Tkc q5 chuong 03 thiet ke ket cau thep va chi tiet lien ket (rev3)

Chương THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP VÀ CHI TIẾT LIÊN KẾT THÉP Tháng 10/2017 Người thực hiện: Lê Bảo Châu Người kiểm tra: Nguyễn Thanh Tuấn Ngày Ký tên MỤC LỤC 1.1 1.2 1.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 TỔNG QUAN Phạm vi áp dụng Yêu cầu thiết kế kết cấu thép Ưu nhược điểm kết cấu thép YÊU CẦU THIẾT KẾ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế kết cấu thép Chọn lựa vật liệu cho thép kết cấu, bu lông đường hàn Dữ liệu đầu vào tải trọng thiết kế Mơ hình tính tốn kiểm tra liệu đầu Bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu thép 14 Tấm bao che tôn kim loại 28 Lớp cách nhiệt cho mái tường bao che 29 Yêu cầu q trình gia cơng chế tạo kết cấu thép 30 Quy định việc lắp dựng kết cấu thép 44 Kiểm tra nghiệm thu kết cấu thép 46 Chống cháy cho thép 50 PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện TỔNG QUAN 1.1 Phạm vi áp dụng Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép nội dung thiết kế chuẩn Nhà máy Nhiệt Điện Thiết kế chuẩn dùng để thiết kế kết cấu thép cho cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp Đối với cơng trình chun dụng kết cấu lị cao, cơng trình thủy cơng, cửa van, đường ống, v.v… hướng dẫn chung thiết kế chuẩn cần phải bắt buộc tuân thủ theo quy định riêng tiêu chuẩn chuyên ngành 1.2 Yêu cầu thiết kế kết cấu thép Khi thiết kế kết cấu thép bắt buộc phải đảm bảo tính đồng tiêu chuẩn thiết kế, kết hợp sử dụng với tiêu chuẩn khác Kết cấu thép phải tính toán với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất, kể tải trọng theo thời gian yếu tố tác động khác Kết cấu thép phải đảm bảo an toàn chịu lực đảm bảo khả sử dụng bình thường suốt thời hạn sử dụng cơng trình Khi thiết kế kết cấu thép cần tuân thủ tiêu chuẩn tương ứng phòng chống cháy, bảo vệ chống ăn mịn Khơng tăng bề dày thép với mục đích bảo vệ chống ăn mịn nâng cao khả chống cháy kết cấu Khi thiết kế kết cấu thép cần phải:  Tiết kiệm vật liệu thép  Lựa chọn sơ đồ kết cấu hợp lí, tiết diện cấu kiện hợp lí mặt kinh tế - kĩ thuật  Ưu tiên sử dụng công nghệ chế tạo tiên tiến hàn tự động, hàn bán tự động, bulông cường độ cao  Chú ý việc cơng nghiệp hóa cao q trình sản xuất dựng lắp, sử dụng liên kết dựng lắp liên tiếp liên kết mặt bích, liên kết bulơng cường độ cao; dùng liên kết hàn để lắp có hợp lí  Kết cấu phải có cấu tạo để dễ quan sát, làm bụi, sơn, tránh tụ nước Tiết diện hình ống phải bịt kín hai đầu 1.3 Ưu nhược điểm kết cấu thép Ưu điểm:  Là kết cấu bền, chắc, đáng tin cậy trình sử dụng Có ưu điểm vật liệu thép có tính đồng nhất, đẳng hướng, có cường độ chịu lực cao modun đàn hồi lớn  Là loại kết cấu nhẹ trọng lượng riêng kết cấu thép lớn loại vật liệu xây dựng truyền thống Để đánh giá phẩm chất “nhẹ” vật liệu người ta thường dùng hệ số “C” tỷ số trọng lượng riêng cường độ Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện chịu lực vật liệu So với kết cấu bê tông cốt thép, gỗ gạch đá, kết cấu thép nhẹ nhiều  Tính động vận chuyển, lắp ráp Do trọng lượng nhẹ, việc vận chuyển lắp dựng cấu kiện thép dễ dàng nhanh chóng Tạo điều kiện sớm đưa cơng trình vào sử dụng  Tính cơng nghiệp hóa cao Do sản xuất vật liệu hoàn toàn nhà máy, chế tạo cấu kiện thép làm chủ yếu nhà máy chuyên ngành dùng loại máy mọc thiết bị chuyên dụng, thích hợp với điều kiện giới hóa triệt để  Tính kín, khơng thấm nước Vật liệu liên kết kết cấu thép có tính kín, khơng thấm nước, khơng thấm khơng khí Nhược điểm:  Dễ bị han rỉ → khắc phục cách sơn mạ  Phịng hỏa chống cháy → cơng trình dễ xảy cháy cần ý bảo vệ kết cấu thép chống lại nhiệt độ cao, bọc bên kết cấu thép gạch chịu lửa, bê tông, amiăng sơn chống cháy  Chi phí tu bảo dưỡng cao so với cầu dùng vật liệu khác Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện 2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện U CẦU THIẾT KẾ Các yêu cầu tối thiểu thiết kế kế cấu thép:  Xác định tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế kết cấu thép Rev  Xác định chọn lựa vật liệu cho thép kết cấu, bu lông, đường hàn  Xác định liệu đầu vào tải trọng thiết kế  Mơ hình tính tốn kiểm tra liệu đầu mơ hình kết cấu: khả chịu lực, độ ổn định, độ võng tính tốn liên kết  Bảo vệ chống ăn mịn cho kết cấu thép Ngồi q trình thiết kế kết cấu thép cần đưa quy định đặc tính kỹ thuật như:  Tấm bao che tôn kim loại  Lớp cách nhiệt cho mái tường bao che  Yêu cầu trình gia cơng chế tạo kết cấu thép  Quy định việc lắp dựng kết cấu thép  Kiểm tra nghiệm thu kết cấu thép  Chống cháy cho kết cấu thép Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn công trình Nhà máy Nhiệt điện GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3.1 Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế kết cấu thép Trong trình thiết kế kết cấu thép nên ưu tiên chọn lựa tiêu chuẩn phổ biến toàn cầu tiêu chuẩn nước, kiến nghị chọn lựa tiêu chuẩn để thiết kế kết cấu thép bên dưới:  QCVN Quy chuẩn Việt Nam  TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam  TCVN 5575:2012 Kết cấu thép - tiêu chuẩn thiết kế  TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế  AISC Viện nghiên cứu kết cấu thép Hoa Kỳ  EN Các tiêu chuẩn Châu Âu  RCSC Hội đồng nghiên cứu liên kết kết cấu  AWS Hiệp hội hàn Hoa Kỳ  ISO Tổ chức Quốc tế Tiêu chuẩn hóa  IBC Luật Xây dựng quốc tế  JIS Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản  NEPA Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Hoa Kỳ  SSPC Hội đồng sơn kết cấu thép 3.2 3.2.1 Rev Và tiêu chuẩn quốc tế khácChọn lựa vật liệu cho thép kết cấu, bu lông đường hàn Khuyến nghị áp dụng vật liệu cho thép kết cấu Lựa chọn vật liệu thép áp dụng cho loại kết cấu phụ thuộc vào nguồn cấp hàng thép thị trường, kinh nghiệm thiết kế kỹ sư Liên quan đến toán thiết kế kết cấu thép, luôn phải kiểm tra hai vấn đề khả chịu lực chuyển vị Hai yếu tố vật liệu quy định bên dưới:  Cường độ vật liệu: quy định khả chịu lực kết cấu, cường độ vật liệu thép cao khả chịu lực lớn  Modun đàn hồi vật liệu: quy định khả chịu chuyển vị kết cấu, modun đàn hồi cho thép khơng thay đổi, lấy E = 200,000 MPa Cần cân nhắc lựa chọn vật liệu thích hợp để tối ưu hóa tốn kinh tế đảm bảo khả chịu lực kết cấu, chọn vật liệu cho phần kết cấu chịu lực (cột chính, dầm chính) thép hợp kim (thép cường độ cao SS490, ASTM A572 Grade 50, Q345), cấu kiện phụ (thanh giằng, cầu thang …) thép cacbon (thép cường độ thấp SS400, ASTM A36, Q235) Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Thiết kế chuẩn đưa số khuyến nghị vật liệu áp dụng cho kết cấu thép sau:  Kết cấu thép thông thường phổ thông nhà boiler, turbine, tháp chuyển tiếp, băng tải, nhà xưởng etc …: + Cột chính, dầm chịu lực chính, vai cột nên ưu tiên chọn thép cường độ cao SS490, ASTM A572 Grade 50, Q345 … + Cấu kiện phụ hệ giằng, cầu thang, dầm phụ, cột gió … nên chọn thép cường độ thấp SS400, ASTM A36, Q235 Kết cấu đặc biệt:  Đối với kết cấu giàn không gian thường gặp kho than: thông thường dùng thép ống ASTM A53 grade B, ASTM A500 grade B sử dụng loại thép ống có cường độ tương đương khác  Đối với khu vực yêu cầu chống rỉ cao đỉnh steel liner (ống khói), máng xối nước, vị trí bồn bể yêu cầu chống rỉ nên dùng vật liệu thép chống rỉ theo ASTM A316L/ S31603 tiêu chuẩn tương đương 3.2.2 Khuyến nghị áp dụng loại vật liệu cho bu lông Vật liệu yêu cầu đặc tính kỹ thuật bu lông tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 1916 – 1995/ ASTM A325/ ASTM A490/ ASTM A307/ BS 5950/ BS 5400 tiêu chuẩn tương đương khác Vật liệu làm bu lơng thơng thường loại thép nhóm A tức cần đảm bảo mặt độ bền học, khơng quan tâm thành phần hóa học thép Vì bu lơng quy định cấp độ bền Đối với nước sử dụng hệ metric chia làm cấp bền: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 8.8, 10.9 12.9 (số nhân lên 10 giới hạn bền kN/cm2, tích hai số cho giới hạn chảy kN/cm2) Đối với tiêu chuẩn Mỹ hay dùng phổ biến loại bu lông A307, A325 A490 Thiết kế chuẩn đưa số khuyến nghị chọn loại bu lông áp dụng cho liên kết kết cấu thép sau:  Đối với liên kết chịu lực dầm, cột, vai cột: ưu tiên dùng loại bu lông cường độ cao với cấp bền 8.8, 10.9, A325 A490 Bởi chất tính tốn liên kết bu lơng khả chịu lực phụ thuộc vào giới hạn chảy (Fy) bu lông Nên ưu tiên chọn bu lơng có Fy cao nhằm: + Để hạn chế số lượng bu lông + Giảm việc giảm yếu tiết diện chịu lực bị khoét lỗ bu lông  Đối với cấu kiện liên kết phụ xà gồ, cầu thang: nên dùng loại bu lông cường độ thấp 4.6, 5.6 A307 Bởi liên kết gần bố trí bu lông theo cấu tạo (thông thường không nhỏ bu lông mối Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện liên kết), kiến nghị yêu cầu không sử dụng bu lông đường kính nhỏ 12mm Đối với bu lơng neo cho chân cột: kiến nghị dùng loại bu lông cường độ thấp 4.6, 5.6 F1554 grade 36 (tương đương chế tạo từ thép A36, SS400) Bởi giá trị khả chịu cắt, kéo bu lông neo phụ thuộc vào giới hạn bền vật liệu → mục đích đưa bu lơng neo trạng thái phá hoại dẻo Nếu chọn bu lông neo cường độ cao, giá trị giới hạn bền giới hạn chảy gần nhau, bu lông bị phá hoại giịn (bị phá hoại cách bất ngờ, khơng kiểm soát 3.2.3 Khuyến nghị áp dụng loại vật liệu cho bu lông Vật liệu yêu cầu đặc tính kỹ thuật đường hàn tuân thủ theo tiêu chuẩn AWS 01.1:2000/ ISO 11970:2016/ ISO 2553:2013 tiêu chuẩn tương đương khác Các ký hiệu hàn nên tuân thủ theo chuẩn quốc tế Trong trình hàn bắt buộc cần phải tuân thủ tương quan que hàn thép hàn, thông thường cường độ que hàn không nhỏ cường độ vật liệu thép hàn Sự tương quan cường độ que hàn thép đường hàn tham khảo đến bảng 3.1 tiêu chuẩn AWS 01.1:2000 để rõ Kiến nghị áp dụng que hàn tương ứng với vật liệu: Rev Đối với cấu kiện liên kết phụ xà gồ, cầu thang: nên dùng loại bu lông cường độ thấp 4.6, 5.6 A307 Bởi liên kết gần bố trí bu lơng theo cấu tạo (thơng thường khơng nhỏ bu lông mối liên kết),  Vật liệu thép SS490, ASTM A572 Grade 50, Q345: áp dụng que hàn E70XX, F7XX, E7015, E7016 E7018  Vật liệu thép SS400, ASTM A36, Q235: áp dụng que hàn E60XX, E70XX, F6XX, F7XX, E7015, E7016 E7018 3.3 Dữ liệu đầu vào tải trọng thiết kế Xác định liệu đầu vào tải trọng thiết kế phân tích chọn lựa giá trị tải trọng tác động ảnh hưởng lên kết cấu cơng trình Lưu ý quan trọng việc áp dụng đồng tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu chủ đầu tư Tải trọng đầu vào phải lấy theo giá trị lớn tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu chủ đầu tư Các tải trọng đầu vào bao gồm:  Tĩnh tải: tải trọng thân cơng trình thiết bị bên cơng trình  Hoạt tải: tải trọng xuất cơng trình đưa vào sử dụng  Tải trọng thiên nhiên tác dụng: gồm tải trọng gió, động đất, nhiệt độ, tải trọng lũ lụt … Tải trọng thuộc dạng tải trọng thay đổi, tác dụng vào cơng trình lúc có lúc khơng Xác định tải trọng thiên nhiên phải vào cơng trình cụ Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện thể, xây dựng địa phương định xác định rõ Quy phạm Tiêu chuẩn kỹ thuật  Tải trọng đặc biệt: phát sinh trình chế tạo, vận chuyển lắp dựng cấu kiện, xảy cố cơng trình Trong suốt q trình sử dụng bình thường khơng có loại tải trọng  Phương pháp sơ đồ tính cho kết cấu, hay cịn gọi mơ hình kết cấu 3.4 3.4.1 Mơ hình tính tốn kiểm tra liệu đầu Mơ hình tính tốn Mơ hình tính toán cần phù hợp với trạng thái làm việc thực tế kết cấu thép Quan niệm liên kết phần tử ngàm hay khớp nên tham khảo thêm sách “International Centre For Mechanical Sciences” để rõ Rev Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Rev Khả chịu Moment phụ thuộc vào dạng liên kết Các liên kết phần tử thép phải thiết kế phù hợp với trạng thái làm việc hệ khung giả định phân tích trạng thái làm việc kết cấu Trừ trường hợp bị hạn chế luật xây dựng hành khả chịu tải ngang ổn định kết cấu quy định tổ hợp tải trọng phần tử thép liên kết Khi thiết kế cần phải xét đến tính ổn định phần tử thép toàn hệ kế cấu Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định phần tử thép hệ kết cấu:  Biến dạng uốn cong cắt lực dọc trục tất biến dạng khác ảnh hưởng tới chuyển vị kết cấu cơng trình  Hiệu ứng P-Δ P-δ  Các sai số hình học  Giảm độ cứng khơng đàn hồi  Tính khơng chắn đàn hồi độ cứng vật liệu Tất liên kết dùng bu lông cường độ cao thiết kế chịu ma sát trượt “slipcritical” Trong q trình mơ hình tính tốn nên sử dụng phần mềm phân tích chuyên ngành xây dựng cho kết cấu thép như: Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Độ sai lệch kích thước hình dạng mép chi tiết gia công phải tuân thủ theo sai lệch cho phép vẽ chi tiết kết cấu TCVN 1691:1975 (mối hàn hồ quang điện tay Kiểu kích thước bản) bảng tiêu chuẩn Bảng – Sai lệch cho phép đường kính lỗ bu lơng độ xác cao [Tham khảo bảng TCXDVN 170:2007] Đường kính danh định lỗ mm Sai lệch cho phép mm Lớn 12 đến 18 +0.24 ~ Lớn 18 đến 30 +0.28 ~ Lớn 30 đến 39 +0.34 ~ Cắt gia công mép:  Gia công khí phải thực tới độ sâu khơng nhỏ 2mm để loại trừ hết khuyết tật bề mặt vết xước vết nứt mép chi tiết Khi gia cơng máy mài trịn phải mài dọc mép chi tiết  Mép chi tiết sau cắt dao cắt phải qua gia cơng khí mép sau cắt dao cắt phải nhẵn khơng có rìa xờm vượt q 0.3mm khơng có vết nứt  Mép chi tiết sau gia công phải nhẵn độ gồ ghề không 0.3mm Yêu cầu chất lượng mối hàn q trình gia cơng khuyết tật cho phép [Tham khảo Phụ lục A - bảng P1 - TCXDVN 170:2007]: Danh mục khuyết tật Vết nứt Bọt rỗng Đặc tính khuyết tật theo hình dạng kích thước Khuyết tật cho phép theo mức độ chất lượng Cao Trung bình Thấp Vết nứt loại kích thước Khơng cho phép hướng Diện tích tối đa so với diện tích 1% mối hàn thiết kế đoạn đánh giá 2% 3% Kích thước tối đa bọt Hàn giáp mối d≤0.2S d≤0.25S d≤0.3S Mối hàn góc d≤0.2K d≤0.25K d≤0.3K Nhưng không lớn 3mm 4mm 5mm Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 Trang 37 / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Danh mục khuyết tật Bọt tích tụ Đặc tính khuyết tật theo hình dạng kích thước Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Khuyết tật cho phép theo mức độ chất lượng Cao Tổng diện tích tối đa 4% bọt so với diện tích đoạn khuyết tật mối hàn** Trung bình Thấp 8% 16% Kích thước tối đa bọt Hàn giáp mối d≤0.2S d≤0.25S d≤0.3S Mối hàn góc d≤0.2K d≤0.25K d≤0.3K Nhưng không lớn 2mm 3mm 4mm Khoảng cách bọt L≥12t L≥12t L≥12t Khuyết tật dài Không cho phép Khuyết tật ngắn Mối hàn giáp mối d≤0.2S d≤0.25S d≤0.3S Mối hàn góc d≤0.2K d≤0.25K d≤0.3K Nhưng khơng lớn 2mm 3mm 4mm L≥12t L≥12t kích thước tối da bọt khí L≥12t … Ngậm xỉ Khuyết tậi dài Không cho phép Khuyết tật ngắn Mối hàn đối đầu d≤0.2S d≤0.25S d≤0.3S Mối hàn góc h≤0.2K h≤0.25K h≤0.3K kích thước ngậm xỉ tối đa 2mm 3mm 4mm 6.Lẫn đồng Lẫn kim kim loại không đồng Không cho phép volfram kim loại khác Hàn không Khuyết tật dài thấu khơng nóng Khuyết tật ngắn chảy Mối hàn giáp mối Như Không cho phép Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu thép chi tiết liên kết thép Ấn 03, tháng 10/2017 h≤0.1S Trang 38 / 51 Tổng công ty Phát điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng Điện Danh mục khuyết tật Đặc tính khuyết tật theo hình dạng kích thước Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Khuyết tật cho phép theo mức độ chất lượng Cao Trung bình Thấp Mối hàn góc h≤0.1K Khoảng cách khuyết tật Max 2mm Khơng nóng chảy 8.Hàn khơng thấu (khơng nóng chảy hết L≥12t Không cho phép Không cho Không cho phép khuyết tật dài phép Khuyết tật ngắn h≤0.1S tối đa: h≤0.2 1.5mm 2mm Tối đa: không đảm Khe hở lớn không đủ h