Tính toán cột thép nhà nhiều tầng chịu nén lệch tâm theo TCVN 5575 2012 và BS EN 1993 2005

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN THÁI BÌNH C C TÍNH TỐN CỘT THÉP NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO TCVN 5575:2012 VÀ BS EN 1993:2005 R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng – năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN THÁI BÌNH TÍNH TỐN CỘT THÉP NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO TCVN 5575:2012 VÀ BS EN 1993:2005 C C R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng Mã số : 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Đà Nẵng – năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Thái Bình C C DU R L T MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 1.1 Nguyên tắc chung dùng thiết kế 1.1.1 Các nguyên tắc thiết kế theo TCVN 5575:2012 1.1.2 Các nguyên tắc thiết kế theo BS EN 1993:2005 1.2 Tải trọng sử dụng thiết kế theo tiêu chuẩn 1.2.1 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam 1.2.2 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocodes 1.3 Vật liệu thép sử dụng theo tiêu chuẩn thiết kế 10 1.3.1 Vật liệu thép theo TCVN 5575:2012 10 C C 1.3.2 Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Châu Âu 12 R L T 1.4 Nhận xét chung 14 1.4.1 Nhận xét chung phương pháp thiết kế 14 DU 1.4.2 Nhận xét chung tải trọng thiết kế 15 1.4.3 Nhận xét chung sử dụng vật liệu tiêu chuẩn 16 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN 17 2.1 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm theo TCVN 5575:2012 18 2.1.1 Những quan niệm tính tốn 18 2.1.2 Độ mảnh chiều dài tính tốn 18 2.1.3 Tính tốn ổn định cột thép đặc chịu nén tâm 20 2.1.4 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm 21 2.1.5 Tính tốn ổn định tổng thể cột tiết diện đặc 24 2.1.6 Sơ đồ khối kiểm tra ổn định tổng thể cột chịu nén lệch tâm 29 2.2 Tính tốn cấu kiện chịu nén theo tiêu chuẩn BS-EN 1993-1-1:2005 32 2.2.1 Phân lớp tiết diện 32 2.2.2 Tính tốn độ bền 35 2.2.3 Tính tốn ổn định cấu kiện theo BS EN 1993-1-1:2005 38 2.2.4 Sơ đồ khối kiểm tra ổn định tổng thể cột chịu nén lệch tâm 51 2.3 Nhận xét chung 52 2.3.1 So sánh quan niệm cách xác định hệ số chiều dài tính tốn cột khung thép nhà nhiều tầng theo TCVN 5575:2012 BS EN 1993:2005 52 2.3.2 So sánh cách tính cột thép tiết diện đặc theo TCVN 5575:2012 BS EN 1993:2005 54 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM 57 3.1 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm phương 60 3.1.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 61 3.1.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn BS EN 1993:2005 65 3.1.3 Ví dụ khác kiểm tra ổn định tổng thể cột chịu nén lệch tâm phương 70 C C 3.2 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm hai phương 72 R L T 3.2.1 Tính tốn theo TCVN 5575:2012 73 3.2.2 Tính tốn theo BS EN 1993:2005 76 DU 3.2.3 Ví dụ khác kiểm tra ổn định tổng thể cột chịu nén lệch tâm phương 81 3.3 Kết kiểm tra ổn định tổng thể cột chịu nén lệch tâm theo TCVN 5575:2012 BS EN 1993:2005 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………… 87 TÍNH TOÁN CỘT THÉP NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO TCVN 5575:2012 VÀ BS EN 1993:2005 Học viên: Trần Thái Bình Chun nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 8.58.02.01 Khóa:K38 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Tiêu chuẩn BS EN 1993:2005 tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép cho công trình, áp dụng nước Liên minh Châu Âu nhiều nước giới đưa vào sửa dụng Trong giai đoạn hội nhập phát triển nay, việc tiếp thu áp dụng tiến khoa học kỹ thuật từ nước tiên tiến giới nhiệm vụ quan trọng ngành xây dựng nước ta Do đó, luận văn: “Tính tốn cột thép nhà nhiều tầng chịu nén lệch tâm theo TCVN 5575:2012 BS EN 1995:2005”, tập trung nghiên cứu khác quan niệm chiều dài tính tốn cột thép khung quan niệm kiểm tra ổn định tổng thể cột thép nhà nhiều tầng chịu nén lệch tâm theo hai tiêu chuẩn: TCVN 5575:2012 BS EN 1993:2005 Luận văn thể ví dụ tính tốn cụ thể tóm tắt kết đạt được.Từ đó, có sở để đề xuất cách tính tốn linh hoạt phù hợp thực tế khả chịu nén lệch tâm cột thép nhà nhiều tầng C C R L T DU Từ khóa: BS EN 1993:2005, TCVN 5575:2012, chiều dài tính tốn, ổn định tổng thể, nén lệch tâm DESIGN OF STEEL BEAM-COLUMN IN MULTI-STOREY BUILDINGS TO TCVN 5575:2012 AND BS EN 1993:2005 Abstract: BS EN 1993:2005 is the design standard for steel structures, applied in the European Union In the current stage of integration and development, the acquisition and application of scientific and technical advances from advanced countries in the world is an important task for the construction industry in our country Therefore, the study “Design of steel beam-column in multi-storey buildings to TCVN 5575:2012 and BS EN 1993:2005”, focuses on the differences in the concept of buckling length of steel columns in the frame and overall stability testing concept of steel column in eccentric multi-storey building under two standards: TCVN 5575:2012 and BS EN 1993:2005 The thesis shows specific examples of calculation and summary of the result achieved From there, there is a basis to override a flexible and practical calculation of the eccentric compression capacity of multi-storey steel columns Key words: BS EN 1993:2005, TCVN 5575:2012, buckling length, flexural and lateral-torsional buckling, beam-column KÝ HIỆU a) Các đặc trưng hình học A diện tích tiết diện nguyên An diện tích tiết diện thực Af Aw diện tích tiết diện cánh diện tích tiết diện bụng Aeff b bf diện tích hữu hiệu tiết diện ngang chiều rộng chiều rộng cánh bo h hw chiều rộng phần nhô cánh chiều cao tiết diện chiều cao bụng be bề rộng giảm để tính tốn diện tích hữu hiệu h0 khoảng cách hai tâm cánh tf bề dày cánh tw bề dày bụng D d ix, iy chiều cao tiết diện chiều cao tính tốn bụng bán kính quán tính tiết diện tương ứng trục x-x, y-y imin bán kính quán tính nhỏ tiết diện rib bán kính quán tính phận cấu kiện tổ hợp rx, ry I If It bán kính quán tính tiết diện tương ứng trục x-x, y-y mơmen qn tính tiết diện ngang mơmen qn tính tiết diện nhánh mơmen qn tính xoắn Ip Ix, Iy mơmen qn tính ban đầu cấu kiện mơmen qn tính tiết diện nguyên trục tương ứng Inx, Iny mơmen qn tính tiết diện thực trục tương ứng x- L lo chiều cao đứng, cột chiều dài nhịp dầm chiều dài tính tốn cấu kiên chịu nén C C R L T DU x-x, y-y x, y-y lx, ly chiều dài tính tốn cấu kiện mặt phẳng vng góc với trục tương ứng x-x, y-y S mômen tĩnh tiết diện ngang Wnmin môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ tiết diện thực trục tính tốn Wx , Wy mơđun chống uốn (mômen kháng) tiết diện nguyên trục tương ứng x-x, y-y Wnx,min, Wny,min môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ tiết diện thực trục tương ứng x-x, y-y Wpl môđun chống uốn (mômen kháng) tiết diện giai đoạn dẻo Wel môđun chống uốn (mômen kháng) tiết diện giai đoạn đàn hồi Wel,min môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ tiết diện giai đoạn đàn hồi Weff,min môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ tiết diện hữu hiệu b) Ngoại lực nội lực Mx , My mômen uốn trục tương ứng x-x, y-y C C Mt mômen xoắn cục Mb,Rd N NEd Npl,Rd NRd Nc,Rd mơmen tính oằn xoắn bên tải trọng thiết kế dọc trục giá trị thiết kế lực dọc khả chịu nén thiết kế dẻo tiết diện khả chịu nén tiết diện khả chịu nén tiết diện nén tuý NRk giá trị đặc trưng cho khả chịu nén Ncr,y lực tới hạn đàn hồi trục y-y Ncr,z lực tới hạn đàn hồi trục z-z My,Ed mômen uốn thiết kế trục y-y Mz,Ed mômen uốn thiết kế trục z-z My,Rd Mz,Rd khả chịu mô men uốn thiết kế trục y-y khả chịu mô men uốn thiết kế trục z-z R L T DU MEd mômen tăng thêm việc di chuyển tâm diện tích hiệu dụng Aeff so với tâm tiết diện ban đầu Mc,Rd khả chịu uốn tiết diện trục My,Rk giá trị đặc trưng khả chịu uốn phương trục y-y Mz,Rk giá trị đặc trưng khả chịu uốn phương trục z-z Mcr mômen tới hạn đàn hồi oằn bên kèm xoắn VEd lực cắt thiết kế Vc,Rd khả chịu cắt Vpl,Rd khả chịu cắt tính tốn dẻo V lực cắt c) Cường độ ứng suất E môđun đàn hồi thép fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy thép fu cường độ tiêu chuẩn thép theo sức bền kéo đứt f G cường độ tính tốn thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy môđun trượt  ứng suất pháp  ứng suất tiếp d) Ký hiệu thông số c1, cx, cy hệ số dùng để kiểm tra bền dầm chịu uốn mặt phẳng hai mặt phẳng có kể đến phát triển biến dạng dẻo e độ lệch tâm lực m độ lệch tâm tương đối me độ lệch tâm tương đối tính đổi C C R L T DU k,  hệ số chiều dài tính toán cột c hệ số điều kiện làm việc kết cấu M hệ số độ tin cậy cường độ Q hệ số độ tin cậy tải trọng  hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  độ mảnh cấu kiện ( = lo /i ) _  _ w _ độ mảnh qui ước (    f / E ) _ độ mảnh qui ước (  w  (hw / tw ) f / E ) x , y độ mảnh tính tốn cấu kiện mặt phẳng vng góc với trục tương ứng x-x, y-y L0 độ mảnh giới hạn (khi tính trạng thái oằn xoắn bên) LT độ mảnh tính tốn (khi tính trạng thái oằn xoắn bên) 0 độ mảnh giới hạn (khi tính tốn cấu kiện chịu nén)  hệ số uốn dọc b hệ số giảm cường độ tính tốn ổn định dạng uốn xoắn e hệ số giảm cường độ tính tốn nén lệch tâm, nén uốn  hệ số để xác định hệ số b tính tốn ổn định dầm (Phụ lục E) M0 hệ số xét đến hình dạng tiết (tiêu chuẩn EN) M1 hệ số xét đến tính khơng ổn định cấu kiện kiểm tra  hệ số chiết giảm đường cong oằn tương ứng y hệ số chiết giảm đường cong oằn (trục y-y) z hệ số chiết giảm đường cong oằn (trục z-z) LT hệ số chiết giảm oằn bên kèm xoắn _  LT độ mảnh qui đổi oằn bên kèm xoắn  LT hệ số kể đến sai lệch ban đầu LT ,0 đoạn thẳng đường cong oằn bên kèm xoắn cho tiết diện cán nóng  hệ số điều chỉnh đường cong oằn bên kèm xoắn cho tiết diện cán nóng LT,mod hệ số chiết giảm quy đổi oằn bên kij hệ số tương tác  Cmy,mz,mLT C C R L T hệ số phụ thuộc vào fy hệ số mômen phân bố cân C1 Cm hệ số điều chỉnh theo biểu đồ mômen phân bố hệ số điều chỉnh biểu đồ mơmen phân bố tuyến tính Cn hệ số điều chỉnh biểu đồ mômen phân bố phi tuyến DU Iw số cong vênh eN,y chuyển dịch trọng tâm diện tích hữu hiệu Aeff trọng tâm tiết diện nguyên trục (y-y) eN,z chuyển dịch trọng tâm diện tích hữu hiệu Aeff trọng tâm tiết diện nguyên trục (z-z) Ф đại lượng để xác định hệ số chiết giảm ФLT đại lượng để xác định hệ số chiết giảm LT e) Các chữ viết tắt TC tiêu chuẩn TCVN tiêu chuẩn Việt Nam GHSD giới hạn sử dụng KNCL khả chịu lực ĐKLV điều kiện làm việc ... hệ số chiều dài tính tốn cột khung thép nhà nhiều tầng theo TCVN 5575: 2012 BS EN 1993: 2005 52 2.3.2 So sánh cách tính cột thép tiết diện đặc theo TCVN 5575: 2012 BS EN 1993: 2005 ... DỤ TÍNH TỐN CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM 57 3.1 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm phương 60 3.1.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 5575: 2012 61 3.1.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn BS EN 1993: 2005. .. tổng thể cột chịu nén lệch tâm phương 70 C C 3.2 Tính tốn cột chịu nén lệch tâm hai phương 72 R L T 3.2.1 Tính tốn theo TCVN 5575: 2012 73 3.2.2 Tính tốn theo BS EN 1993: 2005