c) Hệ số ỏp lực và hệ số lực.
1.2.6.Nhận xột chung về tải trọng thiết kế:
- Tổ hợp lõu dài: (1.21)
Đối với cỏc kết cấu nhà, cụng thức (1.21) cú thể biểu diễn đơn giản nh sau:
- Khi chỉ quan tõm đến duy nhất một tải trọng bất lợi: (1.22)
- Khi quan tõm đến tất cả cỏc tải trọng thay đổi bất lợi: (1.23)
Hai cụng thức nờu trờn cũng cú thể được dựng thay cho cụng thức (1.20).
1.2.5. Tải trọng thiết kế theo Quy phạm AS 4600 (cho kết cấu thộp TM):
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. Dưới đõy trớch dẫn một số quy định của Tiờu chuẩn AS 1170.
Cỏc tổ hợp tải trọng cơ bản của trạng thỏi giới hạn chịu lực:
a) ; b) ; c) ; d) ; e) (trường hợp giú bốc lờn); f) . Trong đú: G = tĩnh tải; Q = hoạt tải;
Wu = tải trọng giú của trạng thỏi giới hạn về chịu lực; Feq = tải trọng động đất;
ψc = hệ số tổ hợp của hoạt tải.
Một số giỏ trị của ψc được lấy nh sau: Loại hoạt tải ψc Sàn nhà dõn dụng, văn phũng 0,4 Sàn kho 0,6 Mỏi cú người lờn 0,4 Mỏi khụng cú người lờn 0,0
Khi tớnh theo trạng thỏi giới hạn về sử dụng, tải trọng giú Ws chỉ lấy bằng 0 ,4Wu.
1.2.6. Nhận xột chung về tải trọng thiết kế:
Cỏch xỏc định tải trọng giú theo ASCE 7-95 (6.2) là vận tốc của cơn giú lấy trung bỡnh trong 3s ở độ cao 33ft (tương đương 10m) trờn mặt đất, kết hợp với xỏc suất hàng năm bằng hoặc khụng vượt qúa 0,02 (tức là 50 năm thỡ vượt một lần) khỏc với chu kỳ của Việt Nam là 20 năm. Đõy cũng là tiờu chớ mà tất cả việc tớnh tải trọng giú bắt đầu.
Về tiờu chuẩn tải trọng UBC 1997: Chương 16 của bộ UBC (mới nhất năm 1997) gồm 42 trang dành cho cỏc loại tải trọng. Cho định nghĩa của hoạt tải là tải trọng đặt lờn do việc sử dụng cụng trỡnh, khụng gồm tải trọng giú như tiờu chuẩn Việt Nam. Hoạt tải sàn luụn gồm tải trọng phõn bố và tập trung. Vớ dụ đối với nhà làm việc, tảI phõn bố là 50 pounds/foot vuụng (nhõn với 4,788)=244daN/m2; Tải tập trung là 960daN (lớn hơn so với TCVN). Nhà ở, lớp học là khoảng 200daN/m2, cũng lớn hơn TCVN. Tải trọng giú nh nờu ở trờn, cỏch tớnh khỏc nhiều so với TCVN ở cỏc hệ số khớ động, cỏc hệ số địa hỡnh, hệ số độ cao, hệ số tầm quan trọng của cụng trỡnh, đặc biệt là khụng cú cỏch tớnh về động lực. Vớ dụ đối với kết cÂu thỏp trụ, chỉ đơn giản dựng hệ số khớ động lớn hơn tới 3-4 lần so với kết cấu khỏc. Tiờu chuẩn tải trọng UBC tương thớch với cỏch tớnh toỏn kết cấu theo cỏc tiờu chuẩn Mỹ khỏc như của AISC, ACI. Khụng được tớnh toỏn theo cỏc tiờu chuẩn kết cấu của Mỹ mà lại dựng tiờu chuẩn của Việt Nam hoặc nước khỏc để xỏc định tải trọng.
Sau đú cỏc tiờu chuẩn UBC, BOCA, SSBC tiến triển thành IBC (international buildings code). Hiện nay IBC cú cỏc tiờu chuẩn phiờn bản UBC 1994, UBC 1997, IBC 2000, IBC 2003. Tuy nhiờn UBC, IBC, AISC và ACI lấy tiờu chuẩn ASCE 7 làm tài liệu tham khảo cơ bản. Một số phiờn bản như ASCE 7-93; ASCE 7-98; ASCE 7-02, phiờn bản mới nhất là ASCE 7-05.
b. Nhận xột về BS 5950 so với TCVN:
Về xỏc định tĩnh tải và hoạt tải thỡ khụng khỏc mÂy so với TCVN tương ứng, riờng tải trọng giú thỡ cỏch tớnh toỏn khỏc hẳn.
Cả 2 tiờu chuẩn đều cú cỏc hệ số an toàn về tải trọng, vật liệu, tuy nhiờn hệ số an toàn theo tiờu chuẩn BS 5950 lớn hơn TCXDVN 338:2005.
BS cú một bộ tiờu chuẩn tải trọng là BS 6399 gồm 3 phần: phần 1 và phần 2 cho tĩnh tải, hoạt tải và tải trờn mỏi, phần 3 cho tải trọng giú (ấn bản mới nhất của phần 3 ở năm 1997). Do vậy mà BS 5950: Part 1:1990 ấn bản 1992 chỉ quy định ỏp dụng phần 1 và phần 2 của BS 6399, cũn tải trọng giú vẫn theo quy phạm cũ là CP3 Chương V Phần 2 (ấn bản mới nhất 1993).
Giữa CP3 và BS 6399 Phần 3 cú sự khỏc nhau rất cơ bản: CP3 dựng tốc độ giú đo trong 3 giõy, với chu kỳ 50 năm cũn BS 6399 thỡ dựng tốc độ giú trung bỡnh trong 1 giờ với chu kỳ 50 năm. Do đú mà tốc độ giú V m/s dựng để tớnh ỏp lực là khỏc xa nhau trong 2 tiờu chuẩn. CP3 gần với TCVN 2737:1995 vỡ tốc độ giú cũng là đo trong 3s, nhưng khỏc là chu kỳ giú Việt Nam là 20 năm. Nh vậy cú thể núi là độ an toàn khi tớnh theo CP3 là cao hơn khi tớnh theo TCVN.
ỏp lực động giú vận tốc V gõy ra được tớnh bằng cụng thức q=0,613V2 (đơn vị SI) chung cho cả 2 tiờu chuẩn CP3 và TCVN. Ngoài sự khỏc biệt khụng lớn về những hệ số độ cao, hệ số che khuất và địa hỡnh, giữa 2 tiờu chuẩn cú sự khỏc cơ bản về hệ số khớ động (hay hệ số ỏp lực). Hệ số khớ động của TCVN được xỏc định do kết qủa đo ỏp lực lờn mụ hỡnh trong ống khớ động nờn ỏp dụng được cho những
vật thể cú hỡnh khối giống như mụ hỡnh: nhà đúng kớn, cụng trỡnh núi chung. Hệ số của CP3 cũng như của Tiờu chuẩn Quy phạm nhiều nước được cho đối với ngụi nhà thực nghĩa là cú xột sự mở cửa trờn cỏc bức tường, xột cả sự lọt giú qua cỏc khe cửa ngay khi cửa đúng kớn, như vậy luụn luụn cú ỏp lực bờn trong nhà. Hệ số ỏp lực tớnh toỏn là tổng hệ số ỏp lực ngoài và trong. Do khụng thể biết được tỡnh hỡnh lọt giú vào trong nhà là bao nhiờu nờn sẽ sử dụng 2 giỏ trị cực đoan của hệ số ỏp lực trong (+0,2 đối với nhà kớn và -0,3 đối với nhà hở), và chọn trường hợp bất lợi nhất.
Nh vậy, cỏch tớnh tải trọng giú theo CP3 là đầy đủ hơn so với cỏch tớnh theo TCVN. Ngoài ra, CP3 cũn quy định tớnh toỏn lực ma sỏt kộo theo để xột ảnh hưởng của giú đối với cỏc bộ phận khụng nhẵn của nhà.
Theo TCVN, tổ hợp tải trọng gồm cú 2 loại: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt. Nhưng theo BS thỡ khụng cú tổ hợp đặc biệt. Hệ số tổ hợp tải trọng, nh trỡnh bày ở trờn, theo BS được ghộp chung vào hệ số vượt tảI, cũn theo TCVN thỡ tỏch riờng. Vớ dụ với tổ hợp gồm tĩnh tải D, hoạt tải L, giú W thỡ hệ số vượt tải chung chỉ cũn 1,2 thay cho 1,4 của D, W và là 1,6 của L khi tỏc dụng riờng rẽ, tức là tớnh theo BS thỡ giảm 16%ữ33%. Trong khi đú hệ số tổ hợp của TCVN cho trường hợp này chỉ là 0,9 tức là giảm 11%. Kết qủa là tớnh toỏn cụng trỡnh dựa theo tải trọng của TCVN thường cho nội lực lớn hơn tớnh theo BS. Kết hợp với nhận xột về vật liệu khi tớnh toỏn theo 2 tiờu chuẩn (xột ở mục tiếp theo), ta thấy khú cú thể núi là tớnh toỏn theo tiờu chuẩn nào thỡ tiết kiệm vật liệu hơn, mà tựy theo từng trường hợp cụ thể.
c. Nhận xột về Eurocode 3 so với TCVN:
Khi tớnh toỏn tải trọng, cả 2 tiờu chuẩn (TCXDVN 338:2005 và Eurocode 3) đều quy định cú hệ số vượt tải. Tuy nhiờn hệ số vượt tải của Eurocode 3 lớn hơn của TCXDVN 338:2005. Cả 2 tiờu chuẩn đều quy định đưa tải trọng vào tớnh toỏn cần nhõn với hệ số tổ hợp, cỏc hệ số tổ hợp theo 2 tiờu chuẩn là khỏc nhau. Khi tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn về điều kiện sử dụng (trạng thỏi giới hạn thứ 2), TCXDVN 338:2005 dựng tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn giống như Eurocode 3, khi tớnh lấy cỏc hệ số vượt tải bằng 1, và chuyển vị (biến dạng) cho phộp của kết cấu theo TCXDVN 338:2005 cũng như là theo Eurocode 3. Cỏc giỏ trị cho trong bảng 6.2 của EN 1991-1-1:2002 trờn cũng tương đương với tiờu chuẩn TCVN 2737-95. Vớ dụ văn phũng cơ quan của trụ sở cơ quan theo TCVN 2737-95 là 200 daN/m2, theo EN 1991-1-1:2002 là loại B từ 200ữ300daN/m2. Nhà hàng ăn uống giải khỏt theo TCVN 2737-95 là 300daN/m2, theo EN 1991-1-1:2002 được biờn soạn theo hướng mở, cú tớnh chất giới thiệu để cỏc quốc gia ỏp dụng tựy theo từng trường hợp riờng.
d. Nhận xột về AS 4600 so với TCVN:
Khi tớnh toỏn tải trọng, cả 2 tiờu chuẩn (AS 4600 và TCXDVN 338:2005) đều quy định cú hệ số vượt tải. Tuy nhiờn hệ số vượt tải của AS 4600 lớn hơn của TCXDVN 338:2005. Cả 2 tiờu chuẩn đều quy định đưa tải trọng vào tớnh toỏn cần nhõn với hệ số tổ hợp, cỏc hệ số tổ hợp theo 2 tiờu chuẩn là khỏc nhau.
1.3.Vật liệu thộp sử dụng theo cỏc tiờu chuẩn thiết kế: 1.3.1. Vật liệu thộp theo tiờu chuẩn Việt Nam:
Vật liệu thộp dựng trong kết cấu phải được lựa chọn thớch hợp tuỳ theo tớnh chất quan trọng của cụng trỡnh, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc trưng của tải trọng và
phương phỏp liờn kết, v.v…Về ký hiệu theo TCVN 1765:1975 thộp cỏc bon thụng thường ký hiệu là CT, hai số sau là giới hạn bền tối thiểu khi kộo đứt tớnh bằng kG/mm2 (kN/cm2). Căn cứ theo cụng dụng, thộp được chia là 3 nhúm: nhúm A, thộp thuộc nhúm này phải đảm bảo tớnh chất cơ học; nhúm B phải đảm bảo thành phần hoỏ học; nhúm C phải đảm bảo cả thành phần hoỏ học và tớnh năng cơ học. Thộp dựng làm kết cấu chịu lực cú mỏc tương đương với cỏc mỏc thộp CCT34, CCT38 (hay CCT38Mn), CCT42 và cỏc mỏc tương ứng của TCVN 5709:1993, cỏc mỏc thộp hợp kim thấp theo TCVN 3104:1979. Khụng dựng thộp sụi cho cỏc kết cấu hàn làm việc trong điều kiện nặng hoặc trực tiếp chịu tải trọng động như dầm cầu trục chế độ nặng, dầm sàn đặt mỏy, kết cấu hành lang băng tải, cột vượt của đường dõy tải điện cao trờn 60m, v.v…Cường độ tớnh toỏn của vật liệu thộp cỏn và thộp ống đối với cỏc trạng thỏi ứng suất khỏc nhau được tớnh theo cỏc cụng thức của
bảng I.15. Trong bảng này fy và fu là ứng suất chảy và ứng suất bền kộo đứt của thộp, được đảm bảo bởi tiờu chuẩn sản xuất thộp và được lấy là cường độ tiờu chuẩn của thộp; γM là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mỏc thộp. Cường độ tiờu chuẩn fy, fu và cường độ tớnh toỏn f của thộp cỏc bon và thộp hợp kim thấp cho trong bảng I.16 và bảng I.17 (với cỏc giỏ trị lấy trũn tới 5 N/mm2). Đối với cỏc loại thộp khụng nờu tờn trong tài liệu này và cỏc loại thộp của nước ngoài được phộp sử dụng theo bảng I.15, lấy fy là ứng suất chảy nhỏ nhất và fu là ứng suất kộo đứt nhỏ nhất được đảm bảo của thộp, γM là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,1 cho mọi mỏc thộp.
Bảng I.15- Cường độ tớnh toỏn của thộp cỏn và thộp ống
Trạng thỏi làm việc Ký hiệu Cường độ tớnh toỏn
kộo, nộn, uốn F f=fy/γM
Trượt fv fv=0,58 fy/γM
ộp mặt lờn đầu mút (khi tỡ sỏt) fc fc=fu/γM ộp mặt trong khớp trụ khi tiếp xỳc chặt fcc fcc=0,5fu/γM ộp mặt theo đường kớnh của con lăn fcd fcd=0,025fu/γM
Bảng I.16-Cỏc giỏ trị fy , fu và f của thộp cỏc bon (TCVN 5709:1993) Đơn vị tớnh: N/mm2
Mỏc thộp
Cường độ tiờu chuẩn fy và cường độ tớnh toỏn f
với độ dày t(mm) Cường độ kộo đứt tiờu chuẩn fu khụng phụ thuộc bề dày t (mm) t ≤ 20 20 < t ≤ 40 40 < t ≤ 100 fy f fy f fy f CCT34 CCT38 CCT42 220 240 260 210 230 245 210 230 250 200 220 240 200 220 240 190 210 230 340 380 420
Bảng I.17-Cỏc giỏ trị fy , fu và f của thộp hợp kim thấp
fu fy f fu fy f fu fy F 09Mn2 450 310 295 450 300 285 - - - 14Mn2 460 340 325 460 330 315 - - - 16MnSi 490 320 305 480 300 285 470 290 275 09Mn2Si 480 330 315 470 310 295 460 290 275 10Mn2Si1 510 360 345 500 350 335 480 340 325 10CrSiNiCu 540 400* 360 540 400* 360 520 400* 360