Trong bài viết này, tám khung nhà công nghiệp một tầng, một nhịp bằng thép có cầu trục được khảo sát với các thông số về nhịp khung là 20, 26, 32 và 38 m; sức trục là 100 và 200 kN và được xây dựng ở khu vực Hà Nội và Sơn La.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (5V): 9–19 KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BẰNG THÉP CÓ CẦU TRỤC ĐƯỢC THIẾT KẾ CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT VÀ GIĨ Đinh Văn Thuậta,∗, Nguyễn Đình Hòaa , Hồ Viết Chươngb , Trịnh Duy Khánha 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 b Trường Đại học Vinh, 182 Lê Duẩn, Thành phố Vinh, Nghệ An, Việt Nam Nhận ngày 29/08/2019, Sửa xong 11/09/2019, Chấp nhận đăng 11/09/2019 Tóm tắt Trong báo này, tám khung nhà cơng nghiệp tầng, nhịp thép có cầu trục khảo sát với thông số nhịp khung 20, 26, 32 38 m; sức trục 100 200 kN xây dựng khu vực Hà Nội Sơn La Các trường hợp tải trọng sử dụng để thiết kế khung gồm tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải cầu trục, tải trọng gió thổi ngang dọc nhà, tải trọng động đất tĩnh tương đương tác dụng theo phương ngang đứng Các trường hợp tổ hợp nội lực xác định tương ứng với hệ số tổ hợp xét trường hợp tải trọng động đất có ảnh hưởng chính, tải trọng gió có ảnh hưởng tải trọng gió có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác Kết tổ hợp mô men uốn chân cột đỉnh cột tải trọng động đất có xu hướng lớn so với tải trọng gió nhịp khung tăng, đặc biệt trường hợp khung khu vực Sơn La có động đất mạnh gió yếu Trọng lượng cột dầm khung thiết kế chịu tải trọng động đất lớn đáng kể so với chịu tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió Từ khố: nhà công nghiệp tầng; khung thép; chiều dài nhịp; tải trọng động đất; tải trọng gió; tổ hợp nội lực; hệ số tổ hợp nội lực SINGLE-STOREY INDUSTRIAL STEEL BUILDING FRAMES WITH CRANES DESIGNED TO WITHSTAND STATIC EARTHQUAKE AND WIND LOADS Abstract In this paper, eights one-span single-storey industrial steel building frames with cranes were investigated with the parameters on frame spans of 20, 26, 32 and 38 m; crane capacities of 100 and 200 kN and construction locations in Hanoi and Son La regions Load cases to be used for design of the frames included dead loads, roof live loads, crane loads, horizontal and longitudinal wind loads, and equivalent horizontal and vertical static earthquake loads Numerous cases of internal force combination were defined in accordance with the combination coefficients when considering that the earthquake load had a major influence, the wind load had a major influence and the wind load had the same effect as the other live load activities As a result, the bending moments at the bottom and top of the column combined due to the earthquake load tended to be larger than those combined due to the wind load when the span of the frame increases, especially for the case of frames constructed in the Son La region with strong earthquakes and weak winds In addition, the weights of the frame columns and beams designed to withstand the earthquake loads were considerably greater than those designed to the wind loads, depending on the span lengths and relative magnitudes of the earthquakes against winds Keywords: single-storey industrial buildings; steel frames; span lengths; earthquake loads; wind loads; internal force combination; combination coefficients https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-02 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả Địa e-mail: thuatvandinh@gmail.com (Thuật, Đ V.) Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Mở đầu Kết cấu khung nhà công nghiệp tầng thép có cầu trục yêu cầu thiết kế chịu loại tải trọng gồm: tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải cầu trục, gió theo phương ngang dọc nhà, động đất tác dụng theo phương ngang đứng [1–5] Kết cấu loại có đặc điểm chiều cao tổng thể khung thấp chiều cao cột chiều dài nhịp khung lớn, tải trọng từ cầu trục truyền đến vai cột thông qua dầm đỡ cầu trục có giá trị lớn nhiều so với tải trọng từ mái [6–8] Kết cấu khung coi loại kết cấu không đặn theo phương đứng sơ đồ kết cấu tải trọng tác dụng [2–5] Kết nghiên cứu kết cấu khung nhà công nghiệp tầng thép xây dựng số vùng Việt Nam cần tính tốn thiết kế chịu động đất, đặc biệt vùng có động đất mạnh tải trọng gió nhỏ, vùng Tây Bắc [6–8] Ngoài ra, kết nghiên cứu ảnh hưởng động đất tác dụng theo phương đứng đáng kể cần kể đến tính toán thiết kế khung [8] Quan điểm thiết kế kháng chấn kết cấu cơng trình nhà chấp nhận thực theo hai giai đoạn [1–5, 8] Trong giai đoạn thiết kế thứ nhất, phương pháp phân tích kết cấu không phá hoại tác dụng tải trọng động đất tĩnh tương đương sử dụng So với tải trọng động đất thực tế tác dụng lên kết cấu giả thiết kết cấu làm việc đàn hồi tuyến tính tải trọng động đất sử dụng thiết kế giai đoạn lấy giảm đáng kể cách, chẳng hạn, chia cho hệ số ứng xử quy định tiêu chuẩn thiết kế [2, 3] Tiếp theo, giai đoạn thiết kế thứ hai, phương pháp phân tích kết cấu phi tuyến theo vật liệu sử dụng để đánh giá khả chịu lực khả biến dạng dẻo kết cấu tác dụng tải trọng động đất tĩnh tăng dần tác dụng băng gia tốc [9–12] Trong báo này, khung nhà cơng nghiệp tầng thép có cầu trục trình bày [8] tiếp tục sử dụng để khảo sát với số liệu gồm sơ đồ khung có nhịp 20, 26, 32 38 m; sức trục 100 200 kN; địa điểm xây dựng Hà Nội Sơn La Các khung tính tốn thiết kế giai đoạn thứ để đủ chịu trường hợp tổ hợp nội lực nguy hiểm tải trọng động đất gió gây Kết tính số trường hợp tiết diện cột dầm khung thiết kế chịu động đất lớn đáng kể so với thiết kế chịu tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió Các khung khảo sát, tải trọng tác dụng kết nội lực Các thông số để thiết kế khung nhà công nghiệp tầng nhịp thép có cầu trục sử dụng để khảo sát báo giống [8], ký hiệu H-20-100, H-26-100, H-32-100 H-38-100 tương ứng với khu vực Hà Nội có động đất gió mạnh; S-20-200, S-26-200, S-32-200 S-38-200 tương ứng với khu vực Sơn La có động đất mạnh gió yếu Ví dụ, ký hiệu khung H-20-100 có nghĩa nhịp khung 20 m, sức trục 100 kN xây dựng khu vực Hà Nội Việc xác định loại tải trọng tác dụng lên khung trình bày [8], bao gồm tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải cầu trục, tải gió thổi ngang dọc nhà, tải trọng động đất tĩnh tương đương tác dụng theo phương ngang đứng [1–3, 13] Trong báo này, tiết diện cột dầm khung xác định lại trình bày Bảng 8, tĩnh tải tải trọng động đất tĩnh tương đương có giá trị thay đổi so với [8] Lý tiết diện cột dầm khung tăng lên trọng lượng độ cứng khung tăng, chu kỳ dao động riêng giảm hình dạng biên độ dao động thay đổi Nội lực khung trường hợp tải trọng tác dụng xác định từ kết phân tích kết cấu với giả thiết vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính sử dụng phần mềm SAP, liên kết 10 mái Điều ảnh hưởng đến kết tổ hợp nội lực tải trọng gió trình bày mục tiếp mái Điều ảnh hưởng đến kết tổ hợp nội lực tải trọng gió trình bày mục tiếp mái theo.Điều ảnh hưởng đến kết tổ hợp nội lực tải trọng gió trình bày mục tiếp mái Điềunày nàyảnh ảnhhưởng hưởngđến đếnkết kếtquả quảtổtổhợp hợp nội nội lực lực do tải tải trọng gió trình bày mục mái Điều giótrình được theo mái Điều ảnh hưởng đến kết tổ hợp nội lực tải trọng gió trọng bày ởtrình mụcbày tiếpở mục Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng theo theo a Tĩnh tải a Tĩnh tải a Tĩnh tải a Tĩnh tải Tĩnh tải a.(a)Tĩnh tải a Tĩnh tải b Hoạt tải chất nửa trái b Hoạt tải chất nửa trái b Hoạtb.tảiHoạt chấttải nửa tráinửa trái chất (b) Hoạt tải chất nửa trái b Hoạt tảib.chất Hoạtnửa tảitrái chất nửa trái c Dmaxc.ở D cột trái, D trái,ở D cột phải max cột min cột phải (c) c Dmax cột trái, Dtrái, cộtmin phải D D cột cột phải max c cột trái, Dmin cột phải c D Dmax max cột trái, Dmin cột phải c Dmax cột trái, Dmin cột phải d Tmaxd.ởTcột trái max cột trái (d) ởT max cột trái d T cộtở trái max Tmax cột d.d.Tmax cột tráitrái d Tmax cột trái gió ngang thổi từ trái e.Tải Tải gió ngang e Tải(e) gió ngang thổi từthổi trái từ trái e Tải gió ngang thổi từ trái e Tải gió ngang e ngang thổi thổitừ từtrái trái e Tải gió ngang thổi từ trái (f) Tải gió thổi dọc Tải giódọc thổi dọc f Tải f gió thổi f Tải gió thổi dọc f f.Tải giógió thổi dọcdọc Tải thổi f Tải gió thổi dọc Tải động đất ngang từ trái g Tải(g)động đất động ngangđất từ ngang trái từ trái g Tải (h) Tải động đất đứng từ lên h Tải động đất đứng đất từ h Tải động đứnglên từ lên Hình Biểu đồ mơ men uốn khung H-20-100 trường hợp tải trọng (kNm) Hình Biểu men tronguốn khung H-20-100 trường hợp tải trọng Hìnhđồ mơ Biểu đồ uốn mô men khung H-20-100 trường hợp (kNm) tải trọng (kNm) 4 Tổ hợp tiếtđịnh diện tiết diện cột 4và dầm nội Tổ lực hợpvà nộixác lựcđịnh xác cộtkhung dầm khung 11 3.1 Các trường tổ hợp số tổ nộitổlực 3.1 Cáchợp trường hợpvàtổhệhợp vàhợp hệ số hợp nội lực Với mụcVới đíchmục so sánh động tác tải trọng động đất động với tảiđất trọng tronggió, báo đích tác so sánh động tải trọng với gió, tải trọng báo Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng chân cột coi ngàm, liên kết đỉnh cột với dầm mái coi cứng mô đun đàn hồi thép 2,1 × 105 N/mm2 Tải trọng động đất tác dụng theo phương ngang từ bên trái khung ngược lại, tác dụng theo phương đứng từ xuống từ lên Tương tự, tải trọng gió tác dụng theo phương ngang từ bên trái sang ngược lại Đối với tải cầu trục, Dmax đặt cột trái Dmin đặt cột phải ngược lại; T max tác dụng cột trái cột phải, theo chiều từ bên trái ngược lại [14–16] Hình minh họa kết biểu đồ mơ men uốn phân tích cho khung H-20-100 tác dụng trường hợp tải trọng xem xét Tiết diện cột dầm khung trình bày Bảng Các trường hợp khung chịu tĩnh tải, hoạt tải chất mái, gió thổi dọc nhà động đất tác dụng theo phương đứng có biểu đồ mơ men uốn đối xứng (Hình 1(a), 1(b), 1(f) 1(h)) Cần lưu ý trường hợp khung chịu tải trọng gió ngang nhà (Hình 1(e)) có giá trị mơ men uốn chân cột phía gió đẩy lớn chân cột phía gió hút đồng thời mơ men chân cột phía gió hút ln dấu với mơ men tĩnh tải hoạt tải mái gây (Hình 1(a) 1(b)) Mơ men chân cột phía gió đẩy có giá trị lớn lại trái dấu so với mô men tĩnh tải hoạt tải mái Điều ảnh hưởng đến kết tổ hợp nội lực tải trọng gió trình bày mục Tổ hợp nội lực xác định tiết diện cột dầm khung 3.1 Các trường hợp tổ hợp hệ số tổ hợp nội lực Với mục đích so sánh tác động tải trọng động đất với tải trọng gió, báo xét trường hợp tổ hợp mà có tải trọng động đất tác dụng đồng thời theo phương ngang đứng, có tải trọng gió thổi theo phương ngang phương dọc nhà Các hệ số tổ hợp nội lực tương ứng với hai trường hợp tải trọng lấy giống Trong thực tế thiết kế, số lượng tổ hợp nhiều hơn, chẳng hạn xét đến tổ hợp tĩnh tải với hoạt tải mái tải cầu trục Quan điểm thiết kế kháng chấn cho thấy tải trọng động đất phân loại tải đặc biệt tác dụng tải trọng động đất lớn xảy ra, kết cấu cơng trình thiết kế cho phép hình thành biến dạng dẻo khơng cho phép sụp đổ [1–5] Trong đó, tác dụng tải trọng gió tải trọng thơng thường khác, kết cấu cơng trình thép thiết kế với yêu cầu ứng xử giới hạn đàn hồi tuyến tính Do vậy, tác dụng tải trọng động đất thường xét có ảnh hưởng chính, có nghĩa hệ số tổ hợp nội lực tương ứng với tải trọng động đất lấy 1,0 Bên cạnh đó, hệ số tổ hợp nội lực tương ứng với hoạt tải khác tổ hợp với tải trọng động đất có giá trị nhỏ tùy theo mức độ ảnh hưởng xét, chẳng hạn lấy 0,8 0,6 [1] Đối với tác dụng tải trọng gió ảnh hưởng xét với hệ số tổ hợp nội lực lấy 1,0 trường hợp tải trọng động đất, xét có ảnh hưởng giống hoạt tải khác với hệ số tổ hợp nội lực lấy nhau, chẳng hạn lấy 0,9 [1] Bảng trình bày 10 trường hợp tổ hợp nội lực khung tải trọng động đất tĩnh ngang đứng tương đương tác dụng đồng thời, ký hiệu CE1, , CE10, ký hiệu Dmax Dmin tải trọng cầu trục lớn nhỏ tác dụng theo phương đứng lên hai vai cột; T max lực xô ngang lớn từ cầu trục tác dụng cao trình mặt dầm đỡ cầu trục Hệ số tổ hợp nội lực tải trọng động đất tác dụng đồng thời theo phương ngang đứng 1,0 0,3 ngược lại 0,3 1,0 [2, 3] Trong nghiên cứu này, với mục đích so sánh, tải trọng động đất tải trọng gió xét tải trọng có ảnh hưởng so với hoạt tải khác; cụ thể hệ số tổ hợp nội lực tải trọng động đất gió lấy 1,0, hoạt tải mái tải cầu trục lấy tương ứng 0,8 0,6 ngược lại 0,6 0,8 [1] Trong thực tế có trường hợp khác chẳng hạn tải trọng cầu trục xét có ảnh hưởng so với hoạt tải khác 12 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Hệ số tổ hợp nội lực với tải trọng động đất xét có ảnh hưởng Tải trọng CE1 CE2 CE3 CE4 CE5 CE6 CE7 CE8 CE9 CE10 Tĩnh tải Tải động đất tĩnh ngang Tải động đất tĩnh đứng Hoạt tải mái chất Tải cầu trục Dmax , Dmin Tải cầu trục T max 1,0 1,0 0,3 0 1,0 0,3 1,0 0 1,0 1,0 0,3 0,8 0 1,0 1,0 0,3 0,8 0,8 1,0 0,3 1,0 0,8 0 1,0 0,3 1,0 0,8 0,8 1,0 1,0 0,3 0,8 0,6 0,6 1,0 1,0 0,3 0,6 0,8 0,8 1,0 0,3 1,0 0,8 0,6 0,6 1,0 0,3 1,0 0,6 0,8 0,8 Tương tự, Bảng trình bày 10 trường hợp tổ hợp nội lực khung tải trọng gió thổi theo phương ngang nhà theo phương dọc nhà, ký hiệu CW1, , CW10 Các hệ số tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng gió Bảng tương ứng với trường hợp tải trọng động đất Bảng 1, khác chỗ tải trọng gió thổi theo phương ngang nhà phương dọc nhà xảy đồng thời với nhau, hệ số 0,3 Bảng thay hệ số Bảng Bảng Hệ số tổ hợp nội lực với tải trọng gió xét có ảnh hưởng Tải trọng Tĩnh tải Tải gió ngang nhà Tải gió dọc nhà Hoạt tải mái chất Tải cầu trục Dmax , Dmin Tải cầu trục T max CW1 CW2 CW3 CW4 CW5 CW6 CW7 CW8 CW9 CW10 1,0 1,0 0 0 1,0 1,0 0 1,0 1,0 0,8 0 1,0 1,0 0 0,8 0,8 1,0 1,0 0,8 0 1,0 1,0 0,8 0,8 1,0 1,0 0,8 0,6 0,6 1,0 1,0 0,6 0,8 0,8 1,0 1,0 0,8 0,6 0,6 1,0 1,0 0,6 0,8 0,8 Ngoài 10 tổ hợp trên, Bảng trình bày thêm trường hợp tổ hợp nội lực khung tải trọng gió, với ký hiệu CW11, , CW16, tải trọng gió xét có ảnh hưởng giống hoạt tải khác; cụ thể hệ số tổ hợp nội lực lấy 0,9 cho tải trọng gió loại hoạt tải khác Kết tính tốn từ trường hợp tổ hợp nội lực theo Bảng so sánh với kết tính theo tổ hợp Bảng 2, để từ khác việc sử dụng hệ số tổ hợp nội lực xét tải trọng gió có ảnh hưởng có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác Bảng Hệ số tổ hợp nội lực với tải trọng gió xét có ảnh hưởng hoạt tải khác Tải trọng CW11 CW12 CW13 CW14 CW15 CW16 Tĩnh tải Tải gió ngang nhà Tải gió dọc nhà Hoạt tải mái chất Tải cầu trục Dmax , Dmin Tải cầu trục T max 1,0 0,9 0,9 0 1,0 0,9 0 0,9 0,9 1,0 0,9 0,9 0 1,0 0,9 0,9 0,9 1,0 0,9 0,9 0,9 0,9 1,0 0,9 0,9 0,9 0,9 13 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 3.2 Kết tổ hợp nội lực Nội lực cột dầm khung tổ hợp theo nguyên tắc trình bày Bảng 1–3 tương ứng với tải trọng động đất gió Tại tiết diện nguy hiểm cột dầm, xét ba trường hợp cặp nội lực gồm: mô men uốn lớn nhất, lực dọc trục lực cắt tương ứng; lực dọc trục lớn nhất, mô men uốn lực cắt tương ứng; lực cắt lớn nhất, mô men uốn lực dọc tương ứng Bảng trình bày kết tổ hợp theo trường hợp mơ men có giá trị lớn vị trí chân cột, đỉnh cột đoạn dầm có tiết diện khơng đổi khung khảo sát số 10 tổ hợp CE1, , CE10 tải trọng động đất Giá trị mô men cột mang dấu dương gây kéo thớ bên trái cột mang dấu âm phía bên phải cột minh họa Hình Kết tổ hợp cho thấy giá trị tổ hợp mô men uốn lớn khung thép nhà công nghiệp tầng khảo sát thường thuộc trường hợp tổ hợp CE5, vị trí chân cột, tổ hợp CE5 đỉnh cột tổ hợp CE7, 10 đoạn dầm Kết mô men cột dầm tăng với chiều dài nhịp khung Giá trị mô men đỉnh cột khoảng 90 đến 95% chân cột Đối với khung tầng nhịp khảo sát, giá trị mô men đầu dầm xác định tương ứng với giá trị mô men đỉnh cột Bảng Giá trị mô men lớn lực dọc tương ứng số 10 tổ hợp CE1, , CE10 tải trọng động đất (kNm, kN) Tại chân cột Khung Tại đỉnh cột Tại đoạn dầm Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 −230,62 −331,36 −475,09 −658,10 −122,00 −143,66 −176,80 −205,53 213,29 321,68 454,48 608,31 −64,70 −81,48 −96,36 −114,60 −35,39 −49,34 −71,80 −104,62 −44,15 −54,85 −91,06 −142,91 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 −394,87 −556,08 −738,23 −911,97 −154,68 −179,59 −205,43 −185,65 320,99 410,88 630,38 798,24 −91,46 −100,71 −123,65 −142,96 −60,87 −92,29 −133,05 −173,64 −80,99 −104,77 −149,65 −198,23 Bảng trình bày kết tổ hợp theo mơ men uốn có giá trị lớn số 10 tổ hợp CW1, , CW10 tải trọng gió xét có ảnh hưởng Kết cho thấy giá trị mô men đỉnh cột nhỏ nhiều so với chân cột Điều có nghĩa giá trị mô men uốn dầu dầm tải trọng gió nhỏ so với tải trọng động đất Tỷ số mô men đỉnh cột so với mô men chân cột tăng theo chiều dài nhịp khung, cụ thể 49 55% tương ứng với khung H-20-100 S-20-200 có nhịp 20 m tăng lên đến 62 71% tương ứng với khung H-38-100 S-38-200 có nhịp 38 m Tương tự, Bảng trình bày kết tổ hợp theo mô men uốn lớn số tổ hợp CW11, , CW16 tải trọng gió xét có ảnh hưởng tương tự với hoạt tải khác Tiếp theo, kết tổ hợp nội lực tải trọng gió động đất so sánh thông qua tỷ số kW kE sau: 2 kW = MCW /MCW kE = MCE /MCW (1) MCW = max {MCW1 ; ; MCW10 } giá trị mô men lớn số 10 tổ hợp CW1, , CW10 tải trọng gió xét có ảnh hưởng chính; MCW = max {MCW11 ; ; MCW16 } giá trị mô men lớn số tổ hợp CW11, , CW16 tải trọng gió xét có ảnh hưởng 14 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Giá trị mô men lớn lực dọc tương ứng số 10 tổ hợp CW1, CW2, , CW10 tải trọng gió xét có ảnh hưởng (kNm, kN) Tại chân cột Khung Tại đỉnh cột Tại đoạn dầm Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 −237,47 −294,93 −390,46 −508,33 −96,74 −111,19 −138,36 −159,19 116,23 168,13 238,25 314,66 −29,93 −38,22 −46,47 −55,65 −39,11 −55,76 −64,32 −83,91 −31,36 −45,73 −63,73 −85,06 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 −242,75 −323,44 −426,55 −561,94 −138,35 −151,84 −171,68 −195,88 132,56 187,16 302,72 396,60 −45,56 −52,66 −62,77 −74,93 −43,62 −52,66 −70,86 −89,58 −42,35 −54,23 −81,71 −107,76 Bảng Nội lực lớn số tổ hợp CW11, CW12, , CW16 tải trọng gió xét có ảnh hưởng hoạt tải khác (kNm, kN) Tại chân cột Khung Tại đỉnh cột Tại đoạn dầm Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 −249,66 −316,17 −419,00 −542,88 −110,51 −136,18 −172,51 −199,40 130,07 187,81 266,99 353,14 −34,94 −44,54 −53,98 −64,19 −40,20 −58,30 −66,79 −85,13 −37,93 −53,62 −73,29 −97,39 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 −263,75 −356,34 −475,54 −612,90 −153,06 −171,61 −210,76 −239,93 158,58 205,72 329,38 428,64 −53,64 −53,36 −69,32 −81,87 −45,88 −57,40 −76,69 −93,37 −49,48 −64,20 −93,83 −121,06 = max {MCE1 ; ; MCE10 } giá trị mô men lớn số 10 tương tự với hoạt tải khác; MCE tổ hợp CE1, , CE10 tải trọng động đất; MCW1 , , MCW16 mô men uốn tương ứng với tổ hợp CW1, , CW16; MCE1 , , MCE10 mô men uốn tương ứng với tổ hợp CE1, , CE10 Bảng kết nhận tỷ số kW1 , kW2 kW3 tương ứng với vị trí chân cột, đỉnh cột đoạn dầm khung khảo sát Kết giá trị nội lực tổ hợp xét tải trọng gió có ảnh hưởng (Bảng 2) nhỏ xét tải trọng gió có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác (Bảng 3), cụ thể khoảng 90 đến 95% chân cột, 84 đến 94% đỉnh cột 92 đến 99% đoạn dầm Như nói khung nhà cơng nghiệp tầng khảo sát tổ hợp nội lực tải trọng gió xét có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác nguy hiểm xét có ảnh hưởng Đồng thời, Bảng kết nhận tỷ số kE1 , kE2 kE3 tương ứng với vị trí chân cột, đỉnh cột đoạn dầm cho khung khảo sát Giá trị mơ men uốn tải trọng động đất nhìn chung lớn tải trọng gió, trừ trường hợp chân cột khung H-20-100 đoạn dầm khung H-20-100 H-26-100 Các tỷ số có xu hương tăng theo chiều dài nhịp khung, cụ thể vị trí chân cột có giá trị khoảng 0,92 đến 1,21 khung Hà Nội 15 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng Tỷ số so sánh kết tổ hợp nội lực động đất gió Giữa tổ hợp khác gió Khung Giữa tổ hợp động đất gió kW1 kW2 kW3 KE1 KE2 KE3 H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 0,95 0,93 0,93 0,94 0,89 0,90 0,89 0,89 0,97 0,96 0,96 0,99 0,92 1,05 1,13 1,21 1,64 1,71 1,70 1,72 0,88 0,85 1,07 1,23 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 0,92 0,91 0,90 0,92 0,84 0,91 0,92 0,93 0,95 0,92 0,92 0,96 1,50 1,56 1,55 1,49 2,02 2,00 1,91 1,86 1,33 1,61 1,73 1,86 1,5 đến 1,56 khung Sơn La Điều có nghĩa ảnh hưởng tải trọng động đất khung nhà công nghiệp tầng thép có cầu trục lớn đáng kể so với tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió Lưu ý thực tế tổ hợp nội lực tải trọng động đất xét có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác cho kết nguy hiểm trường hợp xét có ảnh hưởng chính, tỷ số kE1 , kE2 kE3 Bảng có giá trị lớn 3.3 Xác định tiết diện cột dầm khung chịu động đất Tiết diện cột dầm khung thiết kế để đủ chịu tổ hợp nội lực CE1, CE10 tải trọng động đất Bảng 1, kết cấu giả thiết ứng xử đàn hồi tuyến tính vật liệu tác dụng loại tải trọng, bao gồm tải trọng động đất tĩnh tương đương tác dụng đồng thời theo phương ngang đứng Bảng kết xác định tiết diện cột dầm khung chịu tải trọng động đất, phần bơi đậm thể tiết diện tăng lên so với trường hợp xác định chịu tải trọng gió trình bày [8] Kết cho thấy hai trường hợp khung H-20-100 H-26-10 có tiết diện xác định chịu tải trọng gió lớn chịu tải trọng động đất Việc kiểm tra khả chịu lực tiết diện cột dầm khung thực đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể cột theo phương ngồi mặt phẳng khung; bền chịu mơ men uốn, lực cắt lực dọc trục; ổn định cục thép; chuyển vị ngang đỉnh cột đứng dầm mái [14–17] Đối với khung nhà công nghiệp tầng thép, chuyển vị ngang cho phép đỉnh cột 1/300 chiều cao cột chuyển vị đứng cho phép dầm mái 1/250 nhịp dầm Cường độ tính tốn vật liệu thép 210 N/mm2 Thanh chống cột khung theo phương dọc nhà đặt cao trình 3,7 m tính từ mặt móng Kết tính kiểm tra cho thấy tiết diện cột dầm khung chủ yếu xác định theo điều kiện chuyển vị, với yêu cầu phải nhỏ phạm vi 5% so với giá trị cho phép Bề dày bụng chọn đảm bảo điều kiện ổn định cục cấu tạo Bảng kết chuyển vị ngang lớn đỉnh cột chuyển vị đứng dầm mái chịu động đất, chuyển vị lớn đỉnh cột nhỏ chuyển vị cho phép từ 0,05 đến 4,73%, trừ trường hợp khung H-20-100 H-26-100 có tiết diện xác định theo điều kiện chịu tải trọng gió nên chuyển vị ngang lớn đỉnh cột chịu động đất nhỏ chuyển vị cho phép tương ứng 11,8 11,54% 16 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Tiết diện cột dầm khung xác định đủ chịu 10 tổ hợp nội lực CE1, , CE10 tải trọng động đất (mm) Bản bụng dầm Khung Bản cánh cột Bản bụng cột Bản cánh dầm H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 300 × 10 300 × 10 300 × 10 300 × 12 550 × 10 650 × 10 720 × 10 760 × 12 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 300 × 12 300 × 14 300 × 14 300 × 16 680 × 10 780 × 12 820 × 14 880 × 14 Tại đầu dầm Tại khoảng dầm 300 × 10 300 × 10 300 × 10 300 × 12 480 × 650 × 600 × 670 × 10 300 × 400 × 470 × 480 × 10 300 × 10 300 × 10 300 × 12 300 × 14 500 × 580 × 660 × 10 700 × 12 350 × 380 × 450 × 10 450 × 12 Bảng Chuyển vị ngang lớn đỉnh cột chuyển đứng lớn dầm chịu 10 tổ hợp nội lực CE1, , CE10 tải trọng động đất (mm) Chuyển vị ngang đỉnh cột Khung Chuyển vị đứng dầm Lớn Cho phép Lớn Cho phép H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 27,49 27,57 30,17 31,66 31,17 31,17 31,67 31,80 51,28 69,93 121,24 128,95 77,72 101,32 125,04 148,86 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 31,15 31,17 30,90 31,70 31,17 31,17 31,67 31,80 59,02 87,84 127,96 135,94 77,18 100,77 124,61 148,35 Bảng 10 trình bày kết kiểm tra ổn định tổng thể cột theo phương mặt phẳng khung kiểm tra bền chịu nén uốn, M N cặp mô men uốn lực dọc trục nguy hiểm Kết cho thấy ứng suất pháp σ tronng cột nhỏ so với cường độ tính tốn thép, cụ thể khoảng 35 đến 50% theo ổn định tổng thể mặt phẳng khung; 50 đến 72% theo ổn định tổng thể mặt phẳng khung; 56 đến 87% theo bền chịu nén uốn Kết tính cho thấy ứng suất theo bền chịu nén uốn lớn khoảng 1,15 đến 1,22 lần ứng suất theo ổn định tổng thể mặt phẳng khung Điều có nghĩa tiết tiết diện cột khung khảo sát chịu động đất định điều kiện chuyển vị ngang, ổn định cục thép cột bền chịu nén uốn, không phụ thuộc vào điều kiện ổn định tổng thể mặt phẳng khung Bảng 11 kết trọng lượng cột dầm khung thiết kế chịu tổ hợp nội lực tải trọng động đất với tiết diện trình bày Bảng tải trọng gió với tiết diện trình bày [8] Trọng lượng chưa kể đến chi tiết liên kết gia cường cột dầm Trong Bảng 11, tỷ lệ xác định trọng lượng cột dầm tải trọng động đất chia tương ứng cho trọng lượng tải trọng gió Đối với khung H-20-100 H-26-100, tiết diện cột dầm định tải trọng gió nên tỷ lệ có giá trị 1,0 Đối với khung khác, tiết diện cột dầm 17 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng 10 Kết kiểm tra ổn định tổng thể cột khung từ 10 tổ hợp CE1, , CE10 tải trọng động đất Ổn định mặt phẳng Khung Ổn định mặt phẳng M (kNm) N (kN) σ (N/mm ) M (kNm) N (kN) σ (N/mm ) Bền chịu nén uốn σ (N/mm2 ) H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 230,62 331,36 475,09 658,10 122,00 143,66 176,80 205,53 102,84 117,15 142,62 152,02 121,57 176,53 252,88 355,21 122,00 143,66 176,80 205,53 72,84 83,17 101,71 105,42 118,52 137,30 171,70 183,23 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 394,87 556,08 735,29 970,90 154,68 179,59 219,41 234,54 113,34 112,62 130,61 142,43 222,93 339,63 426,42 562,59 154,68 179,59 219,41 234,54 82,60 85,84 97,22 104,48 134,70 135,02 159,21 173,35 định tải trọng động đất kết cho thấy trường hợp trọng lượng cột lớn khoảng 1,03 đến 1,57 lần so với trường hợp xác định chịu tải trọng gió Tỷ lệ có xu hướng phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung có xét đến ảnh hưởng động đất tác dụng theo phương đứng [8] Kết luận Trong báo này, tám khung nhà cơng nghiệp tầng, nhịp thép có cầu trục thiết kế chịu tải trọng động đất gió với thơng số gồm nhịp khung 20, 26, 32 38 m, sức trục 100 200 kN, địa điểm xây dựng khu vực Hà Nội Sơn La Tải động đất xác định tác dụng đồng thời lên khung theo phương ngang đứng Các trường hợp tổ hợp nội lực xét gồm 10 tổ hợp CE1, , CE10 tải trọng động đất xét có ảnh hưởng chính, 10 tổ hợp CW1, , CW10 tải trọng gió xét có ảnh hưởng tổ hợp CW11, , CW16 tải trọng gió xét có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác Dưới kết luận thu từ kết nghiên cứu này: Bảng 11 Trọng lượng cột dầm khung thiết kế chịu tổ hợp nội lực tải trọng động đất gió (kN) Trọng lượng cột Khung Trọng lượng dầm mái Do động đất Do gió Tỷ lệ Do động đất Do gió Tỷ lệ H-20-100 H-26-100 H-32-100 H-38-100 16,87 16,44 19,68 24,45 16,87 16,44 19,09 21,72 1,00 1,00 1,03 1,13 13,44 19,35 24,64 36,51 13,44 19,35 23,99 29,83 1,00 1,00 1,03 1,22 S-20-200 S-26-200 S-32-200 S-38-200 20,54 27,05 29,65 32,84 16,87 17,18 19,39 21,72 1,22 1,57 1,53 1,51 13,99 18,86 29,91 42,41 13,99 18,86 24,06 30,31 1,00 1,00 1,24 1,40 18 Thuật, Đ V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - Kết tổ hợp nội lực tải trọng động đất cho thấy mô men uốn cột dầm tăng với chiều dài nhịp khung Hơn nữa, kết tổ hợp mô men uốn đỉnh cột tải trọng động đất khoảng 90 đến 95% chân cột, kết tổ hợp tải trọng gió khoảng 49 đến 71% - Kết nội lực từ tổ hợp CW11, , CW16 tải trọng gió xét có ảnh hưởng tương tự hoạt tải khác lớn từ tổ hợp CW1, , CW10 tải trọng gió xét có ảnh hưởng chính, cụ thể tỷ số kW1 , kW2 kW3 tương ứng với vị trí chân cột, đỉnh cột đoạn dầm khung khảo sát có giá trị nhỏ đơn vị - Kết nội lực từ tổ hợp tải trọng động đất có xu hướng lớn đáng kể so với tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió, cụ thể tỷ số kE1 biểu thị tỷ số mơ men uốn vị trí chân cột có giá trị khoảng 0,92 đến 1,21 cho khung Hà Nội 1,5 đến 1,56 cho khung Sơn La - Trọng lượng cột xác định chịu tải trọng động đất lớn khoảng 1,03 đến 1,57 lần so với xác định chịu tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió Điều có nghĩa kết cấu khung nhà công nghiệp tầng thép xây dựng số vùng Việt Nam cần thiết kế chịu động đất, đặc biệt vùng có động đất mạnh gió nhỏ Tài liệu tham khảo [1] TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế Hà Nội [2] TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất Hà Nội [3] CEN (2003) Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance, Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings Brussels, Belgium [4] ICC (2003) International building code International Code Council, Falls Church: Virginia [5] BCJ (2013) The building standard law of Japan Tokyo [6] Thuật, Đ V., Việt, Đ Q., Sơn, N V (2016) Một số vấn đề xác định tải trọng động đất tĩnh ngang gió lên khung ngang nhà cơng nghiệp tầng thép có cầu trục Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - ĐHXD, 10(1):17–24 [7] Thuật, Đ V., Chương, H V., Hòa, N Đ (2017) Đánh giá tác dụng tải trọng động đất tĩnh ngang gió lên khung ngang nhà cơng nghiệp tầng thép có cầu trục Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - ĐHXD, 11(1):11–18 [8] Thuat, D V., Hoa, N D., Chuong, H V., Hung, T V (2019) Effects of vertical seismic actions on the responses of single-storey industrial steel building frames Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 13(3):73–84 [9] Newmark, N M., Hall, W J (1982) Earthquake spectra and design Earthquake Engineering Research Institute, California [10] Paulay, T., Priestley, M J N (1992) Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings John Wiley & Sons: A Wiley Interscience [11] Chopra, A K (2007) Dynamics of structures: Theory and applications to earthquake engineering Prentice-Hall: Englewood Cliffs, NJ [12] Thuật, Đ V (2012) Đánh giá chế phá hoại kết cấu nhà khung thép nhiều tầng chịu động đất sử dụng mơ hình đơn lò xo phi tuyến Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - ĐHXD, 6(1):3–11 [13] Ninh, N L (2011) Cơ sở lý thuyết tính tốn cơng trình chịu động đất Hà Nội [14] TCVN 5575:2012 Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế Hà Nội [15] Viên, N Q., Tư, P V., Quang, H V (2011) Kết cấu thép - Nhà dân dụng công nghiệp Hà Nội [16] Quang, H V., Dũng, T M., Cường, N Q (2010) Thiết kế khung thép nhà công nghiệp Hà Nội [17] Hội, P V., Viên, N Q., Tư, P V., Tường, L V (2009) Kết cấu thép - Cấu kiện Hà Nội 19 ... chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Mở đầu Kết cấu khung nhà cơng nghiệp tầng thép có cầu trục yêu cầu thiết kế chịu loại tải trọng gồm: tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải cầu trục, gió theo phương... (f) Tải gió thổi dọc Tải giódọc thổi dọc f Tải f gió thổi f Tải gió thổi dọc f f .Tải gi gió thổi dọcdọc Tải thổi f Tải gió thổi dọc Tải động đất ngang từ trái g Tải( g )động đất động ngangđất từ... dầm khung thiết kế chịu động đất lớn đáng kể so với thiết kế chịu tải trọng gió, phụ thuộc vào chiều dài nhịp khung độ lớn tương đối động đất so với gió Các khung khảo sát, tải trọng tác dụng kết