quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện chịu nén của hai nhóm tiêu chuẩn kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành mỏng

Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng Khoa sau đại học Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi qóa trình thực Luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS NGUYễN QUANG VIÊN tận tình hướng dẫn, Bộ mơn thép – gỗ trường §HXD, Khoa Doanh Trại - Học Viện Hậu Cần trực tiếp giúp đỡ, hỗ trợ để thực Luận văn cách tốt Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, người bạn đồng nghiệp đồng hành, chia sẻ trao đổi vướng mắc giúp tơi hồn thành Luận văn Với khả thời gian nghiên cứu có hạn, nội dung Luận văn khơng tránh khỏi có thiếu sót, tơi mong nhận góp ý thầy giáo đồng nghiệp./ Hà Nội, ngày 1/6/2008 Học viên: Chu Thị Hải Ninh Chương mở đầu A Đặt vấn đề: (1) Những năm gần ,víi phát triỈn nhanh chóng kinh tế đất nước ta theo đường lèi đổi míi, hàng nghìn cơng trình cơng nghiƯp, dân dụng xây dựng, mà phần lớn làm thép Các cơng trình thép thiỊt kế theo tiêu chuẩn nhiỊu nước : ViƯt Nam, Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu,….víi cho phép nhà nước ta Các qui phạm thiỊt kế Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu hay áp dụng (ví dụ víi cơng trình có nguồn vốn từ ODA, nguồn vốn khác từ nước ngồi đầu tư vào ViƯt Nam…) cịn xa lạ víi đa số kĩ sư ViƯt Nam Bên cạnh đó, gia nhập WTO, ViƯt Nam phải dỡ bỏ rào cản gồm rào cản thuế quan, rào cản kỹ thuật (tiêu chuẩn kỹ thuật), rào cản thể chế kinh doanh.Thơng điƯp mà WTO gơi đến tất nước thành viªn “Thương mại tồn cầu cần tíi tiêu chuẩn tồn cầu”.Vì thỊ đặt u cầu cho ngành Xây dựng nói riªng ViƯt Nam phải xây dựng lại hệ thống tiêu chuẩn xây dựng mang tính đồng bộ, hiƠn đại, hài hồ tiƠm cận víi tiêu chuẩn quốc tế, tạo điỊu kiƠn cho qóa trình hội nhập ngành Từ năm 2001-2003, díi đạo trực tiÕp lãnh đạo Bộ Xây Dựng, sở kết qña đề tài khoa học cơng nghệ cấp nhà nước “nghiªn cứu xây dựng đồng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng ViƯt Nam đến năm 2010 theo hướng đổi míi, hội nhập”, Bộ Xây Dựng hình thành định hướng cho hệ thống Quy chuẩn Tiêu chuẩn xây dựng ViÖt Nam Tháng 6/2005: TCXDVN 338-2005, Kết cấu thép –Tiêu chuẩn thiỊt kế, Bộ Xây Dựng ban hành đời Cơ sở dựa theo tiêu chuẩn Nga, Eurocode3, Trung Quốc… thức sử dụng lĩnh vực thiỊt kế kết cấu thép Từ yếu tố nói cho thấy viƯc nghiªn cứu để áp dụng tiêu chuẩn thiỊt kế kết cÂu thép nước ngồi, đặc biƯt tiêu chuẩn Quy phạm Hoa Kì, tiêu chuẩn Anh, tiêu chuẩn Châu Âu, cần thiỊt đặc biÖt cho kỹ sư ViƯt Nam làm viƯc víi cơng trình sư dụng tiêu chuẩn nước ngồi (2) Thơng thường nói đến thiỊt kế kết cÂu thép chóng ta nói đến thiỊt kế kết cÂu cán nóng mà qn bên cạnh cịn có mặt kết cÂu thép thành máng (TM), loại kết cấu bắt đầu áp dụng nhiÒu nước ta Từ sản phẩm cÂu kiƠn thơng dụng tÂm mái, tÂm tường, xà gồ, dầm sàn, đến có nhiỊu dạng kết cấu hồn chỉnh khung nhà (một tầng, nhiỊu tầng), hệ thống mái,…Nước ta có nhiÒu xưởng cán nguội làm sản phẩm xây dựng số nhà máy sản xuất cuộn thép tÂm máng nguyên liƯu cho thép TM Tuy nhiªn viƯc tính tốn thiỊt kế loại kết cấu cịn xa lạ đối víi phần lớn kĩ sư ViƯt Nam NhiÒu người sử dụng Quy phạm thiỊt kế kết cÂu cán nóng, để tính tốn kết cÂu thành máng, viƯc bất cập HiƠn nay, để thiỊt kế kết cấu TM ta áp dụng Quy phạm nhiỊu nước: Mĩ, Anh, châu Âu, úc,…Mĩ có Quy phạm đồ sộ hoàn chỉnh nhất, Quy phạm Mĩ hay thay đổi: ấn năm 1986 [7] quen dùng có phiªn 1996 [2] thay thế; míi vào ViƯt Nam chưa kịp làm quen lại bị thay míi 2001 Ngồi Quy phạm Mĩ sử dụng đơn vị pound, inch khó quen víi người dùng hệ đơn vị SI Quy phạm Anh có BS 5950 Phần [10] sử dụng từ lâu, theo chương trình hòa nhập nước Châu Âu, tiêu chuẩn BS kết Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD cấu thay Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode HiÔn Eurocode kết cÂu TM chưa có Quy phạm úc AS/NZS 4600:1996 [1] Quy phạm hiÔn hành úc New Zealand, xây dựng dựa vào Quy phạm AISI 1996 nhiỊu nghiªn cứu nhà khoa học úc Thực tế nay, phần lớn kết cấu TM xây dựng nước ta sản phẩm công ty úc liên doanh nh Bluescope Lysaght,…và sử dụng Quy phạm AS/NZS 4600:1996 Do phạm vi luận văn này, đề cập đến kết cấu thép TM ta chọn Quy phạm AS/NZS 4600:1996 làm sở so sánh với nhóm kết cấu thép cán nóng (3) Để hồn thành nhiệm vụ đặt từ thực tế trên, ngành xây dựng cần đầu tư thích đáng để thu nhập tài liệu (tiêu chuẩn tài liệu có liên quan), huy động tối đa lực lượng khoa học chuyên gia (ngành vật liệu, kết cấu móng cơng trình, địa kỹ thuật, thi công xây lắp, quản lý chất lượng …) Đồng thời cần có hợp tác quốc tế nhằm tìm nguồn tài trợ cho chuyển dịch tiêu chuẩn Eurocodes; tiếp tục hợp tác tích cực với sở nghiên cứu Anh, úc nước Châu Âu nhằm tham vấn, trao đổi chuyên môn, giải mã vấn đề thuộc nội dung tiêu chuẩn, học hỏi kinh nghiệm thiết lập Phụ lục Quốc gia B Mục tiêu nội dung đề tài: Xuất phát từ thực tế sử dụng tiêu chuẩn Xây dựng nước lĩnh vực thiết kế thép kĩ sư Việt Nam gặp nhiều khó khăn, chưa hiểu thật đầy đủ tiêu chuẩn nước ngồi giống khác với tiêu chuẩn nước Trong phạm vi đề tài này, nhằm phân tích : quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính tốn cấu kiện chịu nén hai nhóm tiêu chuẩn: kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành máng Trong nhóm Quy phạm dành cho kết cấu cán nóng sử dụng Quy phạm, tiêu chuẩn sau: TCXDVN 338:2005, Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000 EN 1993-1-1:2005 (tuy nhiên TCXDVN 338:2005 xét đầy đủ quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính tốn cấu kiện chịu nén, cịn Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000 EN 1993-11:2005 dừng lại quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu) Nhóm Quy phạm dành cho kết cấu thép thành máng (TM) sử dụng Quy phạm úc AS/NZS 4600:1996 Luận văn ứng dụng vào ví dụ tính tốn cụ thể với cấu kiện chịu nén; để từ rót nhận xét kiến nghị phù hợp việc áp dụng số tiêu chuẩn nước vào điều kiện Việt Nam Luận văn bao gồm nội dung sau: Chương mở đầu; Chương I-Cơ sở thiết kế kết cấu thép; Chương II-Cấu kiện chịu nén; Chương III-Một số ví dụ tính tốn; Chương IV-Hợp lý hóa tiết diện thép thành máng chịu nén; Chương V-Nhận xét kết luận Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD C Giới thiệu tổng quan số tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Giới thiệu chung tiêu chuẩn Việt Nam Bộ Xây Dựng Việt Nam có định số 17/2005/Q§-BXD việc ban hành TCXDVN338:2005 “Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế” ngày 31/5/2005 Tiêu chuẩn thay tiêu chuẩn TCVN5575:1991 dùng để thiết kế kết cấu thép cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp.Tiêu chuẩn không dùng để thiết kế công trình giao thơng, thủy lợi loại cầu, cơng trình đường, cửa van, đường ống,v.v… Về chất TCXDVN338:2005 không khác nhiều so với TCVN5575:1991, khác thuật ngữ ; có bổ sung thêm số loại thép sử dụng xây dựng Việt Nam thép Mü, Anh, úc, Nhật Bản, Trung Quốc; quy định chi tiết giới hạn chuyển vị Nội dung TCXDVN338:2005 “Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế” gồm 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 kết cấu liên kết; Phần 5- Tính tốn cÊu kiện; Phần 6- Tính tốn liên kết; Phần 7- Tính tốn kết cấu thép theo độ bền mái; Phần 8Các yêu cầu kỹ thuật cấu tạo khác thiết kế cấu kiện kết cấu thép; Phần 9- Các yêu cầu kỹ thuật cấu tạo khác thiết kế nhà cơng trình Giới thiệu chung Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD Phương pháp thiết kế kết cấu thép theo ứng suất cho phép Quy định kĩ thuật AISC/ASD Tên đầy đủ Quy định kĩ thuật để thiết kế nhà thép theo phương pháp ứng suất cho phép phương pháp thiết kế dẻo (The Specifications for Structural Steel Buildings-Allowable Stress Design and Plastic Design) (gọi ngắn gọn Quy phạm AISC) Quy phạm Viện kết cấu thép Hoa Kì (American Institute of Steel Construction, viết tắt AISC) biên soạn suất năm 1989 để sử dụng thiết kế nhà khung thép Từ 1993, phương pháp khác AISC ban hành phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng hệ số độ bền (Load and Resistance Factor Design) Cả phương pháp sử dụng nh nhau, tùy theo lựa chọn người thiết kế Quy phạm khơng có tính chất pháp lÝ bắt buộc mà mang tính chất thơng tin giúp cho người kĩ sư cơng việc Người sử dụng chịu hoàn toàn trách nhiệm độ an toàn cơng trình Quy phạm AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (cũng gọi thiết kế theo ứng suất làm việc) Cơ sở phương pháp nh sau : cấu kiện, mối liên kết liên kết phải chọn kích thước cho ứng suất gây tải trọng làm việc khơng vượt qóa ứng suất qui định trước (ứng suất cho phép) ứng suất cho phép khơng có giá trị định mà thay đổi tùy theo trạng thái làm việc.ứng suất cho phép chịu kéo Ft = 0,6Fy ; ứng suất cho phép uốn Fb = (0,60,67)Fy , tùy theo loại cấu kiện đặc hay không đặc ứng suất cho phép nén Fy nhân với hệ số uốn dọc tùy thuộc độ mảnh cấu kiện Vấn đề phức tạp tính tốn kết cấu thép xác định ứng suất cho phép Sau xác định ứng suất cho phép so sánh với ứng suất làm việc tính công thức thông thường SBVL Trong công thức tính tốn, nội lực gây tải trọng theo tiêu chuẩn, khơng có hệ số vượt tải Điểm khác Quy định AISC so với tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam phân chia loại cấu kiện có tiết diện đặc Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD chắc, không đặc tiết diện mảnh Với tiết diện đặc phép sử dụng hết khả ứng suất cho phép vật liệu Tiết diện khơng đặc phải giảm ứng suất cho phép đi, tiết diện mảnh cịn phải giảm ứng suất cho phép Quy định AISC chấp nhận việc cong vênh cục tiết diện, tức cho phép số phận tiết diện không làm việc, bù lại giảm ứng suất cho phép để giữ ngun độ an tồn Do có nhiều quy định cÂu tạo độ mảnh dầm, cánh dầm, cột, cánh cột khác xa nhiều so với Tiêu chuẩn ta Những quy định nh có lợi cho việc giảm trọng lượng thép thiết kế Trong lĩnh vực riêng, có Qui phạm tiêu chuẩn chuyên ngành Về kết cấu thép, có quy phạm thông dụng chấp nhận rộng rãi sau : Về kết cấu hàn có Quy phạm hàn (1996) AWS American Welding Society; Về thiết kế nhà tiền chế, có dẫn thiết kế nhà thép (1996) MBMA Metal Building Manufacturers Association; Về kết cấu thép tạo hình nguội, có sách dẫn (1989) AISI American Iron and Steel Giới thiệu chung tiêu chuẩn BS 5950 Tiêu chuẩn BS 5950 tiêu chuẩn lớn, mang tên: “Kết cấu thép sử dụng cho nhà” (Structural use of steel work in building) thực tế gồm Quy phạm thiết kế, chế tạo, dựng lắp, phòng cháy cho loại kết cấu thép biên soạn Ban kĩ thuật thuộc Ban tiêu chuẩn xây dựng cơng trình nhà ( gồm 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, Học viện Hàn, …) ban hành Viện tiêu chuẩn Anh (British Standard Institute) BSI Đó tiêu chuẩn mang tính quốc gia, nước Anh Anh nước sớm việc dùng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn Tiêu chuẩn BS 5950 sử dụng phương pháp này, cải biên thay theo năm Bản BS có phiên năm 1985, 1990, 2000 Phiên năm 2000 tiêu chuẩn có sở lý luận vững chắc, hỗ trợ nhiều bảng tính sẵn tài liệu hướng dẫn kèm theo, sở để nước châu Âu biên soạn tiêu chuẩn Eurocode kết cấu thép Trên giới, tiêu chuẩn BS 5950 biết chấp nhận sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt khối nước Châu Âu Châu ¸, có nước Singapore, Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, …Tiêu chuẩn BS viết đọng, có nhiều vấn đề phức tạp khơng có tiêu chuẩn, quy phạm quen dùng nước ta Có thể nói, dựa vào tồn văn BS khó mà tính tốn thiết kế Tiêu chuẩn BS 5950:2000 gồm phần xuất riêng rẽ: Phần Quy phạm thiết kỊ kết cấu đơn giản liên tục: tiết diện cán nóng Phần Quy định kĩ thuật đối víi vật liệu, chế tạo dựng lắp: tiết diện cán nóng Phần Thiết kế kết cấu hỗn hợp Chương 3.1 Quy phạm thiết kế dầm hỗn hợp đơn giản liên tục Chương 3.2 Quy phạm thiết kế cột khung hỗn hợp Phần Quy phạm thiết kế sàn với lát thép tạo hình Phần Quy phạm thiết kế tiết diện tạo hình nguội Phần Quy phạm thiết kế tÂm lợp, tÂm sàn tÂm tường loại nhẹ Phần Quy định kĩ thuật vật liệu chế tạo: tiết diện tạo hình nguội Phần Quy phạm thiết kế chống cháy Phần Quy phạm thiết kế vỏ bọc chịu lực Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD Mục đích BS xác định tiêu chí chung cho việc thiết kế kết cấu thép nhà cơng trình liên quan; dẫn cho người thiết kế phương pháp thực tiêu chí KÝ hiệu đầy đủ BS 5950 – 1:2000 gồm chương: Chương 1: Đại cương; Chương 2: Thiết kế theo trạng thái giới hạn; Chương 3: Các tính chất vật liệu đặc trưng tiết diện; Chương 4: Thiết kế cấu kiện; Chương 5: Kết cấu liên tục; Chương 6: Liên kết; Chương 7:Thử nghiệm gia tải Giới thiệu chung tiêu chuẩn Châu Âu Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocodes tiêu chuẩn kết cấu cơng trình (Structural Eurocodes) Tiểu ban kĩ thuật CEN/TC250 soạn thảo Uỷ ban châu Âu tiêu chuẩn hóa (ComitÐ EuropÐen de Normalisation – CEN) ban hành để áp dụng chung cho nước thuộc Liên minh châu Âu (EU) Từ năm 1975, Uỷ ban cộng đồng châu Âu (The European Community) định chương trình hành động lĩnh vực xây dựng, đối tượng chương trình loại trừ rào cản kĩ thuật thương mại tiến tới hài hịa quy định kĩ thơ©t Trong khn khổ chương trình, loạt quy tắc kĩ thuật hài hòa thiết kế xây dựng hình thành để thay cho quy tắc tiêu chuẩn quốc gia nước thành viên Năm 1988 khuôn khổ văn định hướng Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu, văn DI 89/106 ngày 01/12/1988 đưa ý tưởng phải xây dựng hệ tiêu chuẩn xây dựng dùng chung cho Châu Âu Tiêu chuẩn Châu Âu mang tên EUROCODES Đây tiêu chuẩn mà nước Châu Âu muốn thống quan niệm, định hình kích thước kết cÂu nhà cửa cơng trình xây dựng liên quan đến vật liệu sử dụng, biện pháp thi công công tác kiểm tra chất lượng Việc xây dựng áp dụng EUROCODES bảo trợ Hội đồng Châu Âu (CEE) phù hợp với thị trường xây dựng châu lục Vào năm 1990 Hội đồng Châu Âu giao cho Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu (CEN) soạn thảo EUROCODES ban hành thành quy phạm Ban thư ký soạn thảo có trụ sở Anh quốc có tiểu ban soạn thảo chi tiết Tồn EUROCODES chia thành nhiều phần, tiến hành 57 lĩnh vực Năm 1993 Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu tuyển chọn xong lĩnh vực chủ yếu Năm 1994 thành lập Ban xây dựng hồ sơ thuộc quốc gia (DAN) để tiến hành dịch tài liệu theo ngôn ngữ nước thành viên Thời kỳ đầu, Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu thỏa thuận với Hội đồng Châu Âu gọi EUROCODES tiêu chuẩn sơ Châu Âu (ENV) Điều có nghĩa tiêu chuẩn tiêu chuẩn thực nghiệm Những tiêu chuẩn có giá trị (về lý thuyết) năm (và thường kéo dài thêm thời hạn năm nữa) Thời hạn tạo hội cho Tiêu chuẩn Châu Âu xâm nhập dự án xây dựng Trong thời kỳ áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu tiêu chuẩn riêng quốc gia thành viên có giá trị sử dụng Hết thời kì sơ tiêu chuẩn riêng biệt quốc gia thành viên trái với điều khoản EUROCODES không tuân thủ nước thành viên cộng đồng Châu Âu Hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu kết cấu cơng trình xây dựng bao gồm tiêu chuẩn tiêu chuẩn khác tham chiếu tiêu chuẩn Các tiêu chuẩn 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 xây dựng; Eurocode 7: Thiết kế địa kĩ thuật; Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD Eurocode 8: Quan niệm cách xác định kích thước kết cấu để chống lại động đất; Eurocode 9: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm Đặc điểm chung hệ thống tiêu chuẩn nói là: (1) Mỗi tiêu chuẩn chia thành số phần, phần chung nói quy định chung, phần riêng nói chuyên đề cụ thể với tổng cộng 58 phần tiêu chuẩn Eurocodes; (2) Nguyên tắc biên soạn tiêu chuẩn nêu yêu cầu, không quy định cứng nhắc chi tiết, tạo điều kiện cho người sử dụng tiếp cận theo nhiều phương pháp khác nhau; (3) Phụ lục quốc gia bao gồm thông số theo yêu cầu tiêu chuẩn quốc gia nghiên cứu lựa chọn Tiêu chuẩn EN 1990 (Những sở thiết kế kết cấu) đưa nguyên tắc độ tin cậy, trường hợp tổ hợp tải trọng hệ số tổ hợp kết cấu nhà c«nh trình Tiêu chuẩn EN 1991 (Tác động lên kết cấu) bao gồm EN 1991-1-1 (Tải trọng 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 nhiệt); EN 1991-1-6 (Tác động qóa trình thi cơng); EN 1991-1-7 (Tác động va đập nổ); EN 1991-2 (Tải trọng lưu thông cầu); EN 1991-3 (Tác động cầu trục máy móc) EN 1991-4 (Tác động lên sil« bồn bĨ) 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 khơng gỉ); EN 1993-1-5 (Cấu kiện tÂm); EN 1993-1-6 (Độ bền ổn định kết cấu vỏ); EN 1993-1-7 ((Độ bền ổn định kết cấu từ thép tÂm chịu tải trọng ngang); EN 1993-1-8 (Thiết kế mối nối); EN 1993-1-9 (Độ bền mái kết cấu thép); EN 1993-1-10 (Lựa chọn vật liệu có tính bền dai); EN 1993-1-11 (Thiết kế kết cấu với phận chịu kéo thép); EN 1993-1-12 (Các nguyên tắc bổ sung cho thép cường độ cao); EN 1993-2 (Cầu thép); EN 1993-3 (Tháp, trụ, ống khói); EN 1993-4 (Sil«,bể chứa đường ống); EN 1993-5 (Cọc ván cừ); EN 1993-6 (Kết cấu đỡ cầu trục) Theo lộ trình định, đến năm 2010 toàn nước Liên minh Châu Âu áp dụng thống tiêu chuẩn Eurocode lĩnh vực thiết kế xây dựng (Anh Quốc áp dụng từ 2007, thay toàn tiêu chuẩn mang mã hiệu BS tiêu chuẩn Eurocode mang mã hiệu BS EN; Pháp thay tiêu chuẩn NF NF EN) Cho đến nay, tất nước Liên minh Châu Âu (EU) thống áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Eurocodes Đó nước Anh, Aã, Ba Lan, Bỉ, Bồ Đào Nha, Cộng Hòa Séc, Đan Mạch, Đức, Estonia, Litva, Luxembua, Na Uy, Malta, Hà Lan, Hungary, Hy Lạp, Italia, Pháp, Phần Lan, SÝp, Slovakia, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sü Qóa trình chuyển dịch áp dụng nước thống vào năm 2010 Tuy nhiên chưa có nước hồn thành chuyển dịch tồn hƠ thống tiêu chuẩn Eurocode, chí Anh Pháp Tại Anh Quốc, theo “chiến lược quốc gia áp dụng Eurocodes” Văn phịng Phó Thủ tướng Anh, việc nghiên cứu Phụ lục quốc gia chuẩn bị cho việc áp dụng tiêu chuẩn Eurocodes phải 15 năm với kinh phí ước tính lên tới 10 triệu bảng Anh (khoảng 300 tư Đồng Việt Nam) Nhiều nước khác giới đặc biệt quan tâm đến tiêu chuẩn Châu Âu Eurocodes Nga, Ucraina, Bungari, Nhật Bản, Trung Quốc, Malaysia, Singapore, Việt Nam, nước vùng Caribee,…Tháng 11/2006, Singapore diễn Hội nghị Quốc tế vÌ việc áp dụng Eurocodes Singapore, thảo luận Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD Eurocode (Thiết kế địa kĩ thuật) Khi áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Eurocodes, nội dung tiêu chuẩn thống nhất, phần Phụ lục Quốc gia (Nation Annex) kèm theo tiêu chuẩn có vai trị quan trọng nước Trong phụ lục này, thơng số tính tốn thiết kế phải nghiên cứu lựa chọn phù hợp với điều kiện tự nhiên, vật liệu trình độ cơng nghệ nước Do đó, khơng đơn việc dịch thuật mà nhiệm vụ nghiên cứu phức tạp, khối lượng cơng việc lớn, địi hỏi đầu tư trí tuệ nguồn lực để hồn thành cơng việc nghiên cứu, chuyển dịch, phổ biến áp dụng Ngoài tiêu chuẩn chủ yếu kết cấu xây dựng , có 100 tiêu chuẩn Châu Âu khác vật liệu, thí nghiệm, thi công, quản lÝ chất lượng tham chiếu tiêu chuẩn Eurocodes nước ta theo kế hoạch, số tiêu chuẩn Eurocodes Châu Âu Bộ Xây Dùng cho nghiên cứu để chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam; nghiên cứu đưa thông số để thành lập Phụ lục Quốc gia, có việc sốt xét lại TCVN TCXDVN ban hành (một số tiêu chuẩn Việt Nam chuyển dịch từ tiêu chuẩn ISO, tương thích với tiêu chuẩn trích dẫn Eurocodes) Giới thiệu chung Quy phạm thiết kế kết cấu thép thành máng (TM) : Văn kĩ thuật qui định cách thiết kế kết cấu thành máng thiết lập nhiều nước, mang tên khác nh Standard – Tiêu chuẩn (Anh, úc), Specifications – Quy định kĩ thuật (Mĩ), Code – Quy phạm (châu Âu, Trung Quốc) 5.1.Mĩ: Mĩ nước giới có Tiêu chuẩn quy phạm năm 1946 mang tên “Specifications for the design of cold formed steel structural member – Quy định kĩ thuật thiết kế cấu kiện thép thành máng tạo hình nguội” Viện Sắt Thép Hoa Kì (AISI), sử dụng phương pháp ứng suất cho phép Từ đến nay, liên tục sốt xét chỉnh sửa, tái năm 1956, 1960, 1962, 1968, 1980, 1986, dùng phương pháp ứng suất cho phép ấn 1996 có thêm phương pháp hệ số tải trọng hệ số cường độ dùng song song bên cạnh phương pháp cũ Bản năm 2001, mang tên rộng không AISI mà Bắc Mĩ 2001 Việc thay đổi liên tục Quy phạm Mĩ chứng tỏ có nghiên cứu để bổ sung, cập nhật đồng thời cho thấy nhiều vấn đề chưa giải ổn định, chưa có kết luận dứt khoát 5.2 Anh Châu Âu: Bộ Tiêu chuẩn kết cấu thép Anh mang tên BS 5900 “Structural use of Steelwork in Building – Kết cấu thép nhà” có phần năm 1991 mang tên “Code of practice for the design of cold formed sections – Quy phạm thiết kế tạo hình nguội” quy phạm hành Anh, sử dụng phương pháp tr¹g thái tới hạn Theo chương trình chung nước châu Âu, thời gian tới, tiêu chuẩn BS kết cấu hòa nhập với Quy phạm châu Âu Eurocode Trong Quy phạm châu Âu kết cấu thép EN 1993 (thường gọi Eurocode 3), có chương 1-3 thiết kế cấu kiện thành máng mang tên “EN 1993-1-3 Design of Steel Structurals : Cold-formed thin gauge members and sheeting – Thiết kế kết cấu thép: cấu kiện tÂm thành máng tạo hình nguội”, chưa đưa vào sử dụng 5.3 Trung Quốc: Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD Quy phạm Trung Quốc mang tên “GB 50018-2002 Quy phạm kĩ thuật để thiết kế kết cấu thép thành máng tạo hình nguội” ban hành năm 2002 thay cho Quy phạm cũ năm 1987 Quy phạm phản ánh nghiên cứu độc đáo Trung Quốc, không phụ thuộc vào quy phạm nước 5.4 úc: Quy phạm hành úc AS/NZS 4600:1996 “Cold-formed steel structures – Kết cấu thép tạo hình nguội” Quy phạm chung hai nước úc New Zealand, thay cho Quy phạm cũ AS 1538 – 1988 Quy phạm kế thừa nghiên cứu Quy phạm cũ, đồng thời dựa nhiều vào Quy phạm Mĩ AISI 1996 Ngồi có nhiều nghiên cứu nhà khoa học úc đưa vào khiến cho Quy phạm tỏ đầy đủ AISI 1996 Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD Chương i- sở thiết kế kết cấu thép 1.1.Các nguyên tắc thiết kế chung 1.1.1 Các nguyên tắc thiết kế theo TCXDVN 338:2005 (1) Tiêu chuẩn sử dụng phương pháp tính tốn kết cấu thép theo trạng thái giới hạn Kết cấu thiết kế cho không vượt qóa trạng thái giới hạn (2) Trạng thái giới hạn trạng thái mà vượt kết cấu khơng cịn thỏa mãn u cầu sử dụng dựng lắp đề thiết kế Các trạng thái giới hạn gồm: -Các trạng thái giới hạn khả chịu lực trạng thái mà kết cấu khơng cịn đủ khả chịu lực, bị phá hoại, sụp đổ hư háng làm nguy hại đến an toàn người, cơng trình Đó trường hợp: kết cấu không đủ độ bền (phá hoại bền), kết cấu bị ổn định, kết cấu bị phá hoại giòn, vật liệu kết cấu bị chảy -Các trạng thái giới hạn sử dụng trạng thái mà kết cÂu khơng cịn sử dụng bình thường bị biến dạng qóa lớn hư hỏng cục Các trạng thái giới hạn gồm: trạng thái giới hạn giới hạn độ biến dạng làm ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường thiết bị máy móc, người làm hỏng hoàn thiện kết cấu, hạn chế việc sử dụng cơng trình; rung động qóa mức; han gỉ qóa mức (3) Khi tính tốn kết cÂu theo trạng thái giới hạn phải dùng hệ số độ tin cậy sau: -Hệ số độ tin cậy cường độ γM (xem mục 1.3.1) -Hệ số độ tin cậy tải trọng γQ (còn gọi hệ số vượt tải) -Hệ số điều kiện làm việc kết cấu γC (bảng TCXDVN 338:2005) Cường độ tính tốn vật liệu kết cÂu cường độ tiêu chuẩn nhân với hệ số γC chia cho hệ số γM; tải trọng tính toán tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số γQ 1.1.2 Các nguyên tắc thiết kế theo Quy phạm AISC/ASD (1) Quy phạm AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (hay cách gọi khác: thiết kế theo ứng suất làm việc) Cơ sở phương pháp là: cấu kiện, mối liên kết liên kết phải chọn kích thước cho ứng suất gây tải trọng làm việc khơng vượt qóa ứng suất cho phép quy định trước Quy phạm ấn định giá trị ứng suất cho phép để có độ an tồn trước đạt tới ứng suất giới hạn không vượt qua nh ứng suất chảy tối thiểu thép, ứng suất oằn (vì ứng suất xảy phá hoại) ứng suất cho phép lấy ứng suất giới hạn (nh giới hạn chảy Fy ứng suất tới hạn Fcr), chia cho hệ số an toàn FS (factor of safety) Hệ số an toàn đảm bảo lượng dự trữ khả chịu lực cho kết cÂu cÂu kiện Cần có dự trữ khả chịu lực để xét đến khả tải (tải trọng vượt qóa tải trọng dự kiến sử dụng bình thường) khả chịu lực kích thước thép bị thiếu hụt cường độ thép thấp giá trị tối thiểu quy định (2) Để xác định hệ số an toàn FS, phải xét đến nhiều yếu tố Đương nhiên độ bền tối thiểu phải lớn ứng suất gây tải trọng lớn lượng định Giả thiết ứng suất thực tế (hay tải trọng thực tế, vậy) vượt qóa ứng suất thiết kế Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 3.2.3 Nhận xét: Qua ví dụ ta có bảng so sánh kết qđa sau: Chiều dài Đầu vào Dạng tiết tính tốn cột vật liệu diện tải trọng ; tính toán ( ) Kết cấu thép lex =3m; TMTHN ley = lez =2m theo N=42kN; AS 4600 M=7,875kNm (1) Kết cấu thép lex =3m; thông dụng ley = lez =2m theo TCXDVN N=42kN; 338:2005 M=7,875kNm (2) Kết qña so Nh sánh (1) (2) Diện tích Kết qđa tiết diện A kiểm tra dùng kiểm tra khả chịu lực(cm2) fy = 22,4 Chữ I (ghép 14,1cm2 Đạt E=20000 từ chữ C) fy = 22,4 Chữ I (tổ 15,68cm2 E=20000 hợp từ thép) Không đạt Nh (2) không đạt (1) đạt Cùng dạng (2)>(1) (=10,07%) Ví dụ (xét cấu kiện nén-uốn) cho thấy việc lựa chọn kết cÂu TMTHN trường hợp có lợi mặt chịu lực nh tiết kiệm vật liệu thép so với kết cÂu thép thông dụng Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 94 Chương iV-hợp lý HóA TIếT DIệN THéP THàNH MáNG CHịU NéN 4.1 Đặt vấn đề: Các cấu kiện thành máng ngày sử dụng rộng rãi thực tiễn xây dựng : kết cấu tường, sàn, mái, dàn,… nhờ có nhiều ưu điểm mà bật nhẹ, dễ chế tạo, đa dụng, sử dụng cách hợp lý mang lại hiệu kinh tế cao Chương luận văn trình bày việc hợp lý hóa cấu kiện thép thành mỏng chịu nén - loại cấu kiện phổ biến thực tiễn, với hàm mục tiêu tìm tiết diện tối ưu có: • Khả chịu lực lớn tương ứng với hai trường hợp thực tế phổ biến: lox= 2loy= 2loz= 2700 mm lox= 2loy= 2loz= 2400 mm • Đa dụng • Dễ dàng liên kết với cấu kiện khác 4.2 Các ví dụ tính tốn: Ví dụ 3: Xác định lực nén thiết kế cột tiết diện chữ C xem hình 4-1a Chiều dài tính tốn lex =2ley = 2lez Thộp cú fy = 34 kN/cm2 ; môđun n hi E=20000kN/cm2; ; môđun n hi trt G=8000kN/cm2 Hỡnh 4-1 Tính đặc trưng hình học • Dùng phương pháp đường trung bình Tìm trọng tâm tiết diện so với trục y’y’ bông: -Bề rộng phẳng cánh nằm ngang (phần tử 1) là: =(mm) -BỊ rộng phẳng (phần tử 3) là: =(mm) -Đối với góc cong 1/4 cung trịn (phần tử 2) có: R=r+t/2=(mm) l=1,57R=(mm) c=0,637R=(mm) I1 =I2 = 0,149R3 =(mm3) -Diện tích tiết diện trung bình (tính với t=1) là: =(mm) -Tổng m«men tĩnh tiết diện trung bình lấy với trục y’y’của là: =(mm2) Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 95 -Khoảng cách x từ trọng tâm tiết diện đến trục y’y’ bơng là: x= =(mm) • Diện tích thực tiết din l: A=L.t.10-2=(cm2) ã Mômen quỏn tớnh ca tit din thật trục x, y : =(cm4) (trong yy; =(cm4) =(mm)=khoảng cách từ trọng tâm cánh phẳng đến trục = =(x-R+c)=(mm)=khoảng cách từ trọng tâm cung tròn đến trục yy) • Để tìm J, tâm uốn Iw , ta dùng sơ đồ đường thẳng, bỏ qua góc vng -Tính m«men qn tính xoắn tiết diện: =(cm4) (với =(mm); =(mm)) -Tìm tọa độ tâm uốn (x0,y0) Do tiết diện có trục đối xứng (trục x) nên y0=0 Tra theo phụ lục E AS (bảng E1) với tiết diện chữ C tính, cơng thức tính x0 nh sau: =(cm) -Tính số vênh tiết diện Iw: Tra theo phụ lục E AS (hình E1) với tiết diện chữ C tính, cơng thức tính Iw sau: • Bán kính quán tính: =(cm) =(cm) Bán kính quán tính cực tiết diện tâm uốn: =(cm) ứng suất oằn uốn dọc trục y: Tính : =(kN/cm2) Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 96 ứng suất oằn uốn xoắn: Với: =(kN/cm2) =(kN/cm2) → Dùng giá trị (nếu giá trị nhỏ tính mục để tính tiếp: ) ứng suất tới hạn tính theo cơng thức: =(kN/cm2) Diện tích hữu hiệu: •Cánh ; •Bụng ; •Diện tích hữu hiệu: =(cm2) •Lực nén thiết kế là: =(kN) Kết luận: Lực nén thiết kế cột (Các bước làm ví dụ 4-1 hồn tồn tương tự ví dụ 1a chương III) ♦Tiến hành tính với tiết diện chữ C (theo qóa trình tính trên) với thơng số tiết diện cụ thể khác cho kết qđa tính sau: Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 97 1-Trường hợp 1: 2-Trường hợp 2: 3-Trường hợp 3: 4-Trường hợp 4: 5-Trường hợp 5: 6-Trường hợp 6: ; a=150mm; b=60mm; t=1,5mm; r=2mm ; a=124mm; b=41mm; t=2mm; r=3mm ; a=83mm; b=30mm; t=3mm; r=4,5mm ; a=150mm; b=60mm; t=1,5mm; r=2mm ; a=124mm; b=41mm; t=2mm; r=3mm ; a=83mm; b=30mm; t=3mm; r=4,5mm Bảng kết qña trường hợp số liệu đầu vào khác ví dụ Tiết diện Bề dày Diện tích J (cm4) Iw(cm6) Khả t(mm) tiết diện chịu nén (mm) 2) A(cm N(kN) Tiết diện 1,5 3,9695 0,0300 540,0854 17,4544 (chữ C) =2700 Tiết diện 2 3,9712 0,0539 159,6398 17,6325 (chữ C) =2700 Tiết diện 3 3,9552 0,1233 36,2270 21,4927 (chữ C) =2700 Tiết diện 1,5 3,9695 0,0300 540,0854 21,4395 (chữ C) =2400 Tiết diện 3,9712 0,0539 159,6398 22,0643 (chữ C) =2400 Tiết diện 3,9552 0,1233 36,2270 30,5221 (chữ C) =2400 4.3 Kết luận - So sánh làm việc tiết diện chữ C có bề dày khác ví dụ 3, thấy rằng: việc thay đổi bỊ dầy cấu kiện (với diện tích) khơng đem lại hiệu qđa mặt chịu nén - Qua nghiên cứu có cho ta số kết luận việc hợp lý hóa tiết diện thành máng nh sau: + Bằng cách tạo “sườn gia cường” bụng với kích thước nhỏ, khả chịu lực cấu kiện nâng cao nhiều Đạt điều nhờ diện tích tiết diện hữu hiệu ứng suất ổn định, ứng suất ổn định cục cấu kiện tăng lên đáng kể Đây cách hiệu qña để đạt tiết diện hợp lý + So sánh làm việc nhóm tiết diện “đóng kín” nhóm tiết diện “hở” thấy: số xoắn J nhóm tiết diện “đóng kín” lớn nhiều so với nhóm tiết diện “hở”, dẫn đến khả chịu lực nhóm tiết diện “đóng kín” cao nhiều nhóm tiết diện “hở” Do đó, nên chọn tiết diện “đóng kín”, khơng bị ràng buộc điều kiện khác.Việc đóng kÝn tiết diện thực dễ dàng Ở Úc, tập đồn BHP áp dụng công nghệ dập phần thép tiết diện với vị trí cần Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 98 đóng kÝn tiết diện với khoảng cách dập thường 25mm suốt chiều dài cấu kiện Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 99 Chương v-nhận xét kết luận 5.1 Nhận xét 5.1.1 Về phương pháp thiết kế: a) Thép cán nóng: Qua phân tích đánh giá chương I cho thấy ba tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005; BS 5950: Part 1:2000 EN 1993-1-1:2005 quy định thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn Đây phương pháp sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép nước tiên tiến Về ý tưởng chung , phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn nước tương đồng, cách thể nội dung cụ thể khác Các tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005; Mü AISC/ASD; AISC/LRFD ; BS 5950: Part 1:2000 EN 1993-1-1:2005 sử dụng trạng thái tới hạn với hệ số an toàn b) Thép TM Về phương pháp thiết kế khơng có khác so với thép cán nóng AS 4600 thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn 5.1.2 Về tải trọng thiết kế: a) Thép cán nóng: + BS 5950: Part 1:2000 : Về xác định tĩnh tải hoạt tải theo BS 5950: Part 1:2000 khơng khác mÂy so với tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng, riêng tải trọng gió cách tính khác hẳn Cả hai tiêu chuẩn có hệ số an tồn tải trọng, vật liệu Hệ số an toàn tải trọng theo tiêu chuẩn BS 5950: Part 1:2000 thể qua hệ số tổ hợp tải trọng lớn tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005 + EN 1993-1-1:2005: có hệ số vượt tải, cách tính hoạt tải theo EN 1993-1-1:2005 khác TCXDVN 338:2005, ví dụ văn phịng hoạt tải từ 2,0 - 3,0(kN/m 2) Cả hai tiêu chuẩn tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ sử dụng tổ hợp tính tốn, cịn với trạng thái giới hạn sử dụng sử dụng hợp tiêu chuẩn (tiêu chuẩn EN lấy hệ số tổ hợp 1) + TCXDVN 338:2005: Khi xác định tải trọng gió chưa xét chi tiết trường hợp lực gió ma sát hai mặt bên cơng trình lực gió thÊm lọt vào cơng trình qua khe hở + Đối với áp lực động gió TCXDVN 338:20050 cơng trình có chiều cao ≥40m phải tính thêm áp lực động loạt phép tính phức tạp; theo BS 6399 tính áp lực gió kể đến thành phần động cách nhân với hệ số (1+C r) với , (Kb tra bảng, ho=0,1m, H chiều cao cơng trình); Theo tiêu chuẩn Mü (ASCE 7) với cơng trình có chiều cao H≤18,3m sử dụng áp lực gió qh để tính tốn Đối với cơng trình H>18,3m sử dụng áp lực gió q qi để tính tốn b) Thép TM Theo AS 4600 giá trị tải trọng danh nghĩa, tổ hợp tải trọng hệ số tải trọng tương ứng cho Tiêu chuẩn tải trọng úc AS 1170 Nhìn chung cách thức tính tải khơng khác mÂy so với thép cán nóng Tuy nhiên hình thức thể hệ số tổ hợp thân tiêu chuẩn thép TM nước khác Chính tính tốn cơng trình theo tiêu chuẩn phải quán dùng tiêu chuẩn Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 100 5.1.3 Về vật liệu thiết kế: a) Thép cán nóng: Câng độ tính tốn vật liệu thép theo TCXDVN 338:2005 xác định giới hạn chảy thép chia cho hệ số an toàn vật liệu nguyên tắc giống EN 1993-11:2005 Mặt khác tiêu chuẩn Việt Nam cho phép loại thép không nêu tên tiêu chuẩn Việt Nam loại thép nước ngồi phép sử dụng cường độ tính tốn (với ) Theo BS 5950: Part 1:2000 giới thiệu ba cấp thép tiêu chuẩn Châu Âu, số nhiều loại thép theo tiêu chuẩn EN 10025-2,3,4,5,6 EN 10210-1 Thép kết cấu theo AISC chấp nhận sử dụng đa dạng gồm 16 loại Hầu hết tiêu chuẩn vỊ liệu thép kết cấu nước có thép cán nóng chữ I cánh rộng, TCVN khơng có loại I cánh rộng (tiết diện chữ H) loại phổ biến thị trường Cũng cần lưu ý thép hình cán nóng nước cơng nghệ cán khác nhau, góc chuyển tiếp khác nên chóng có đặc trưng hình học khác nhau, có kích cỡ Vì việc thay thép hình nước thép hình kích cỡ nước khác nói chung khơng Thực tế cho thấy, thép có qóa nhiều chủng loại, việc nắm vững tính thép theo nguồn gốc quan trọng, giúp người kĩ sư định chất lượng thiết kế xây dựng b) Thép TM Vật liệu thép dùng chế tạo tiết diện TM chất thép c¸cbon thấp thơng thường thép hợp kim thấp khơng khác với thép chế tạo tiết diện cán nóng Tuy nhiên thép chế tạo tiết diện uốn nguội có khác với thép chế tạo tiết diện cán nóng chỗ: thép chế tạo tiết diện uốn nguội phải có độ dãn dài cao 22 – 26%, thử nghiệm uốn gập nguội Tiết diện thép TM chế tạo theo cách: thép cán nóng thành tÂm máng dạng cuộn phơi để tạo hình cấu kiện thành máng Có thể tạo từ tÂm thép máng tiết diện hình Chính cơng nghệ chế tạo thép TM khác với thép cán nóng thơng thường nên cường độ thép uốn nguội có khác với thép cán nóng qóa trình uốn nguội thép tăng cường độ Việc xác định cường độ tính tốn nâng cao xét gia công nguội giải khác tùy Quy phạm nước 5.1.4 Về tính tốn cấu kiện chịu nén a) Thép cán nóng (tính theo TCXDVN 338:2005): - Tiêu chuẩn Việt Nam chấp nhận loại tiết diện tiết diện dẻo Độ mảnh giới hạn cấu kiện nén thông thường 120 TCXDVN 338:2005 kiểm tra tiết diện theo ứng suất tới hạn - TCXDVN 338:2005 s dng môđun chng un n hi W n,min, thép hình có giá trị W đàn hồi Để tính tốn dẻo cho phép thỏa mãn số điều kiện TCXDVN 338:2005 cho giá trị số c nhân với W đàn hồi nhận W dẻo (hệ số c, cx, cy lấy theo bảng C1 – phụ lục C TCXDVN 338:2005) - Đối với tiết diện mảnh (tính ổn định cục bộ) TCXDVN 338:2005 số trường hợp tính giảm diện tích tính tốn, trường hợp khác phải phải điều chỉnh giới hạn độ mảnh « theo quy định Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 101 - Về tính ổn định cục , tính theo TCXDVN 338:2005 khắt khe, cần cánh hay ổn định cục coi nh cÂu kiện bền - Đối với cơng trình xây dựng Việt Nam, đặc thù cho phép độ mảnh cấu kiện bé cơng trình có chiều dài lớn nhiều so với chiều rộng nên vấn đề oằn bên kèm xoắn chưa xét đến chi tiết - Theo TCXDVN 338:2005, việc kiểm tra ổn định tổng thể cấu kiện chịu nén nh việc kiểm tra thêm sau tính tốn cường độ Mọi bảng biểu cần cho việc kiểm tra phụ lục nên người thiết kế dễ coi việc không quan trọng, nhiều bỏ qua không làm b) Thép TM -Hiện nay, việc tính tốn cấu kiện thép thành máng chủ yếu dựa quy phạm Mü (AISI 1996) úc (AS/NZS 4600/1996) Trên thực tế, AS/NZS 4600 chủ yếu dựa AISI 1996 với số thay đổi, bật việc tính ổn định xoắn (distortional bucking) - Tính tốn cấu kiện thép thành máng khác với tính tốn cấu kiện thép cán nóng thơng thường - Đối với cấu kiện thép thành máng, điều quan trọng phải tính tốn kiểm tra ổn định Trong ổn định xoắn uốn xoắn phức tạp đặc trưng Đường lối chung để giải giải phương trình vi phân theo lý thuyết ổn định Timoshenko Vlaxop nhằm xác định giá trị lực tới hạn cho trường hợp phá hoại ổn định xoắn uốn xoắn - ổn định thép thành máng phức tạp nhiều so với thép cán nóng thơng thường Nó bao gồm: * Sự ổn định uốn dọc * Sự ổn định cột bị xoắn quanh tâm xoắn tiết diện * Sự ổn định cột chịu uốn xoắn kết hợp Ngoài ra, thiết phải kiểm tra ổn định cục phân tố cánh tiết diện cột Trong đó, ổn định cột xoắn uốn xoắn phức tạp méo mã mặt cắt ngang trạng thái ổn định dẫn đến cột khơng có biến dạng dọc uốn mà cịn có biến dạng dọc xoắn ứng suất biến dạng dọc phụ thêm phu thuộc vào đặc trưng hình học tiết diện thành máng lớn nên bỏ qua tính tốn, thiết kế 5.2 Kết luận: 5.2.1 Thép cán nóng: - Từ kết luận rót thấy tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Việt Nam TCXDVN 338:2005 tiêu chuẩn tiên tiến biên dịch từ tiêu chuẩn Liên Xơ, nước có trình độ khoa học phát triển cao giới, có điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện Việt Nam Về tính khoa học đại khơng chênh lệch nhiều so với tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 châu âu Đây tiêu chuẩn đầy đủ, tỉ mỉ có tính khoa học cao Nhưng coi trọng độ cứng tiết diện, cấu kiện, việc tính tốn hồn toàn theo sơ đồ ban đầu, nên việc sử dụng cho thực tế xây dựng phức tạp Trong điều kiện kinh tế nước ta hội nhập với kinh tế thỊ giới việc nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn tính tốn khác nước tiên tiến thỊ giới vào Việt Nam công việc cần thiết Qua rót Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 102 vấn đề mà tiêu chuẩn ta cịn thiếu, qóa cũ, sở bổ sung cho tiêu chuẩn Việt Nam hoàn chỉnh dễ sử dụng - Khi thiết kế cơng trình kết cÂu thép thể nên dùng hệ thống tiêu chuẩn quy phạm không lẫn hai, dẫn đến kết qđa phi lý Phải tránh tình trạng thiết kế dùng tiêu chuẩn thẩm định dùng tiêu chuẩn khác cịng khơng thể dùng tiêu chuẩn Việt Nam để kiểm tra thẩm định cơng trình thiết kế theo tiêu chuẩn quy phạm nước khác - Việc áp dụng tiêu chuẩn xây dựng cấp quốc gia nước giới, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, tổ chức tiêu chuẩn khu vực (sau gọi chung tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài) hoạt động xây dựng lãnh thổ Việt Nam, phải đảm bảo tạo cơng trình, sản phẩm xây dựng an toàn sử dụng cho người, cho thân cơng trình cơng trình lân cận, đáp ứng quy định Việt Nam an tồn sinh thái, bảo vệ mơi trường, đạt hiệu qđa kinh tế kỹ thuật, đảm bảo tính đồng khả thi qóa trình xây dựng từ thiết kế, thi cơng, nghiệm thu cơng trình tổng thể cơng trình - Phải sử dụng số liệu đầu vào có liên quan đến điều kiện đặc thù Việt Nam quy định quy chuẩn xây dựng bắt buộc áp dụng thuộc lĩnh vực sau: Điều kiện tự nhiên, khí hậu; điều kiện địa chất, thủy văn; phân vùng động đất, cấp động đất Các tiêu chuẩn xây dựng nước lựa chọn áp dụng vào hoạt động xây dựng lãnh thổ Việt Nam phải tiêu chuẩn xây dựng tiên tiến, hành, chủ đầu tư xem xét lựa chọn định áp dụng trước lập hồ sơ thiết kế sơ - Trong tình hình đó, việc định hướng hệ thống Quy chuẩn Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Bộ xây dựng lựa chọn tiêu chuẩn Châu âu lĩnh vực kết cÂu, móng vật liệu xây dựng hồn tồn phù hợp Từ cho thấy việc chuyển dịch áp dụng Eurocodes nhiệm vụ khoa học công nghệ ngành Xây dựng nhằm hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam giai đoạn hội nhập Trước mắt tập trung chuyển dịch tiêu chuẩn EN 1990, 1991, 1993, 1994, 1996, 1997, 1999 (EN 1998 chuyển dịch) số tiêu chuẩn khác tham chiếu tiêu chuẩn chính; Bộ xây dựng phấn đấu năm 2010 hoàn thành đồng tiêu chuẩn Trong qóa trình hội nhập, nhà nước ta cho phép kỹ sư lựa chọn bên cạnh tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng tiêu chuẩn nước Mü, Anh, Châu Âu, úc… Vì cần sớm phổ biến, đào tạo để áp dụng thành thạo tiêu chuẩn nước tiên tiến nh Mü, Anh, Châu Âu thiết kế kết cấu, với công nghệ ứng dụng nước ta 5.2.2 Thép thành máng (TM) Do ưu việt trọng lượng nhẹ, tính cơng nghệ khả chịu lực cao, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội (cold-formed structure) trở thành phương hướng phát triển cơng trình kết cấu thép Việt Nam Các sản phẩm thép thành mỏng đa dạng từ cấu kiện rời rạc xà gồ, dầm tường, dầm sàn, kết cấu bao che (vách ngăn, tường, mái), kết cấu hồn chỉnh khung nhà tầng, khung nhà công nghiệp, nhà công cộng Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép Jamin steel, Bluescope Lysaght, Vinapipe, BHP dần Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 103 dần chuyển giao cơng nghệ từ nước ngồi sản xuất có hiệu dạng kết cấu thép thành mỏng Tuy vậy, nước ta chưa có tiêu chuẩn thiết kế riêng cho loại kết cấu Việc sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam thép cán nóng để tính tốn thiết kế cấu kiện thành máng hoàn tồn khơng phù hợp Chính tất thực tế đặt hai vấn đề cấp thiết trước mắt cho ngành xây dựng: - Thứ Bộ phải tích cực truyền bá tiêu chuẩn nước ngồi thiết kế thép TM để kỹ sư Việt Nam sử dụng thành thạo, đáp ứng nhiệm vụ trước mắt cơng việc đặt ra, tránh tình trạng thiết kế thép TM lại dùng tiêu chuẩn thép cán nóng - Thứ hai Bộ xây dựng cần nhanh chóng tìm biện pháp để ban hành tiêu chuẩn thiết kế thép thành máng Việt Nam Tất nhiên để có tiêu chuẩn thép TM Việt Nam cần phải có thời gian cơng sức nhiều người, nhiều nhà khoa học có trách nhiệm, có liên quan Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 104 Tài liệu tham khảo TCVN 5709 : 1993 Thép bon cán nóng dùng xây dựng Yêu cầu kỹ thuật; TCVN 3104 : 1979 Thép kết cấu hợp kim thấp Mác, yêu cầu kỹ thuật; TCVN 2737 : 1995 Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế; TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế GS.TS Đoàn Định Kiến: Thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn Anh (BS 5950:Part 1:2000) - 2004; GS.TS Đoàn Định Kiến: Thiết kế kết cấu thép theo Quy Phạm Hoa Kì (AISC/ASD) – 2004; GS.TS Đồn Định Kiến: Thiết kế kết cấu thép thành máng tạo hình nguội – 2005; Nguyễn Thành Ngọc, luận văn thạc sü : “So sánh cách tính cấu kiện chịu nén thép theo số tiêu chuẩn thiết kế” Đại học Xây Dựng, năm 2007 Phạm Trung Kiên, luận văn thạc sü : “Nghiên cứu áp dụng số phương pháp thiết kế cấu kiện thép chịu uốn” Đại học Xây Dựng, năm 2007 10.Đào Ngọc ThỊ Vinh Đào Ngọc Thế Lực – “Tối ưu hóa tiết diện thép thành máng chịu nén” 11 BS 4449:1997, Specification for Carbon steel bars for the reinforcement of concrete; 12.A36/A36M-05, Standard Specification for Carbon Structural Steel; 13.EN 1993-1-1 : 2005 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for building, supersedes ENV 1993-1-1:1992 May 2005 14.Lateral – Torisonal Buckling of Steel Beams Aitziber Lãpez, Danny.J.Yong and Miguel A.Serna Tecnun – University of Navarra, Spain September 6-8, 2006 15.Design of Slender Angle Section Beam-Columns by the Direct Strength Method The University of Sydney Kim JR Rasmussen MScEng PhD, M Shamim Hossain BE May 2004 16.Buckling and Torsion of Steel Angle Section Beams The University of Sydney NS Trahair BSc BE MEngSc PhD Deng October 2003 Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD 105 Mục lục Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD ... tích : quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính tốn cấu kiện chịu nén hai nhóm tiêu chuẩn: kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành máng Trong nhóm Quy... pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính tốn cấu kiện chịu nén, cịn Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000 EN 1993-11:2005 dừng lại quan niệm, phương pháp xác định tải. .. Hình 1-1: thép cán hình tiêu chuẩn ASTM 1.3.3 Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Anh 1.3.3.1 Các mác thép dùng làm kết cấu Tiêu chuẩn BS 5950 quy định áp dụng kết cấu làm mác thép Anh quy định BS 5950-2,