Tóm tắt
Tóm tắt
Bộ môn Kết cấu Thép - Gỗ, Khoa Xây dựng Email: maitrongnghia.bmthepgo@gmail.com ĐT:0982405689
Ngày nhận bài: 30/5/2018 Ngày sửa bài: 7/6/2018 Ngày duyệt đăng: 11/02/2019
1. Đặt vấn đề
Theo tiêu chuẩn Eurocode 3, khả năng chống cháy của kết cấu thép thể hiện qua việc đáp ứng 3 nội dung cơ bản sau:
• Thời gian chịu lửa kết cấu ≥ thời gian chịu lửa yêu cầu: tfi d. ≥tfi d requ. .
• Đảm bảo khả năng chịu lửa tại thời điểm yêu cầu t: R t Efi d. . ≥ fi d t. .
• Nhiệt độ tới hạn cấu kiện lớn hơn so với nhiệt độ thiết kế của cấu kiện tại thời điểm yêu cầu: θcr d. ≥θd
Theo tiêu chuẩn Eurocode 3, có ba phương pháp tính toán có thể được sử dụng để phân tích ứng xử của kết cấu thép khi chịu lửa, kết hợp với 3 nội dung cơ bản ở trên:
• Phương pháp nhiệt độ tới hạn - phương pháp này đơn giản được sử dụng phổ biến nhất cho đánh giá khả năng chống cháy của các cấu kiện;
• Các mô hình tính toán đơn giản - phương pháp thiết kế này bao gồm tất cả các mô hình cơ học đơn giản được phát triển cho phân tích các cấu kiện;
• Các mô hình tính toán nâng cao – phương pháp thiết kế này có thể được áp dụng cho tất cả các loại kết cấu, dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, hiện được áp dụng rộng rãi trong tính toán vì có nhiều lợi thế.
Trong phạm vi bài báo này, đề cập đến trình tự tính toán phương pháp nhiệt độ tới hạn. Phương pháp này đơn giản, dễ sử dụng cho người tính toán kết cấu thép ở Việt nam.
2. Trình tự tính toán theo phương pháp nhiệt độ tới hạn của EC3
Trình tự tính toán theo phương pháp nhiệt độ tới hạn của EC3 gồm 5 bước chính:
Bước 1: Xác định tải trọng lên cấu kiện trong điều kiện chịu lửa Efi,d,t; Bước 2: Phân loại tiết diện cấu kiện;
Bước 3: Xác định khả năng chịu lực của cấu kiện Rfi,d,0; Bước 4: Xác tỷ số tải trọng μ0;
Bước 5: Xác định nhiệt độ tới hạn của cấu kiện θcr.
Khi tính toán với cấu kiện không có lớp bảo vệ, nếu không đảm bảo khả năng chịu lực khi cháy thì phải sử dụng biện pháp bảo vệ cấu kiện trước ảnh hưởng của lửa. Với cột thép hình, so sánh hệ số đặc trưng Am/V trước và sau khi có lớp bảo vệ thấy tác dụng rõ rệt. Quan sát đồ thị quan hệ nhiệt độ trong cấu kiện theo thời gian tại hình 2. Sau 60 phút nhiệt độ trong cấu kiện có lớp bảo vệ đạt khoảng 4500C so với khoảng 9400C nếu không có lớp bảo vệ.
EC3 cũng đưa ra các bước tính toán nhiệt độ tới hạn của cấu kiện không có và có lớp bảo vệ thứ tự như Hình 3, 4.
3. Ví dụ tính toán
Xác định nhiệt độ tới hạn lên dầm thép hình IPE360, mác thép S275, kết cấu sàn liên hợp, bước dầm 2,8 m, nhịp dầm 6,8 m. Tải trọng tác dụng: Tĩnh tải 1,5 kN/m2, trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép 2,12 kN/m2, hoạt tải 4,0 kN/m2.
3.1. Xác định nhiệt độ tới hạn của dầm thép không có lớp bảo vệ
Bước 1: Xác định tải trọng thiết kế trong điều kiện chịu lửa
Xác định tải trọng: , , , , , , , , 1 2 0,6 0,6 2,12 1,5 0,6.4,0 6,02 / fi d t s k j k j p k o k v k i q G Q g g q kN m ≥ = + = + + = + + = ∑ Trong đó:
Trọng lượng bản thân sàn bê tông: gp k, =2,12 /kN m2
Trọng lượng gạch lát, vữa trát, trần treo lên sàn:
2 1,5 / ,
go k= kN m
Hoạt tải sàn: qv k, =4,0 /kN m2
Tải trọng phân bố lên dầm kể đến trọng lượng bản thân
dầm thép tiết diện IPE360, trọng lượng bản thân dầm
0,56 / Gb= kN m , , , , ,1 1 ( 0,6 ) 0,56 6,02.2,8 16,856 / fi d t s b k j k i q G G Q l kN m ≥ = + + = + = ∑
Xác định nội lực của dầm đơn giản:
16,856.6,8.6,82 / 8 97, 427 2 / 8 97, 427 , , , , 8 16,856.6,8 / 2 57, 31 , , , , 2 Mfi d t qfi d tL kNm Vfi d t qfi d tL kN = = = = = =
Hình 1. Cấu kiện thép được sử dụng lớp chống cháy
Hình 2. Đồ thị quan hệ nhiệt độ-thời gian trong cấu kiện