Thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo giới hạn chịu lửa (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG NGÔ TOÀN– KHÓA 2021- 2023, CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGƠ TỒN THIẾT KẾ CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẢM BẢO GIỚI HẠN CHỊU LỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - NGƠ TỒN KHĨA: 2021 - 2023 THIẾT KẾ CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẢM BẢO GIỚI HẠN CHỊU LỬA Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS CHU THỊ BÌNH XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội _ 2023 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy, Cô giáo Khoa Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn hướng dẫn PGS.TS Chu Thị Bình quan tâm hướng dẫn tận tình tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, quan gia đình giúp đỡ, động viên tác giả suốt trình học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn Do hạn chế thời gian nghiên cứu, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo, vấn đề nghiên cứu rộng phức tạp nên Luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, bảo Thầy, Cô giáo đồng nghiệp quan tâm đến nội dung đề tài để tơi có điều kiện hồn thiện q trình cơng tác nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, … tháng … năm 2023 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Ngơ Tồn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng năm 2023 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Ngơ Tồn MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài *Những nghiên cứu trước liên quan tới nội dung nghiên cứu đề tài *Mục tiêu nghiên cứu đề tài *Đối tượng phạm vi nghiên cứu *Phương pháp nghiên cứu *Địa áp dụng *Kết cấu luận văn .2 *Thuật ngữ định nghĩa NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG ĐIỀU KIỆN CHÁY 1.1 Ứng xử kết cấu cơng trình điều kiện cháy 1.1.1 Sự gia tăng nhiệt độ xung quanh kết cấu điều kiện cháy 1.1.2 Các đặc tính vật liệu thép tác động nhiệt độ cao 1.1.3 Các đặc tính vật liệu bê tơng tác động nhiệt độ cao .8 1.1.4 Ứng xử kết cấu tác động nhiệt độ cao .9 1.1.5 Tải trọng tác dụng lên cơng trình điều kiện cháy .10 1.2 Các quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu cơng trình theo điều kiện an tồn cháy .11 1.2.1 QCVN 06:2022/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia an toàn cháy cho nhà cơng trình .11 1.2.2 TCVN 2622:1995 Phòng cháy, chống cháy cho nhà cơng trình - u cầu thiết kế 13 1.2.3 TCVN 9311:2012(ISO 834-1:1999) thử nghiệm chịu lửa – Các phận cơng trình xây dựng 14 1.2.4 QCVN 03:2021/BCA – Phương tiện phòng cháy chữa cháy 14 1.2.5 Hệ thống tiêu chuẩn châu Âu Eurocodes thiết kế kết cấu cơng trình điều kiện cháy .16 1.3 Nhận xét chương 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẢM BẢO GIỚI HẠN CHỊU LỬA 19 2.1 Ngun tắc tính tốn .19 2.2 Xây dựng quy trình thiết kế kết cấu bê tông cốt thép đảm bảo điều kiện an toàn cháy theo quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam .20 2.3 Thiết kế theo bảng tra (trích dẫn QCVN 06:2022/BXD) 22 2.3.1 Xác định bậc chịu lửa công trình 23 2.3.2 Xác định giới hạn chịu lửa yêu cầu phận kết cấu .28 2.4 Thiết kế dựa kết thử nghiệm chịu lửa (trích dẫn TCVN 9311 liên quan đến cấu kiện bê tông cốt thép) 31 2.5 Thiết kế dựa tiêu chuẩn tính tốn 33 2.5.1 Tính tốn dùng mơ hình đơn giản hóa theo tiêu chuẩn châu Âu (EN 19921-2) 34 2.5.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 216.1-14 39 2.6 Nhận xét chương .45 CHƯƠNG VÍ DỤ ÁP DỤNG .46 3.1 Cơng trình (Cơng trình bậc chịu lửa cao – Bậc 1) .46 3.1.1 Thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo an toàn cháy theo QCVN 06:2022/BXD .46 3.1.2 Tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn châu Âu: .54 3.2 Cơng trình (Bậc chịu lửa bậc 2) 63 3.2.1 Thiết kế cấu kiện bê tơng cốt thép đảm bảo an tồn cháy theo QCVN 06:2022/BXD .63 3.2.2 Tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn châu Âu: .68 3.3 Cơng trình (Bậc chịu lửa bậc thấp - bậc 3) 70 3.3.1 Thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo an toàn cháy theo QCVN 06:2022/BXD .70 3.3.2.Tính tốn theo tiêu chuẩn châu Âu: .73 3.4 Nhận xét chương .75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 * Kết luận 77 * Kiến nghị .78 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ BCA Bộ công an DD& CN Dân dụng công nghiệp TT-BXD Thông tư Bộ Xây dựng DA Dự án KT Kỹ thuật PCCC Phòng cháy chữa cháy TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Đường quan hệ thời gian – nhiệt độ đám cháy theo ISO 834 Hình 1.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu thép nhiệt độ  cho trước Hình 1.3 Biểu đồ hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy giới hạn tỷ lệ vật liệu thép nhiệt độ Hình 1.4 Sự biến thiên hệ số giãn nở nhiệt kết cấu thép theo nhiệt độ Hình 1.5 Sự biến thiên tính dẫn nhiệt thép theo nhiệt độ θ Hình 1.6 Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu bê tông điều kiện chịu nhiệt độ cao Hình 1.7 Giãn dài dầm sàn gây chuyển vị cưỡng cột 10 Hình 1.8 Giãn dài cột gây chuyển vị cưỡng dầm sàn 10 Hình 2.1 Ví dụ mẫu thử tựa đơn giản đặt lò thử nghiệm 32 Hình 2.2 Ví dụ bố trí mẫu thử cho cột chịu tải 33 Hình 2.3 Chia vùng nhiệt độ tiết diện ngang cột 35 Hình 2.4 Phân bố ứng suất trạng thái giới hạn độ bền áp dụng cho tiết diện bê tơng hình chữ nhật có cốt thép chịu nén 36 Hình 3.1 Phối cảnh Sơng Đà – Hà Đơng Tower 47 Hình 3.2 Mặt dải strip theo phương X 55 Hình 3.3 Mặt dải strip theo phương Y 55 xuất dấu hiệu nối tiếp trạng thái giới hạn quy định cấu kiện cho sau: khả chịu lực (khả chịu lực ký hiệu chữ R - Mechanical Resistance); tính tồn vẹn (tính tồn vẹn ký hiệu chữ E - Integrity); khả cách nhiệt (khả cách nhiệt ký hiệu chữ I - Insualation) Đối với cấu kiện kết cấu chịu lực, quy chuẩn tiêu chuẩn quy định giới hạn chịu lửa R,E,I Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor To remove this notice, visit: www.foxitsoftware.com/shopping THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.1 - Nhà F - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 - Nguyễn Trãi - Thanh Xuân Hà Nội Email: huongdtl@hau.edu.vn ĐT: 0243.8545.649 TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận - Có thể chia quy chuẩn, tiêu chuẩn liên quan đến an tồn cháy cho cơng trình thành cấp • Cấp 1: quy chuẩn quy định phân cấp chống cháy cơng trình kèm theo giá trị giới hạn chịu lửa yêu cầu cấu kiện cơng trình Các phụ lục quy chuẩn có bảng tra dẫn kích thước tối thiểu cấu kiện để đảm bảo giới hạn chịu lửa yêu cầu • Cấp 2: tiêu chuẩn tính tốn thí nghiệm xác định giới hạn chịu lửa cấu kiện kết cấu Việt Nam chưa có tiêu chuẩn tính tốn mà có tiêu chuẩn thí nghiệm Một số tiêu chuẩn nước ngồi tính tốn kết cấu nhiệt độ thường có thêm phần tính tốn giới hạn chịu lửa cấu kiện kết cấu hệ thống tiêu chuẩn Eurocodes; - Các tiêu chuẩn quy định có cách sau để xác định giới hạn chịu lửa cấu kiện bê tông cốt thép: • Dùng thử nghiệm chịu lửa • Dùng bảng tra định tiêu chuẩn • Dùng cơng thức tính tốn đơn giản hóa nêu tiêu chuẩn • Dùng mơ hình tính tốn tiến tiến (sử dụng phần mềm máy tính) - Có thể sử dụng bảng tra phụ lục F quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD để xác định kích thước tiết diện chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép tối thiểu để cấu kiện BTCT đạt giới hạn chịu lửa yêu cầu; - Dùng tiêu chuẩn EN 1992-1-2 kiểm tra giới hạn chịu lửa cấu kiện bê tông cốt thép cách: tra bảng định kích thước tiết diện chiều dày lớp bê tơng bảo vệ cốt thép tối thiểu; tính tốn theo cơng thức đơn giản hóa cho tiêu chuẩn; dùng mơ hình tính tốn tiên tiến sử dụng phần mềm máy tính; - Kết tính ví dụ tính tốn cụ thể cho thấy tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn 78 châu Âu trùng kết với toán kiểm tra theo QCVN 06:2022/BXD; - Qua ví dụ thiết kế theo bảng tra ta thấy: Dầm cơng trình bậc chịu lửa cấp có yêu cầu chiều dày lớp bảo vệ 40 mm, lớn so với yêu cầu không kể tới chống cháy (25 mm) Dầm cơng trình có bậc chịu lửa cấp có yêu cầu chiều dày lớp bảo vệ 20 mm với kể lớp vữa trát chiều dày lớp bê tơng bảo vệ không kể tới chống cháy đủ để thỏa mãn u cầu chống cháy Dầm cơng trình có bậc chịu lửa cấp có yêu cầu chiều dày lớp bảo vệ 25 mm, thiết kế cấu kiện theo điều kiện nhiệt độ thường đảm bảo * Kiến nghị - Cần tiếp tục có nghiên cứu để kiểm chứng mơ hình tính toán tiên tiến kết thực nghiệm, xây dựng hồn thiện mơ hình tính tốn đơn giản hóa để đạt tới độ xác cao tiết kiệm hơn; - Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam cần bổ sung tiêu chuẩn tính tốn kết cấu cơng trình điều kiện cháy hệ thống tiêu chuẩn Hoa Kỳ hay châu Âu có TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bộ Công an (2021), QCVN 03:2021/ BCA – Phương tiện phòng cháy chữa cháy Bộ Xây dựng (2022), QCVN 06:2022/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật an toàn cháy cho nhà cơng trình Bộ Xây dựng (2021), Thơng tư 06/2021/TT-BXD, Quy định phân cấp cơng trình xây dựng hướng dẫn áp dụng quản lý hoạt động đầu tư xây dựng TCVN 2622:1995 Phòng cháy, chống cháy cho nhà cơng trình - u cầu thiết kế TCVN 5574:2018 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam TCVN 9311-1:2012 u cầu thử nghiệm chịu lửa với cơng trình xây dựng Lê Biên (2016): “Tính tốn khả chịu cháy cấu kiện liên hợp thép-bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu” Chu Thị Bình, Trương Quang Vinh (2013), Tính tốn khả chịu lực kết cấu bê tông cốt thép điều kiện chịu lửa , Báo cáo Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm thành lập Viện KHCN Xây dựng, trang 93 -102 Hoàng Anh Giang Các thử nghiệm đốt vật liệu phận cơng trình việc áp dụng Việt Nam, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Số 2/2007 Trang 22 – 26 10 Hà Văn Hạnh (2017): “Xây dựng quy trình kiểm định kết cấu nhà bê tông cốt thép thường sau cháy” 11 Thắng, N (2017) Xác định khả chịu lửa cột bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn EC2-1-2 Tạp chí Xây dựng Việt Nam, Bộ Xây dựng, (590):71–75 12 Ngô Xuân Tùng (2015), Luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế kết cấu cơng trình theo điều kiện an tồn cháy”; 13 Nguyễn Đức Việt (2017) Nghiên cứu thực nghiệm làm việc cột thép chịu nén tâm bảo vệ thạch cao chống cháy bọc dạng hộp chịu tác động lửa Luận án tiến sĩ kỹ thuật Viện khoa học công nghệ Xây dựng Tiếng Anh: 14 ACI-216.1-14-Code-requirements-for-determining-fire-resistance-of-concreteand-masonry-construction-assemblies 15 ASTM E119 (2000): Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials 16 ASCE/SEI/SFPE 29-05 : Standard Calculation Methods for Structural Fire Protection Structural Engineering Institute (SEI) of American Society of Civil Engineers (ASCE), Society of Fire Protection Engineers (SFPE), USA, 2007 17 ASCE Structural Fire Protection - Manual of Practice Committee on Fire Protection, American Society of Civil Engineers, USA, 2015 18 EN 1992-1-1 (2004).Design of Concrete Structures – Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings.European Committee for Standardization (CEN) 19 EN 1991-1-2 (2002) Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-2: General actions- Actions on structures exposed to fire European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium 20 EN 1992-1-2 (2004): Eurocode 2:.Design of concrete structures Part 1-2: General rules — Structural fire design.European Committee for Standardization, Brussels, Belgium 21 EN 1990 (2002) Basis of structural design European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium 22 IBC 2018: International Building Code, International Code Council, INC 23 ISO 834:1975 Fire resistance tests - Elements of building construction 24 NFPA 101 2018: Life Safety Code National Fire Protection Association, USA 25 NIST Technical Note 1681: Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrete and Steel Buildings National Institute of Standards and Technology, Department of Commerce, USA, 2010 26 UFC 3-600-01 Design: Fire Protection Engineering for Facilities, Department of Defence (DOF) - USA 2016 27 The Building Regulations 2006 Technical Guidance Document B – Fire Safety Government of Ireland TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Hà Nội, ngày tháng năm 2023 BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: Ngơ Tồn Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 Tên đề tài luận văn: Thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo giới hạn chịu lửa Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Chu Thị Bình Học viên, Người hướng dẫn khoa học, thư ký Chủ tịch Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên Hội đồng ngày 17 tháng 02 năm 2023 với nội dung sau: - Sửa lại ví dụ (chương III) phù hợp bậc chịu lửa QCVN06 -2022 - Sửa lỗi chế + lỗi ngữ pháp, câu chữ - Sửa lại tên chương - Phần xây dựng quy trình đưa sang chương - Sửa tên bước 3:”Giới hạn chịu lửa” Bổ sung bước (tr21) - Việt hóa hình vẽ, đánh số thứ tự công thức - Bảng 2.6-2.8 ghi lớp bê tông bảo vệ, “Giá trị mô men dương” (tr43) “Giá trị mơ men âm khả dụng”(tr43), “Phương pháp tính tốn đơn giản hóa” - Bổ sung nghiên cứu trước nước liên quan đến vấn đề nghiên cứu THƯ KÝ HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ Họ tên) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ Họ tên)