị LT được tính theo độ mảnh không thứ nguyên tương ứng LT (đặc trưng cho sự mất ổn định tổng thể), được tính như sau : 1 LT LT 2 LT __ 2 LT nhưng LT 1 (3.101) __ 2 LT __ Trong đó: LT 0,5[1+ LT ( LT 0, 2) ] Với LT là hệ số không hoàn chỉnh của dầm khi mất ổn định, cong vênh. Hệ số LT tương ứng với đường cong oằn phù hợp, có thể được xác định từ phụ lục quốc gia, hoặc tham khảo ở Bảng III.18 Bảng III.18. Hệ số không hoàn chỉnh đối với các dạng đường cong oằn bên kèm xoắn Đường cong a b c d Hệ số 0,21 0,34 0,49 0,76 Bảng III.19. Giới thiệu về các loại đường cong oằn Tiết diện Tiết diện I cán nóng Tiết diện I tổ hợp hàn Giới hạn h/b 2 h/b > 2 h/b 2 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Đường cong oằn a b c d 87 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP h/b > 2 - Tiết diện khác __ LT d Wyf y M cr Mcr là mô men tới hạn đàn hồi khi chịu oằn bên kèm xoắn. (2) Mcr được xác định dựa trên đặc trưng tiết diện mặt cắt ngang và lấy các điều kiện tải trọng, phân bố mô men và các liên kết ngang thực vào trong tính toán. a) Đối với dầm tiết diện đối xứng đều, có những cánh dầm giống nhau trong điều kiện tiêu chuẩn về liên kết cắt của hai đầu dầm và tải trọng tác dụng đặt ở tâm của tiết diện mô men phân bố đều thì : C 2 EI M cr 1 2 z L I L2GI x w 2 T I z EI z - Trong đó : G 0,5 (3.102) E ; I là hằng số xoắn; Iw là hằng số cong vênh ; Iz là mô 2(1 ) T men quán tính của tiết diện với trục đối xứng z của tiết diện ; L là chiều dài của dầm giữa hai điểm cố kết. - Điều kiện tiêu chuẩn về liên kết giữa hai đầu dầm ; + Ngăn cản không cho chuyển vị cong vênh ra khỏi mặt phẳng. + Ngăn cản không cho xoay quanh trục z. + Tự do xoay quanh mặt bằng (mặt ngang). b) Đối với dầm có tiết diện đối xứng hai phương công thức của Mcr là : C1 2 EI z M cr kL 2 0,5 2 k 2 I 2 w kL GIT x C2 z g C3 z j C2 z g C3 z j (3.103) 2 k I EI z w z Trong đó : C1, C2, C3 là hệ số phụ thuộc vào tải trọng và điều kiện liên kết. Xác định bằng bảng tra III.19 + Với k, kw : hệ số chiều dài ; zz là toạ độ điểm đặt lực ; zs là toạ độ tâm cắt. + Với zg = zz - zs + Với z j zs 0,5 ( y 2 z 2 ) zdA / I y A - Hệ số k, kw được lấy bằng 0,5 trường hợp hai đầu ngàm, bằng 1 trường hợp hai đầu khớp, bằng 0,7 trường hợp một đầu ngàm một đầu khớp. - Trường hợp k=1 giá trị C1 được tính : C1 = 1,88 – 1,4 + 0,522 nhưng C1 2,7. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 88 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Bảng III.20. Giá trị các hệ số C1, C2 và C3 Giá trị của hệ số Tải trọng và điều kiện liên kết Biểu đồ mô men uốn Giá trị k C1 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,7 0,5 1,0 0,5 1,0 0,5 1,0 0,5 1,0 0,5 1,000 1,000 1,000 1,141 1,270 1,305 1,323 1,473 1,514 1,563 1,739 1,788 1,879 2,092 2,150 2,281 2,538 2,609 2,704 3,009 3,093 2,927 3,009 3,093 2,752 3,063 3,149 1,132 0,972 1,285 0,712 1,365 1,070 1,565 0,938 C2 C3 0,459 0,304 1,562 0,652 0,553 0,432 1,267 0,715 1,000 1,113 1,144 0,998 1,565 2,283 0,992 1,556 2,271 0,977 1,531 2,235 0,939 1,473 2,150 0,855 1,340 1,957 0,676 1,059 1,546 0,366 0,575 0,837 0,000 0,000 0,000 0,525 0,980 0,753 1,070 1,730 3,050 2,640 4,800 3.4.3.2.3 Đường cong oằn bên kèm xoắn đối với tiết diện thép hình hoặc tiết diện tổ hợp hàn tương đương : (1) Đối với thép hình hoặc tiết diện hàn tương đương khi uốn giá trị LT được tính theo độ mảnh không thứ nguyên như sau : HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 89 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 1 LT LT 2 LT __ 2 LT ; __ LT 1 1 nhưng LT __ 2 LT __ (3.104) __ 2 Trong đó: LT 0,5[1+ LT ( LT LT ,0 ) LT ] __ Chú ý: Tham số LT ,0 , và các giới hạn về sử dụng liên quan đến chiều cao __ dầm hoặc tỷ số h/b được cho trong các phụ lục quốc gia. Tham khảo giá trị LT ,0 , cho tiết diện cán nóng: __ + LT ,0 0, 4 (giá trị lớn nhất) ; + = 0,75 (giá trị nhỏ nhất) Bảng III.21. Giới thiệu về các loại đường cong oằn sử dụng ở công thức (3.104) Tiết diện Đường cong oằn b c c d Giới hạn h/b 2 h/b > 2 h/b 2 h/b > 2 Tiết diện I cán nóng Tiết diện I tổ hợp hàn (2) Xét đến sự phân bố mô men giữa hai điểm liên kết của cấu kiện, hệ số giảm LT có thể điều chỉnh như sau: LT ,mod LT ; f nhưng LT 1 Chú ý: Giá trị f có thể xác định trong các phụ lục của quốc gia. Giới thiệu giá trị f nhỏ nhất như sau: 2 __ f 1 0,5(1 kc ) 1 2,0 LT 0,8 ; nhưng f 1. Trong đó kc là hệ số điều chỉnh lấy theo Bảng III.22 Bảng III.22. Hệ số điều chỉnh kc Phân bố mô men Hệ số kc 1,0 1 1,33 0,33 0,94 0,90 0,91 0,86 0,77 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 90 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 0,82 3.4.3.3 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu nén và uốn (1) Sự ổn định của cấu kiện tiết diện không đổi với tiết diện đối xứng hai phương khi tiết diện không chịu được sự vặn xoắn được kiểm tra theo những yêu cầu dưới đây, được phân loại như sau : - Cấu kiện không chịu được biến dạng xoắn, ví dụ tiết diện tròn rỗng hoặc tiết diện có liên kết chịu xoắn. - Cấu kiện chịu được biến dạng xoắn, ví dụ cấu kiện với tiết diện mở và không có liên kết chịu xoắn. (2) Cấu kiện giả thiết chịu nén và uốn xoắn phải thoả mãn : M M y , Ed M M z , Ed N Ed k yy y , Ed k yz z , Ed 1 y N Rk M y , Rk M z , Rk LT M1 M1 M1 M M y , Ed M M z , Ed N Ed k zy y , Ed k zz z , Ed 1 z N Rk M y , Rk M z , Rk LT M1 M1 M1 (3.105) (3.106) Trong đó : - NEd, My,Ed và Mz,Ed giá trị thiết kế của lực nén và mô men max đối với trục y và z dọc theo cấu kiện lấy theo công thức (3.92), (3.100). - My,Ed và Mz,Ed là mô men tăng thêm do dịch chuyển tâm của tiết diện đối với tiết diện mảnh loại 4. - y và z là hệ số giảm liên quan đến ổn định do uốn xem ở 3.4.3.1 - LT là hệ số giảm liên quan đến ổn định do oằn bên kèm xem ở 3.4.3.2 - kyy, kyz, kzy, kzz là các hệ số tương tác Bảng III.23: Giá trị NRk = fy Ai , Mi,Rk = fy Wi và Wi,Ed Loại tiết diện 1 2 3 Ai A A A Wy Wpl,y Wpl,y Wel,y Wz Wpl,z Wpl,z Wel,z 0 0 0 My,Ed 0 0 0 Mz,Ed 4 Aeff Weff,y Weff,z eN,yNEd eN,zNEd Ghi chú : Đối với cấu kiện không chịu được biến dạng xoắn, LT = 1,0 Bảng III.24: Hệ số tương tác kij cho cấu kiện không chịu biến dạng xoắn Hệ số tương tác Kiểu tiết diện Giá trị chấp nhận Đặc trưng tiết diện đàn hồi loại 3 và 4 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 Đặc trưng tiết diện đàn hồi loại 1 và 2 91 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP __ N Ed ) y N Rk / M 1 Cmy (1 ( y 0, 2) N Ed ) y N Rk / M 1 Cmy (1 0,8 Cmy (1 0, 6 y kyy kyz Tiết diện I, RHS Cmy (1 0, 6 Tiết diện I, RHS __ kzz N Ed ) y N Rk / M 1 0,6 kzz 0,8 kyy kzy N Ed ) y N Rk / M 1 0,6 kyy __ Tiết diện I Cmz (1 (2 z 0, 6) __ Cmy (1 0,6 z N Ed ) z N Rk / M 1 Cmy (1 1, 4 Cmy (1 0, 6 N Ed ) z N Rk / M 1 Cmz (1 (z 0, 2) kzz Tiết diện RHS N Ed ) z N Rk / M 1 __ Cmy (1 0,8 N Ed ) z N Rk / M 1 N Ed ) z N Rk / M 1 N Ed ) z N Rk / M 1 Bảng III.25: Hệ số tương tác kij cho cấu kiện chịu biến dạng xoắn Hệ số tương tác kyy kyz Giá trị chấp nhận Đặc trưng tiết diện đàn hồi loại 3 và 4 kyy từ bảng B1 kyz từ bảng B1 Đặc trưng tiết diện đàn hồi loại 1 và 2 kyy từ bảng B1 kyz từ bảng B1 __ [1__ 0,05 z N Ed [1] (CmLT 0, 25) N Rk / M 1 kzy [1- N Ed 0,05 ] (CmLT 0, 25) N Rk / M 1 0,1 z N Ed ] (CmLT 0, 25) N Rk / M 1 [1- N Ed 0,1 ] (CmLT 0, 25) N Rk / M 1 __ Với z 0, 4 : __ 0,1 z N Ed k zy 0, 6 z 1 (CmLT 0, 25) z N Rk / M 1 kzz từ bảng B1 __ Kzz kzz từ bảng B1 3.5 So sánh tóm tắt tính toán cột thép lệch tâm 2 phương HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 92 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 93 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 94 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 3.6 Lập chương trình tính cột thép hình tiết diện I, H chịu nén, nén lệch tâm theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 SƠ ĐỒ KHỐI HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 95 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP CHƯƠNG IV. MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN Những ví dụ dưới đây sẽ thể hiện phương pháp và kết quả tính toán cột thép chữ I (H) theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, Anh, Eurocode 3. Để thuận tiện cho việc so sánh giữa các tiêu chuẩn, các số liệu đầu vào được đồng nhất ở một số nội dung sau: 1. Về tiết diện: Xem như cùng một loại tiết diện với các đặc trưng hình học giống nhau. 2. Về vật liệu: Xem như cùng môđuyn đàn hồi E và ứng suất chảy fy. 3. Về chiều dài và liên kết: Xem như cùng chiều dài và cùng điều kiện liên kết. Nội dung tính toán sẽ thực hiện bốn dạng bài toán thường gặp: Cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện không mảnh; Cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện mảnh; Cấu kiện chịu nén đúng tâm theo phương trục chính; Cấu kiện chịu nén đúng tâm theo hai phương; Đối với hai dạng bài toán nén đúng tâm, kết quả so sánh là lực dọc tới hạn còn đối với hai dạng bài toán nén lệch tâm, kết quả so sánh là ứng suất tính toán. 4.1. Ví dụ tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm (tiết diện đặc chắc) Cột thép dài 7,0 m, chịu nén đúng tâm, liên kết ở hai đầu là khớp theo cả hai phương. Tiết diện cột UC152x152x30 cấp thép S275 theo BS (xem hình vẽ IV-1). Xác định khả năng chịu nén của cột. Vật liệu thép theo tiêu chuẩn BS có E=205.000 N/mm2 = 2.091.837 kG/cm2. fy = 275 N/mm2 = 2806 kG/cm2. Từ bảng tra có được các đặc trưng hình học của tiết diện: A= 38,3 cm2 ; h=15,76 cm; d = 12,36 cm ; b = 15,29 cm ; s = 0,85 cm ; t = 0,94 cm; Ix = 1748 cm4 ; Iy = 560 cm4 ; Zx = 222 cm3 ; Zy = 73,3 cm3 ; Sx = 222 cm3 ; Sy = 112 cm3 ; rx = 6,76 cm ; ry = 3,83 cm ; J = 10,5 cm4 ; 4.1.1 Tính toán theo TCXDVN 338:2005 a. Tính kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ: __ l A 38,3 f 250 x x l x 450 67 120 ; x x 67 2, 33 ix Ix 1748 E 205000 y ly iy ly __ A 38, 3 f 250 450 118 120 ; y y 118 4,11 Iy 560 E 205000 - Ổn định bản cánh: __ bo (152,9 6,5) E 205000 7,8 (0,36 0,1 ) (0,36 0,1x 4) x 21,8 tf 2.9, 4 f 250 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 96 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT __ SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP __ __ Trong đó y 4,11 4 4 ; Bản cánh đảm bảo ổn định cục bộ. - Ổn định bản bụng: hw (157, 6 9, 4 x 2) 21, 4 tw 6, 5 __ (1, 2 0,35 ) E 205000 (1, 2 0,35 x 4) x 75, 57 f 250 Vậy bản bụng đảm bảo ổn định cục bộ. hw 205000 21, 4 2,3 65,9 nên không cần đặt thép gia cường. tw 250 b. Khả năng chịu lực nén của cột được xác định từ các điều kiện: - Điều kiện bền: N1 = f . An Trong đó: + f : Cường độ tính toán của thép, với thép theo tiêu chuẩn Anh, f = fy / M = 275 / 1,1 = 250 N/mm2 (2551 kG/cm2) + An : Tiết diện thực của cột, An = A = 38,3 cm2. + A : Diện tích tiết diện. Vậy: N1 = 250 x 38,3 x 102 = 957500 N = 957,5 kN - Điều kiện ổn định: N2 = f . min . A __ __ + min : Hệ số uốn dọc nhỏ nhất lấy theo max y 4,11 . - Tính min : __ Khi max 4,11 4,5 min 1, 47 13,0 f f f 2 0,371 27,3 0,0275 5,53 0, 417 E E E Vậy: N2 = 250 x 0,417 x 38,3 x 102 = 398.842 N = 398,8 kN Khả năng chịu lực: N=min(N1 ; N2) = 398,8 kN 4.1.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD a. Tính toán độ ổn định cục bộ: Q = Qs x Qa - Tính toán độ mảnh bản cánh: Qs b 15, 29 E 205000 8,13 0,56 0, 56 x 15,3 t 2 x0, 94 Fy 275 Vậy Qs = 1. - Tính toán độ mảnh bản bụng: Qa h 12,36 E 205000 19,01 1, 49 1, 49 x 60, 2 tw 0, 65 Fcr 125,39 Vậy Qa = 1. Từ đó : Q = Qa . Qs = 1; Tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. b. Khả năng chịu lực nén của cột : Pn = Fcr . A Fcr : Ứng suất tính toán tới hạn. L 1x 450 E 205000 ry 3,83 118 4, 71 Fy 4,71 275 129 Fe : Ứng suất đàn hồi tới hạn; HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 97 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP 2E 2 205000 146,56 N / mm 2 2 2 - Trong trường hợp uốn dọc: Fe 118 L ry - Trong trường hợp uốn xoắn: I y ho2 560 x (15, 76 0,94) 2 30.749cm 6 4 4 3 bt 2 x15, 29 x0, 943 123, 6 x0, 653 J 9, 6cm4 3 3 E 205000 G 78.846 N / mm 2 2(1 ) 2 1 0,3 Cw 2 EC 1.0 2 205000 x30749 x106 1 w Fe GJ 78846 x9,6 x104 x 2 2 4 (1x 4500) (1748 560)10 K x Lx I x I y Fe 461N / mm 2 - Chọn Fe min bằng 146,56 N/mm2 để tính toán. Fy 275 146,56 Từ (3.17) Fcr [0,658 ] . Fy 0,658 x 275 125,39 N / mm2 Fe Khả năng chịu lực của tiết diện: Pn Fcr xA 125,39 x38,3 x102 480.248 N 480, 2kN 4.1.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950:Part 1: 2000 Phân loại tiết diện: Từ Bảng III.14, giới hạn loại 1 dẻo đối với b/T cho bản cánh chịu nén là 9 = 9 x (275/py)0,5 = 9 x (275/275)0,5 = 9 , vì vậy bản cánh thuộc lớp 1 dẻo. Từ Bảng III.14, giới hạn loại 3 nửa đặc chắc đối với d/t cho bản bụng chịu nén của tiết diện H là 40 = 40, vì vậy bản bụng thuộc lớp 1 dẻo. Chiều dài tính toán: Đối với tiết diện liên kết khớp hai đầu, từ điều 3.3.2, LE =1,00L = 4,5 m cho cả hai trục. Cường độ chịu nén (đối với trục y): Đối với tiết diện thép hình liên kết hàn, tiết diện không bị giảm yếu chỉ cần tính toán theo điều kiện ổn định. Đối với trục uốn y, độ mảnh = LE / ry = 4500/38,3 = 118 Xác định Pc : Pc = A x pc; Từ py = 200 N/mm2 và max= 118. Đối với thép hình H cán nóng có mômen uốn quanh trục x có Hằng số Robertson a = 3,5. 2E 2 205000 2 E 2 205000 o 0, 2 0, 2 17,15 ; pE 2 146,1N / mm 2 py 275 1182 a( o ) 3,5 x (118 17,15) Hệ số Perry 0,352 1000 1000 p ( 1) pE 275 (0,352 1) x146,1 y 236, 2 2 2 pE p y 146,1x 275 pc 111, 2 N / mm 2 2 2 pE p y 236,2 236, 2 146,1x 275 Sức chịu nén (trục y) HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 98 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Pcy = 38,3 x 100 x 111,2 / 1000 = 425,9 kN Cường độ chịu nén ( trục x) Đối với trục uốn x, độ mảnh = LE / rx = 4500/67,6 = 67 Tương tự như trên cho pc = 207,8 N/mm2. Sức chịu nén ( trục x) Đối với tiết diện không mảnh: Pc = A pc Pcx = 38,3 x 100 x 207,8 / 1000 = 795,7 kN Kết luận Sức chịu nén là giá trị nhỏ hơn của Pcx và Pcy , vậy chọn là 425,9 kN. 4.1.4. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1993-1-1:2005 Phân loại tiết diện: Từ Bảng III.15, giới hạn loại 1 dẻo đối với b/T cho bản cánh chịu nén là 9 = 9 x (235/fy)0,5 = 9 x (235/275)0,5 = 9,32 , vì vậy bản cánh thuộc lớp 1 dẻo. Từ Bảng III.14, giới hạn loại 3 nửa đặc chắc đối với d/t cho bản bụng chịu nén của tiết diện H là 33 =30,51, vì vậy bản bụng thuộc lớp 1 dẻo. Chiều dài tính toán: Đối với tiết diện liên kết khớp hai đầu, LE =1,00L = 7 m cho cả hai trục. Cường độ chịu nén (đối với trục y): Đối với tiết diện thép hình liên kết hàn, tiết diện không bị giảm yếu chỉ cần tính toán theo điều kiện ổn định. Đối với trục uốn y, độ mảnh = LE / ry = 4500/38,2 = 118 Công thức kiểm tra : Trong đó: N Ed 1 N B , Rd NEd là giá trị lực nén thiết kế. NB,Rd là khả năng chịu ổn định của cấu kiện chịu nén. N B ,Rd Af y ; M1 1 2 __ 2 ; __ 2 __ 0,5[1+ ( 0, 2) ] ; Đối với tiết diện I cán nóng có h/b = 157,6/152,9 = 1,031,2 và tf = 25,4 và 1,97 2 có: __ E 2,1x106 hw (1,3 0,15 ) (1,3 0,15 x 1,97) 59,5 t f 2100 w h 53, 2 h 59,11 w 59,5 đảm bảo ổn định cục bộ. Vậy có: w tw 0,9 tw hw E 2,1x106 59,11 2,3 2,3 72,7 không phải đặt sườn ngang. Và có: tw f 2100 Với tiết diện đã thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam là đủ bền, đủ ổn định tổng thể, đủ ổn định cục bộ. Ta tiến hành kiểm tra theo các tiêu chuẩn khác. 4.4.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD Công thức tính toán: Pn = Fcr . A Fcr : Ứng suất tính toán tới hạn. Lx 1500 E 210000 rx 24,11 62, 21 4, 71 Fy 4,71 220 146 Fe : Ứng suất đàn hồi tới hạn; 2E 2 210000 535, 46 N / mm2 2 2 - Trong trường hợp uốn dọc: Fe 62,21 Lx rx - Trong trường hợp oằn bên kèm xoắn: Cw I y ho2 4 10889,6 x(56 1, 4)2 8.115.910cm 6 4 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 107 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP bt 3 2 x36 x1, 43 53, 2 x 0,93 78, 78cm 4 3 3 E 210000 G 80.769 N / mm 2 2(1 ) 2 1 0,3 J 2 EC 1.0 2 210000 x8115910 x106 1 w Fe GJ 80769 x78,8 x104 x 2 2 4 (1500) (84434 10889,6) x10 K x Lx I x I y Fe 145,18 N / mm 2 - Chọn Fe min bằng 145,18 N/mm2 để tính toán. Fy 220 145,18 x 220 116,67 N / mm2 Từ (3.19) : Fcr [0,658 ] . Fy 0,658 Fe 2 Vậy: Pn 116,67 x148,68 x10 1.734.709 N 1734,7kN Khả năng chịu lực của tiết diện: N = c x Pn = 0,85 x 1734,7 = 1474,5 kN Tính toán độ ổn định cục bộ: Q = Qs x Qa - Tính toán độ mảnh bản cánh: Qs b (36 0,9) E 210000 12,54 0,56 0,56 x 17,3 t 2 x1, 4 Fy 220 Vậy Qs = 1. - Tính toán độ mảnh bản bụng: Qa h 53, 2 E 210000 59,1 1, 49 1, 49 x 74, 44 tw 0,9 Fcr 84,14 Vậy Qa = 1. Từ đó : Q = 1; Tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. Tính toán cột chịu nén uốn: Pu 1000 0,68 0, 2 c Pn 1474,5 Ta có: Pr 8 M rx M ry 1 Pc 9 M cx M cy E 210000 - Lb = 750 cm; Lp 1, 76ry 1,76 x8,56 x 466cm Fy 220 Công thức kiểm tra: - rts I y Cw Sx E - Lr 1,95rts 0,7 Fy 10889, 6 x8115910 9, 4cm 3389 2 0,7 Fy S x h0 Jc 1 1 6,76 S x h0 E Jc 2 210000 78,8 x1 0,7 x 220 3389 x54, 6 1,95 x9, 4 1 1 6,76 1215cm 0,7 x 220 3389 x54,6 210000 78,8 x1 Với Lp = 466 < Lb = 750 < Lr = 1215, áp dụng công thức tính Mn: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 108 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP L Lp M n Cb M p M p 0,7 Fy S x b M p Z x Fy Lr L p Mp = 3087 x 220 x 10-3 = 679,1 kNm 750 466 M n 1 679,1 679,1 0,7 x220 x3389 619, 4kNm M p 1215 466 Thay vào công thức: Pu 8 M ux 1000 8 370 8 0,94 0,66 1, 27 1 c Pn 9 b M nx 0,85 x1734,7 9 0,9 x619, 4 9 Tiết diện không đảm bảo khả năng chịu lực. 4.4.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950 (1) Phân loại tiết diện cột: Cường độ thiết kế py = 22 kN/cm2 = 220 N/mm2. Đối với tiết diện hàn giảm 20 N/mm2. Vậy py = 200 N/mm2. = (275/200)0,5 = 1,173 b (36 0,9) 12,5 1,2 và tf = 14 và 1,97 2 có: __ E 2,1x106 hw t (1,3 0,15 ) f (1,3 0,15 x1,97) 2100 59,5 w h 53, 2 h 59,11 w 59,5 đảm bảo ổn định cục bộ. Vậy có: w tw 0,9 tw hw E 2,1x106 59,11 2,3 2,3 72,7 không phải đặt sườn ngang. Và có: tw f 2100 4.5.2. Tính toán tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD a. Tính toán độ ổn định cục bộ: Q = Qs x Qa - Tính toán độ mảnh bản cánh: Qs b 15, 29 E 205000 8,13 0,56 0, 56 x 15,3 t 2 x0, 94 Fy 275 Vậy Qs = 1. - Tính toán độ mảnh bản bụng: Qa h 12,36 E 205000 19,01 1, 49 1, 49 x 92, 6 tw 0, 65 Fcr 53,12 Vậy Qa = 1. Từ đó : Q = 1; Tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. b. Khả năng chịu lực nén của cột : Pn = Fcr . A Fcr : Ứng suất tính toán tới hạn. Ly 426,72 L E 199955 ( r ) min ry 9, 42 45, 28 4,71 Fy 4,71 345 113 Fe : Ứng suất đàn hồi tới hạn; 2E 2199955 962, 41N / mm 2 2 2 - Trong trường hợp uốn dọc: Fe 45, 28 Lx rx - Trong trường hợp oằn bên kèm xoắn: G E 199955 76.906 N / mm2 2(1 ) 2 1 0,3 2 EC 1.0 2199955 x 4833646 x106 1 w Fe GJ 76906 x 224 x104 x 2 2 4 (426,72) (46202 16733) x10 K x Lx I x I y Fe 1105,54 N / mm 2 HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 115 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Chọn Fe min bằng 962,41 N/mm2 để tính toán. Fy 345 962,41 Từ (3.19) : Fcr [0,658 ] . Fy 0,658 x345 296,75 N / mm2 Fe 2 Vậy: Pn 296,75 x187,74 x10 5571224 N 5.571, 2kN Khả năng chịu lực của tiết diện: N =c x Pn = 0,85 x 5.571,2 = 4735,5 kN Tính toán độ ổn định cục bộ: Q = Qs x Qa - Tính toán độ mảnh bản cánh: Qs b 37,08 E 199955 9,36 0,56 0,56 x 13,5 t 2 x1,98 Fy 345 Vậy Qs = 1. - Tính toán độ mảnh bản bụng: Qa h E 199955 23,5 1, 49 1, 49 x 36,86 tw Fcr 326, 72 Vậy Qa = 1. Từ đó : Q = 1; Tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. Tính toán cột chịu nén uốn: Pu 1799 0,376 0, 2 c Pn 4735,5 Ta có: Pr 8 M rx M ry 1 Pc 9 M cx M cy E 199955 - Lb = 426,72 cm; Lp 1, 76ry 1, 76 x9, 42 x 399, 4cm Fy 345 Công thức kiểm tra: - rts I yCw Sx E - Lr 1,95rts 0,7 Fy 16.733 x 4.833.646 10,5cm 2573 2 0,7 Fy S x h0 Jc 1 1 6,76 S x h0 E Jc 2 199955 224 x1 0, 7 x345 2573x34,09 1 1 6,76 1379,1cm 0,7 x345 2573 x34,09 224 x1 199955 Với Lp = 399,4 < Lb = 426,72 < Lr = 1379,1: áp dụng công thức tính Mn: L Lp M nx Cb M p M p 0, 7 Fy S x b M p Z x Fy L L r p 1,95 x10,5 Mp = 2835 x 345 x 10-3 = 997,3 kNm 426,72 399,4 M nx 1 997,3 997,3 0,7 x345 x 2573 967, 4kNm M p 1379,1 399,4 Mny = py Zy = 345 x 1370 / 103 = 473 kNm. Thay vào công thức: HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP M uy Pu 8 M 1779 8 339 108 8 ( ux ) ( ) 0,376 (0,389 0, 255) c Pn 9 b M nx b M ny 0,85 x5571, 2 9 0,9 x967, 4 0,9 x 473 9 M uy Pu 8 M ( ux ) 0,949 1 c Pn 9 b M nx b M ny 4.5.3. Tính toán theo tiêu chuẩn Anh BS5950:Part 1: 2000 (1) Phân loại tiết diện cột: Cường độ thiết kế py = 345 N/mm2. Đối với bản cánh có chiều dày max = 19,8 mm> 16 mm nên chọn py = 335 N/mm2. = (275/345)0,5 = 0,893 b Cánh: 9,36 1 1,295 > 1 1,222 > 1 1,057 > 1 1,394 > 1 1,523 > 1 1,321 > 1 1,443 > 1 1,364 > 1 1,111 > 1 1,358 > 1 1,538 > 1 1,291 > 1 1,282 > 1 1,247 > 1 4.5.6 Nhận xét: - Đối với tiết diện như ví dụ 4.5 cho kết quả tính toán tiết diện tính theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 và Mỹ AISC/LRFD đạt yêu cầu thiết kế còn tính theo tiêu chuẩn Anh BS 5950 và Châu Âu EN 1993-1-1:2005 không đạt yêu cầu thiết kế. Với bốn tiêu chuẩn trên kết quả tính toán đối với ổn định do uốn ngang cho kết quả bất lợi nhất, như vậy sự mất ổn định chính là do uốn trong mặt phẳng chứ không phải xoắn và oằn bên. - Ứng suất chảy sử dụng tính toán sử dụng tính toán trong tiêu chuẩn Mỹ là 345N/mm2, Việt Nam là 313,6N/mm2, Anh là 335N/mm2, Châu Âu là 345N/mm2. Tuy nhiên các kết quả trên chỉ mang tính chất tham khảo do tính toán với cấu kiện riêng lẻ, nếu tính trong hệ kết cấu thì kết quả sẽ khác nhiều vì các yếu tố chưa xét đến (ví dụ hệ số vượt tải Q, hệ số tổ hợp c). - Trong ví dụ thứ nhất giữa tiêu chuẩn Mỹ với tiêu chuẩn Anh và Eurocode có sự chênh lệch như vậy là do việc phân loại tiết diện và sử dụng môđun dẻo (tiêu chuẩn Mỹ) và môđun đàn hồi (theo tiêu chuẩn Anh và Euro) để tính toán cấu kiện. - Giữa tiêu chuẩn Việt Nam khi tính toán cấu kiện sử dụng môđun đàn hồi và các tiêu chuẩn của Mỹ, Anh và Euro sử dụng môđun dẻo nên nhưng vẫn có sự chênh lệch lớn về kết quả kiểm tra, chứng tỏ về quy trình thiết kế cột thép theo các tiêu chuẩn Mỹ, Anh, Euro an toàn hơn theo tiêu chuẩn Việt Nam. Tuy nhiên nếu xem xét tổng thể cả vấn đề tải trọng và tổ hợp tải trọng thì điều đó chưa chắc đúng. Chương V. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 5.1. Nhận xét 1. Về phương pháp thiết kế : HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 122 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Qua phân tích đánh gia ở chương I cho thấy cả ba tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, BS5950: Part 1: 2000 và EN 1993-1-1:2005 1993-1-1:2005 đều quy định thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn. Đây cung là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của các nước tiên tiến hiện nay. Về ý tưởng chung, các phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của các nước đều tương đồng, tuy cách thể hiện và nội dung cụ thể khác nhau. Các tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, Mỹ AISC/ASD, AISC/LRFD, BS5950: Part 1: 2000 và EN 1993-1-1:2005 đều sử dụng trạng thái tới hạn với các hệ số độ tin cậy về tải trọng và hệ số an toàn về vật liệu. 2. Về tải trọng thiết kế : - BS 5950 : Part1: 2000 : Về xác định tĩnh tải và hoạt tải theo BS 5950:Part1:2000 thì không khác mấy so với tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng, riêng tải trọng gió thì cách tính khác hẳn. Cả hai tiêu chuẩn đều có hệ số an toàn về tải trọng, vật liệu. Hệ số an toàn về tải trọng theo tiêu chuẩn BS 5950:Part 1: 2000 thể hiện qua hệ số khi tổ hợp tải trọng và lớn hơn hơn tiêu chuẩn TCXDVN 338: 2005. - EN 1993-1-1:2005 cũng có hệ số vượt tải, cách tính hoạt tải theo EN 1993-11:2005 hơi khác TCXDVN 338:2005, ví dụ đối với văn phòng hoạt tải từ 2,0 - 3,0 (kN/m2). Cả hai tiêu chuẩn khi tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ đều sử dụng tổ họp tính toán, còn với trạng thái giới hạn sử dụng thì sử dụng hợp tiêu chuẩn (tiêu chuẩn EN lấy các hệ số tổ hợp bằng 1). - Tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 khi xác định tải trọng gió chưa xét chi tiết các trường hợp lực gió ma sát ở hai mặt bên công trình và lực gió thấm lọt vào công trình qua các khe hở. - Đối với áp lực động của gió đối với TCXDVN 338:2005 thì công trình có chiều cao ≥ 40 m phải tính thêm áp lực động bằng một loạt các phép tính phức tạp; theo BS 6399 thì khi tính áp lực gió kể đến thành phần động bằng cách nhân với hệ số (1+Cr) với Cr K b (H/h o )075 , Cr ≤ 0,25 (Kb tra bảng, ho =0,1 m, H là chiều cao công 800 log (H/h o ) trình); Theo tiêu chuẩn Mỹ (ASCE 7) với công trình có chiều cao H ≤ 18,3 m sử dụng áp lực gió qh để tính toán. Đối với công trình H > 18,3 m sử dụng áp lực gió q và qi để tính toán. 3.Về vật liệu thiết kế: Cường độ tính toán của vật liệu thép theo TCXDVN 338:2005 xác định chính bằng giới hạn chảy của thép chia cho hệ số an toàn vật liệu về nguyên tắc giống EN 1993-1-1:2005 . Mặt khác tiêu chuẩn Việt Nam cho phép đối với các loại thép không nêu tên trong tiêu chuẩn Việt Nam và các loại thép của nước ngoài được phép sử dụng cường độ tính toán = y / M ( với = 1,1). Theo BS 5950:Part1:2000 chỉ giới thiệu 3 cấp thép chính tiêu chuẩn châu Âu, trong số rất nhiều loại thép theo các tiêu chuẩn EN 10025-2,3,4,5,6 và EN 10210-1. Thép kết cấu theo AISC chấp nhận sử dụng rất đa dạng gồm 16 loại. Hầu hết các tiêu chuẩn về vật liệu thép kết cấu các nước đều có thép cán nóng chữ I cánh rộng, TCVN thì không có các loại I cánh rộng (tiết diện chữ H) là các loại rất phổ biến trên thị trường. Cũng cần lưu ý rằng thép hình cán nóng của các nước do công nghệ cán khác nhau, các góc chuyển tiếp khác nhau nên chúng có những đặc trưng hình học rất khác nhau, mặc dù có cùng kích cỡ. Vì vậy việc thay thế thép HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 123 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP hình của nước này bằng thép hình cùng kích cỡ của nước khác nói chung là không được. Thực tế cho thấy, thép có quá nhiều chủng loại, việc nắm vững các tính năng của thép theo nguồn gốc là rất quan trọng, nó giúp người kỹ sư quyết định chất lượng thiết kế xây dựng. 4.Về tính toán cấu kiện chịu nén a. Phân lớp tiết diện Tiêu chuẩn Việt Nam chỉ chấp nhận một loại tiết diện đó là tiết diện dẻo/tiết diện đặc chắc. AISC/ASD phân cấp tiết diện thành 03 lớp (tiết diện đặc, tiết diện không đặc, tiết diện mảnh) ứng với mỗi loại tiết diện AISC/ASD sẽ tính được một giá trị ứng suất tính toán Fcr riêng. Theo tiêu chuẩn BS 5950:Part1:2000 và EN 1993-11:2005 phân lớp tiết diện thành 04 lớp (tiết diện dẻo; tiết diện đặc chắc; tiết diện nửa đặc chắc; tiết diện mảnh). Mỗi khi bắt đầu tính toán kiểm tra một cấu kiện , việc đầu tiên thì phải xác định lớp của tiết diện để áp dụng công thức tính toán tương ứng. Tuy nhiên việc phân loại tiết diện cụ thể cũng có sự khác nhau giữa BS 5950:Part1:2000 và EN 1993-1-1:2005. Việc phân lớp tiết diện phép người thiết kế sử dụng nhiều loại tiết diện thậm chí rất mảnh, độ mảnh giới hạn của cấu kiện chịu nén thông thường theo tiêu chuẩn Anh, Mỹ là 180 trong khi của Việt Nam là 120. Đây là một ưu thế của tiêu chuẩn AISC/ASD (Mỹ) BS 5950:Part1:2000 ; EN 1993-1-1:2005 so với TCXDVN 338:2005. b. Tính toán cấu kiện nén - Theo BS 5950:Part1:2000 cũng mở rộng việc tính toán kể đến biến dạng dẻo cho các lớp tiết diện dẻo và đặc chắc, không cần các điều kiện về tải trọng tĩnh và về lực cắt nhỏ như ở TCXDVN. Tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 thường kiểm tra tiết diện theo ứng suất tới hạn còn tiêu chuẩn BS 5950:Part1:2000 thường kiểm tra cấu kiện theo nội lực tới hạn. - Công thức cơ bản của Anh BS 5950:Part1:2000 và Mỹ AISC/LRFD tính toán cấu kiện chịu nén đã sử dụng đại lượng S là môđun chống uốn dẻo, và Z là môđun chống uốn đàn hồi. Vì vậy các tiết diện thép hình cũng đã lập sẵn các giá trị môđun chống uốn dẻo. Còn với tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 sử dụng môđun chống uốn đàn hồi Wn,min, các thép hình chỉ có giá trị W đàn hồi. Để tính toán dẻo khi được cho phép do thoả mãn một số điều kiện thì TCXDVN 338:2005 cho giá trị số c nhân với W đàn hồi và nhận được W dẻo (hệ sô c1, cx, cy lấy bảng C.1- phụ lục C của TCXDVN 338:2005). - Tính toán cấu kiện chịu nén theo EN 1993-1-1:2005, sử dụng giá trị sức kháng uốn của tiết diện ( theo nội lực tới hạn). Tương tự như vậy, khi tính toán theo BS 5950:Part1:2000, giá trị sức kháng uốn phụ thuộc vào loại tiết diện. Với tiết diện dẻo và đặc thì được thiết kế dẻo. Theo EN 1993-1-1:2005 khi lực cắt lớn Fv >0,5 Pv ( khác với BS 5950:Part1:2000 là Fv >0,6Pv) thì cần phải kể đến ảnh hưởng của lực cắt đến khả năng chống uốn dẻo của tiết diện. Kết quả tính toán cụ thể được trình bày qua các ví dụ theo TCXDVN 338:2005 và EN 1993-1-1:2005. Nhưng cách so sánh như trên chỉ là tương đối, chỉ đúng khi tính toán các cấu kiện riêng lẻ, khi tính toán hệ kết cấu thì kết luận trên không còn đúng nữa do còn rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quả tính toán chưa được xét đến. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 124 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Đối với tiết diện mảnh (tính ổn định cục bộ) thì các tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD; BS 5950:Part1:2000; EN 1993-1-1:2005 đều sử dụng diện tích hiệu dụng và tính giảm ứng suất để kiểm tra, đối với TCXDVN 338:2005 một số trường hợp chỉ tính giảm diện tích tính toán, các trường hợp khác phải điều chỉnh giới hạn độ mảnh của ô bản theo quy định. Việc tính toán theo tiêu chuẩn: BS 5950:Part1:2000; EN 1993-1-1:2005 đã xét đến ảnh hưởng của hình dạng phân bố mômen trên cấu kiện (bậc một, đổi dấu, bậc 2 . . .) - AISC/LRFD; BS 5950:Part1:2000; EN 1993-1-1:2005 cũng như tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 đều là những tiêu chuẩn thuộc một hệ thống tiêu chuẩn đồng bộ, tương ứng. Chính vì vậy, người thiết kế khi dùng các tiêu chuẩn này để thiết kế kết cấu thì bắt buộc phải tiến hành việc xác định tải trọng tính toán, tổ hợp tải trọng, sử dụng vật liệu, phương pháp tính theo hệ thống tiêu chuẩn tương ứng đó. - Về ổn định cục bộ, tính theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 338:2005 khắt khe hơn, chỉ cần cánh hay bụng mất ổn định cục bộ là coi như mất bền. Tiêu chuẩn Mỹ AISC/LRFD, Anh BS5950:Part1:2000, EN1993-1-1:2005 chỉ bỏ qua phần bụng oằn, phần còn lại phân phối lại ứng suất và cho phép tăng chiều dày cánh để giảm ứng suất cho bụng mà không cần tăng bề dày bụng và không cần bố trí sườn gia cường. Nếu tính toán hợp lý thì không cần bố trí sườn gia cường mà bề dày bụng vẫn mỏng hơn khi kiểm tra theo tiêu chuẩn Việt Nam. c. Kiểm tra oằn bên kèm xoắn - Theo Tiêu chuẩn Mỹ AISD/ASD việc kiểm tra oằn bền kèm xoắn đơn giản hơn phụ thuộc vào chiều dài không giằng Lb là khoảng cách giữa các liên kết của cấu kiện ngăn cản chuyển vị ngang hoặc là ngăn cản sự xoắn tiết diện; - Theo cách tính của BS 5950:Part1:2000, đặc điểm của cấu kiện chịu nén ngoài mặt phẳng, là đưa vào một đặc trưng của cấu kiện là độ mảnh tương đương khi oằn bên LT. Đại lượng này bao gồm chiều dài tính toán của cấu kiện, loại tiết diện chữ I hay C, có đối xứng hay không, kích thước chính của tiết diện, vị trí của tải trọng. Xác định hệ số LT tương đối đơn giản nhờ một loạt bảng biểu và nhiều công thức khá đơn giản. Dùng LT và cường độ tính toán của thép, tính toán được cường độ chịu uốn pb. Cường độ pb này thực chất là cường độ (cyf) của TCXDVN 338:2005, tuy nhiên cách tính của BS 5950:Part1:2000 đơn giản hơn nhiều. - Đối với các công trình xây dựng tại Việt Nam, do đặc thù cho phép độ mảnh cấu kiện bé và các công trình có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều rộng nên vấn đề oằn bên kèm xoắn chưa được thể hiện chi tiết. - Theo qui định của TCXDVN 338:2005, việc kiểm tra ổn định tổng thể của cấu kiện chịu nén chỉ như là một việc kiểm tra thêm sau khi đã tính toán về cường độ. Mọi bảng biểu cần cho việc kiểm tra đều ở phụ lục nên người thiết kế dễ coi việc này là không quan trọng, và nhiều khi bỏ qua không làm. BS 5950:Part1:2000 thì trình bày vấn đề oằn ngang thành một mục riêng, bình đẳng với mục cấu kiện chịu uốn (mà chi tiết hơn nhiều: 19 trang so với 3 trang của cấu kiện chịu uốn). Và đương nhiên, mọi cấu kiện chịu nén mà không được kiềm chế ngang toàn bộ đều phải kiểm tra về oằn ngang. Mọi loại tiết diện: đối xứng hai trục, đối xứng một trục, không đối xứng đều có thể kiểm tra tương đối dễ dàng. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 125 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP - Theo EN 1993-1-1:2005 xác định giá trị mômen kháng oằn tính toán Mb,Rd = LTWyfy/M1 phụ thuộc chính vào hệ số giảm do sự cong vênh của dầm khi mất ổn định (LT). Việc tính toán oằn theo EN 1993-1-1:2005 cũng hết sức quan trọng và chi tiết, thể hiện chia ra đường cong tính oằn trong trường hợp chung, trường hợp tiết diện thép hình và tiết diện hàn tương đương. Tuy nhiên các hệ số trong EN 1993-1-1:2005 chỉ mang tính chất gợi ý tham khảo, và hệ số đó có thể được xác định từ phụ lục quốc gia khi áp dụng tiêu chuẩn châu Âu. 5.2 Kết luận - Từ các kết luận rút ra ở trên chúng ta thấy tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam TCXDVN 338:2005 là tiêu chuẩn tiên tiến do được biên dịch từ tiêu chuẩn Liên Xô, là một nước có trình độ khoa học phát triển cao trên thế giới, đã có sự điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Về tính khoa học hiện đại cũng không chênh lệch nhiều so với tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 của châu Âu. Đây là một tiêu chuẩn đầy đủ, tỉ mỉ mà có tính khoa học cao. Nhưng do coi trọng độ cứng của tiết diện, của cấu kiện; việc tính toán hoàn toàn theo sơ đồ ban đầu, nên việc sử dụng cho thực tế xây dựng là khá phức tạp. Trong điều kiện hiện nay, khi nền kinh tế của nước ta hội nhập với nền kinh tế thế giới thì việc nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn tính toán khác nhau của những nước tiên tiến trên thế giới vào Việt Nam là một công việc cần thiết. Qua đó, rút ra những vấn đề mà tiêu chuẩn của ta hoặc còn thiếu, hoặc đã lạc hậu; trên cơ sở đó bổ sung cho tiêu chuẩn Việt Nam hoàn chỉnh và dễ sử dụng hơn. - Khi thiết kế một công trình kết cấu thép cụ thể, chỉ nên dùng một hệ thống tiêu chuẩn quy phạm chứ không được lẫn lộn cả hai, sẽ đưa đến những phi lý. Tránh tình trạng khi thiết kế dùng một tiêu chuẩn này và khi thẩm định dùng một tiêu chuẩn khác hoặc là cũng không thể dùng tiêu chuẩn của Việt Nam để kiểm tra và thẩm định các công trình đã được thiết kế theo các tiêu chuẩn và quy phạm của các nước khác. - Tiếp nhận tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005, cần điều chỉnh giới hạn độ mảnh của cấu kiện để tạo công trình có kiến trúc thanh mảnh, bổ sung việc phân loại tiết diện và môđun chống uốn dẻo để tính toán trong một số trường hợp sẽ tiết kiệm vật liệu hơn. Đối với tiêu chuẩn tải trọng gió cần bổ sung yếu tố gây ma sát và thấm lọt vào công trình. - Việc áp dụng các tiêu chuẩn xây dựng cấp quốc gia của các nước trên thế giới, của các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, tổ chức tiêu chuẩn khu vực (sau đây gọi chung là tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài) trong hoạt động xây dựng trên lãnh thổ Việt Nam, phải đảm bảo tạo ra các công trình, sản phầm xây dựng an toàn sử dụng cho người, cho bản thân công trình và các công trình lân cận; đáp ứng các quy định của Việt Nam về an toàn sinh thái, bảo vệ môi trường; đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật; đảm bảo tính đồng bộ và khả thi trong quá trình xây dựng từ thiết kế, thi công, nghiệm thu đối với công trình và trong tổng thể công trình. - Phải sử dụng các số liệu đầu vào có liên quan đến điều kiện đặc thù Việt Nam được quy định trong các Quy chuẩn xây dựng bắt buộc áp dụng thuộc các lĩnh vực sau: Điều kiện tự nhiên, khí hậu; điều kiện địa chất, thuỷ văn; phân vùng động đất, cấp động đất. Các tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài được lựa chọn áp dụng vào các hoạt động xây dựng trên lãnh thổ Việt Nam phải là những tiêu chuẩn xây dựng tiên tiến, HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 126 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP hiện hành, được chủ đầu tư xem xét lựa chọn và quyết định áp dụng trước khi lập hồ sơ thiết kế cơ sở; - Trong tình hình đó, việc định hướng hệ thống Quy chuẩn và Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam được Bộ xây dựng lựa chọn tiêu chuẩn châu Âu đối với các lĩnh vực kết cấu, nền móng và vật liệu xây dựng là hoàn toàn phù hợp. Từ đó cho thấy việc chuyển dịch và áp dụng Eurocodes là trong những nhiệm vụ khoa học công nghệ của ngành Xây dựng nhằm hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam trong giai đoạn hội nhập. Trước mắt, năm 2007 và 2008 tập trung chuyển dịch các tiêu chuẩn EN 1990, 1991, 1993, 1994, 1996, 1997, 1999 (EN 1998 đã được chuyển dịch) và một số tiêu chuẩn khác được tham chiếu trong các tiêu chuẩn chính, nghiên cứu thành lập các Phụ lục Quốc gia cho các tiêu chuẩn tương ứng, soát xét hoặc chuyển dịch một số tiêu chuẩn khác, tham chiếu theo các tiêu chuẩn chính; Bô xây dựng phấn đấu năm 2010, sẽ hoàn thành đồng bộ các tiêu chuẩn này. Trong quá trình hội nhập, Nhà nước ta cho phép các kỹ sư lựa chọn sử dụng tiêu chuẩn của các nước Mỹ, Anh, Châu Âu, Úc... bên cạnh tiêu chuẩn Việt Nam, vì vậy cần sớm phổ biến đào tạo để áp dụng thành thạo các tiêu chuẩn các nước tiên tiến như Anh, Mỹ, Châu Âu trong thiết kế kết cấu, nhất là đối với những công nghệ mới đã và đang ứng dụng vào nước ta. Để hoàn thành nhiệm vụ này, ngành xây dựng cần đầu tư thích đáng để thu nhập tài liệu (tiêu chuẩn và các tài liệu có liên quan), huy động đối đa lực lượng khoa học và chuyên gia (ngành vật liệu, kết cấu và nền móng công trình, địa kỹ thuật, thi công xây lắp, quản lý chất lượng …). Đồng thời cần có sự hợp tác quốc tế nhằm tìm nguồn tài trợ cho chuyển dịch các tiêu chuẩn Eurocodes; tiếp tục hợp tác tích cực với các cơ sở nghiên cứu của Anh và các nước châu Âu nhằm tham vấn, trao đổi chuyên môn, giải mã các vấn đề thuộc nội dung của các tiêu chuẩn, học hỏi kinh nghiệm thiết lập Phụ lục Quốc gia./. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - TCVN 5709 : 1993. Thép các bon cán nóng dùng trong xây dựng. Yêu cầu kỹ thuật; HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 127 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP [2] - TCVN 3104 : 1979. Thép kết cấu hợp kim thấp. Mác, yêu cầu kỹ thuật; [3] - BS 4449:1997, Specification for carbon steel bars for the reinforcement of concrete; [4] - A36/A36M-05 Standard Specification for Carbon Structural Steel [5] - ASTM a588 : Specification for High-strength Low-alloy Structural Steel; [6] - TCVN 2737 : 1995. Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế; [7] - ASCE STANDARD (ASCE 7-98): Minimum Design Loads for Buildings anf Other Structures; [8] - UBC 1997 - Uniform Building Code , Structural Engineering Design Provisions; [9] - BRITISH STANDARD (BS 6399:1997): Loading for Buildings; [10] - Code of Basic data for the design of Buildings (CP3) [11] - TCXDVN 338 : 2005. Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế ( Steel structures – Design standard ); [12] - Tiêu chuẩn Anh BS 5950 : 2000 Part 1 ; [13] - AISC/ASD Standard: Manual of Steel Construction Allowable Stress Design; [14] - GS.TS Đoàn Định Kiến: Tính toán kết cấu thép theo Tiêu chuẩn Anh (BS 5950 : 2000 Part 1) - 2004; [15] - GS.TS Đoàn Định Kiến: Tính toán kết cấu thép theo Tiêu chuẩn Mỹ (AISC/ASD) - 2004; [16] - ANSI/AISC 360-05: Specification for Structural Steel Buildings [17] - LOAD & RESISTANCE FACTOR DESIGN (Structural Members, Specifications & Codes - 1994) [18] - Design Examples version 13 (American Institute of Steel Construction Inc) [19] - STRUCTURES DESIGN RESISTANCE FACTOR DESIGN TALLAHASSEE, FLORIDA JANUARY 2002 GUIDELINES FOR LOAD AND STRUCTURES DESIGN OFFICE [20] - Structural Steelwork – Design to Limit State Theory (Second Edition) – T J MacGinlay & T C Ang [21] - Steel Designers’ Manual – The Steel Construction Institute – Graham W.Owens and Peter R.Knowles [22] - LOAD & RESISTANCE FACTOR DESIGN SPECIFICATION (For Structural Steel Buildings - 1999) [23] - EN 1990 : Basis of Structural Design [24] - EN 1991 : Actions on structures HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 128 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP [25] - Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings [26] - Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-3: General rules Supplementary rules for cold formed thin gauge members and sheeting [27] - Some Features of the European Norm for Cold-Formed Steel Design in comparison with the AISI Specification - S. Ádány (Budapest University of Technology and Economics ), B. Schafer (Johns Hopkins University) Thành phần động của tải trọng gió: Theo TC2737-95, nhà và công trình có chiều cao ≥40 m phải tính áp lực động của tải trọng gió do lực gió tăng thêm. HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH NGỌC – CHXD2004 129 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT SO SÁNH CÁCH TÍNH CẤU KIỆN CHỊU NÉN BẰNG THÉP Theo BS 6339-Part 2 thì đối với công trình có hệ số động tăng thêm Cr và chiều cao H của công trình. Khi Cr ≥ 0,25, H ≥ 300 m thì phải tính gió động. Với Cr K b (H/h o )075 : Kb: Hệ số tra bảng; H: Chiều cao công trình; ho= 0,1 m. 800 log (H/h o ) Tiêu chuẩn EN 1991- Actions on structures — Part 1-4: General actions - Wind Actions : Chỉ đưa ra nguyên tắc chung: Các đặc trưng động của kết cấu biểu thị qua: Tần số dao động tự nhiên; Mô hình kết cấu; Khối lượng cân bằng; Sự tắt dần dao động. Theo ASCE 7 với công trình có chiều cao H ≤ 18,3 m sử dụng áp lực gió qh để tính toán. Đối với công trình H > 18,3 m sử dụng áp lực gió q và qi để tính toán. |
