Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 53A, 2021 MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG NGUYỄN NGỌC PHÚC Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh phd.nguyenngocphuc@gmail.com Tóm tắt Việc xác định giá trị xác định đầy đủ thành phần tải trọng tác động yếu tố quan trọng tính tốn thiết kế cơng trình Yếu tố định đến yêu cầu Kinh tế - Kỹ thuật dự án thể qua tổng mức đầu tư xây lắp ràng buộc độ bền; ổn định; biến dạng; tuổi thọ cơng trình Thực tiễn chứng minh nhiều vấn đề tiềm ẩn phát sinh liên quan đến cơng trình đánh giá chưa xác đáng tải trọng tác động gây Bên cạnh đó, tải trọng tác động khơng mang yếu tố cố hữu giá trị cách thức tác động, mà phụ thuộc vào thay đổi điều kiện tự nhiên điều kiện kinh tế xã hội Ngày nay, đứng trước thay đổi lớn lao tải trọng không dị thường cách thức tác động điều kiện kinh tế xã hội gây ra, mà chịu thay đổi lớn từ điều kiện tự nhiên Đồng thời, đất nước tiến trình hội nhập Quốc tế hóa – Tồn cầu hóa, tiếp cận cách đồng hệ thống Tiêu chuẩn kỹ thuật điều tất yếu Bài viết này, đề cập đến số điểm khác biệt tính tốn tải trọng tác động TCVN 2737:2020 so với TCVN 2737:1995 áp dụng cho Cơng trình xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp Từ khóa: TCVN 2737:1995; TCVN 2737:2020; Tải trọng tác động THE DIFFERENTIATIONS FOR DETERMINATION OF ACTIONS ON STRUCTURES BETWEEN TCVN 2737:2020 WITH TCVN 2737:1995, USING IN CIVIL ENGINEERING Astract In this paper, I concern about the differentiations for determination of actions on structures between TCVN 2737:2020 with TCVN 2737:1995, using in Civil Engineering As we known, ActingLoading is not constant by changing of natural conditions and developments of social On the other hand, nowadays, Our Country is on the processing of Internationalization and Globalization So, we must to synchronize our standards with the world To determine exactly values and the way of actings on structures are most important thing They influence to safety, longevity and cost of projects Keywords: TCVN 2737:1995; TCVN 2737:2020; Actions on structures TIÊU CHUẨN GỐC ĐƯỢC VIỆN DẪN ĐỂ BIÊN SOẠN CỦA HAI TIÊU CHUẨN NÀY: Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 biên dịch từ tiêu chuẩn Nga SNip năm 1985 [6] Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 biên soạn lần tiếp cận theo tiêu chuẩn châu Âu Eurocode EN 1991 TỔ HỢP CÁC TÁC ĐỘNG: 2.1 Tổ hợp tải trọng TCVN 2737:1995 [1] Tiêu chuẩn đề xuất kiểm soát trạng thái làm việc kết cấu 02 trạng thái giới hạn với 02 dạng cấu trúc tổ hợp tải trọng Khái niệm tổ hợp tải trọng đề cập tiêu chuẩn dễ dẫn đến hiểu nhầm tổ hợp nguyên nhân hiểu tổ hợp hệ tác động Bởi vì, đa phần hệ tác động giải dựa nguyên lý độc lập tác dụng, dễ dàng chấp thuận biến dạng chuyển vị kết cấu công trình có giá trị nhỏ, hệ tác động cộng tuyến tính tương đồng với cộng tuyến tính nguyên nhân tác động * Đối với tổ hợp bản: THCB = 1.TX + .DH + 1.NH (1) Hệ số tổ hợp = 1 = 0,9 Trong trường hợp xét tham gia đồng thời nhiều loại tải trọng tạm thời ngắn hạn cấu trúc tổ hợp viết sau: Tổ hợp bản: THCB = 1.TX + .DH + 1.NH1 + 2.NH2 + i.NHi (2) © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 30 MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Hệ số tổ hợp = 1 = 0,9; 2 = 0,8; i = 0,6 NH1 tải trọng tạm thời ngắn hạn có ảnh hưởng lớn kết cấu cơng trình NH2 tải trọng tạm thời ngắn hạn thứ NHi tải trọng tạm thời lại * Đối với tổ hợp đặc biệt: THĐB = 1.TX + .DH + 1.NH + 3.ĐB (3) Hệ số tổ hợp = 1 = 0,95; 2 = 0,8; 3 = Chú thích: TX tải trọng thường xuyên; DH tải trọng tạm thời dài hạn; NH tải trọng tạm thời ngắn hạn; ĐB tải trọng đặc biệt 2.2 Tổ hợp nội lực, chuyển vị TCVN 2737:2020 [2] Tiêu chuẩn đề xuất kiểm soát trạng thái làm việc kết cấu 02 trạng thái giới hạn bổ sung kiểm soát trạng thái ứng suất cho phép Các cấu trúc tổ hợp diễn đạt chi tiết trọng phần hệ tác động Lý việc giải tổ hợp dựa hệ tác động tính phi tuyến vật liệu tính phi tuyến hình học kết cấu chịu tác động Tức túy chấp nhận cách giản đơn nguyên lý độc lập tác dụng Vì vậy, cách thức tổ hợp cho phép tiếp cận tiêu chuẩn kỹ thuật thuận tiện hơn, phản ánh chất làm việc kết cấu * Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn thứ nhất, bao gồm tổ hợp tổ hợp cố (tổ hợp đặc biệt) [2] - Các tổ hợp thuộc trạng thái giới hạn thứ nhất: THCB1 = G.G + Q.Q1 + 0,i.Q.Qi (4) THCB2 = G.G + Q.Q1 + 0,i.Q.Qi + 0,6.W.W (5) THCB3 = G.G + W.W + 0,i.Q.Qi (6) THCB4 = G.G + W.W (7) THCB5 = 0,85.G.G + W.W (8) Trong đó: G hệ (nội lực, chuyển vị …) sinh kết cấu từ giá trị tiêu chuẩn tải trọng thường xuyên Qi hệ (nội lực, chuyển vị …) sinh kết cấu từ giá trị tiêu chuẩn tải trọng tạm thời W hệ (nội lực, chuyển vị …) sinh kết cấu từ giá trị tiêu chuẩn tải trọng gió G hệ số vượt tải (hệ số tin cậy tải trọng) tải trọng thường xuyên, có giá trị 1,35 Q; w hệ số vượt tải (hệ số tin cậy tải trọng) tải trọng tạm thời tải trọng gió, có giá trị 1,5 0,i hệ số tổ hợp, qui định chi tiết cho loại hoạt tải tác động lên cơng trình (Bảng 2-TCVN 2737:2020) Hệ số tổ hợp 0,i có 03 nhóm giá trị 1,0; 0,8 Vì vậy, xét tích hai hệ số vượt tải Q hệ số tổ hợp 0,i đa phần thu giá trị tích số Q.0,i = 1,2 ngoại trừ cho 02 trường hợp công Kho Mái không sử dụng - Các tổ hợp cố (tổ hợp đặc biệt) thuộc trạng thái giới hạn thứ nhất: THĐB1 = G + E + 2,i.Qi (9) THĐB2 = G + A + 2,i.Qi (10) Trong đó: E hệ tải trọng động đất A hệ tải trọng cố (cháy, nổ ) 2i hệ số tổ hợp tải trọng tạm thời thứ i (kể đến thành phần dài hạn) tổ hợp cố (Bảng 2TCVN 2737:2020) Hệ số tổ hợp 2i có 04 nhóm giá trị 0,8; 0,6; 0,3 * Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn thứ [2] TH1 = G + Q1 + 0i.Qi (11) TH2 = G + W + 0i.Qi (12) TH3 = G + W (13) * Tổ hợp tải trọng tính theo phương pháp ứng suất cho phép [2] TH1 = G + Q1 + 0i.Qi (14) TH2 = G + W + 0i.Qi + 0,6.W (15) TH3 = G + W + 0i.Qi (16) © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 31 TH4 = G + W (17) TH5 = G + 0,7.E (18) TH6 = G + W + 0i.Qi + 0,7.E (19) TH7 = 0,9.G + W (20) TH8 = 0,9.G + 0,7.E (21) Với qui định cách thức tổ hợp hệ TCVN 2737:2020 này, ta có nhận thấy mức độ ràng buộc chặt chẽ so với cách thức tổ hợp tải trọng TCVN 2737:1995 GIÁ TRỊ TĨNH TẢI, HOẠT TẢI VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN: [1],[2],[3] Trong tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 qui định chi tiết thông số đặc trưng dùng để xác định giá trị tĩnh tải, có thơng số trọng lượng thể tích chủng loại vật liệu Đối với hoạt tải, Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 qui định giá trị tổng, không qui định giá trị cho thành phần dài hạn Ngồi ra, có điều chỉnh, bổ sung hoạt tải cho số công năng: - Hoạt tải khán đài tách riêng, không qui chịnh chung nhóm hoạt tải Phịng hội họp, khiêu vũ… - Bổ sung hoạt tải cho Khu vực thương mại, triển lãm trưng bày… - Bổ sung thêm 02 giá trị hoạt tải nhóm cơng xưởng - Bổ sung hoạt tải Gian lánh nạn nhà cao tầng… - Bổ sung hoạt tải cho sàn khu vực đặc biệt… - Bổ sung hoạt tải cho tầng kỹ thuật… - Điều chỉnh bổ sung thêm 01 giá trị hoạt tải nhóm cơng gác lửng… - Không qui định giá trị cận cho nhóm cơng Trại chăn ni, mà qui định giá trị cụ thể… - Điều chỉnh giá trị bổ sung 01 giá trị hoạt tải nhóm cơng Mái có sử dụng… - Qui định giá trị cận cho hoạt tải thuộc nhóm cơng Sân ga… - Bổ sung hoạt tải cho nhóm cơng Phịng chờ, khu vực làm thủ tục đón chờ khách Sân bay - Điều chỉnh bổ sung giá trị hoạt tải cho nhóm cơng Ga ô tô, … - Bổ sung giá trị hoạt tải cho nhóm cơng Xe cứu hỏa… - Bổ sung giá trị hoạt tải cho nhóm cơng Bãi đỗ trực thăng… So với TCVN 2737:1995; TCVN 2737:2020 lượt bỏ hệ số giảm tải A diện tích chịu tải lớn 9m2 cho phép sử dụng hệ số giảm tải A diện tích chịu tải lớn 36m2 Trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, hệ số tin tải trọng tải trọng cầu trục lấy 1,1 Trong TCVN 2737:2020 hiệu chỉnh Q = 1,5; hệ số tổ hợp đề nghị 0i = 0,7; 2i = 0,3 Các hệ số phụ dùng để tính tốn độ bền dầm cầu trục chịu tải tập trung thẳng đứng bánh xe cẩu trụ gây hiệu chỉnh; hệ số có giá trị bé so với TCVN 2737:1995 Trong TCVN 2737:2020, yêu cầu tính tốn kết cấu chịu tải trọng cầu trục gây qui định bao hàm theo Nhiệm vụ thiết, không qui định chi tiết TCVN 2737:1995 TẢI TRỌNG GIÓ [2] Trong tiêu chuẩn TCVN 2737:2020, tải trọng gió thay đổi cách tính tốn theo EN 1991-1-4 Khơng giải tốn kết cấu chịu tác động hai thành phần Gió tĩnh Gió động mà sử dụng hệ số gió giật Gust (Gf); tải trọng gió có xét đến hệ số tầm quan trọng cơng trình Iw W = 1,2.(W0.k.c).(Gf.Iw) (22) Trong đó: W áp lực gió tiêu chuẩn, sử dụng hệ số 1,2 chuyển đổi chu kỳ lặp từ 20 năm lên 50 năm W0 áp lực gió (áp lực gió tham chiếu) k hệ số hiệu chỉnh áp lực gió theo chiều cao dạng địa hình c hệ số động Gf hệ số gió giật Iw hệ số tầm quan trọng cơng trình Thơng số đầu vào Tiêu chuẩn Eurocode EN1991 vận tốc Đối với TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2020 ưu tiên đề nghị thơng số tính áp lực gió tham chiếu Wo, song cho phép tính áp lực gió theo vận tốc gió có đầy đủ số liệu quan trắc © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 32 MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG W0 = 0,0613.V02 (23) V0 vận tốc gió độ cao 10m so với mặt đất lấy trung bình khoảng thời gian giây, bị vượt trung bình lần 20 năm, tương ứng với dạng địa hình B Khi tính tốn kiểm tra gia tốc dao động đỉnh cơng trình ảnh hưởng đến tiện nghi sử dụng người làm việc dùng vận tốc gió 10 phút, tương ứng chu kỳ lặp lấy từ năm đến 10 năm Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió theo chiều cao K cập nhật cho phép sử dụng cơng thức tính theo chiều cao tương ứng với chiều cao giới hạn dạng địa hình 𝑧 𝑘 = 2,01 (𝑧 ) 2/∝ (24) 𝑔 Trong Z chiều cao tính tốn áp lực gió zg chiều cao giới hạn vận tốc gió (phụ thuộc vào dạng địa hình) Giá trị có để xuất thay đổi so với tiêu chuẩn dẫn tính tốn thành phần động tải trọng gió TCXD 229:1999 α hệ số mũ phụ thuộc vào dạng địa hình Giá trị có để xuất thay đổi hai dạng địa hình A B so với tiêu chuẩn dẫn tính tốn thành phần động tải trọng gió TCXD 229:1999 Hệ số tỷ lệ hàm mũ xác định k TCXD 229:1999 có giá trị 1,844 TCVN 2737:2020 có giá trị 2,01 Trong tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 có đề xuất “thí nghiệm hầm gió” để đánh giá hệ số khí động cho cơng trình có hình dạng phức tạp Tuy nhiên, số liệu kết thí nghiệm gió nghiên cứu riêng lấy khơng thấp 85% số liệu đề xuất Tiêu chuẩn Trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 cung cấp giá trị Áp lực gió cho trạm quan trắc khí tượng vùng núi hải đảo với khoảng thời gian giả định sử dụng cơng trình mức năm, 10 năm, 20 năm 50 năm Tuy nhiên, tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 cung cấp cho mức thời gian giả định sử dụng cơng trình 20 năm 50 năm; với giá trị cường độ có điều chỉnh Bảng phân vùng áp lực gió TCVN 2737:2020 có nhiều điều chỉnh thay đổi Phân vùng định danh dạng địa hình áp lực gió So với Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 có qui định bổ sung hệ số khí động thêm cho 05 dạng hình khối cơng trình: Cơng trình hình lăng trụ có mặt hình vng đa giác; Cơng trình hình lăng trụ có mặt hỉnh chữ Y dạng góc hẹp; Cơng trình hình lăng trụ có mặt hình chữ Y dạng vng góc; Cơng trình hình lăng trụ có mặt hình chữ thập; Cơng trình hình lăng trụ có mặt hình đa giác HỆ SỐ GIÓ GIẬT GF VÀ HỆ SỐ TẦM QUAN TRỌNG CỦA CƠNG TRÌNH IW [2] 5.1 Hệ số gió giật Gf Hệ số gió giật Gf hệ số phản ứng kết cấu tác dụng tải trọng gió, kể thành phần phản ứng tĩnh (xung gió) thành phần phản ứng động (cộng hưởng) Việc tính tốn hệ số gió giật Gf, phản ứng động lực học kết cấu cơng trình trọng dạng dao động Cụ thể là: - Đối với kết cấu “cứng” (có chu kỳ dao động riêng thứ T1 ≤ 1s) Gf = 0,85 - Đối với kết cấu mềm (có chu kỳ dao động thứ T1 > 1s) Gf tính tốn theo đặc trưng kích thước hình học cơng trình B.H; độ rối gió cao trình 0,6H; hệ số đỉnh gia tốc dao động công trình gR; hệ số cộng hưởng R Gf = 0,925 ( 1+1,7.Iz̅ √11,56.Q2 +g2R R2 1+5,78.Iz̅ ) Trong đó: 𝐼𝑧̅ : độ rối độ cao 0,6H 𝐼𝑧̅ = 1,6 𝑑 𝐻 (−1/6) Q hệ số kể đến thành phần phản ứng tĩnh kết cấu chịu tải trọng gió Q=√ 0,63 B+H ̅) l.(0,06.H) 1+0,63.( Hệ số đỉnh gR xác định theo cơng thức (28) © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh (25) (26) (27) MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 3600 )+ T1 g R = √2 ln ( 0,577 33 (28) 3600 √2.ln( T ) R hệ số kể đến thành phần cộng hưởng, xác định theo công thức (29) R = √β R n R h R B (0,53 + 0,47 R L ) (29) β hệ số cản dao động kết cấu: kết cấu thép β = 1%; kết cấu liên hợp β = 1,5%; kết cấu bê tông, bê tông cốt thép khối xây β = 2% Các hệ số thành phần cộng hưởng xác định theo công thức sau: 7,47.N R n = (1+10,3.N 1)5/3 (30) N1 = ̅ l.(0,06.H) ̅ T1 V (31) ̅ = 𝑏̅(0,06 𝐻)α̅ √ 1,2.𝑊0 V 0,0613 𝑅ℎ = 𝑅𝑥 với 𝑥 = 𝑅𝐵 = 𝑅𝑥 với 𝑥 = 𝑅𝐿 = 𝑅𝑥 với 𝑥 = 𝑥 (32) 4,6.𝐻 ̅ 𝑇1 𝑉 4,6.𝐵 ̅ 𝑇1 𝑉 15,4.𝐿 ̅ 𝑇1 𝑉 −2𝑥 (33) (34) (35) (1 − 2.𝑥 𝑅𝑥 = − 𝑒 ), lấy Rx =1 x =0 Bảng 1: Giá trị hệ số cho dạng địa hình theo TCVN 2737:2020 Dạng địa hình d l (m) ̅ ̅ α b̅ A 0,15 198,12 1/8,0 0,80 1/9,0 B 0,20 152,40 1/5,0 0,65 1/6,5 C 0,30 97,54 1/3,0 0,45 ¼,0 (36) - Với nhà cao tầng có chu kỳ dao động riêng thứ T1 > 1s chiều cao khơng q 150m, cho phép tính hệ số gió giật Gf cơng thức gần đúng: + Cơng trình có kết cấu bê tơng cốt thép: Gf = 0,85 + H/2840 + Cơng trình kết cấu thép: Gf = 0,85 + H/1010 Trong đó: H chiều cao cơng trình (m) 5.2 Hệ số tầm quan trọng cơng trình: Hệ số tầm quan trọng cơng trình chia làm 04 cấp độ có 03 mức giá trị Iw Cơng trình đặc biệt cơng trình cấp lấy Iw = 1,15 Cơng trình cấp II cơng trình cấp III lấy Iw = 1,00 Cơng trình cấp IV lấy Iw = 0,87 KẾT LUẬN: - Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 qui định chi tiết cấu trúc tổ hợp hệ tác động; thay cho quan niệm tổ hợp tải trọng đơn giản TCVN 2737:1995 - Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 qui định chi tiết thông số đặc trưng phục vụ tính tốn giá trị tĩnh tải, có thơng số trọng lượng thể tích chủng loại vật liệu; - Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 điều chỉnh bổ sung giá trị hoạt tải theo dạng công theo thực tiễn phong phú so với TCVN 2737:1995; - Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020 định hướng tính tốn tải trọng gió tác động lên cơng trình theo hướng mở hơn; phân vùng định danh cường độ áp lực gió có nhiều thay đổi so với TCVN 2737:1995 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, Hà Nội, 1995 [2] Tiêu chuẩn TCVN 2737:2020, Hà Nội, 2020 © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 34 MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG [3] Tiêu chuẩn TCXD 229:1999 [4] Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1-4:2005 + AC:2010, Nhà xuất Xây dựng, 2016 [5] Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE 7-2005 [6] Tiêu chuẩn Nga Tiêu chuẩn Nga Snip-1985 Ngày nhận bài: 16/10/2020 Ngày chấp nhận đăng: 12/03/2021 © 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ...30 MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Hệ số tổ hợp = 1 = 0,9; 2 = 0,8; i = 0,6 NH1 tải trọng. .. Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 31 TH4 = G + W (17) TH5 =... phố Hồ Chí Minh (25) (26) (27) MỘT SỐ ĐIỂM KHÁC BIỆT TRONG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG GIỮA TCVN 2737:2020 SO VỚI TCVN 2737:1995, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 3600 )+ T1 g R = √2 ln ( 0,577