Bài viết gồm hai phần chính: phần một trình bày phương pháp xác định chiều dài tính toán theo hai tiêu chuẩn, phần hai thực hiện một ví dụ bằng số. Từ kết quả khảo sát, nghiên cứu đề xuất một số hiệu chỉnh cho tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (5V): 65–74 XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TỐN CỦA CỘT TRONG KHUNG THÉP NHIỀU TẦNG THEO TCVN 5575:2012 VÀ EN 1993-1-1 Nguyễn Minh Tuyềna,∗, Nguyễn Như Hoànga a Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 19/10/2019, Sửa xong 31/10/2019, Chấp nhận đăng 31/10/2019 Tóm tắt Phương pháp chiều dài tính tốn phương pháp sử dụng phổ biến để kiểm tra điều kiện ổn định cấu kiện chịu nén Trong đó, việc xác định xác chiều dài tính tốn cấu kiện giữ vai trò quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp tới tính xác kết Trong báo, nghiên cứu khảo sát chiều dài tính tốn cột khung thép nhiều tầng theo hai tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 EN 1993-1-1 triển khai Bài báo gồm hai phần chính: phần trình bày phương pháp xác định chiều dài tính tốn theo hai tiêu chuẩn, phần hai thực ví dụ số Từ kết khảo sát, nghiên cứu đề xuất số hiệu chỉnh cho tiêu chuẩn hành Việt Nam Từ khoá: kết cấu thép; phương pháp chiều dài tính tốn; khung khơng có chuyển vị ngang; khung có chuyển vị ngang; khung thép nhiều tầng; TCVN 5575:2012; EN 1993-1-1 DETERMINATION OF THE EFFECTIVE LENGTH OF STEEL COLUMNS IN MULTI-STOREY FRAMES ACCORDING TO TCVN 5575:2012 AND EN 1993-1-1 Abstract The effective length method is a commonly used method to check the stability condition of compressive members Particularly, the accuracy of the calculated effective length plays an important role and directly affects the final results In this paper, a study on the effective length of steel columns according to TCVN 5575:2012 and EN 1993-1-1 is conducted The paper consists of two main parts: the first part summarizes the procedures to determinate the effective length based on two standards; the second part implements a numerical example From the observation of the results, the study proposes some adjustments to the current Vietnamese standard Keywords: steel structures; effective length method; sway frames; non-sway frames; multi-storey frames; TCVN 5575:2012; EN 1993-1-1 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-08 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Đặt vấn đề Vật liệu thép kết cấu sử dụng cơng trình nhà cao nhiều tầng ưu điểm vượt trội so với vật liệu bê tông khả chịu lực lớn, độ tin cậy cao, trọng lượng nhẹ giảm thiểu hóa thời gian thi cơng Trong kết cấu thép, điều kiện ổn định thường điều kiện khống chế thiết kế Một số phương pháp kiểm tra ổn định cột đề xuất đưa vào tiêu chuẩn thiết kế hành phương pháp chiều dài tính tốn [1–3] phương pháp phân tích trực tiếp [2, 3] Mặc dù nhiều phương pháp tiên tiến đề xuất, phương pháp chiều dài tính tốn áp dụng nhiều thiết kế thực tế Vì nay, nhiều nghiên cứu ∗ Tác giả Địa e-mail: tuyennm@nuce.edu.vn (Tuyền, N M.) 65 Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng phương pháp chiều dài tính tốn tiếp tục triển khai [4–6] Trong phương pháp này, việc xác định xác chiều dài tính tốn cấu kiện giữ vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới kết Khảo sát sơ nhận thấy có khác biệt cách thức xác định chiều dài tính tốn tiêu chuẩn Cụ thể tiêu chuẩn Việt Nam, cách xác định chiều dài tính tốn cột khung nhiều tầng quy định mục 7.5.2 [1] phụ thuộc vào đặc điểm khung có khơng có chuyển vị ngang, nhiên [1] không đưa tiêu chí cụ thể để phân loại khung [2] đề cập đến khái niệm “braced frame” “unbraced frame”, “braced frame” khung có kết cấu giằng đảm bảo độ cứng theo số quy định cụ thể, trường hợp lại xếp vào dạng “unbraced frame” [3] sử dụng thuật ngữ “sway frame” với tiêu chí phân loại dựa hệ số αcr Tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 [1] biên soạn lâu số vấn đề bất cập, cần bổ sung, sửa đổi Theo chủ trương Đề án hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật xây dựng Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 02/2018, nhiều nghiên cứu triển khai [7–9] Bên cạnh nghiên cứu tìm hiểu tiêu chuẩn tiên tiến, việc nghiên cứu vấn đề tồn tiêu chuẩn Việt Nam hành nhằm cập nhật, bổ sung cho phù hợp với tình hình chung giới cần thiết Mục tiêu báo nhằm xác định chiều dài tính tốn cột khung nhà nhiều tầng theo hai tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 (gọi tắt TCVN) EN 1993-1-1 [3] (gọi tắt EC) Cụ thể hơn, nghiên chí 2019 Tạpchiều chíKhoa Khoa họcCơng Công nghệ Xây dựngNUCE NUCE 2019 cứu tiến hành khảo sát hệ Tạp số dàihọc tính tốnnghệ củaXây cộtdựng cho toán cụ thể khung thép tầng nhịp so sánh kết tính theo hai tiêu chuẩn đề xuất số điều chỉnh cho TCVN 5575:2012 khung khungcó cóchuyển chuyểnvịvịngang ngangvà vàkhung khungkhơng khơngcó cóchuyển chuyểnvịvịngang ngangkhi khichịu chịutải tảitrọng trọng (Hình (Hình 1) Mục 5.2.1(4)B [3] đề cập tới khái niệm “sway mode failure”, hiểu làlà 1) Mục 5.2.1(4)B [3] đề cập tới khái niệm “sway mode failure”, hiểu Phương pháp xác định chiều dài tính tốn cột khung nhiều tầng khung khungsẽsẽđược đượcphân phânchia chiathành thànhhai hailoại loạilàlà“sway “swayframe” frame”và và“non-sway “non-swayframe” frame”.Theo Theo 2.1 [10], Phân loại khung [10],“non-sway “non-swayframe” frame”làlàkhung khungcó cóchuyển chuyểnvịvịtương tươngđối đốigiữa giữacác cáctầng tầngnhỏ nhỏ.Như Nhưvậy, vậy, Việc phân loại khung vôniệm cùng“khung quan trọng điều định đến giả có hiểu cặp có vịvịnày ngang” ––“sway frame” “khung cóthể thể hiểu cặpkhái khái niệm “khung cóchuyển chuyển ngang” “sway frame” vàthiết “khung tốn giải tích thiết lập cơng thức xác định hệ số chiều dài tính tốn cột khung nhà khơng khơngcó cóchuyển chuyểnvịvịngang” ngang”––“non “nonsway swayframe” frame”làlàtương tươngđương đươngnhau nhauvề vềbản bảnchất chấtcơ nhiều tầng,học nhiều nhịp [1] phân chia phần khung thành hai loại cóthuật chuyển ngangcó khung khơng thống nhất, sử ngữ học.Để Để thống nhất, phầnsau sau củabài bàibáo báochỉ chỉkhung sửdụng dụng thuật ngữvị“khung “khung cóchuyển chuyển có chuyển vị ngang chịu tải trọng (Hình 1) Mục 5.2.1(4)B [3] đề cập tới khái niệm “sway vịvịngang” ngang”và và“khung “khungkhơng khơngcó cóchuyển chuyểnvịvịngang” ngang”khi khiphân phânloại loạikhung khung (a) Khung khơng có chuyển vị ngang (a) (a)Khung Khungkhơng khơngcó cóchuyển chuyểnvịvịngang ngang (b) Khung có chuyển vị ngang (b) (b)Khung Khungcó cóchuyển chuyểnvịvịngang ngang Hình Biến dạngcủa củakhung khung khi trọng Hình 1.1.Biến dạng chịu tải trọng Hình Biến dạng khung khichịu chịutải tải trọng Việc 66chỉ Việcphân phânloại loạikhung khungtheo theoTCVN TCVNvẫn chỉmang mangtính tínhđịnh địnhtính tínhtrong trongkhi khiEC ECcó có nhữngtiêu tiêuchí chíđịnh địnhlượng lượngcụ cụthể thểnhư nhưtrình trìnhbày bàytrong trongBảng Bảng1,1,trong trongđó: đó:aacrcrlàlàhệ hệsốsốtăng tăng thêm tải trọng thiết kế gây tượng ổn định tổng thể giai đoạn thêm tải trọng thiết kế gây tượng ổn định tổng thể giai đoạn đàn đànhồi hồi; ;FFcrcrlàlàlực lựctới tớihạn hạnđàn đànhồi hồiứng ứngvới vớidạng dạngmất mấtổn ổnđịnh địnhtổng tổngthể thểdựa dựatrên trênđộ độcứng cứng Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng mode failure”, hiểu khung phân chia thành hai loại “sway frame” “non-sway frame” Theo [10], “non-sway frame” khung có chuyển vị tương đối tầng nhỏ Như vậy, hiểu cặp khái niệm “khung có chuyển vị ngang” – “sway frame” “khung khơng có chuyển vị ngang” – “non sway frame” tương đương chất học Để thống nhất, phần sau báo sử dụng thuật ngữ “khung có chuyển vị ngang” “khung khơng có chuyển vị ngang” phân loại khung Việc phân loại khung theo TCVN mang tính định tính EC có tiêu chí định lượng cụ thể trình bày Bảng 1, đó: αcr hệ số tăng thêm tải trọng thiết kế gây tượng ổn định tổng thể giai đoạn đàn hồi; Fcr lực tới hạn đàn hồi ứng với dạng ổn định tổng thể dựa độ cứng đàn hồi ban đầu; F Ed tải trọng tính tốn tác dụng lên kết cấu Trong thực tế, kỹ sư thiết kế theo TCVN thường coi khung có bố trí giằng chéo khung khơng có chuyển vị ngang khung khơng có giằng chéo khung có chuyển vị ngang Nhưng sử dụng tiêu chí đánh giá theo EC, xảy trường hợp khung có bố trí giằng chéo xếp vào dạng khung xoay Một ví dụ cụ thể để minh họa cho trường hợp trình bày Mục Bảng Phân loại khung tính tốn đàn hồi Điều khoản quy định TCVN 5575:2012 EN 1993-1-1 Mục 7.5.2.3 Mục 5.2.1(3) Thuật ngữ Khung có chuyển vị ngang chịu tải Khung khơng có chuyển vị ngang chịu tải Sway Frame Non-Sway Frame Tiêu chí phân loại Tại nút khơng có liên kết chống chuyển vị ngang αcr = Fcr /F Ed < 10 Các nút khung có liên kết chống chuyển vị ngang αcr = Fcr /F Ed ≥ 10 2.2 Chiều dài tính tốn cột khung thép nhiều tầng Chiều dài tính tốn cột xác định theo cơng thức: l0 = µl (1) µ hệ số chiều dài tính tốn; l chiều dài hình học cột, đoạn chiều cao tầng Cách xác định hệ số chiều dài tính tốn theo TCVN quy định mục 7.5.2.3 [1] Ngược lại, EC không cung cấp công thức để xác định hệ số chiều dài tính tốn cột Quy trình tính tốn bảng tra ban hành tài liệu NCCI số SN008a [11] Phương pháp trình bày [11] hồn tồn giống phương pháp trình bày Phụ lục E [2] Công thức cụ thể để xác định hệ số chiều dài tính tốn theo TCVN EC tổng hợp trình bày Bảng Các hệ số p n TCVN xác định theo Bảng 3, đó: n1 = (Ib1 lc )/(l1 Ic ); n2 = (Ib2 lc )/(l2 Ic ); p1 = (Ii1 lc )/(l1 Ic ); p2 = (Ii2 lc )/(l2 Ic ); l, l1 , l2 nhịp khung; Ic , lc mơmen qn tính chiều dài cột khảo sát, Ib , Ib1 , Ib2 mơmen qn tính xà liên kết với đầu cột; Ii , Ii1 , Ii2 mômen quán tính xà liên kết với đầu cột; k số nhịp Các hệ số η1 η2 EC xác định theo công thức sau: η1 = Kc + Kc1 Kc + Kc1 + Kb11 + Kb12 67 (2) Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng η2 = Kc + Kc2 Kc + Kc2 + Kb21 + Kb22 (3) Kc Kci độ cứng đơn vị cột (= EIc /L); Kbi j độ cứng đơn vị dầm (Hình 2) Trường hợp dầm xuất lực nén dọc trục, Kbi j xác định theo Bảng 4, đó: Nb giá trị lực nén dọc trục dầm, Nb,cr lực tới hạn dầm chịu nén Các trường hợp khác trình bày cụ thể [11] Bảng Hệ số chiều dài tính tốn µ cột khung nhà nhiều tầng TCVN + 0,46(p + n) + 0,18pn + 0,93(p + n) + 0,71pn Khung khơng có chuyển vị ngang Khung có chuyển vị ngang EC 0,5 + 0,14(η1 + η2 ) + 0,055(η1 + η2 )2 Khi n ≤ 0,2: √ (p + 0,68) n + 0,22 0,68p(p + 0,9)(n + 0,08) + 0,1n Khi n > 0,2: √ (p + 0,63) n + 0,28 − 0,2(η1 + η2 ) − 0,12η1 η2 − 0,8(η1 + η2 ) + 0,6η1 η2 pn(p + 0,9) + 0,1n Bảng Công thức xác định hệ số p n khung nhiều tầng nhiều nhịp Khung khơng có chuyển vị ngang n = n1 + n2 Tầng p = 0,5(p1 + p2 ) n = 0,5(n1 + n2 ) Tầng p = 0,5(p1 + p2 ) n = 0,5(n1 + n2 ) Tầng p = p1 + p2 đầu khớp, đầu ngàm: Trường hợp đặc biệt p = 50; n = đầu ngàm, đầu khớp: n = 50; p = 68 Khung có chuyển vị ngang Cột biên Cột Ib lc ; 2lIc Ii lc p= 2lIc Ib lc n= ; 2lIc Ii lc p= 2lIc Ib lc n= ; 2lIc Ii lc p= lIc k(n1 + n2 ) ; k+1 k(p1 + p2 ) p= k+1 k(n1 + n2 ) n= ; k+1 k(p1 + p2 ) p= k+1 k(n1 + n2 ) n= ; k+1 2k(p1 + p2 ) p= k+1 n= n= Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 trường hợp khác trình bày cụ thể [7] Tuyền, N M / Tạpnén chíCác Khoa học Cơng nghệđược Xây dựng [7].4 Công thức xác định độ cứng đơn vị dầm có lực nén dọc trục Bảng nén Các trường hợp khác trình bày cụ thể Bảng Công thức xác định độ cứng đơn vị dầm có lực nén dọc trục có kết lực nén Bảng Công thức xác định độ cứng đơn vị dầm Liên đầudọc dầmtrục đối diện đầu dầm diệndiện LiênLiên kếtkếtđầu dầmđốiđối Độ cứng đơn vị dầm Kbij Độ cứng đơn vị Kbij bij Độdầm cứng đơn vị dầm Kbi j I ỉ N 1,0 b ỗ1 - 0, b ữ ỗ Lố Nb,cr ÷ø Nb − 0,4 L Nb,cr I ỉ N 0,75 b ỗ1 - 1,0 b ữ I bb ổ Khp Nbb I N b b ỗ 0,75 ỗ1 - 1,0 Lố Nb,cr ữứ ữữ 1,0 L ỗố Nbb,,ccrr0,75 ứ L Nb,cr Xoay cựng chiu với nút đối diện Ib Nb I ỉ N I ổ N 1,5 b ỗ1 - 0, b ữ 0,2 1,5 bb ỗ1 - 0, bb ữ1,5 ỗ ữ ỗ ữ L N L Nb,cr Lè Nbb,,ccrr ø b ,cr ø è Ngàm ö I ổ N Ib 1,0 bb ỗ1 - 0, bb ữ L ỗố Nbb,,ccrr ữứ1,0 Ngm Ngm Khp Khp cùngchiều chiều với đốiđối diệndiện XoayXoay vớinút nút nhưngngược ngược chiều vớivới nút nút đối diện Xoay ngược chiều với Ib nút đối diệnNb Xoay Xoay bằngbằng chiều đối diện I ỉ N − 1,0 0,5 bb ỗ1 - 1,0 bb ữ0,5 ỗ ữ L Nb,cr Lè Nbb,,ccrr ø 0,5 Ib ỉ N ç1 - 1,0 b ÷÷ L çè Nb,cr ø K L LL Kc1 c1 Về mặt chất, hệ số n η1 kể đến khả K c1 1 cản trở chuyển vị xoay dầm nút đầu K b11 K b12 b11 b12 K b11 K b12 cột (nút 1), p η2 nút đầu cột (nút 2) Công thức xác định chiều dài tính tốn TCVN thiết lập cho trường hợp độ cứng đơn K Kcc Kc vị cột tầng nhau, cơng 2 thức EC có kể đến thay đổi độ cứng đơn vị K K b21 b21 b22 tầng ảnh hưởng lực22 nén trongKKb22 dầm, làm việc đồng thời sàn bê tông K b21 K b22 K Kc2 c2 Bên cạnh đó, với trường hợp khung nhiều nhịp có K c2 chuyển vị ngang, TCVN kể đến Hình hệ phân phối h Hìnhcó Các Các hệ số số ảnh phân hưởng phối h h11 vàcủa h22 của cột cột liên liên tục tục số lượng nhịpVề khung cònhệ ảnhnăng Về mặt chất, số đến 11 kể mặt chất, các hệEC số nnchỉ h hxét kểđến đến khả khả cản cản trở trở chuyển chuyển vị vị xoay xoay của Hình Các hệCác số phân phối h1 h2 cộtηliên tục Hình hệ số phân phối η1 hưởng dầm, cột tập trung nút dầm nút đầu cột (nút 1), p h nút đầu 2) thức dầm nút đầu cột (nút 1), p h22 nútvà đầu dưới cột cột 99 (nút (nút 2) Công Công thức xác định định chiều cho trường độ đơn bảnhợp chất, hệ sốvị hcột đếntục khả cản trở chuyển vị xoay củ cột xét.dài kểliên xác chiều dài tính tính tốn tốn trong TCVN TCVN thiết thiết lập lập Về chomặt trường hợp độ cứng cứng đơn vịncủa Ví cột tại các tầng tầng kể đến đổi độ cứng cột như nhau, nhau, trong đó cơng cơng thức thức EC có kể đến sự thay đổi1), độcòn cứng dầm EC nútcó đầu cộtthay (nút p h2 nút đầu cột (nút 2) Công thứ đơn vị vị tại các tầng lực dầm, làm việc đồng thời đơn tầng ảnh ảnh hưởng hưởng của xác lực nén nén dầm, làm việc đồng định chiều dài tính tốn thời TCVN thiết lập cho trường hợp độ cứng đơn vị củ dụ số bê sàn sàn bê tông tông Bên Bên cạnh cạnh đó, đó, với với trường trường hợp hợp khung khung nhiều nhiều nhịp nhịp có có chuyển chuyển vị vị ngang, ngang, 3.1 Số liệu tính tốn cột tầng nhau, cơng thức EC có kể đến thay đổi độ cứn đơn vị tầng ảnh hưởng lực nén dầm, làm việc đồng th 66 sàn bê tơng Bên cạnh đó, với trường hợp khung nhiều nhịp có chuyển vị ngan Nhằm so sánh giá trị chiều dài tính tốn theo TCVN EC, ví dụ số triển khai Ví dụ sử dụng khung thép tầng nhịp với kích thước hình học tải trọng Hình Cột có tiết diện H350×250×8×12 khơng thay đổi suốt chiều cao cơng trình, dầm tất tầng có tiết diện H400×250×6×8 Tải trọng phân bố dầm q = 23 kN/m; tải trọng tập trung nút P = 200 kN Liên kết cột dầm cứng, liên kết hai đầu giằng khớp Ví dụ khơng xét đến làm việc sàn bê tông Tiến hành khảo sát năm trường hợp khung khác nhau, thay đổi số yếu tố liên kết chân cột, bố trí hệ giằng, tiết diện giằng Sơ đồ năm trường hợp khảo sát trình bày Bảng 3.2 Phân loại khung TCVN khơng đưa tiêu chí cụ thể để phân loại khung Trong nghiên cứu này, khung có bố trí giằng coi khung khơng có chuyển vị ngang, ngược lại khung khơng bố trí 69 3600 8,8 kN/m 3600 8,6 kN/m 3600 8,4 kN/m 3600 8,1 kN/m 3600 7,8 kN/m 3600 7,3 kN/m 3600 6,4 kN/m 4000 cơng trình, dầm tất tầng có tiết diện H400´250´6´8 Tải trọng phân bố dầm q = 23 kN/m ; tải trọng tập trung nút P = 200 kN Liên kết cột dầm cứng, liên kết hai đầu giằng khớp Ví dụ khơng xét đến làm việc sàn bê tông Tiến hành khảo sát năm trường hợp khung khác nhau, thay đổi số yếu tố liên kết chân cột, bố trí hệ giằng, tiết diện giằng… Sơ đồ N sát M / Tạptrình chí Khoa học Cơng năm trường Tuyền, hợp khảo bày Bảng nghệ Xây dựng 5,8 kN/m P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P P q P q P q P 6,6 kN/m 6,5 kN/m 6,3 kN/m 6,1 kN/m 5,8 kN/m 5,5 kN/m 4,8 kN/m 4,4 kN/m 9000 9000 9000 Tạp Khoa Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Hình Sơ đồ khung thép chí tầng học nhịp Hình Sơ đồ khung thép nhịp Tạp8chítầng Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 TạpTạp chíchí Khoa họchọc Cơng nghệ Khoa Cơng nghệXây Xâydựng dựngNUCE NUCE2019 2019 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 Bảng Sơ đồ trường hợp khảo sát Bảng Sơ đồ trườngBảng hợp5 khảo sát Sơ đồ trường hợp khảo sát Trường hợp Trường hợp Liên kết chân Ngàm Trường hợp Liên kết chân cột Tiết diện giằng Sơ đồ khung Bảng 5 SơSơ đồđồcủa Bảng của555trường trườnghợp hợpkhảo khảosát sáta, b, Sơ trường khảo sát Trường hợp Liên Bảng kết chân cộtđồ Tiết diện hợp giằng Sơ đồ khung a, Trường hợphợp Liên kết chân cộtcột giằng Tiết diện giằng Sơ đồ khung khung b, Trường Liên kết chân Tiết diện giằng Sơ cột Tiết diện Sơ đồ Trường hợp Liên kết chân cột Tiết diện giằng Sơ đồ khung Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường Trườnghợp hợp1 Ngàm Ngàm Ngàm Ngàm Ngàm L70×6 L70´6 L70´6 L70´6 222L70´6 L70´6 a, Trường hợp Ngàm Ngàm Trường hợp Ngàm Trường hợp Ngàm Trường hợp Ngàm Trường Ngàmsử Trườnghợp hợp2 (không Khớp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trườnghợp hợp3 Trường c,b, a, a, a, a, c,b, c,b, a, c,b, a, a, (không sử dụng giằng) (không sử dụng giằng) (khôngsửsửdụng dụng giằng) (không dụng giằng) (không sử dụnggiằng) giằng) Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp L70×6 c, c, c,c, Trường hợp Trường hợp Khớp Khớp Trường hợp Trường hợp Trường hợp5 Trường hợp Trường hợp d, b, d, b, d, d, b, d,b, b, d, d, d, d, d, d, a, d, a,d, a, d, d, a, a, b, b, c, c, c, d, d, d, c, c, d, d, b, b, b, (không sử dụng giằng) (không sử dụng giằng) (không sửdụng dụnggiằng) giằng) (không sử dụng giằng) (khơng sử dụng giằng) L60×5 Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp d, c, b, d, c, b, d, c, b, d, d, c, c, b, b, b,b, b, L70´6 L70´6 L70´6 L70´6 22L70´6 c, Khớp Trường hợp Khớpsử Trường hợp Khớp Trường hợp4 (không Khớp Trường hợp Khớp Trường hợp c,b, a, a, c, a, c, a, c, c,c,a, a,a, Trường hợp a,a, a, L60´5 22L60´5 L60´5 L60´5 22L60´5 3.2 Phân loại khung 3.2 Phân loại 3.2 Phân loạikhung khung 70 3.2.TCVN Phân loại khung khơng đưađưa rarara tiêu chíchí cụ thể đểđểphân loại khung Trong nghiên cứu này, TCVN tiêu cụcụ thể phân TCVN khơngđưa tiêuchí thểđể phânloại loại khung khung Trong Trong nghiên cứu này, 3.2 Phân loại khơng khung khung cókhơng trítrí coi làlàlàkhung khơng có ngược TCVN đưa giằng tiêu chí cụ thể để phân loại khung Trong vị nghiên cứu này, khung cóbố giằng coi khung khơng có chuyển vị ngang, ngang, khung cóbốbố tríthanh giằng coi khung khơng cóchuyển chuyển ngược TCVN khơng đưabố ratrí tiêu chí giằng cụ thểcoi đểlàphân loạicókhung Trong nghiên cứu định này, lạilại khung khung vị Để khung cókhơng bốkhơng trí giằng coi làlàlà khung có chuyển vị ngang, ngược lại khung giằng coi khungkhơng cóchuyển chuyển vịngang ngang định khung khơng bốbố trítrí giằng coi khung có chuyển vị ngang Để xác xác khung có bố trí giằng coi khung khơng có chuyển vị ngang, ngược hệhệ số asố dùng phân khung theo EC, sử tích cr lại khung khơng bốloại trí giằng coi lànghiên khung có chuyển vịtính ngang Đểphân xác định hệ dùng phân loại khung theo EC, nghiêncứu cứu sửdụng dụng tính tích số acra dùng phân loại khung theo EC, nghiên cứu sử dụng tính phân cr lại khung khơng bốbuckling trí giằng coi làcủa khung cómềm chuyển vị ngang Để cấu xác định ổn hồi (linear analysis) phần phân tích kết CSI ổnsố định đàn hồi (linear buckling analysis) phần mềm phântính tíchnăng hệđịnh ađàn dùng phân loại khung theo EC, nghiên cứu sử dụng tích ổn định hồi (linear buckling analysis) phần mềm phân tích kết phân cấu CSI crđàn hệ số acr dùng phân loại khung theo EC, nghiên cứu sử dụng tính phân tích Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng giằng coi khung có chuyển vị ngang Để xác định hệ số αcr dùng phân loại khung theo EC, nghiên cứu sử dụng tính phân tích ổn định đàn hồi (linear buckling analysis) phần mềm phân tích kết cấu CSI SAP2000 Giá trị “buckling factor” thu sau phân tích tỷ số lực tới hạn lực tác dụng [12] hệ số αcr Kết phân loại năm trường hợp khung xét trình bày Bảng Bảng Kết phân loại khung TCVN Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Bố trí giằng Có Khơng Có Khơng Có EC αcr Loại khung Loại khung Khơng có chuyển vị ngang 16,86 > 10 Khơng có chuyển vị ngang Có chuyển vị ngang 3,55 < 10 Có chuyển vị ngang Khơng có chuyển vị ngang 11,56 >10 Khơng có chuyển vị ngang Có chuyển vị ngang 1,32 < 10 Có chuyển vị ngang Khơng có chuyển vị ngang 9,57 < 10 Có chuyển vị ngang Từ Bảng thấy việc phân loại theo TCVN EC đa số cho kết thống Riêng trường hợp 5, TCVN xếp trường hợp thuộc dạng khung khơng có chuyển vị ngang EC lại quy định khung thuộc dạng có chuyển vị ngang 3.3 Xác định hệ số chiều dài tính tốn Hệ số chiều dài tính tốn theo TCVN theo EC cột biên cột theo tầng tương ứng với năm trường hợp xác định dựa vào cơng thức trình bày Bảng Chi tiết tính tốn trình bày Phụ lục A Giá trị hệ số chiều dài tính tốn năm trường hợp thể Hình Chênh lệch tương đối kết tính theo hai tiêu chuẩn xác định công thức (4) trình bày Bảng 7: δ= µEC − µTCV N µEC (4) µEC µTCV N hệ số chiều dài tính tốn cột tương ứng theo EC TCVN Bảng Chênh lệch tương đối hệ số chiều dài tính tốn hai tiêu chuẩn Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Tầng Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Cột 6% 12% 11% 11% 11% 11% 11% 14% 8% 17% 16% 16% 16% 16% 16% 17% 3% 3% 2% 2% 2% 2% 2% 17% 9% 13% 14% 14% 14% 14% 14% 5% 6% 12% 11% 11% 11% 11% 11% 14% 9% 17% 16% 16% 16% 16% 16% 17% 12% 3% 2% 2% 2% 2% 2% 17% 16% 13% 14% 14% 14% 14% 14% 5% 72% 59% 60% 60% 60% 60% 60% 55% 67% 50% 51% 51% 51% 51% 51% 48% Căn kết khảo sát, số kết luận rút sau: - Trường hợp trường hợp 3, theo hai tiêu chuẩn, khung xếp vào dạng khung chuyển vị ngang Giá trị hệ số chiều dài tính tốn hai trường hợp có giá trị 71 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình4.4.Hệ Hệsốsốchiều chiềudài dàitính tínhtốn tốncột cộttheo theo tầng tầng tương tương ứng ứng Hình Bảng Chênh lệch tương đối hệ số chiều dài tính toán hai tiêu chuẩn 72 Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột biên Tầng nhỏ 1,0 Về mặt tổng thể, giá trị hệ số chiều dài tính tốn tính theo TCVN lớn kết thu Trường Trường hợp hệ số Trường Trường Trường tính theo EC Hơnhợp nữa, thay đổi chiềuhợp dài3 tính tốn hợp theo4 tầnghợp khá5 tương đồng Cụ thể, trường hợp 1, hệ số chiều dài tính tốn cột tầng nhỏ nhất, tầng có giá trị nhau, tầng có giá trị nhỏ tầng lớn tầng - Trường hợp trường hợp 4, khung xếp vào dạng khung có chuyển vị ngang Giá trị hệ số chiều dài tính1 toán6% hai lớn6% 1,0 thay đổi16% hệ số 72% chiều dài 8% trường 3% hợp9% 9% Sự 12% 67%tính tốn tầng tầng trung gian tương tự trường hợp Sự khác biệt thể tầng 12% 17% 3% 13% 12% 17% 3% 13% 59% 50% Nếu theo EC, chiều dài tính tốn cột tầng nhỏ tầng trung gian 16% 14% 11% theo TCVN,3chiều11% dài tính tốn 2% tầng 16% 2% 14% 60% 51% - Trong trường hợp 5, kết phân loại khung theo hai tiêu chuẩn không thống TCVN 5575:2012 xếp khung trường hợp thuộc dạng11 khung khơng có chuyển vị ngang Theo EC, hệ số αcr có giá trị 9,57 < 10, khung xếp vào dạng khung có chuyển vị ngang Điều dẫn đến kết tính theo hai tiêu chuẩn có chênh lệch lớn Nếu trường hợp khác, chênh lệch kết hai tiêu chuẩn 20% trường hợp 5, chênh lệch dao động từ 48% đến 72% - Trong thiết kế thực tế, việc sai khác phân loại khung hai tiêu chuẩn dẫn tới kết thiết kế đảm bảo không đảm bảo điều kiện chịu lực Chính thế, việc cần có tiêu chí rõ ràng để phân loại khung theo TCVN cần thiết Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Tuyền, M 3, / Tạp chíchiều Khoadài họctính Cơng nghệ trường hợpN hệ số toán cộtXây tầngdựng lớn tầng Đối với khung có chuyển vị ngang, cơng thức tính hệ số n tầng tầng Đề xuất hiệu chỉnh Tiêu chuẩn Việt Nam giống dẫn đến hệ số chiều dài tính tốn cột tầng tầng theo Theo ECnhất trongtrong hai trường 4, hệ số chiều dàintính Theo Bảng 3, TCVN tồn tạibằng khơng thống cơnghợp thức xác định giá trị chotốn hai trường hợp tầng lớn tầng (Hình 4(b) Hình 4(d)) khung có khơng có chuyển vị ngang Đối với khung khơng có chuyển vị ngang, giá trị hệ số n sát hệ số bất nđồng cứugiá đề trị xuất tầng cùngDựa gấptrên đôiquan giá trị trên, tầngnghiên hệcông số pthức củahiệu tầngchỉnh dướiđểcùng gấp đôi số n đối cho với tầngcả trênhai tronghợp trường hợp khung vị ngang khung có giá trị hệ số pxác cácđịnh tầnghệgiữa trường khung khơngcócóchuyển chuyển vị ngang trìnhĐiều bày Bảngthích trường hợp 3, hệ số chiều dài tính tốn cột tầng chuyển vị ngang giải lớn tầng Bảng cùng.9.Đối với khung có cơng chuyển ngang, Đề xuất hiệu chỉnh thứcvịtrong Tiêucơng chuẩnthức Việt tính Nam hệ số n tầng tầng giống dẫn đến hệ số chiều dài tính tốn cột tầng tầng theo Công thức gốc Công thức hiệu chỉnh TCVN Theo EC hai trường hợp 4, hệ số chiều dài tính tốn tầng lớn Il tầng (Hình 4(b) 4(d)) n = I blc n= bc Cột biên 2lI lI c Bảng Đề xuất hiệu chỉnh công thức Tiêu chuẩn Việt Namc 2k ( n + n ) k (n1 + n2 ) = gốc n =thức 1hiệu2 chỉnh Cột Côngnthức Công k +1 k +1 Ib lc Ib lc Cột biên Sử dụng công thức đềnxuất, = xác định lại hệ số chiều dài tính tốnn cho = hai trường 2lI lIckhi hiệu c hợp Kết thể Có thể nhận thấy kết sau 2k(n1 + n2 ) k(n1 + n2Hình ) = Cột = tính theo EC trường hợp nkhác chỉnh tương đồng vớinkết k+1 k+1 Hình 5 HệHệsốsốchiều hiệu hiệuchỉnh chỉnh Hình chiềudài dàitính tínhtốn tốn cột cột sau sau Dựa quan sựvà bấtkiến đồng Kếtsát luận nghịtrên, nghiên cứu đề xuất công thức hiệu chỉnh để xác định hệ số n cho tầng trường hợp khung có chuyển vị ngang trình bày Bảng Sử dụng Bài báo trình bày cách xác định hệ số chiều dài tính tốn cột khung thép cơng thức đề xuất, xác định lại hệ số chiều dài tính tốn cho hai trường hợp Kết thể nhà nhiều tầng, nhiều nhịp theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 EN 1993-1-1 Thơng Hình Có thể nhận thấy kết sau hiệu chỉnh tương đồng với kết tính theo qua việc khảo sát hệ số chiều dài tính tốn năm trường hợp khung cụ thể, báo EC trường hợp khác 13 Kết luận kiến nghị Bài báo trình bày cách xác định hệ số chiều dài tính tốn cột khung thép nhà nhiều tầng, nhiều nhịp theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 EN 1993-1-1 Thơng qua việc khảo sát hệ số chiều dài tính toán năm trường hợp khung cụ thể, báo đề xuất hiệu chỉnh quy trình xác định chiều dài tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư thiết kế xác định chiều dài tính tốn cột thép nhà nhiều tầng Hơn nữa, ví dụ tính tốn số việc thiếu tiêu chí phân loại khung rõ ràng ảnh hưởng lớn tới kết xác định hệ số chiều dài tính tốn 73 Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Trong tương lai, nghiên cứu mở rộng triển khai so sánh tiêu chuẩn Việt Nam với tiêu chuẩn khác giới tiêu chuẩn Nga hành, tiêu chuẩn Hoa Kỳ Bên cạnh đó, việc xây dựng tiêu chí phân loại khung vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Lời cảm ơn Nghiên cứu thực với hỗ trợ trường Đại học Xây dựng thông qua Đề tài Khoa học Công nghệ cấp trường mã số 95-2019/KHXD Tài liệu tham khảo [1] TCVN 5575:2012 Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [2] BS 5950-1:2000 Structural use of steelwork in building: code of practice for design – Rolled and welded section British Standards Institution, London [3] EN 1993-1-1:2005+A1:2014 Eurocode Design of steel structures General rules and rules for buildings European Committee for Standardization [4] Webber, A., Orr, J J., Shepherd, P., Crothers, K (2015) The effective length of columns in multi-storey frames Engineering Structures, 102:132–143 ´ c, S (2016) Parametric stability analysis of steel frame structures Zbornik radova međunarodne [5] Cori´ konferencije Savremena dostignu´ca u građevinarstvu, 30:323–330 [6] Vũ, Q A (2011) Xác định hệ số chiều dài tính tốn cho cột khung thép có xét đến độ đàn hồi liên kết Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, (3):14–22 [7] Long, L M (2019) Định hướng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tơng kết cấu thép Hội thảo khoa học tồn quốc lần thứ 31 Định hướng phát triển hệ thống tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, 7–22 [8] Long, L M (2019) Định hướng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia ngành xây dựng, danh mục tiêu chuẩn cốt lõi, lộ trình thực Bộ Xây dựng-Hội thảo định hướng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia ngành xây dựng [9] Tuấn, V A., Hòa, N Đ., Hiếu, N T (2019) Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575:2012 - Thực tế định hướng Hội thảo khoa học toàn quốc lần thứ 31 Định hướng phát triển hệ thống tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, 74–84 [10] http://fgg-web.fgg.uni-lj.si/ /pmoze/ESDEP/master/wg14/l0800.htm Truy cập ngày 28/10/2019 [11] Oppe, M., Muller, C., Iles, C (2005) NCCI: buckling lengths of columns: rigorous approach SN008aEN-EU Access Steel, London [12] CSI Analysis Reference Manual (2017) Tài liệu kỹ thuật Computers and Structures, Inc USA Phụ lục A Bảng xác định chiều dài tính tốn cột theo TCVN EC Trường hợp Cột Tiêu chuẩn Hệ số Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng TCVN n p µ 0,208 50 0,687 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,374 0,187 0,899 EC η1 η2 µ 0,772 0,647 0,782 0,772 0,829 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,781 0,782 0,832 0,644 0,781 0,791 TCVN n p µ 0,416 50 0,668 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,748 0,374 0,836 EC η1 η2 µ 0,629 0,616 0,641 0,629 0,749 0,642 0,641 0,752 0,642 0,642 0,752 0,642 0,642 0,752 0,642 0,642 0,753 0,642 0,642 0,753 0,475 0,642 0,712 Biên Giữa 74 Tuyền, N M / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Trường hợp Cột Tiêu chuẩn Hệ số Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng TCVN n p µ 0,208 50 1,537 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 EC η1 η2 µ 0,772 1,487 0,781 0,772 2,273 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,299 0,781 0,781 2,300 0,781 0,781 2,300 0,642 0,781 2,010 TCVN n p µ 0,624 50 1,208 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 EC η1 η2 µ 0,629 1,326 0,641 0,629 1,756 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,640 0,641 1,772 0,472 0,640 1,595 TCVN n p µ 0,208 0,958 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,374 0,187 0,899 EC η1 η2 µ 0,772 0,904 0,782 0,77 0,829 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,782 0,782 0,832 0,781 0,782 0,832 0,644 0,781 0,791 TCVN n p µ 0,416 0,927 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,748 0,374 0,836 EC η1 η2 µ 0,629 0,854 0,641 0,629 0,749 0,642 0,641 0,752 0,642 0,642 0,752 0,642 0,642 0,752 0,642 0,642 0,753 0,642 0,642 0,753 0,475 0,642 0,712 TCVN n p µ 0,208 3,052 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 0,187 0,187 2,345 EC η1 η2 µ 0,772 3,482 0,781 0,772 2,273 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,299 0,781 0,781 2,300 0,781 0,781 2,300 0,642 0,781 2,010 TCVN n p µ 0,624 2,398 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 0,561 0,561 1,520 EC η1 η2 µ 0,629 2,839 0,641 0,629 1,756 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,641 0,641 1,772 0,640 0,641 1,772 0,472 0,640 1,595 TCVN n p µ 0,208 0,958 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,187 0,187 0,926 0,374 0,187 0,899 EC η1 η2 µ 0,772 1,00 3,482 0,781 0,770 2,274 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,297 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,298 0,781 0,781 2,297 0,641 0,781 2,007 TCVN n p µ 0,416 0,927 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,374 0,374 0,873 0,748 0,374 0,836 EC η1 η2 µ 0,629 2,839 0,641 0,629 1,757 0,640 0,641 1,773 0,641 0,640 1,772 0,641 0,641 1,773 0,640 0,641 1,772 0,641 0,640 1,772 0,472 0,641 1,595 Biên Giữa Biên Giữa Biên Giữa Biên Giữa 75 ... Hệsốs chiều chiềudài dàitính tínhtốn tốncột cộttheo theo tầng tầng tương tương ứng ứng Hình Bảng Chênh lệch tương đối hệ số chiều dài tính tốn hai tiêu chuẩn 72 Cột Cột biên Cột Cột biên Cột Cột... nút khung có liên kết chống chuyển vị ngang αcr = Fcr /F Ed ≥ 10 2.2 Chiều dài tính tốn cột khung thép nhiều tầng Chiều dài tính tốn cột xác định theo cơng thức: l0 = µl (1) µ hệ số chiều dài tính. .. tốn; l chiều dài hình học cột, đoạn chiều cao tầng Cách xác định hệ số chiều dài tính tốn theo TCVN quy định mục 7.5.2.3 [1] Ngược lại, EC không cung cấp công thức để xác định hệ số chiều dài tính