Biện pháp tăng khả năng chịu nhiệt và giảm chuyển vị của nhà công nghệp bằng thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  LƯƠNG TẤN THÀNH BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  LƯƠNG TẤN THÀNH BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học GS.TS.PHẠM VĂN HỘI Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Học viên Lương Tấn Thành MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cơ sở khoa học thực tiễn Chương - SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA THÉP VÀ BÊ TÔNG 1.1 Những đặc trưng thiết kế cơng trình có cháy xảy 1.1.1 Những đặc trưng cháy 1.1.1.1 Nhiệt độ đám cháy 1.1.1.2 Ứng xử dầm cột thí nghiệm lò đốt 1.1.2 Các đặc trưng học vật liệu nhiệt độ cao 1.1.2.1 Các đặc trưng học bê tông 1.1.2.2 Các đặc trưng học thép 10 1.1.2.3 Hệ số giãn nở nhiệt thép 12 1.1.2.4 Hệ số giản nở nhiệt bê tông 14 1.2 Các giải pháp bảo vệ kết cấu điều kiện cháy 14 1.2.1 Sơn phủ kết cấu chống cháy 14 1.2.2 Vữa chống cháy 15 1.2.3 Kết cấu bọc thạch cao chống cháy 16 1.2.4 Sử dụng kết cấu liên hợp thép – bê tông chống cháy 17 Chương - PHƯƠNG PHÁP TÍNH DẦM CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO 18 2.1 Tiêu chuẩn Eurocode tính tốn kết cấu điều kiện cháy 18 2.1.1 Cơ sở thiết kế cấu kiện điều kiện cháy 18 2.1.1.1 Tiêu chí thiết kế 18 2.1.1.2 Tải trọng tác dụng 18 2.1.1.3 Phương pháp thiết kế 19 2.2 Yêu cầu vật liệu 20 2.2.1 Yêu cầu thép 20 2.2.2 Yêu cầu bê tông 21 2.2.3 Yêu cầu cấu tạo 21 2.2.3.1 Kích thước dầm, lớp bảo vệ dầm 21 2.2.3.2 Kích thước cột, lớp bảo vệ cột 25 2.2.4 Đặc trưng cháy cơng trình xây dựng nhà cơng nghiệp 28 2.3 Tính tốn cấu kiện dầm cột điều kiện cháy 29 2.3.1 Thiết kế cấu kiện dầm 29 2.3.2 Thiết kế cấu kiện cột 33 2.3.2.1 Tính bền cột 35 2.3.2.2 Tính lực nén dọc trục tới hạn nhiệt độ cao 39 2.4 Độ cứng tương đương khung ngang kết cấu liên hợp thép – bê tông 40 2.4.1 Độ cứng cấu kiện liên hợp thép – bê tông 40 2.4.2 Độ cứng dầm liên hợp thép – bê tông 40 2.4.2.1 Vùng bê tông chịu kéo không bị nứt 40 2.4.2.2 Vùng bê tơng chịu kéo có kể đến vết nứt 40 2.4.3 Độ cứng cột liên hợp thép bê tông 40 2.4.3.1 Tác dụng tải trọng ngắn hạn 41 2.4.3.2 Tác dụng tải trọng dài hạn 41 2.5 Tính tốn cấu kiện thép không bọc bê tông điều kiện cháy 41 2.5.1 Xác định nhiệt độ cấu kiện 42 2.5.2 Phân loại cấu kiện 42 2.5.3 Thiết kế cấu kiện chịu uốn 44 2.5.4 Thiết kế cấu kiện chịu nén 44 2.5.5 Thiết kế cấu kiện chịu nén uốn đồng thời 45 Chương - VÍ DỤ TÍNH TỐN 47 3.1 Tính tốn khung thép khơng bọc bê tông bảo vệ 47 3.1.1 Kích thước, vật liệu sử dụng 47 3.1.1.1 Kích thước 47 3.1.1.2 Vật liệu sử dụng 48 3.1.2 Điều kiện đám cháy 48 3.1.3 Tải trọng tác dụng lên khung 48 3.1.3.1 Tĩnh tải 48 3.1.3.2 Hoạt tải 48 3.1.3.3 Tải trọng gió 48 3.1.4 Xác định nội lực 51 3.1.5 Tính tốn thiết kế 52 3.1.5.1 Khả chịu lực dầm thép không bảo vệ điều kiện chịu nhiệt độ cao 52 3.1.5.2 Khả chịu lực cột thép không bảo vệ điều kiện chịu nhiệt độ cao 52 3.2 Tính tốn khung bọc bê tơng bảo vệ phần 54 3.2.1 Kích thước, vật liệu sử dụng 54 3.2.1.1 Kích thước 54 3.2.1.2 Vật liệu sử dụng 55 3.2.1.3 Đặc trưng hình học cột bê tơng liên hợp bọc khơng hồn tồn 56 3.2.1.4 Đặc trưng hình học dầm bê tơng liên hợp bọc khơng hồn tồn 56 3.2.2 Điều kiện đám cháy 57 3.2.3 Tải trọng tác dụng lên khung 57 3.2.3.1 Tĩnh tải 57 3.2.3.2 Hoạt tải 57 3.2.3.3 Tải trọng gió 57 3.2.4 Xác định nội lực 59 3.2.4.1 Cột liên hợp bọc bê tơng khơng hồn tồn 60 3.2.4.2 Dầm liên hợp bọc bê tơng khơng hồn tồn 60 3.2.4.3 Quy đổi môdun đàn hồi cấu kiện điều kiện cháy 60 3.2.4.4 Nội lực tiết diện 61 3.2.4.5 Chuyển vị ngang đỉnh khung 61 3.2.5 Tính tốn thiết kế 61 3.2.5.1 Khả chịu lực dầm điều kiện chịu nhiệt độ cao 61 3.2.5.2 Khả chịu lực cột điều kiện chịu nhiệt độ cao 65 3.3 Nhận xét 73 3.3.1 Thời gian đảm bảo chịu lực đám cháy 73 3.3.2 Chuyển vị 73 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Học viên: Lương Tấn Thành Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD&CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 31 Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm Tắt: Hầu hết nhà cơng nghiệp Việt Nam thiết kế kết cấu thép theo TCVN 5575-2012, nhiên thực tế loại kết cấu tồn nhiều nhược điểm có nhiều vụ cháy xảy cho nhà công nghiệp, nhà công nghiệp kết cấu thép bị cháy khả chịu lực bị suy giảm nhanh chóng bị phá hoại Điều đặt cần phải có biện pháp làm tăng khả chịu lực giảm chuyển vị nhà công nghiệp bị cháy để giải vấn đề đề tài dùng kết cấu liên hợp vào để tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn Eurocode Eurocode để làm tăng khả chịu lực giảm chuyển vị nhà công nghiệp có cháy xảy Và nội dung luận văn nhằm giới thiệu tới phương pháp thiết kế nhà công nghiệp tầng nhịp sử dụng kết cấu liên hợp thép – bê tơng Bằng ví dụ số cụ thể hy vọng tài liệu giúp cho kỹ sư xây dựng thiết kế nhà công nghiệp kết cấu liên hợp môt cách dể dàng Từ Khóa: BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Solution to increase the bearing capacity and reduce the displacement of steel industrial buildings Abstract Most of Vietnam's industrial buildings are now designed with steel structures in accordance with TCVN 5575-2012 However, in practice, this type of structure has many drawbacks: as fire accidents are frequent, upon such condition, the steel industrial buildings are burnt and the bearing capacity is rapidly deteriorated and damaged The point here is that there is a need of measures to increase the bearing capacity and reduce the displacement of industrial buildings in fire accidents To solve such problem, the thesis uses composite structure in the calculation in accordance with Eurocode3 and Eurocode to increase the bearing capacity and reduce the displacement of industrial buildings in fire accidents The thesis introduces the design of 1-storey 1-span industrial buildings with composite steel-concrete structure using concrete examples It is hoped that this document will help construction engineers design industrial buildings with composite structure in a much easier way Key words: Solution to increase the bearing capacity and reduce the displacement of steel industrial buildings DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT a) Các đặc trưng hình học A diện tích tiết diện ngun Af diện tích tiết diện cánh Aw diện tích tiết diện bụng b chiều rộng tiết diện bf chiều rộng cánh h chiều cao tiết diện hw chiều cao bụng i bán kính quán tính tiết diện ix, iy bán kính quán tính tiết diện tương ứng trục x-x, y-y Ix, Iy mômen quán tính tiết diện nguyên trục tương ứng x-x y-y l chiều dài nhịp tf , tw chiều dày cánh bụng Wx , Wy môđun chống uốn (mômen kháng) tiết diện nguyên trục tương ứng x-x, y-y b) Ngoại lực nội lực P ngoại lực tập trung NRd khả chịu nén tiết diện Npl,Rd khả chịu nén thiết kế dẻo tiết diện Ncr lực tới hạn đàn hồi MRd giá trị độ bền thiết kế ổn định cấu kiện chịu uốn Mx , My mômen uốn trục tương ứng x-x, y-y c) Cường độ ứng suất E môđun đàn hồi fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy thép fu cường độ tiêu chuẩn thép theo sức bền kéo đứt f cường độ tính tốn thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy ft cường độ tính tốn thép theo sức bền kéo đứt fv cường độ tính tốn chịu cắt thép d) Kí hiệu thông số c1 hệ số dùng để kiểm tra bền dầm chịu uốn mặt phẳng hai mặt phẳng có kể đến phát triển biến dạng dẻo 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 độ mảnh cấu kiện ( = lo /i ) độ mảnh qui ước (    f / E ) x , y độ mảnh tính tốn cấu kiện mặt phẳng vng góc với trục tương ứng x-x, y-y  hệ số uốn dọc  hệ số để xác định hệ số b tính tốn ổn định dầm μ hệ số chiều dài tính tốn cột χ hệ số ổn định cho dạng ổn định tương ứng α hệ số sai lệch φ hệ số uốn dọc  DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng bảng Trang Các thông số ԑcu,θ ԑce,θ xác định giá trị kiến nghị nhánh 1.1 xuống đường quan hệ ứng suất – biến dạng nhiệt độ tăng 1.2 2.1 2.2 Giá trị hệ số suy giảm mối quan hệ ứng suất – biến dạng kết cấu thép điều kiện chịu nhiệt độ cao Cường độ cấp bền bê tông sử dụng cho kết cấu dầm liên hợp Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho tiết diện dầm thép bê tơng đóng vai trị chống cháy 13 21 22 Kích thước nhỏ mặt cắt ngang b diện tích tối thiểu 2.3 cốt thép bổ sung so với diện tích cánh As/Af 23 dầm thép bọc bê tông phần 2.4 Khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép bổ sung dầm liên hợp 24 Kích thước nhỏ tiết diện ngang, lớp bê tông bảo vệ 2.5 thép hình, khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép cột 25 liên hợp có thép hình bọc bê tơng tồn 2.6 Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho tiết diện cột thép bê tơng đóng vai trị chống cháy 26 Kích thước nhỏ mặt cắt ngang, khoảng cách tối thiểu 2.7 đến trục cốt thép tỷ lệ cốt thép tối thiểu cột liên hợp có 26 thép hình bọc bê tơng phần Kích thước nhỏ mặt cắt ngang, tỉ lệ cốt thép tối thiểu 2.8 khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép cột liên hợp có tiết diện 28 rỗng nhồi bê tông 2.9 Giá trị bfi tương ứng với cấp bền chịu lửa 30 2.10 Giá trị hl tương ứng với cấp bền chịu lửa 30 Với 𝜃𝑎 = 300℃ ta có 𝑘𝑦,𝜃 = ta có mơ men dầm chịu nhiệt độ cao: Mfi,θ,Rd =MRd ky,θ γM,0 γM,fi = 166,45 = 166,45(kNm) Mfi,θ,Rd = 166,45(kNm) > Mmax = 38,64(kNm) dầm đủ khả chịu lực chịu nhiệt độ cao Khả chịu lực dầm thép nhiệt độ 500℃ không bảo vệ h= 400 (mm) fay,20℃ =235(N/mm2 ) 200 (mm) ef = (mm) ew = (mm) Thông số đặc trưng tiết diện Wx =684352,64(mm3 ) fay,20℃ =235(N/mm2 ) b= Wy =133333(mm3 ) ; Khả chịu mô men dầm chịu nhiệt độ cao: γM,0 Mfi,θ,Rd =MRd ky,θ γM,fi - MRd khả chịu uốn có kể đến dẻo tiết diện điều kiện nhiệt độ thường 𝑀𝑅𝑑 = 𝑊𝑥 𝑓𝑎𝑦,20℃ 𝑐1 𝛾𝑀,𝑓𝑖,𝑎 Với 𝑐1 = 1,15 tra bảng 2.13 giá trị hệ số 𝑐1 , 𝑐3 (EN 1993-1-1) Vậy MRd = 684352,64 235 1,15 0,9 = 166451671(Nmm) = 166,45(kNm) - γM,0 hệ số thành phần áp dụng cho khả chịu lực tiết diện điều kiện nhiệt độ thường γM,0 =1 qui định tiêu chuẩn EN1993-1-1 cho kết cấu thép nhiệt thường - γM,fi hệ số thành phần áp dụng cho cấu kiện đám cháy γM,fi = theo tiêu chuẩn quốc gia Với 𝜃𝑎 = 500℃ ta có 𝑘𝑦,𝜃 = 0,78 ta có mơ men dầm chịu nhiệt độ cao: Mfi,θ,Rd =MRd ky,θ γM,0 γM,fi = 166,45 0,78 = 129,83(kNm) Mfi,θ,Rd = 129,83(kNm) > Mmax = 38,64(kNm) dầm đủ khả chịu lực chịu nhiệt độ cao Khả chịu lực dầm thép nhiệt độ 600℃ không bảo vệ h= 400 (mm) fay,20℃ =235(N/mm2 ) 200 (mm) ef = (mm) ew = (mm) Thông số đặc trưng tiết diện Wx =684352,64(mm3 ) fay,20℃ =235(N/mm2 ) b= ; Wy =133333(mm3 ) Khả chịu mô men dầm chịu nhiệt độ cao: γM,0 Mfi,θ,Rd =MRd ky,θ γM,fi - MRd khả chịu uốn có kể đến dẻo tiết diện điều kiện nhiệt độ thường 𝑀𝑅𝑑 = 𝑊𝑥 𝑓𝑎𝑦,20℃ 𝑐1 𝛾𝑀,𝑓𝑖,𝑎 Với 𝑐1 = 1,15 tra bảng 2.13 giá trị hệ số c1 , c3 (EN 1993-1-1) Vậy MRd = 684352,64 235 1,15 0,9 = 166451671(Nmm) = 166,45(kNm) - γM,0 hệ số thành phần áp dụng cho khả chịu lực tiết diện điều kiện nhiệt độ thường γM,0 =1 qui định tiêu chuẩn EN1993-1-1 cho kết cấu thép nhiệt thường - γM,fi hệ số thành phần áp dụng cho cấu kiện đám cháy γM,fi = theo tiêu chuẩn quốc gia Với 𝜃𝑎 = 600℃ ta có 𝑘𝑦,𝜃 = 0,47 ta có mơ men dầm chịu nhiệt độ cao: Mfi,θ,Rd =MRd ky,θ γM,0 γM,fi = 166,45 0,47 = 78,23(kNm) Mfi,θ,Rd = 78,23(kNm) > Mmax = 38,64(kNm) dầm đủ khả chịu lực chịu nhiệt độ cao Khả chịu lực cột nén uốn nhiệt độ cao không bảo vệ Đặc trưng hình học tiết diện: 𝑊𝑦 =1155897,76 (mm3 ); 𝑊𝑧 = 133333,33(mm3 ); A= 6316(𝑚𝑚2 ) 𝜆̅𝑦 = 0,294; 𝜆̅𝑧 = 0,514; 𝜆̅𝐿𝑇 = 0,276 Kiểm tra lực dọc mô men: 𝑁𝑓𝑖,𝐸𝑑 = 58,4(kN), 𝑀𝑓𝑖,𝐸𝑑 = 176,36(kNm) Với nhiệt độ 𝜃𝑎 = 500℃ tra bảng ta có: 𝑘𝑦,𝜃 = 0,78; 𝑘𝐸,𝜃 = 0,6 ky,θ λ̅ θ,y =λ̅ y ( ) kE,θ 0,5 0,78 0,5 ) =0,335 =0,294 ( 0,6 ϕθ,y =0,5 (1+0,65√ χfi,y = 235 λ̅θ,y +λ̅θ,y ) =0,665 fy ϕθ,y +√ϕ2θ,y -λ̅θ,y ky,θ λ̅ θ,z =λ̅y ( ) kE,θ = 0,807 0,5 =0,586 ϕθ,z =0,5 (1+0,65√ 235 λ̅ θ,z +λ̅θ,z ) =0,862 fy χfi,z = = 0,669 ϕθ,z +√ϕ2θ,z -λ̅θ,z Mặt khác: λ̅ LT,θ,com =λ̅ LT ( ky,θ,com ) kE,θ,com 0,5 =0,315 ϕLT,θ,com =0,5 (1+0,65√ 235 λ̅LT,θ,com +λ̅LT,θ,com ) =0,652 fy χLT,fi = ϕLT,θ,com +√ϕ2LT,θ,com -λ̅ LT,θ,com = 0,818 Với ψ= -1 tra theo bảng 4.2( EN 1993-1-2) 𝛽𝑀,𝛹 = 1,8 – 0,7ψ = 1,8 – 0,7.(-1) = 2,5 μ =0,15.𝜆̅𝑧,𝜃 β -0,15 = 0,15 0,586 2,5 – 0,15 = 0,07 LT kLT =1- M,ψ μLT Nfi,Ed χz,fi A.ky,θ =0,996 fy γM,fi μy = (1,2βM,y -3) λ̅ y,θ +0,44.βM,y -0,29 = 0,81 ky =1- μy Nfi,Ed χy,fi A.ky,θ fy = 0,96 γM,fi μz = (1,2βM,z -3) λ̅z,θ +0,44.βM,z -0,29 = 0,81 kz =1- μz Nfi,Ed χz,fi A.ky,θ fy = 0,95 γM,fi Kiểm tra theo điều kiện 1: ky My,fi,Ed Nfi,Ed kz Mz,fi,Ed + + =0,065 < fy fy fy χmin,fi A.ky,θ Wpl,y ky,θ Wpl,z ky,θ γM,fi γM,fi γM,fi Kiểm tra theo điều kiện 2: kLT My,fi,Ed Nfi,Ed kz Mz,fi,Ed + + = 0,066 < fy fy fy χz,fi A.ky,θ χ W k Wpl,z ky,θ γM,fi LT,fi pl,y y,θ γM,fi γM,fi Vậy cột đảm bảo khả chịu lực nhiệt độ 500℃ Khả chịu lực cột nén uốn nhiệt độ cao không bảo vệ Đặc trưng hình học tiết diện: 𝑊𝑦 = 1155897,76(𝑚𝑚3 ); 𝑊𝑧 = 133333,33(𝑚𝑚3 ); A= 6316(𝑚𝑚2 ) 𝜆̅𝑦 = 0,294; 𝜆̅𝑧 = 0,514; 𝜆̅𝐿𝑇 = 0,276 Kiểm tra lực dọc mô men: 𝑁𝑓𝑖,𝐸𝑑 = 58,4(kN), 𝑀𝑓𝑖,𝐸𝑑 = 176,36(kNm) Với nhiệt độ 𝜃𝑎 = 600℃ tra bảng ta có: 𝑘𝑦,𝜃 = 0,47; 𝑘𝐸,𝜃 = 0,31 ky,θ λ̅ θ,y =λ̅ y ( ) kE,θ 0,5 0,47 0,5 ) =0,362 =0,294 ( 0,31 ϕθ,y =0,5 (1+0,65√ χfi,y = = 0,792 ϕθ,y +√ϕ2θ,y -λ̅θ,y λ̅ θ,z =λ̅z ( ky,θ ) kE,θ 0,5 =0,633 ϕθ,z =0,5 (1+0,65√ χfi,z = 235 λ̅θ,y +λ̅θ,y ) =0,683 fy 235 λ̅ θ,z +λ̅θ,z ) =0,906 fy = 0,643 ϕθ,z +√ϕ2θ,z -λ̅θ,z Mặt khác: λ̅ LT,θ,com =λ̅ LT ( ky,θ,com ) kE,θ,com 0,5 =0,34 ϕLT,θ,com =0,5 (1+0,65√ χLT,fi = 235 λ̅LT,θ,com +λ̅LT,θ,com ) =0,668 fy ϕLT,θ,com +√ϕ2LT,θ,com -λ̅ LT,θ,com = 0,804 Với ψ= -1 tra theo bảng 4.2( EN 1993-1-2) 𝛽𝑀,𝛹 = 1,8 – 0,7ψ = 1,8 – 0,7.(-1) = 2,5 μ =0,15.𝜆̅𝑧,𝜃 β -0,15 = 0,15 0,633 2,5 – 0,15 = 0,087 LT kLT =1- M,ψ μLT Nfi,Ed χz,fi A.ky,θ fy =0,995 γM,fi μy = (1,2βM,y -3) λ̅ y,θ +0,44.βM,y -0,29 = 0,81 ky =1- μy Nfi,Ed χy,fi A.ky,θ = 0,96 fy γM,fi μz = (1,2βM,z -3) λ̅z,θ +0,44.βM,z -0,29 = 0,81 kz =1- μz Nfi,Ed χz,fi A.ky,θ = 0,95 fy γM,fi Kiểm tra theo điều kiện 1: ky My,fi,Ed Nfi,Ed kz Mz,fi,Ed + + =0,067 < fy fy fy χmin,fi A.ky,θ Wpl,y ky,θ Wpl,z ky,θ γM,fi γM,fi γM,fi Kiểm tra theo điều kiện 2: kLT My,fi,Ed Nfi,Ed kz Mz,fi,Ed + + = 0,067 < fy fy fy χz,fi A.ky,θ χ W k Wpl,z ky,θ γM,fi LT,fi pl,y y,θ γM,fi γM,fi Vậy cột đảm bảo khả chịu lực nhiệt độ 600℃ Khả chịu lực dầm nhiệt độ cao bọc bê tông phần h = 400(mm) fay,20℃ = 235 γM,fi,a = 0,9 b = 200(mm) ef =6(mm) fry,20℃ = 325 ef =6(mm) γM,fi,r = As =1256(𝑚𝑚2 ) fc,20℃ = 20; ; γM,fi,c =1 Bản cánh dầm thép Với thời gian cháy 60 phút ta tra bảng 2.12 có: 26 h ka = ( 0,21 + ).(0,018ef +0,7) bc 24bc 26 400 = ( 0,21 + ).(0,018.6+0,7) 200 24.200 = 0,131 thõa mãn điều kiện 0,12 < 𝑘𝑎 = 0,131 < 0.4 Cường độ tính tốn cánh chịu nhiệt độ cao: 𝑘𝑎 𝑓𝑎𝑦,20℃ / 𝛾𝑀,𝑓𝑖,𝑎 = 0,131 235.103 / 0.9 = 34118,5 (kN/𝑚2 ) Bản cánh dầm thép Với thời gian cháy 60 phút ta tra bảng 2.12 có: 26 h ka = ( 0,21 + ).(0,018ef +0,7) bc 24bc = ( 0,21 - 26 200 + 400 24.200 ).(0,018.6+0,7) = 0,131 thõa mãn điều kiện 0,12 < 𝑘𝑎 = 0,131 < 0.4 Cường độ tính tốn cánh chịu nhiệt độ cao: 𝑘𝑎 𝑓𝑎𝑦,20℃ / 𝛾𝑀,𝑓𝑖,𝑎 = 0,131 235.103 / 0.9 = 34118,5 (kN/𝑚2 ) Bản bụng dầm thép Chiều cao phần bụng chịu thay đổi nhiệt độ tính tốn theo cơng thức: a1 q2 ew h 400 + ≥h1.min (do = ≥2) bc bc h b 200 9500 0.10 h1 = + =47,5(mm)≥ h1.min =30(mm) 200 200.700 Phần chiều cao bụng chịu thay đổi nhiệt độ bao gồm hai phía tiếp giáp cánh cánh Chiều cao bụng không chịu ảnh hưởng nhiệt độ: hh =(h -2ef ) - 2h1 =(400 - 2.6) - 2.47,5=293(mm) Cường độ tính tốn bụng khơng chịu ảnh hưởng nhiệt độ: fay,20℃ 235.103 = =261,11.103 (kN/m2 ) γM,fi,a 0,9 h1 = Cường độ tính tốn bụng thay đổi tuyến tính từ : ka fay,20℃ fay,20℃ =261,11.103 (kN/m2 ) đến =34118,52(kN/m2 ) γM,fi,a γM,fi,a Phần diện tích cốt thép Diện tích tính tốn cốt thép: 3,14 202 As =4× =1256(mm2 ) Cường độ tính tốn cốt thép: 𝑘𝑟 fry,20℃ ua3 + a4 𝑣ớ𝑖 kr,min ≤ kr = a5 ≤ kr,max γM,fi,r A √ m V Ta có + 𝐴𝑚 chu vi bị đốt nóng với tiết diện bọc bê tông cốt thép: Am = 2h + 2b = 2x400 + 2x200 = 1200(mm) + V diện tích tiết diện ngang: V = b.h = 400 x 200 = 80.103 (mm2 ) Am 1200 → = =0,015(mm-1 ) V 80.103 Tra bảng 2.13 theo cấp bền R60 ta có: a3 = 0,034; a4 = -0,04: a5 = 0,101; kr,min = 0,1; kr,max = Với u1 = 50(𝑚𝑚); u1 = 50(𝑚𝑚) ta có: 1 = 21,3(mm) 1 1 1 + + + + ui usi bc - ew -usi 50 50 200- 6-50 ua3 + a4 21,3 0,034 - 0,04 → kr = a5 = 0,101=0,564 < kr,max = A √0,015 √ m V kr fry,20℃ 0,564.325.103 → = =183,3.103 (𝑘𝑁/𝑚2 ) γM,fi,r u= = Xác định trục trung hòa Tổng lực nén tiết diện liện hợp: ∑ F-H =N-ch* +N-r1 +N-f1 +N-w,ℎ1 + N-w,ℎℎ Trong : fc,20℃ ) (x - ef ).(b - ew ) N-ch* = (0,85 γM,fi,c =0,85.20.103 (x -6.10-3 ).(200.10-3 -6.10-3 )= 3298x -19,8(kN) kr fry,20℃ ) AS /2=115,1(kN) Nr1 = ( γM,fi,r N-f1 = ( ka fay,20℃ γM,fi,a N-w,ℎ1 = ( ) b.ef = 40,94(kN) ka fay,20℃ γM,fi,a ) h1 ew + [(fay,20℃ -ka fay,20℃ ) /γM,fi,a ] h1 ew =42,07(kN) fay,20℃ ) (x - ef - h1 ).ew N-w,hh = ( γM,fi,a = 261,11.103 (x - 6.10-3 - 47,5.10-3 ).6.10-3 =1566,7x -74,4(kN) Vậy: ∑ F-H =N-ch* +N-r1 +N-f1 +N-w,h1 + N-w,hh =4845,7x+103,8 Tổng lực kéo tiết diện liện hợp: ∑ F+H =N+r1 +N+f2 +N+w,ℎ1 + N+w,ℎℎ Trong : kr fry,20℃ ) AS /2=115,1(kN) N+r1 =N-r1 = ( γM,fi,r N+f2 = N-f1 = ( ka fay,20℃ γM,fi,a N+w,ℎ1 = N-w,ℎ1 = ( ) b.ef = 40,94(kN) ka fay,20℃ γM,fi,a ) h1 ew + [(fay,20℃ -ka fay,20℃ ) /γM,fi,a ] h1 ew =40,07(kN) fay,20℃ ) (h- x- h1 - ef ).ew N+w,hh = ( γM,fi,a =542,85 - 1566,7x(kN) Vậy: ∑ F+H =N+r1 +N+f2 +N+w,ℎ1 + N+w,ℎℎ =739- 1566,7x Thay vào phương trình lực ta tìm x: ∑ FH = ↔ F-H = F+H → x = 0,131(m) = 131(mm) Xác định mô men uốn tiết diện chịu nhiệt độ cao Khả chịu uốn dầm chịu nhiệt độ cao xác định: − ∑ M= 𝑀𝑓𝑖,𝑅𝑑 = ∑ 𝑀 + ∑ 𝑀 + Trong đó: Mơ men vùng nén xác định: ∑ M- =N-ch* yc +N-r1 yr1 +N-f1 yf1 +N-w,h1 yw,h + N-w,hh yw,h h Với yc ; yr1 ; yf1 ; yw,h ; yw,h khoảng cách từ trọng tâm phần bê tông h chịu nén, cốt thép chịu nén, cánh chịu nén, bụng chịu nén đến trục trung hòa 131-6 yc = =62,5(mm); yr1 =131-50=81(mm); yf1 =131- =128(mm) 2 47,5 131 -6 - 47,5 yw,h =131 -6=101,3(mm); yw,h = = 38,8(mm) h 2 → ∑ M- = 42,3(kNm) Mô men vùng kéo xác định: ∑ 𝑀+ = N+r1 yr1 +N+f2 yf +N+w,h1 yw,h + N+ w,hh yw,h h Với yr1 ; yf2 ; yw,h ; yw,h khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu h kéo, cánh chịu kéo, bụng chịu kéo đến trục trung hòa yr1 =400 - 131 - 50= 219(mm); yf2 =400 - 131 - =266(mm) 47,5 400-131-6 - 47,5 -6=239,3(mm); yw,h = = 107,8(mm) h 2 → ∑ M+ = 103,7(kNm) Khả chịu uốn dầm sau 60 phút cháy là: yw,h = 400 -131 - ∑ M= Mfi,Rd = 146(kNm) > Mmax =55,2(kNm) Vậy dầm đảm bảo khả chịu lực nhiệt độ cao ...  LƯƠNG TẤN THÀNH BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60580208 LUẬN VĂN... xảy cho nhà công nghiệp, nhà công nghiệp kết cấu thép bị cháy khả chịu lực bị suy giảm nhanh chóng bị phá hoại Điều đặt cần phải có biện pháp làm tăng khả chịu lực giảm chuyển vị nhà công nghiệp... giúp cho kỹ sư xây dựng thiết kế nhà công nghiệp kết cấu liên hợp môt cách dể dàng Từ Khóa: BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ GIẢM CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Solution to increase