- Đối với cấu kiện chịu uốn: ϕm =1; cũn σ là giỏ trị lớn hơn trong hai giỏ
Chương v-nhận xột và kết luận
5.1. Nhận xột.
5.1.1. Về phương phỏp thiết kế:
a) Thộp cỏn núng:
Qua phõn tớch đỏnh giỏ ở chương I cho thấy cả ba tiờu chuẩn TCXDVN 338:2005; BS 5950: Part 1:2000 và EN 1993-1-1:2005 đều quy định thiết kế kết cấu thộp theo trạng thỏi giới hạn. Đõy cũng là phương phỏp được sử dụng rộng rói trong cỏc tiờu chuẩn thiết kế kết cấu thộp của cỏc nước tiờn tiến hiện nay. Về ý tưởng chung , cỏc phương phỏp thiết kế theo trạng thỏi giới hạn của cỏc nước đều tương đồng, tuy cỏch thể hiện và nội dung cụ thể khỏc nhau. Cỏc tiờu chuẩn TCXDVN 338:2005; Mỹ AISC/ASD; AISC/LRFD ; BS 5950: Part 1:2000 và EN 1993-1-1:2005 đều sử dụng trạng thỏi tới hạn với cỏc hệ số an toàn.
b) Thộp TM.
Về phương phỏp thiết kế khụng cú gỡ khỏc so với thộp cỏn núng. AS 4600 cũng thiết kế theo phương phỏp trạng thỏi giới hạn.
5.1.2. Về tải trọng thiết kế:
a) Thộp cỏn núng:
+ BS 5950: Part 1:2000 : Về xỏc định tĩnh tải và hoạt tải theo BS 5950: Part 1:2000 thỡ khụng khỏc mÂy so với tiờu chuẩn Việt Nam tương ứng, riờng tải trọng giú thỡ cỏch tớnh khỏc hẳn. Cả hai tiờu chuẩn đều cú hệ số an toàn về tải trọng, vật liệu. Hệ số an toàn về tải trọng theo tiờu chuẩn BS 5950: Part 1:2000 thể hiện qua hệ số khi tổ hợp tải trọng và lớn hơn tiờu chuẩn TCXDVN 338:2005.
+ EN 1993-1-1:2005: cũng cú hệ số vượt tải, cỏch tớnh hoạt tải theo EN 1993-1-1:2005 hơi khỏc TCXDVN 338:2005, vớ dụ đối với văn phũng hoạt tải từ 2,0 - 3,0(kN/m2). Cả hai tiờu chuẩn khi tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn cường độ đều sử dụng tổ hợp tớnh toỏn, cũn với trạng thỏi giới hạn sử dụng thỡ sử dụng hợp tiờu chuẩn (tiờu chuẩn EN lấy cỏc hệ số tổ hợp bằng 1).
+ TCXDVN 338:2005: Khi xỏc định tải trọng giú chưa xột chi tiết cỏc trường hợp lực giú ma sỏt ở hai mặt bờn cụng trỡnh và lực giú thấm lọt vào cụng trỡnh qua cỏc khe hở. + Đối với ỏp lực động của giú đối với TCXDVN 338:20050 thỡ cụng trỡnh cú chiều cao
≥40m phải tớnh thờm ỏp lực động bằng một loạt cỏc phộp tớnh phức tạp; theo BS 6399 thỡ khi tớnh ỏp lực giú kể đến thành phần động bằng cỏch nhõn với hệ số (1+Cr) với , (Kb tra bảng, ho=0,1m, H là chiều cao cụng trỡnh); Theo tiờu chuẩn Mỹ (ASCE 7) với cụng trỡnh cú chiều cao H≤18,3m sử dụng ỏp lực giú qh để tớnh toỏn. Đối với cụng trỡnh H>18,3m sử dụng ỏp lực giú q và qi để tớnh toỏn.
b) Thộp TM.
Theo AS 4600 thỡ cỏc giỏ trị của tải trọng danh nghĩa, cỏc tổ hợp tải trọng và cỏc hệ số tải trọng tương ứng được cho trong Tiờu chuẩn tải trọng của ỳc AS 1170. Nhỡn chung về cỏch thức tớnh tải khụng khỏc mÂy so với thộp cỏn núng. Tuy nhiờn về hỡnh thức thể hiện và cỏc hệ số tổ hợp thỡ bản thõn cựng là tiờu chuẩn về thộp TM nhưng mỗi nước một khỏc. Chớnh vỡ thế khi tớnh toỏn cụng trỡnh theo tiờu chuẩn nào thỡ phải nhất quỏn chỉ dựng một tiờu chuẩn ấy.
5.1.3. Về vật liệu thiết kế:
a) Thộp cỏn núng:
Cõng độ tớnh toỏn của vật liệu thộp theo TCXDVN 338:2005 xỏc định chớnh bằng giới hạn chảy của thộp chia cho hệ số an toàn vật liệu về nguyờn tắc giống EN 1993-1- 1:2005. Mặt khỏc tiờu chuẩn Việt Nam cho phộp đối với cỏc loại thộp khụng nờu tờn trong tiờu chuẩn Việt Nam và cỏc loại thộp của nước ngoài được phộp sử dụng cường độ tớnh toỏn (với ). Theo BS 5950: Part 1:2000 chỉ giới thiệu ba cấp thộp chớnh tiờu chuẩn Chõu Âu, trong số rất nhiều loại thộp theo cỏc tiờu chuẩn EN 10025-2,3,4,5,6 và EN 10210-1. Thộp kết cấu theo AISC chấp nhận sử dụng rất đa dạng gồm 16 loại. Hầu hết cỏc tiờu chuẩn vỊ liệu thộp kết cấu cỏc nước đều cú thộp cỏn núng chữ I cỏnh rộng, TCVN thỡ khụng cú cỏc loại I cỏnh rộng (tiết diện chữ H) là cỏc loại rất phổ biến trờn thị trường. Cũng cần lưu ý rằng thộp hỡnh cỏn núng của cỏc nước do cụng nghệ cỏn khỏc nhau, cỏc gúc chuyển tiếp khỏc nhau nờn chúng cú những đặc trưng hỡnh học rất khỏc nhau, mặc dự cú cựng kớch cỡ. Vỡ vậy việc thay thế thộp hỡnh của nước này bằng thộp hỡnh cựng kớch cỡ của nước khỏc núi chung là khụng được. Thực tế cho thấy, thộp cú qúa nhiều chủng loại, việc nắm vững cỏc tớnh năng của thộp theo nguồn gốc là rất quan trọng, nú giỳp người kĩ sư quyết định chất lượng thiết kế xõy dựng.
b) Thộp TM
Vật liệu thộp dựng chế tạo tiết diện TM về bản chất cũng cú thể là thộp cácbon thấp thụng thường hoặc là thộp hợp kim thấp khụng khỏc gỡ với thộp chế tạo tiết diện cỏn núng. Tuy nhiờn thộp chế tạo tiết diện uốn nguội cú khỏc với thộp chế tạo tiết diện cỏn núng ở chỗ: cỏc thộp chế tạo tiết diện uốn nguội phải cú độ dón dài cao 22 – 26%, cú thể thử nghiệm uốn gập nguội.
Tiết diện thộp TM được chế tạo theo cỏch: thộp được cỏn núng thành tÂm rất mỏng dạng cuộn là phụi để tạo hỡnh ra cấu kiện thành mỏng. Cú thể tạo từ tÂm thộp mỏng ra tiết diện hỡnh bất kỡ.
Chớnh vỡ cụng nghệ chế tạo thộp TM khỏc với thộp cỏn núng thụng thường nờn cường độ của thộp uốn nguội cú khỏc với thộp cỏn núng do trong qúa trỡnh uốn nguội thộp đó tăng cường độ. Việc xỏc định cường độ tớnh toỏn nõng cao do xột sự gia cụng nguội được giải quyết khỏc nhau tựy Quy phạm mỗi nước.
5.1.4. Về tớnh toỏn cấu kiện chịu nộn.
a) Thộp cỏn núng (tớnh theo TCXDVN 338:2005):
- Tiờu chuẩn Việt Nam chấp nhận một loại tiết diện đú là tiết diện dẻo. Độ mảnh giới hạn của cấu kiện nộn thụng thường là 120. TCXDVN 338:2005 kiểm tra tiết diện theo ứng suất tới hạn.
- TCXDVN 338:2005 sử dụng môđun chống uốn đàn hồi Wn,min, cỏc thộp hỡnh chỉ cú giỏ trị W đàn hồi. Để tớnh toỏn dẻo khi được cho phộp do thỏa món một số điều kiện thỡ TCXDVN 338:2005 cho giỏ trị số c nhõn với W đàn hồi và nhận được W dẻo (hệ số c, cx, cy lấy theo bảng C1 – phụ lục C của TCXDVN 338:2005).
- Đối với tiết diện mảnh (tớnh ổn định cục bộ) TCXDVN 338:2005 một số trường hợp chỉ tớnh giảm diện tớch tớnh toỏn, cỏc trường hợp khỏc phải phải điều chỉnh giới hạn độ mảnh của ô bản theo quy định.
- Về tớnh ổn định cục bộ , tớnh theo TCXDVN 338:2005 là khắt khe, chỉ cần cỏnh hay bụng mất ổn định cục bộ là coi nh cÂu kiện mất bền.
- Đối với cỏc cụng trỡnh xõy dựng tại Việt Nam, do đặc thự cho phộp độ mảnh cấu kiện bộ và cỏc cụng trỡnh cú chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều rộng nờn vấn đề oằn bờn kốm xoắn chưa được xột đến chi tiết.
- Theo TCXDVN 338:2005, việc kiểm tra ổn định tổng thể của cấu kiện chịu nộn chỉ
nh là một việc kiểm tra thờm sau khi đó tớnh toỏn về cường độ . Mọi bảng biểu cần cho
việc kiểm tra đều ở phụ lục nờn người thiết kế dễ coi việc này là khụng quan trọng, và nhiều khi bỏ qua khụng làm.
b) Thộp TM
-Hiện nay, việc tớnh toỏn cấu kiện thộp thành mỏng chủ yếu dựa trờn quy phạm của Mỹ (AISI 1996) và ỳc (AS/NZS 4600/1996). Trờn thực tế, AS/NZS 4600 chủ yếu dựa trờn AISI 1996 với một số thay đổi, nổi bật nhất là trong việc tớnh mất ổn định xoắn (distortional bucking).
- Tớnh toỏn cấu kiện thộp thành mỏng rất khỏc với tớnh toỏn cấu kiện thộp cỏn núng thụng thường.
- Đối với cấu kiện thộp thành mỏng, điều quan trọng là phải tớnh toỏn kiểm tra ổn định. Trong đú mất ổn định do xoắn hoặc uốn xoắn là phức tạp và đặc trưng nhất. Đường lối chung để giải quyết là giải cỏc phương trỡnh vi phõn theo lý thuyết ổn định của Timoshenko và Vlaxop nhằm xỏc định cỏc giỏ trị lực tới hạn cho cỏc trường hợp phỏ hoại mất ổn định do xoắn hoặc uốn xoắn.
- ổn định thộp thành mỏng phức tạp hơn nhiều so với thộp cỏn núng thụng thường. Nú bao gồm:
* Sự mất ổn định do uốn dọc.
* Sự mất ổn định khi cột bị xoắn quanh tõm xoắn tiết diện. * Sự mất ổn định khi cột chịu uốn và xoắn kết hợp.
Ngoài ra, nhất thiết phải kiểm tra ổn định cục bộ của cỏc phõn tố cỏnh và bụng của tiết diện cột. Trong đú, sự mất ổn định cột do xoắn hoặc uốn xoắn là phức tạp nhất bởi vỡ sự mộo mó mặt cắt ngang trong trạng thỏi mất ổn định dẫn đến cột khụng chỉ cú biến dạng dọc do uốn mà cũn cú biến dạng dọc do xoắn. ứng suất và biến dạng dọc phụ thờm này phu thuộc vào cỏc đặc trưng hỡnh học của tiết diện thành mỏng và khỏ lớn nờn khụng thể bỏ qua trong tớnh toỏn, thiết kế.
5.2. Kết luận:
5.2.1. Thộp cỏn núng:
- Từ cỏc kết luận rút ra ở trờn chỳng ta thấy tiờu chuẩn thiết kế kết cấu thộp của Việt Nam TCXDVN 338:2005 là tiờu chuẩn tiờn tiến do được biờn dịch từ tiờu chuẩn Liờn Xụ, là một nước cú trỡnh độ khoa học phỏt triển cao trờn thế giới, đó cú sự điều chỉnh cho phự hợp với điều kiện Việt Nam. Về tớnh khoa học hiện đại cũng khụng chờnh lệch nhiều so với tiờu chuẩn EN 1993-1-1:2005 của chõu õu. Đõy là một tiờu chuẩn đầy đủ, tỉ mỉ và cú tớnh khoa học cao. Nhưng do coi trọng độ cứng của tiết diện, của cấu kiện, việc tớnh toỏn hoàn toàn theo sơ đồ ban đầu, nờn việc sử dụng cho thực tế xõy dựng là khỏ phức tạp. Trong điều kiện hiện nay khi nền kinh tế của nước ta hội nhập với nền kinh tế thỊ giới thỡ việc nghiờn cứu ỏp dụng cỏc tiờu chuẩn tớnh toỏn khỏc nhau của những nước tiờn tiến trờn thỊ giới vào Việt Nam là một cụng việc cần thiết. Qua đú rút
ra những vấn đề mà tiờu chuẩn của ta hoặc cũn thiếu, hoặc đó qúa cũ, trờn cơ sở đú bổ sung cho tiờu chuẩn Việt Nam hoàn chỉnh và dễ sử dụng hơn.
- Khi thiết kế một cụng trỡnh kết cÂu thộp cơ thể chỉ nờn dựng một hệ thống tiờu chuẩn quy phạm chứ khụng được lẫn lộn cả hai, sẽ dẫn đến những kết qủa phi lý. Phải trỏnh tỡnh trạng khi thiết kế dựng tiờu chuẩn này và khi thẩm định dựng tiờu chuẩn khỏc hoặc cũng khụng thể dựng tiờu chuẩn của Việt Nam để kiểm tra và thẩm định cỏc cụng trỡnh đó được thiết kế theo cỏc tiờu chuẩn và quy phạm của cỏc nước khỏc.
- Việc ỏp dụng cỏc tiờu chuẩn xõy dựng cấp quốc gia của cỏc nước trờn thế giới, của cỏc tổ chức tiờu chuẩn quốc tế, tổ chức tiờu chuẩn khu vực (sau đõy gọi chung là tiờu chuẩn xõy dựng nước ngoài) trong hoạt động xõy dựng trờn lónh thổ Việt Nam, phải đảm bảo tạo ra cỏc cụng trỡnh, sản phẩm xõy dựng an toàn sử dụng cho người, cho bản thõn cụng trỡnh và cỏc cụng trỡnh lõn cận, đỏp ứng cỏc quy định của Việt Nam về an toàn sinh thỏi, bảo vệ mụi trường, đạt hiệu qủa kinh tế kỹ thuật, đảm bảo tớnh đồng bộ và khả thi trong qúa trỡnh xõy dựng từ thiết kế, thi cụng, nghiệm thu đối với cụng trỡnh và trong tổng thể cụng trỡnh.
- Phải sử dụng cỏc số liệu đầu vào cú liờn quan đến điều kiện đặc thự Việt Nam được quy định trong cỏc quy chuẩn xõy dựng bắt buộc ỏp dụng thuộc cỏc lĩnh vực sau: Điều kiện tự nhiờn, khớ hậu; điều kiện địa chất, thủy văn; phõn vựng động đất, cấp động đất. Cỏc tiờu chuẩn xõy dựng nước ngoài được lựa chọn ỏp dụng vào cỏc hoạt động xõy dựng trờn lónh thổ Việt Nam phải là những tiờu chuẩn xõy dựng tiờn tiến, hiện hành, được chủ đầu tư xem xột lựa chọn và quyết định ỏp dụng trước khi lập hồ sơ thiết kế sơ bộ.
- Trong tỡnh hỡnh đú, việc định hướng hệ thống Quy chuẩn và Tiờu chuẩn xõy dựng Việt Nam được Bộ xõy dựng lựa chọn tiờu chuẩn Chõu õu đối với cỏc lĩnh vực kết cÂu, nền múng và vật liệu xõy dựng là hoàn toàn phự hợp. Từ đú cho thấy việc chuyển dịch và ỏp dụng Eurocodes là một trong những nhiệm vụ khoa học cụng nghệ của ngành Xõy dựng nhằm hoàn thiện hệ thống tiờu chuẩn Việt Nam trong giai đoạn hội nhập. Trước mắt tập trung chuyển dịch cỏc tiờu chuẩn EN 1990, 1991, 1993, 1994, 1996, 1997, 1999 (EN 1998 đó được chuyển dịch) và một số tiờu chuẩn khỏc được tham chiếu trong cỏc tiờu chuẩn chớnh; Bộ xõy dựng phấn đấu năm 2010 sẽ hoàn thành đồng bộ cỏc tiờu chuẩn này.
Trong qúa trỡnh hội nhập, nhà nước ta cho phộp cỏc kỹ sư lựa chọn bờn cạnh tiờu chuẩn Việt Nam cú thể sử dụng tiờu chuẩn của cỏc nước Mỹ, Anh, Chõu Âu, ỳc…. Vỡ vậy cần sớm phổ biến, đào tạo để ỏp dụng thành thạo cỏc tiờu chuẩn cỏc nước tiờn tiến
nh Mỹ, Anh, Chõu Âu trong thiết kế kết cấu, nhất là với những cụng nghệ mới đang
ứng dụng ở nước ta.
5.2.2. Thộp thành mỏng (TM).
Do những ưu việt về trọng lượng nhẹ, tớnh cụng nghệ và khả năng chịu lực cao, kết cấu thộp thành mỏng tạo hỡnh nguội (cold-formed structure) đang trở thành một phương hướng phỏt triển mới trong cụng trỡnh kết cấu thộp ở Việt Nam. Cỏc sản phẩm thộp thành mỏng rất đa dạng từ những cấu kiện rời rạc như xà gồ, dầm tường, dầm sàn, kết cấu bao che (vỏch ngăn, tấm tường, tấm mỏi), cho đến cỏc kết cấu hồn chỉnh như khung nhà 1 tầng, khung nhà cụng nghiệp, nhà cụng cộng... Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thộp như Jamin steel, Bluescope Lysaght, Vinapipe, BHP... đó dần
dần chuyển giao cụng nghệ từ nước ngoài và sản xuất cú hiệu quả cỏc dạng kết cấu thộp thành mỏng. Tuy vậy, nước ta hiện vẫn chưa cú tiờu chuẩn thiết kế riờng cho loại kết cấu này. Việc sử dụng tiờu chuẩn Việt Nam đối với thộp cỏn núng để tớnh toỏn thiết kế cỏc cấu kiện thành mỏng là hoàn tồn khụng phự hợp. Chớnh vỡ tất cả những thực tế đú đặt ra hai vấn đề cấp thiết trước mắt cho ngành xõy dựng:
- Thứ nhất là Bộ phải tớch cực truyền bỏ cỏc tiờu chuẩn nước ngoài về thiết kế thộp TM để kỹ sư Việt Nam cú thể sử dụng thành thạo, đỏp ứng nhiệm vụ trước mắt do cụng việc đặt ra, trỏnh tỡnh trạng thiết kế thộp TM lại dựng tiờu chuẩn thộp cỏn núng.
- Thứ hai là Bộ xõy dựng cần nhanh chúng tỡm biện phỏp để ban hành tiờu chuẩn thiết kế thộp thành mỏng của Việt Nam. Tất nhiờn để cú thể cú tiờu chuẩn thộp TM của Việt Nam cần phải cú cả thời gian và cụng sức của nhiều người, nhiều nhà khoa học cú trỏch nhiệm, cú liờn quan.