quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện chịu nén của hai nhóm tiêu chuẩn kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành mỏng

Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng và Khoa sau đại học Hà Nội đã
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong qóa trình thực hiện Luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS NGUYễN QUANG VIÊN đã tận tình hướng dẫn,
Bộ môn thép – gỗ trường §HXD, Khoa Doanh Trại - Học Viện Hậu Cần đã trực tiếp
giúp đỡ, hỗ trợ để tôi có thể thực hiện Luận văn một cách tốt nhất.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người bạn và đồng nghiệp đã đồng hành,
chia sẻ và trao đổi những vướng mắc giúp tôi hoàn thành Luận văn này.
Với khả năng và thời gian nghiên cứu có hạn, nội dung của Luận văn chắc không tránh
khỏi có những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các
đồng nghiệp./.
Hà Nội, ngày 1/6/2008
Học viên: Chu Thị Hải Ninh
Chương mở đầu
A. Đặt vấn đề:
(1) Những năm gần đây ,víi sự phát triỈn nhanh chóng của nền kinh tế đất nước ta
theo đường lèi đổi míi, hàng nghìn công trình công nghiÖp, dân dụng đã được xây
dựng, mà phần lớn được làm bằng thép. Các công trình thép được thiỊt kế theo tiêu
chuẩn của nhiÒu nước : ViÖt Nam, Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu,….víi sự cho phép của nhà
nước ta.
Các qui phạm thiỊt kế của Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu rất hay được áp dụng (ví dụ víi
các công trình có nguồn vốn từ ODA, các nguồn vốn khác từ nước ngoài đầu tư vào
ViÖt Nam…) nhưng còn xa lạ víi đa số kĩ sư ViÖt Nam. Bên cạnh đó, khi gia nhập
WTO, ViÖt Nam phải dỡ bỏ các rào cản gồm rào cản thuế quan, rào cản kỹ thuật (tiêu
chuẩn kỹ thuật), rào cản về thể chế kinh doanh.Thông điÖp mà WTO gôi đến tất cả các
nước thành viªn là “Thương mại toàn cầu cần tíi những tiêu chuẩn toàn cầu”.Vì thỊ đặt
ra một yêu cầu cho ngành Xây dựng nói riªng của ViÖt Nam là phải xây dựng lại một
hệ thống tiêu chuẩn xây dựng mang tính đồng bộ, hiÔn đại, hài hoà và tiÔm cận víi
tiêu chuẩn quốc tế, tạo điÒu kiÔn cho qóa trình hội nhập của ngành.
Từ những năm 2001-2003, díi sự chỉ đạo trực tiÕp của lãnh đạo Bộ Xây Dựng,
trên cơ sở kết qña đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước “nghiªn cứu xây dựng đồng

bộ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng ViÖt Nam đến năm 2010 theo hướng đổi míi, hội
nhập”, Bộ Xây Dựng đã hình thành định hướng cho hệ thống Quy chuẩn và Tiêu
chuẩn xây dựng ViÖt Nam.
Tháng 6/2005: TCXDVN 338-2005, Kết cấu thép –Tiêu chuẩn thiỊt kế, do Bộ Xây
Dựng ban hành đã ra đời. Cơ sở của nó dựa theo tiêu chuẩn của Nga, Eurocode3,
Trung Quốc… đã chính thức được sử dụng trong lĩnh vực thiỊt kế kết cấu thép.
Từ những yếu tố nói trên cho thấy viÖc nghiªn cứu để có thể áp dụng các tiêu
chuẩn thiỊt kế kết cÂu thép của nước ngoài, đặc biÖt là các tiêu chuẩn như Quy phạm
Hoa Kì, tiêu chuẩn Anh, tiêu chuẩn Châu Âu, là cần thiỊt đặc biÖt cho các kỹ sư ViÖt
Nam khi làm viÖc víi những công trình sư dụng tiêu chuẩn nước ngoài.
(2) Thông thường khi nói đến thiỊt kế kết cÂu thép chóng ta chỉ nói đến thiỊt kế kết
cÂu cán nóng mà quên đi rằng bên cạnh nó còn sự có mặt của kết cÂu thép thành
máng (TM), loại kết cấu bắt đầu được áp dụng nhiÒu ở nước ta. Từ những sản phẩm
và cÂu kiÔn thông dụng như tÂm mái, tÂm tường, xà gồ, dầm sàn, đến nay có nhiÒu
dạng kết cấu hoàn chỉnh như khung nhà (một tầng, nhiÒu tầng), hệ thống mái,…Nước
ta đã có nhiÒu xưởng cán nguội làm ra sản phẩm và đang xây dựng một số nhà máy
sản xuất cuộn thép tÂm máng là nguyên liƯu cho thép TM.
Tuy nhiªn viÖc tính toán thiỊt kế loại kết cấu này còn xa lạ đối víi phần lớn kĩ sư ViÖt
Nam. NhiÒu người vẫn sử dụng Quy phạm thiỊt kế kết cÂu cán nóng, để tính toán kết
cÂu thành máng, là viÖc bất cập.
HiÔn nay, để thiỊt kế kết cấu TM ta đang áp dụng Quy phạm của khá nhiÒu nước: Mĩ,
Anh, châu Âu, úc,…Mĩ có bộ Quy phạm đồ sộ hoàn chỉnh nhất, nhưng Quy phạm Mĩ
rất hay thay đổi: ấn bản năm 1986 [7] đang được quen dùng thì có phiªn bản 1996 [2]
thay thế; míi vào ViÖt Nam chưa kịp làm quen đã lại bị thay thế bằng bản míi 2001.
Ngoài ra Quy phạm Mĩ sử dụng đơn vị pound, inch rất khó quen víi người đang dùng
hệ đơn vị SI. Quy phạm Anh có bản BS 5950 Phần 5 [10] cũng được sử dụng từ lâu,
nhưng theo chương trình hòa nhập của các nước Châu Âu, các tiêu chuẩn BS về kết
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
1
cấu sẽ được thay bằng Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode. HiÔn tại Eurocode về kết cÂu

TM chưa có. Quy phạm úc AS/NZS 4600:1996 [1] là Quy phạm hiÔn hành của úc và
New Zealand, được xây dựng dựa vào Quy phạm AISI 1996 và nhiÒu nghiªn cứu của
các nhà khoa học úc. Thực tế hiện nay, phần lớn các kết cấu TM đã và đang xây dựng
ở nước ta là sản phẩm của các công ty úc hoặc liên doanh nh Bluescope Lysaght,…và
đều sử dụng Quy phạm AS/NZS 4600:1996. Do đó trong phạm vi luận văn này, khi đề
cập đến kết cấu thép TM ta chọn Quy phạm AS/NZS 4600:1996 làm cơ sở so sánh với
nhóm kết cấu thép cán nóng.
(3) Để hoàn thành nhiệm vụ đặt ra từ những thực tế trên, ngành xây dựng cần đầu tư
thích đáng để thu nhập tài liệu (tiêu chuẩn và các tài liệu có liên quan), huy động tối đa
lực lượng khoa học và chuyên gia (ngành vật liệu, kết cấu và nền móng công trình, địa
kỹ thuật, thi công xây lắp, quản lý chất lượng …). Đồng thời cần có sự hợp tác quốc tế
nhằm tìm nguồn tài trợ cho chuyển dịch các tiêu chuẩn Eurocodes; tiếp tục hợp tác tích
cực với các cơ sở nghiên cứu của Anh, úc và các nước Châu Âu nhằm tham vấn, trao
đổi chuyên môn, giải mã các vấn đề thuộc nội dung của các tiêu chuẩn, học hỏi kinh
nghiệm thiết lập Phụ lục Quốc gia.
B. Mục tiêu và nội dung của đề tài:
Xuất phát từ thực tế sử dụng các tiêu chuẩn Xây dựng của nước ngoài trong lĩnh
vực thiết kế thép của các kĩ sư Việt Nam hiện nay đang gặp nhiều khó khăn, do chưa
hiểu thật đầy đủ về các tiêu chuẩn nước ngoài đó giống và khác với tiêu chuẩn trong
nước như thế nào. Trong phạm vi đề tài này, nhằm phân tích về : quan niệm, phương
pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện chịu nén
của hai nhóm tiêu chuẩn: kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành máng.
Trong nhóm Quy phạm dành cho kết cấu cán nóng sẽ sử dụng các Quy phạm, tiêu
chuẩn sau: TCXDVN 338:2005, Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000
và EN 1993-1-1:2005 (tuy nhiên chỉ TCXDVN 338:2005 là xét đầy đủ về quan niệm,
phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện
chịu nén, còn Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000 và EN 1993-1-
1:2005 sẽ chỉ dừng lại ở quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật
liệu).
Nhóm Quy phạm dành cho kết cấu thép thành máng (TM) sẽ chỉ sử dụng Quy

phạm úc AS/NZS 4600:1996.
Luận văn ứng dụng vào ví dụ tính toán cụ thể với cấu kiện chịu nén; để từ đó rót
ra những nhận xét và kiến nghị phù hợp trong việc áp dụng một số tiêu chuẩn nước
ngoài vào điều kiện Việt Nam.
Luận văn bao gồm những nội dung sau: Chương mở đầu; Chương I-Cơ sở thiết kế kết
cấu thép; Chương II-Cấu kiện chịu nén; Chương III-Một số ví dụ tính toán; Chương
IV-Hợp lý hóa tiết diện thép thành máng chịu nén; Chương V-Nhận xét và kết luận.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
2
C. Giới thiệu tổng quan về một số tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép.
1. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn Việt Nam
Bộ Xây Dựng Việt Nam đã có quyết định số 17/2005/Q§-BXD về việc ban hành
TCXDVN338:2005 “Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế” ngày 31/5/2005. Tiêu chuẩn
này thay thế tiêu chuẩn TCVN5575:1991 dùng để thiết kế kết cấu thép của công trình
xây dựng dân dụng và công nghiệp.Tiêu chuẩn này không dùng để thiết kế các công
trình giao thông, thủy lợi như các loại cầu, công trình trên đường, cửa van, đường
ống,v.v…
Về bản chất TCXDVN338:2005 không khác nhiều so với TCVN5575:1991, chỉ khác
về thuật ngữ ; có bổ sung thêm một số loại thép đang sử dụng trong xây dựng tại Việt
Nam như thép của Mü, Anh, úc, Nhật Bản, Trung Quốc; quy định chi tiết hơn về giới
hạn chuyển vị.
Nội dung TCXDVN338:2005 “Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế” gồm các phần sau:
Phần 1- Nguyên tắc chung; Phần 2- Tiêu chuẩn trích dẫn; Phần 3- Cơ sở thiết kế kết
cấu thép; Phần 4-Vật liệu của kết cấu và liên kết; Phần 5- Tính toán các cÊu kiện;
Phần 6- Tính toán liên kết; Phần 7- Tính toán kết cấu thép theo độ bền mái; Phần 8-
Các yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo khác khi thiết kế cấu kiện kết cấu thép; Phần 9- Các
yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo khác khi thiết kế nhà và công trình.
2. Giới thiệu chung về Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD
Phương pháp thiết kế kết cấu thép theo ứng suất cho phép của Quy định kĩ thuật
AISC/ASD. Tên đầy đủ là Quy định kĩ thuật để thiết kế nhà thép theo phương pháp

ứng suất cho phép và phương pháp thiết kế dẻo (The Specifications for Structural Steel
Buildings-Allowable Stress Design and Plastic Design) (gọi ngắn gọn là Quy phạm
AISC). Quy phạm này do Viện kết cấu thép Hoa Kì (American Institute of Steel
Construction, viết tắt là AISC) biên soạn và suất bản năm 1989 để sử dụng trong thiết
kế nhà khung thép. Từ 1993, một phương pháp khác được AISC ban hành là phương
pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (Load and Resistance Factor Design).
Cả 2 phương pháp này hiện nay được sử dụng nh nhau, tùy theo sự lựa chọn của người
thiết kế. Quy phạm này không có tính chất pháp lÝ bắt buộc mà chỉ mang tính chất
thông tin giúp cho người kĩ sư trong công việc của mình. Người sử dụng chịu hoàn
toàn trách nhiệm về độ an toàn của công trình.
Quy phạm AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (cũng còn
gọi là thiết kế theo ứng suất làm việc). Cơ sở của phương pháp này là nh sau : mọi cấu
kiện, mối liên kết và các liên kết phải được chọn kích thước sao cho ứng suất gây bởi
tải trọng làm việc không vượt qóa ứng suất đã qui định trước (ứng suất cho phép). ứng
suất cho phép không có giá trị nhất định mà thay đổi tùy theo trạng thái làm việc.ứng
suất cho phép khi chịu kéo là F
t
= 0,6F
y
; ứng suất cho phép khi uốn là F
b
= (0,6-
0,67)F
y
, tùy theo loại cấu kiện là đặc chắc hay không đặc chắc. ứng suất cho phép khi
nén bằng F
y
nhân với hệ số uốn dọc tùy thuộc độ mảnh của cấu kiện. Vấn đề phức tạp
nhất trong tính toán kết cấu thép là xác định đúng ứng suất cho phép. Sau khi xác định
được ứng suất cho phép thì chỉ so sánh nó với ứng suất làm việc tính bằng các công

thức thông thường của SBVL. Trong các công thức tính toán, các nội lực gây ra bởi tải
trọng theo tiêu chuẩn, không có hệ số vượt tải. Điểm khác của Quy định AISC so với
tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam là đã phân chia ra các loại cấu kiện có tiết diện đặc
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
3
chắc, không đặc chắc và tiết diện mảnh. Với tiết diện đặc chắc thì được phép sử dụng
hết khả năng ứng suất cho phép của vật liệu. Tiết diện không đặc chắc thì phải giảm
ứng suất cho phép đi, tiết diện mảnh thì còn phải giảm ứng suất cho phép nữa. Quy
định AISC chấp nhận việc cong vênh cục bộ của tiết diện, tức là cho phép một số bộ
phận của tiết diện không làm việc, bù lại sẽ giảm ứng suất cho phép đi để giữ nguyên
độ an toàn. Do đó có nhiều quy định cÂu tạo về độ mảnh của bông dầm, cánh dầm,
bông cột, cánh cột khác xa nhiều so với Tiêu chuẩn của ta. Những quy định nh vậy rất
có lợi cho việc giảm trọng lượng thép khi thiết kế. Trong từng lĩnh vực riêng, có các
Qui phạm tiêu chuẩn chuyên ngành. Về kết cấu thép, có các quy phạm thông dụng
được chấp nhận rộng rãi như sau : Về kết cấu hàn có Quy phạm hàn (1996) của AWS
American Welding Society; Về thiết kế nhà tiền chế, có chỉ dẫn về thiết kế nhà thép
(1996) của MBMA Metal Building Manufacturers Association; Về kết cấu thép tạo
hình nguội, có sách chỉ dẫn (1989) của AISI American Iron and Steel.
3. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn BS 5950
Tiêu chuẩn BS 5950 là một bộ tiêu chuẩn lớn, mang tên: “Kết cấu thép sử dụng cho
nhà” (Structural use of steel work in building) thực tế gồm các Quy phạm về thiết kế,
chế tạo, dựng lắp, phòng cháy cho các loại kết cấu thép được biên soạn bởi Ban kĩ
thuật thuộc Ban tiêu chuẩn xây dựng công trình và nhà ( gồm các thành viên Hiệp hội
kết cấu thép Anh, Ban đường sắt, Bộ môi trường, Học viện kết cấu thép, Học viện kỹ
sư kết cấu, Học viện kỹ sư xây dựng, Học viện kiến trúc sư Hoàng Gia, Học viện Hàn,
…) và được ban hành bởi Viện tiêu chuẩn Anh (British Standard Institute) BSI. Đó là
bộ tiêu chuẩn mang tính quốc gia, là duy nhất ở nước Anh. Anh là nước đi sớm nhất về
việc dùng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn BS 5950 sử dụng
phương pháp này, và được cải biên thay thế theo các năm. Bản BS có các phiên bản
năm 1985, 1990, 2000. Phiên bản năm 2000 là bản tiêu chuẩn có cơ sở lý luận vững

chắc, được hỗ trợ bởi nhiều bảng tính sẵn và tài liệu hướng dẫn kèm theo, là cơ sở
chính để các nước châu Âu biên soạn ra tiêu chuẩn Eurocode về kết cấu thép. Trên thế
giới, tiêu chuẩn BS 5950 được biết và được chấp nhận sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt
trong khối các nước Châu Âu và Châu ¸, có các nước như Singapore, Thái Lan,
Malaysia, Trung Quốc, …Tiêu chuẩn BS được viết rất cô đọng, có nhiều vấn đề phức
tạp không có trong tiêu chuẩn, quy phạm quen dùng ở nước ta. Có thể nói, nếu chỉ dựa
vào toàn văn của cuốn BS thì khó mà tính toán thiết kế được. Tiêu chuẩn BS
5950:2000 gồm 9 phần được xuất bản riêng rẽ:
Phần 1. Quy phạm thiết kỊ kết cấu đơn giản và liên tục: tiết diện cán nóng
Phần 2. Quy định kĩ thuật đối víi vật liệu, chế tạo và dựng lắp: tiết diện cán nóng
Phần 3. Thiết kế kết cấu hỗn hợp.
Chương 3.1 Quy phạm thiết kế dầm hỗn hợp đơn giản và liên tục.
Chương 3.2 Quy phạm thiết kế cột và khung hỗn hợp.
Phần 4. Quy phạm thiết kế sàn với bản lát thép tạo hình.
Phần 5. Quy phạm thiết kế tiết diện tạo hình nguội.
Phần 6. Quy phạm thiết kế tÂm lợp, tÂm sàn và tÂm tường loại nhẹ.
Phần 7. Quy định kĩ thuật đối với vật liệu và chế tạo: tiết diện tạo hình nguội
Phần 8. Quy phạm thiết kế chống cháy.
Phần 9. Quy phạm thiết kế vỏ bọc chịu lực.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
4
Mục đích của BS là xác định các tiêu chí chung cho việc thiết kế kết cấu thép của
nhà và các công trình liên quan; chỉ dẫn cho người thiết kế các phương pháp thực hiện
các tiêu chí này. KÝ hiệu đầy đủ là BS 5950 – 1:2000 gồm 7 chương: Chương 1: Đại
cương; Chương 2: Thiết kế theo trạng thái giới hạn; Chương 3: Các tính chất của vật
liệu và đặc trưng tiết diện; Chương 4: Thiết kế các cấu kiện; Chương 5: Kết cấu liên
tục; Chương 6: Liên kết; Chương 7:Thử nghiệm bằng gia tải.
4. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn Châu Âu.
Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocodes là một bộ tiêu chuẩn về kết cấu công trình (Structural
Eurocodes) do Tiểu ban kĩ thuật CEN/TC250 soạn thảo và được Uỷ ban châu Âu về

tiêu chuẩn hóa (ComitÐ EuropÐen de Normalisation – CEN) ban hành để áp dụng
chung cho các nước thuộc Liên minh châu Âu (EU). Từ năm 1975, Uỷ ban cộng đồng
châu Âu (The European Community) đã quyết định một chương trình hành động trong
lĩnh vực xây dựng, trong đó đối tượng của chương trình là loại trừ những rào cản kĩ
thuật trong thương mại và tiến tới hài hòa các quy định kĩ thô©t. Trong khuôn khổ của
chương trình, một loạt các quy tắc kĩ thuật hài hòa trong thiết kế xây dựng đã được
hình thành để thay thế cho các quy tắc trong tiêu chuẩn quốc gia các nước thành viên.
Năm 1988 trong khuôn khổ của văn bản định hướng của Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu,
trong văn bản DI 89/106 ngày 01/12/1988 đưa ra ý tưởng phải xây dựng hệ tiêu chuẩn
xây dựng dùng chung cho Châu Âu. Tiêu chuẩn Châu Âu được mang tên
EUROCODES. Đây là tiêu chuẩn mà các nước Châu Âu muốn thống nhất về quan
niệm, về định hình kích thước kết cÂu nhà cửa và công trình xây dựng liên quan đến
vật liệu sử dụng, biện pháp thi công và công tác kiểm tra chất lượng. Việc xây dựng và
áp dụng EUROCODES được sự bảo trợ của Hội đồng Châu Âu (CEE) phù hợp với thị
trường xây dựng ở châu lục này. Vào năm 1990 Hội đồng Châu Âu giao cho Ban Tiêu
chuẩn hoá Châu Âu (CEN) soạn thảo EUROCODES và ban hành thành quy phạm.
Ban thư ký soạn thảo có trụ sở tại Anh quốc và có 9 tiểu ban soạn thảo chi tiết. Toàn
bộ EUROCODES được chia thành nhiều phần, tiến hành trên 57 lĩnh vực. Năm 1993
Ban Tiêu chuẩn hoá Châu Âu đã tuyển chọn xong các lĩnh vực chủ yếu. Năm 1994
thành lập các Ban xây dựng hồ sơ thuộc các quốc gia (DAN) để tiến hành dịch những
tài liệu theo ngôn ngữ của các nước thành viên. Thời kỳ đầu, Ban Tiêu chuẩn hoá Châu
Âu thỏa thuận với Hội đồng Châu Âu gọi EUROCODES là tiêu chuẩn sơ bộ của Châu
Âu (ENV). Điều này có nghĩa tiêu chuẩn này mới là tiêu chuẩn thực nghiệm. Những
tiêu chuẩn này có giá trị (về lý thuyết) trong 3 năm (và thường được kéo dài thêm một
thời hạn 2 năm nữa). Thời hạn này tạo cơ hội cho Tiêu chuẩn Châu Âu xâm nhập trong
các dự án xây dựng. Trong thời kỳ áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu này các tiêu chuẩn
riêng của quốc gia thành viên vẫn có giá trị sử dụng. Hết thời kì sơ bộ thì mọi tiêu
chuẩn riêng biệt của quốc gia thành viên nào trái với các điều khoản của
EUROCODES sẽ không được tuân thủ trong các nước thành viên của cộng đồng Châu
Âu. Hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu về kết cấu công trình xây dựng hiện nay bao gồm

các tiêu chuẩn chính và các tiêu chuẩn khác tham chiếu trong các tiêu chuẩn chính.
Các tiêu chuẩn chính bao gồm: Eurocode 0: Cơ sở thiết kế; Eurocode 1: Các tác động
lên kết cấu; Eurocode 2: Thiết kế kết cấu bê tông; Eurocode 3: Thiết kế kết cấu thép;
Eurocode 4: Thiết kế kết cấu hỗn hợp thép – bê tông; Eurocode 5: Thiết kế kết cấu gỗ;
Eurocode 6: Thiết kế các kết cấu xây dựng; Eurocode 7: Thiết kế địa kĩ thuật;
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
5
Eurocode 8: Quan niệm và cách xác định kích thước các kết cấu để chống lại động
đất; Eurocode 9: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm.
Đặc điểm chung của hệ thống các tiêu chuẩn nói trên là: (1) Mỗi tiêu chuẩn chia
thành một số phần, trong đó phần chung nói về các quy định chung, các phần riêng nói
về các chuyên đề cụ thể với tổng cộng 58 phần trong các tiêu chuẩn Eurocodes; (2)
Nguyên tắc biên soạn tiêu chuẩn là chỉ nêu những yêu cầu, không quy định cứng nhắc
và quá chi tiết, tạo điều kiện cho người sử dụng có thể tiếp cận theo nhiều phương
pháp khác nhau; (3) Phụ lục quốc gia bao gồm các thông số theo yêu cầu của tiêu
chuẩn sẽ do mỗi quốc gia nghiên cứu và lựa chọn.
Tiêu chuẩn EN 1990 (Những cơ sở thiết kế kết cấu) đưa ra nguyên tắc độ tin cậy,
các trường hợp tổ hợp tải trọng và hệ số tổ hợp đối với kết cấu nhà và c«nh trình.
Tiêu chuẩn EN 1991 (Tác động lên kết cấu) bao gồm EN 1991-1-1 (Tải trọng bản
thân, hoạt tải); EN 1991-1-2 (Tác động lên kết cấu tiếp xúc với lửa); EN 1991-1-3 (Tải
trọng tuyến); EN 1991-1-4 (Tải trọng gió); EN 1991-1-5 (Tác động của nhiệt); EN
1991-1-6 (Tác động trong qóa trình thi công); EN 1991-1-7 (Tác động do va đập và
nổ); EN 1991-2 (Tải trọng lưu thông trên cầu); EN 1991-3 (Tác động của cầu trục và
máy móc) và EN 1991-4 (Tác động lên sil« và bồn bÓ).
Tiêu chuẩn EN 1993 (Thiết kế kết cấu thép) bao gồm: EN 1993-1-1 (Nguyên tắc
chung); EN 1993-1-2 (Kết cấu chịu lửa); EN 1993-1-3 (Cấu kiện thép tạo hình nguội);
EN 1993-1-4 (Thép không gỉ); EN 1993-1-5 (Cấu kiện tÂm); EN 1993-1-6 (Độ bền và
ổn định của kết cấu vỏ); EN 1993-1-7 ((Độ bền và ổn định của kết cấu từ thép tÂm
chịu tải trọng ngang); EN 1993-1-8 (Thiết kế mối nối); EN 1993-1-9 (Độ bền mái của
kết cấu thép); EN 1993-1-10 (Lựa chọn vật liệu có tính bền dai); EN 1993-1-11 (Thiết

kế kết cấu với bộ phận chịu kéo bằng thép); EN 1993-1-12 (Các nguyên tắc bổ sung
cho thép cường độ cao); EN 1993-2 (Cầu thép); EN 1993-3 (Tháp, trụ, ống khói); EN
1993-4 (Sil«,bể chứa và đường ống); EN 1993-5 (Cọc và ván cừ); EN 1993-6 (Kết cấu
đỡ cầu trục).
Theo lộ trình đã được quyết định, đến năm 2010 toàn bộ các nước trong Liên minh
Châu Âu sẽ áp dụng thống nhất tiêu chuẩn Eurocode trong lĩnh vực thiết kế xây dựng
(Anh Quốc áp dụng từ 2007, thay thế toàn bộ tiêu chuẩn mang mã hiệu BS bằng tiêu
chuẩn Eurocode mang mã hiệu BS EN; Pháp thay thế tiêu chuẩn NF bằng NF EN).
Cho đến nay, tất cả các nước trong Liên minh Châu Âu (EU) đã thống nhất áp dụng hệ
thống tiêu chuẩn Eurocodes. Đó là các nước Anh, Aã, Ba Lan, Bỉ, Bồ Đào Nha, Cộng
Hòa Séc, Đan Mạch, Đức, Estonia, Litva, Luxembua, Na Uy, Malta, Hà Lan, Hungary,
Hy Lạp, Italia, Pháp, Phần Lan, SÝp, Slovakia, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sü.
Qóa trình chuyển dịch và áp dụng ở các nước được thống nhất vào năm 2010. Tuy
nhiên cho đến nay chưa có nước nào hoàn thành chuyển dịch toàn bộ hÔ thống tiêu
chuẩn Eurocode, thậm chí cả Anh và Pháp. Tại Anh Quốc, theo “chiến lược quốc gia
áp dụng Eurocodes” của Văn phòng Phó Thủ tướng Anh, việc nghiên cứu các Phụ lục
quốc gia và chuẩn bị cho việc áp dụng tiêu chuẩn Eurocodes cũng phải mất hơn 15
năm với kinh phí ước tính lên tới hơn 10 triệu bảng Anh (khoảng 300 tư Đồng Việt
Nam). Nhiều nước khác trên thế giới cũng đặc biệt quan tâm đến các tiêu chuẩn Châu
Âu Eurocodes như Nga, Ucraina, Bungari, Nhật Bản, Trung Quốc, Malaysia,
Singapore, Việt Nam, các nước trong vùng Caribee,…Tháng 11/2006, tại Singapore đã
diễn ra Hội nghị Quốc tế vÌ việc áp dụng Eurocodes ở Singapore, trong đó đã thảo luận
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
6
về Eurocode 7 (Thiết kế địa kĩ thuật). Khi áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Eurocodes,
ngoài nội dung của tiêu chuẩn đã được thống nhất, phần Phụ lục Quốc gia (Nation
Annex) kèm theo tiêu chuẩn có vai trò hết sức quan trọng đối với mỗi nước. Trong phụ
lục này, các thông số tính toán và thiết kế phải được nghiên cứu và lựa chọn phù hợp
với điều kiện tự nhiên, vật liệu và trình độ công nghệ của mỗi nước. Do đó, đây không
đơn thuần chỉ là việc dịch thuật mà còn là nhiệm vụ nghiên cứu hết sức phức tạp, khối

lượng công việc rất lớn, đòi hỏi sự đầu tư trí tuệ và nguồn lực để hoàn thành các công
việc nghiên cứu, chuyển dịch, phổ biến và áp dụng. Ngoài những tiêu chuẩn chủ yếu
về kết cấu xây dựng , có hơn 100 tiêu chuẩn Châu Âu khác về vật liệu, thí nghiệm, thi
công, quản lÝ chất lượng cũng được tham chiếu trong các tiêu chuẩn Eurocodes. ở
nước ta theo kế hoạch, một số tiêu chuẩn Eurocodes của Châu Âu đã và đang được Bộ
Xây Dùng cho nghiên cứu để chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam; nghiên cứu và
đưa ra các thông số để thành lập các Phụ lục Quốc gia, trong đó có việc soát xét lại các
TCVN hoặc TCXDVN đã ban hành (một số tiêu chuẩn Việt Nam đã được chuyển dịch
từ tiêu chuẩn ISO, tương thích với các tiêu chuẩn được trích dẫn trong Eurocodes).
5. Giới thiệu chung về các Quy phạm thiết kế kết cấu thép thành máng (TM) :
Văn bản kĩ thuật qui định cách thiết kế kết cấu thành máng được thiết lập ở nhiều
nước, mang tên khác nhau nh Standard – Tiêu chuẩn (Anh, úc), Specifications – Quy
định kĩ thuật (Mĩ), Code – Quy phạm (châu Âu, Trung Quốc).
5.1.Mĩ:
Mĩ là nước đầu tiên trên thế giới có Tiêu chuẩn quy phạm năm 1946 mang tên
“Specifications for the design of cold formed steel structural member – Quy định kĩ
thuật về thiết kế cấu kiện thép thành máng tạo hình nguội” của Viện Sắt Thép Hoa Kì
(AISI), sử dụng phương pháp ứng suất cho phép. Từ đó đến nay, liên tục được soát xét
chỉnh sửa, đã tái bản lần lượt năm 1956, 1960, 1962, 1968, 1980, 1986, đều vẫn dùng
phương pháp ứng suất cho phép. ấn bản 1996 đã có thêm phương pháp hệ số tải trọng
và hệ số cường độ dùng song song bên cạnh phương pháp cũ. Bản mới nhất là năm
2001, mang tên rộng hơn không còn là AISI mà là Bắc Mĩ 2001. Việc thay đổi liên tục
Quy phạm của Mĩ chứng tỏ luôn có những nghiên cứu mới để bổ sung, cập nhật đồng
thời cũng cho thấy là còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết ổn định, chưa có kết luận
dứt khoát.
5.2. Anh và Châu Âu:
Bộ Tiêu chuẩn về kết cấu thép của Anh mang tên BS 5900 “Structural use of
Steelwork in Building – Kết cấu thép trong nhà” có phần 5 năm 1991 mang tên “Code
of practice for the design of cold formed sections – Quy phạm thiết kế thanh tạo hình
nguội” là quy phạm hiện hành ở Anh, sử dụng phương pháp tr¹g thái tới hạn. Theo

chương trình chung của các nước châu Âu, trong thời gian tới, tiêu chuẩn BS về kết
cấu sẽ hòa nhập với Quy phạm châu Âu Eurocode. Trong bộ Quy phạm châu Âu về kết
cấu thép EN 1993 (thường gọi là Eurocode 3), có chương 1-3 là thiết kế cấu kiện thành
máng mang tên “EN 1993-1-3 Design of Steel Structurals : Cold-formed thin gauge
members and sheeting – Thiết kế kết cấu thép: cấu kiện và tÂm thành máng tạo hình
nguội”, hiện vẫn chưa đưa vào sử dụng.
5.3. Trung Quốc:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
7
Quy phạm mới nhất của Trung Quốc mang tên “GB 50018-2002 Quy phạm kĩ thuật để
thiết kế kết cấu thép thành máng tạo hình nguội” ban hành năm 2002 thay thế cho Quy
phạm cũ năm 1987. Quy phạm này phản ánh các nghiên cứu độc đáo của Trung Quốc,
không phụ thuộc vào bất cứ quy phạm của nước ngoài nào.
5.4. úc:
Quy phạm hiện hành của úc là AS/NZS 4600:1996 “Cold-formed steel structures – Kết
cấu thép tạo hình nguội” là Quy phạm chung của hai nước úc và New Zealand, thay
thế cho Quy phạm cũ AS 1538 – 1988. Quy phạm này kế thừa các nghiên cứu của Quy
phạm cũ, đồng thời dựa nhiều vào Quy phạm Mĩ AISI 1996. Ngoài ra có nhiều nghiên
cứu của các nhà khoa học úc được đưa vào khiến cho Quy phạm này tỏ ra đầy đủ hơn
AISI 1996 .
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
8
Chương i- cơ sở thiết kế kết cấu thép
1.1.Các nguyên tắc thiết kế chung
1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo TCXDVN 338:2005
(1) Tiêu chuẩn này sử dụng phương pháp tính toán kết cấu thép theo trạng thái
giới hạn. Kết cấu được thiết kế sao cho không vượt qóa trạng thái giới hạn của nó.
(2) Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt quá thì kết cấu không còn thỏa
mãn các yêu cầu sử dụng hoặc khi dựng lắp được đề ra đối với nó khi thiết kế. Các
trạng thái giới hạn gồm:

-Các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực là các trạng thái mà kết cấu không còn
đủ khả năng chịu lực, sẽ bị phá hoại, sụp đổ hoặc hư háng làm nguy hại đến sự an toàn
của con người, của công trình. Đó là các trường hợp: kết cấu không đủ độ bền (phá
hoại bền), hoặc kết cấu bị mất ổn định, hoặc kết cấu bị phá hoại giòn, hoặc vật liệu kết
cấu bị chảy.
-Các trạng thái giới hạn về sử dụng là các trạng thái mà kết cÂu không còn sử dụng
bình thường được nữa do bị biến dạng qóa lớn hoặc do hư hỏng cục bộ. Các trạng thái
giới hạn này gồm: trạng thái giới hạn giới hạn về độ vâng và biến dạng làm ảnh hưởng
đến việc sử dụng bình thường của thiết bị máy móc, của con người hoặc làm hỏng sự
hoàn thiện của kết cấu, do đó hạn chế việc sử dụng công trình; sự rung động qóa mức;
sự han gỉ qóa mức.
(3) Khi tính toán kết cÂu theo trạng thái giới hạn phải dùng các hệ số độ tin cậy
sau:
-Hệ số độ tin cậy về cường độ γ
M
(xem mục 1.3.1).
-Hệ số độ tin cậy về tải trọng γ
Q
(còn gọi là hệ số vượt tải)
-Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu γ
C
(bảng 3 TCXDVN 338:2005)
Cường độ tính toán của vật liệu kết cÂu là cường độ tiêu chuẩn nhân với hệ số γ
C
và
chia cho hệ số γ
M
; tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số γ
Q

1.1.2. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo Quy phạm AISC/ASD
(1) Quy phạm AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép
(hay cách gọi khác: thiết kế theo ứng suất làm việc). Cơ sở của phương pháp này là:
mọi cấu kiện, mối liên kết và các liên kết phải được chọn kích thước sao cho ứng suất
gây bởi tải trọng làm việc không vượt qóa ứng suất cho phép đã quy định trước. Quy
phạm ấn định giá trị ứng suất cho phép để có một độ an toàn trước khi đạt tới một ứng
suất giới hạn không được vượt qua nh là ứng suất chảy tối thiểu của thép, hoặc ứng
suất oằn (vì tại các ứng suất này thì xảy ra phá hoại). ứng suất cho phép lấy bằng ứng
suất giới hạn (nh giới hạn chảy F
y
hoặc ứng suất tới hạn F
cr
), chia cho một hệ số an
toàn FS (factor of safety). Hệ số an toàn đảm bảo một lượng dự trữ về khả năng chịu
lực cho kết cÂu và các cÂu kiện. Cần có dự trữ khả năng chịu lực để xét đến khả năng
quá tải (tải trọng vượt qóa tải trọng dự kiến khi sử dụng bình thường) và khả năng chịu
lực kém do kích thước thép bị thiếu hụt hoặc do cường độ của thép có thể thấp hơn giá
trị tối thiểu đã quy định.
(2) Để xác định hệ số an toàn FS, phải xét đến nhiều yếu tố. Đương nhiên là độ bền
tối thiểu phải lớn hơn ứng suất gây bởi tải trọng lớn nhất một lượng nhất định nào đó.
Giả thiết ứng suất thực tế (hay tải trọng thực tế, cũng là vậy) vượt qóa ứng suất thiết kế
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
9
S (hay là tải trọng sử dụng) một lượng ∆S, và độ bền thực tế là nhỏ hơn độ bền danh
nghĩa R một lượng ∆R. Kết cấu muốn an toàn thì ít nhất phải có :
R - ∆R = S + ∆S hay (1.1)
Hệ số an toàn chính là tỉ số của độ bền danh nghĩa trên ứng suất thiết kế:
(1.2)
Phương trình này cho thấy ảnh hưởng của việc qóa tải ∆S/S và việc chịu lực kém
∆R/R, chứ chưa xét các yếu tố khác. Nếu giả thiết rằng sự qóa tải ngẫu nhiên ∆S/S có

thể lớn hơn giá trị danh nghĩa 40% và giả thiết sự chịu lực kém ∆R/R có thể nhỏ hơn
giá trị danh nghĩa 15% thì có:
(1.3)
Quy phạm AISC dùng FS=1,67 là giá trị cơ bản của thiết kế theo ứng suất cho
phép. ứng suất cho phép là ứng suất giới hạn chia cho hệ số an toàn FS này, tức là:
(dùng cho dầm và cấu kiện chịu kéo).
Với các trường hợp khác (cột, liên kết, v.v.) thì dùng các giá trị FS khác.
Điều A5.2 của Quy phạm AISC có một quy định quan trọng như sau: ứng suất cho
phép có thể được tăng thêm 1/3 so với giá trị thông thường nếu tính toán với tải trọng
gió hoặc động đất, các tải trọng này tác dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với tĩnh tải và hoạt
tải.
1.1.3. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo BS5950:Part 1:2000
(1) Theo truyền thống chung của các Quy phạm Anh, BS 5950 áp dụng phương
pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn. Theo phương pháp này, một số tiêu chí được
chọn ra để đánh giá việc thực hiện công năng của kết cấu và được kiểm tra xem có
thoả mãn không. Các tiêu chí được chia ra làm 2 nhóm lớn được gọi là: trạng thái cực
hạn (phá hỏng) và trạng thái sử dụng (làm việc bình thường).
Trạng thái giới hạn về phá háng bao gồm:
- Độ bền chịu lực (phá hoại, bị oằn, bị chảy).
- ổn định chống lật đổ.
- Phá hoại về mái.
- Phá hoại giòn.
Trạng thái giới hạn về sử dụng bao gồm:
- Độ vâng.
- Sự rung.
- Độ lâu bền, sự ăn mòn.
Các giá trị giới hạn của mỗi tiêu chí được cho trong BS 5950.
(2) Hệ số an toàn:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
10

Hệ số an toàn được dùng trong thiết kế để xét đến các sự biến động của tải trọng, của
vật liệu, nhân công, v.v. mà sự biến động này không thể đánh giá một cách chính xác
được. Hệ số an toàn phải bao quát được các vấn đề:
- Biến động của tải trọng;
- Các tổ hợp có thể có của tải trọng;
- Phương pháp thiết kế và cÏ chi tiết;
- Các phương pháp chế tạo và dựng lắp;
- Biến động của vật liệu.
Hệ số an toàn có thể áp dụng vào toàn bộ một thiết kế (gọi là hệ số an toàn chung)
hoặc vào nhiều mục của thiết kế (gọi là hệ số an toàn bộ phận). Phương pháp ứng suất
cho phép chỉ dùng một hệ số an toàn chung duy nhất còn phương pháp trạng thái giới
hạn thì dùng nhiều hệ số an toàn bộ phận. Đây là các hệ số an toàn thông dụng nhất
dùng trong thiết kế kết cấu thép:
a) Hệ số an toàn tải trọng
γ
f
. Hệ số này được nhân với tải trọng tiêu chuẩn (hay còn
gọi là tải trọng danh nghĩa) để thành tải trọng tính toán (hay còn gọi là tải trọng
đã gia tăng). Hệ số γ
f
xét sự biến động của giá trị tải trọng, các tổ hợp tải trọng
và xét cả phương pháp thiết kế. Nó được viết thành tích số của các hệ số:
(1.4)
Trong đó xét sự sai khác có thể có của tải trọng so với giá trị quy định; xét xác
suất các tải trọng xuất hiện đồng thời cùng với giá trị lớn nhất quy định; tích của 2 hệ
số này được gọi là hệ số tải trọng. xét sự sai khác của kết cấu so với mô hình tính
toán nó, xét sự sai khác của ứng xử của vật liệu trong kết cấu so với giả thiết tính
toán. Tích của 2 hệ số này được gọi là hệ số kết cấu.
Các giá trị của được cho trong bảng 1.1 dưới đây (trích từ bảng 2, BS 5950)
Bảng 1.1. Hệ số an toàn tải trọng

STT Các trường hợp tải trọng
Hệ số an toàn tải trọng
1 Tải trọng tĩnh 1,4
2 Tải trọng tĩnh chống lực bốc hay lật đổ 1,0
3 Hoạt tải (còn gọi là tải trọng áp đặt) 1,6
4 Tải trọng gió 1,4
5 Tải trọng kết hợp 1+3+4 1,2
b) Hệ số an toàn cường độ vật liệu
γ
m
.
Hệ số này được lấy bằng 1,0. Lấy
γ
m
=1,0 không có nghĩa là không có dự trữ an toàn
cho độ bền vật liệu, mà thực ra dự trữ này đã được xét khi quy định cường độ tính toán
của vật liệu. Qña vậy, hệ số này có thể viết thành:

Trong đó: , là những hệ số an toàn bộ phận của vật liệu, xét sự biến động của
tính chất vật liệu và cả phương pháp chế tạo và dựng lắp. GÝa trị của các hệ số này
được đưa vào giá trị của cường độ tính toán của thép p
y
(xem mục 1.3.3).
1.1.4. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo EN 1993-1-1:2005
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
11
(1)-Thiết kế theo trạng thái giới hạn: EN 1993-1-1:2005 quy định tính toán kết
cấu thép theo trạng thái giới hạn. Cũng bao gồm: Các trạng thái giới hạn về khả năng
chịu lực và Các trạng thái giới hạn về sử dụng
(2)-Hệ số độ tin cậy: hệ số độ tin cậy gồm: , ( là hệ số an toàn về tải trọng); ψ

i
=0,5÷1,0 (là hệ số tổ hợp tải trọng); (là hệ số an toàn vật liệu).
1.1.5. các phương pháp thiết kế cấu kiện thành máng.
(1) - Hiện nay trên thế giới tồn tại hai phương pháp chính để thiết kế cấu kiện thành
máng: Phương pháp ứng suất cho phép và phương pháp trạng thái giới hạn. Phương
pháp ứng suất cho phép (ASD – allowable stress design) được áp dụng ở Mĩ trong tiêu
chuẩn AISI trước năm 1991. Từ 1991, Tiêu chuẩn AISI có thêm phương pháp hệ số
tải trọng và cường độ (LRFD – Load and resistance factor design) được dùng song
song với phương pháp ASD. Phương pháp hệ số tải trọng và cường độ của AISI thực
tế rất gần với phương pháp trạng thái giới hạn tuy khác tên gọi và nội dung cũng không
phải là hoàn toàn giống nhau. Các nước khác nh Anh, Pháp, Nga, Trung Quốc và óc
đều sử dụng phương pháp trạng thái giới hạn (limit state design) để thiết kế kết cấu
thành máng.
(2) –Phương pháp ứng suất cho phép ASD của Quy phạm AISI 1996
• Phương pháp ASD được áp dụng trong Quy phạm AISI từ năm 1946 và vẫn tiếp tục
được áp dụng nh một trong hai phương pháp của Quy phạm 1996. Nội dung chính của
phương pháp này là : độ chịu lực yêu cầu R (tức là nội lực nh lực dọc, m«men, lực cắt)
do tải trọng làm việc sinh ra không được vượt qóa độ chịu lực thiết kế cho phép R
a
:
(I-1)
Độ chịu lực cho phép được tính bằng độ chịu lực danh nghĩa chia cho hệ số an toàn Ω:
(I-2)
Độ chịu lực danh nghĩa là khả năng chịu lực của cấu kiện đối với một trạng thái tính
toán hoặc một cách phá hủy đã cho, được tính theo các đặc trưng hình học của cấu kiện
(diện tích tiết diện, m«®un chống uốn, m«men quán tính,…) và các đặc trưng vật liệu
(giới hạn chảy và giới hạn bền).
Hệ số an toàn Ω được chọn giá trị khác nhau tùy theo loại cấu kiện và trạng thái ứng
suất. Phần lớn trường hợp giá trị của Ω lấy là 1,67 ; ngoài ra còn có các giá trị 1,8; 2,0.
Liên kết hàn thì Ω lấy bằng 2,5; liên kết bul«ng thì là 2~2,22.

• Các tổ hợp tải trọng của phương pháp ASD được quy định nh sau:
D
D+L+(L
r
hoặc S hoặc R
r
)
D+(W hoặc E)
D+L+( L
r
hoặc S hoặc R
r
)+( W hoặc E)
Trong đó D = tải trọng tĩnh;
L = hoạt tải sử dụng;
L
r
= hoạt tải trên mái;
S = tải trọng tuyết;
R
r
= tải trọng mưa (không xét đọng thành vũng);
W = tải trọng gió;
E = tải trọng động đất.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
12
Khi tính với tải trọng gió (hoặc động đất) tác dụng đồng thời với tĩnh tải và hoạt tải thì
theo cách thường dùng của phương pháp ASD, ứng suất cho phép được tăng lên 4/3
lần do tác dụng của gió (hoặc động đất) chỉ trong thời gian rất ngắn và mang tính cục
bộ. Theo Quy phạm AISI của kết cấu thành máng thì không tăng ứng suất cho phép mà

giảm ảnh hưởng của tổ hợp tải trọng 25%, tức là tương đương với việc nhân ảnh
hưởng tải trọng với hệ số 0,75. Việc giảm ảnh hưởng tải trọng này chỉ được áp dụng
cho các tính toán về độ chịu lực.
(3) –Phương pháp hệ số tải trọng và cường độ LRFD của AISI 1996.
Phương pháp LRFD được viết chính thức thành một Quy phạm riêng từ 1991 để dùng
nh một phương pháp tùy chọn cùng với ASD của Quy phạm 1986. Từ AISI 1996, hai
phương pháp được ghép chung vào một Quy phạm để áp dụng tùy chọn. Khác với
phương pháp ASD chỉ có một hệ số an toàn duy nhất, phương pháp LRFD sử dụng
nhiều hệ số an toàn để xét đầy đủ hơn các biến động khác nhau của tải trọng, của vật
liệu, của trạng thái làm việc.
•
Công thức thiết kế: Công thức thiết kế thể hiện điều kiện an toàn của phương pháp
LRFD được viết dưới dạng:
(I-3)
Trong đó: R
n
= độ chịu lực danh nghĩa;
Q = tác dụng của tải trọng (nội lực);
φ = hệ số độ chịu lực ứng với R
n
;
γ = hệ số tải trọng ứng với Q;
φR
n
= độ chịu lực thiết kế;
Σγ
i
Q
i
= độ chịu lực yêu cầu (tức là nội lực) do các tải trọng đã được nhân hệ

số.
Độ chịu lực danh nghĩa R
n
là tổng cường độ của cấu kiện ở một trạng thái làm việc xác
định, được tính với các đặc trưng hình học của cấu kiện (diện tích tiết diện, m«®un
chống uốn, m«nen quán tính, …) và các đặc trưng vật liệu (giới hạn chảy và giới hạn
bền). Nh vậy theo định nghĩa, độ chịu lực danh nghĩa R
n
của phương pháp này cũng
chính là độ chịu lực danh nghĩa tính theo phương pháp ASD. Độ chịu lực danh nghĩa
R
n
bị giảm đi bởi hệ số φ để xét các biến động về vật liệu và các biến động khác. Tác
dụng của tải trọng Q tức là các nội lực dọc, m«men, lực cắt tại tiết diện được xác định
bởi phân tích và có tăng thêm bằng các hệ số tải trọng γ để xét các biến động về tải
trọng. Công thức (I-3) có nghĩa : Trong mọi trường hợp, độ chịu lực danh nghĩa R
n
bị
giảm đi bởi hệ số φ không được nhỏ hơn nội lực đã được gia tăng bởi hệ số tải trọng.
•
Các hệ số tải trọng và các tổ hợp tải trọng
Quy phạm AISI quy định các tổ hợp tải trọng sau và tương ứng với các tổ hợp tải trọng
là các hệ số tải trọng:
a) 1,4D+L;
b) 1,2D+1,6L+0,5(L
r
hoặc S hoặc R
r
);
c) 1,2D+1,6(L

r
hoặc S hoặc R
r
)+(0,5L hoặc 0,8W);
d) 1,2D+1,3W+0,5L+0,5(L
r
hoặc S hoặc R
r
);
e) 1,2D+1,5E+0,5L+0,2S;
f) 0,9D - (1,3W hoặc 1,5 E).
Một số ngoại lệ đối với các hệ số tải trọng vừa nêu:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
13
- Hoạt tải L trong các tổ hợp c), d), e) được áp dụng hệ số 1,0 đối với các khu vực
tập trung công cộng, đối với mọi khu vực mà giá trị L lớn hơn 4.79kN/m
2
;
- Khi tính xà gồ, tÂm tường, tÂm mái, hệ số tải trọng của W lấy là 0,9;
- Tải trọng L
r
trong tổ hợp c) được dùng hệ số 1,4 khi là tải trọng do người và vật
liệu sửa chữa.
•
Độ chịu lực thiết kế
φ
R
n
: Đó là độ chịu lực có thể sử dụng được trong thiết kế. Hệ số
độ chịu lực φ xét các biến động của vật liệu, của kích thước, sự không chắc chắn trong

tính toán,…và được xác định bằng cách tính xác suất. Một vài giá trị của φ được lấy
nh sau: cấu kiện uốn φ=0,90; cấu kiện kéo φ=0,90; cấu kiện nén đúng tâm φ=0,85; liên
kết hàn φ=0,55 đến 0,60.
Trong cả hai phương pháp ASD và LRFD, ngoài việc kiểm tra về độ bền, còn phải
kiểm tra về điều kiện sử dụng để bảo đảm kết cÂu thực hiện được nhiệm vụ đề ra. Yêu
cầu sử dụng thể hiện ở các điều kiện sau:
- Kết cấu không được biến dạng qóa khiến tổn hại cho các bộ phận khác gần liền
với kết cấu;
- Kết cấu không được rung qóa mức;
- Kết cÂu hư háng qua thời gian, bị gỉ.
Tải trọng để kiểm tra điều kiện sử dụng là tải trọng thực tế tác dụng lên công trình như
tĩnh tải D, hoạt tải L, gió W, không có các hệ số tải trọng.
(4) – Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của AS 4600
Thiết kế theo trạng thái giới hạn là phương pháp thiết kế nhằm kiểm tra theo các điều
kiện giới hạn ứng với các tải trọng tương ứng. Hai điều kiện giới hạn cần kiểm tra là
trạng thái giới hạn về chịu lực và trạng thái giới hạn về sử dụng. Trạng thái giới hạn về
chịu lực là các trạng thái của sự an toàn không bị phá hủy của kết cấu nh bị vượt khả
năng mang tải, bị chảy dẻo, bị sập gẫy, bị lật đổ, bị trượt, bị phá hoại mái,… Trạng thái
giới hạn về sử dụng là các trạng thái mà sự đối xử của kết cÂu là không đạt yêu cầu sử
dụng nh biến dạng lớn qóa, bị rung, bị ăn mòn nhiều. Người thiết kế phải đảm bảo cho
cường độ lớn nhất của kết cấu (hoặc bộ phận kế cÂu) lớn hơn nội lực gây bởi các tải
trọng sẽ tác động lên nó, với một độ dự trữ an toàn hợp lÝ (tính theo trạng thái giới
hạn về chịu lực), đồng thời đảm bảo cho kết cấu thực hiện công năng của nó một cách
thỏa đáng khi chịu tải trọng sử dụng (tính theo trạng thái giới hạn về sử dụng).
• Nguyên tắc cơ bản: Phương trình cơ bản của thiết kế theo trạng thái giới hạn về chịu
lực là:
(I-4)
Trong đó:
S* = tác dụng của tải trọng thiết kế;
φ = hệ số khả năng chịu lực;

R
u
= khả năng chịu lực danh nghĩa của cấu kiện hay của liên kết.
Tác dụng của tải trọng thiết kế S* được xác định bằng phân tích kết cấu chịu tác động
của tải trọng thiết kế tức là tổ hợp các tải trọng danh nghĩa tác động lên công trình có
nhân thêm hệ số tải trọng tương ứng.
Khả năng chịu lực danh nghĩa R
u
của cấu kiện hay của liên kết là cường độ danh nghĩa
được xác định theo đặc trưng của vật liệu, kích thước danh nghĩa của cấu kiện.
Hệ số khả năng chịu lực φ là hệ số được nhân với khả năng chịu lực danh nghĩa R
u
để
xét vấn đề cường độ thực tế của cÂu kiện có thể bị giảm đi do các biến động của đặc
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
14
trưng vật liệu, của kích thước và việc chế tạo cũng như sự không chắc chắn của các
phương pháp tính toán. Các giá trị của φ được cho trong bảng 6 của AS 4600.
Tích số được gọi là kh¨ năng chịu lực thiết kế, khả năng này phải không nhỏ
hơn tác dụng của tải trọng thÝet kế S*.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
15
1.1.6. Nhận xét chung về các phương pháp thiết kế:
(1)-Về phương pháp thiết kế:
- Với thép cán nóng: Cả 3 tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005; BS 5950:Part 1:2000 và
Eurocode 3 đều quy định thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn. Anh là một
trong những nước đầu tiên ở châu Âu áp dụng phương pháp thiết kế kết cấu theo trạng
thái giới hạn. Tiêu chuẩn BS năm 1964 còn áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng
suất cho phép, đến phiên bản BS 5950 thứ nhất năm 1985 đã chuyển sang thiết kế theo
trạng thái giới hạn, còn Việt Nam đã sử dụng từ năm 1962. Về ý tưởng chung, các

phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của các tiêu chuẩn đều tương đồng nhau,
tuy nhiên cách thể hiện và nội dung chi tiết có khác nhau. Riêng Quy phạm Hoa Kỳ
AISC/ASD, từ năm 1993 đến nay, tồn tại song song 2 phương pháp thiết kế là: thứ 1-
thiết kế theo ứng suất cho phép (còn gọi là thiết kế theo ứng suất làm việc); thứ 2-thiết
kế theo hệ số tải trọng và cường độ (Load and Resistance Factor Design). Cả 2 phương
pháp này được sử dụng nh nhau, tùy theo sự lựa chọn của kỹ sư thiết kế.
- Với thép TM: phương pháp thiết kế cũng tương tự nhóm thép cán nóng. Trên thế giới
hiện nay tồn tại hai phương pháp chính: Phương pháp ứng suất cho phép và phương
pháp trạng thái giới hạn (đã được trình bày rất chi tiết trong mục 1.1.5). AS 4600 thiết
kế theo trạng thái giới hạn. Nội dung của phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn
của thép thành máng giống của thép cán nóng.
(2)-Về hệ số an toàn:
- Với thép cán nóng: Cả 3 tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005; BS 5950:Part 1:2000 và
Eurocode 3 đều sử dụng hệ số độ tin cậy về tải trọng và hệ số an toàn về vật liệu.
Riêng Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD sử dụng một hệ số an toàn chung duy nhất FS
(factor of safety).
Một đặc điểm của phương pháp trạng thái giới hạn là có nhiều hệ số an toàn bộ
phận thay vì một hệ số an toàn duy nhất của phương pháp ứng suất cho phép. Một hệ
số an toàn bộ phận còn có thể là tích của nhiều hệ số an toàn bộ phận khác. BS sử dụng
các hệ số an toàn sau:
Hệ số an toàn về tải trọng : xét sự biến động của giá trị tải trọng và xét cả tổ hợp
tải trọng. Trong TCVN, hệ số an toàn về tải trọng được gọi là hệ số độ tin cậy của tải
trọng hoặc quen gọi là hệ số vượt tải. Hệ số an toàn này không bao gồm hệ số tổ hợp
tải trọng. hệ số an toàn tải trọng của BS lớn hơn nhiều so với của TCVN, ví dụ tĩnh tải
là 1,4 so với 1,2; hoạt tải là 1,6 so với 1,2 hoặc 1,3; gió là 1,4 so với 1,2.
Hệ số an toàn về cường độ vật liệu được lấy bằng 1,0 do lượng an toàn dự trữ đã
được xét khi quy định cường độ tính toán của vật liệu. Hệ số an toàn về vật liệu theo
TCVN được lấy từ 1,05÷1,10 tùy loại thép. TCVN còn có các hệ số an toàn nữa là hệ
số điều kiện làm việc của kết cấu, hệ số an toàn về chức năng công trình mà BS không
có.

Nếu tính tổng hợp các hệ số an toàn thì hệ số an toàn theo TCVN nhỏ hơn theo BS .
Hoặc nói theo cách khác, tính toán theo BS thì độ an toàn lớn hơn.
- Với thép TM: AS 4600 thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn nên nó cũng có
đặc điểm là: có nhiều hệ số an toàn bộ phận (tư¬ng tự nh thép cán nóng). Các hệ số an
toàn về tải trọng và vật liệu có giá trị được quy định cụ thể trong các bảng tra của AS.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
16
1.2.TảI trọng sử dụng trong thiết kế
1.2.1. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam.
Tải trọng dùng trong thiết kế kết cấu thép được lấy theo TCVN 2737 : 1995 hoặc tiêu
chuẩn thay thế tiêu chuẩn trên (nếu có). Khi tính kết cÂu theo các giới hạn về khả năng
chịu lực thì dùng tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy về
tải trọng (còn gọi là hệ số tăng tải hoặc hệ số an toàn về tải trọng). Khi tính kết cÂu
theo các trạng thái giới hạn về sử dụng và tính toán về mái thì dùng trị số của tải trọng
tiêu chuẩn. Tải trọng và tác động chia thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm
thời (dài hạn, ngắn hạn, đặc biệt) tùy theo thời gian tác dụng của chúng:
- Tải trọng và tác động thường xuyên bao gồm: trọng lượng bản thân của kết cấu
chịu lực, trọng lượng của một bộ phận nhà hoặc công trình được đỡ bằng các kết
cấu chịu lực, trọng lượng và áp lực của đất, tác dụng của ứng suất trước.
- Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có: trọng lượng vách ngăn tạm thời, trọng
lượng phần đất và bê tông đệm dưới thiết bị, trọng lượng của máy móc và thiết
bị cố định, trọng lượng của chất lỏng và các vật liệu rời trong các thùng chứa, tải
trọng lên sàn của các nhà kho, trọng lượng của sách trong thư viện v.v…
- Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có: trọng lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ
kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị; tác dụng
của cầu trục; tác dụng của gió; trọng lượng của người; đồ đạc v.v…
- Tải trọng đặc biệt gồm: tác động của động đất, của vụ nổ lên công trình v.v…
Tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt:
- Tổ hợp cơ bản bao gồm tất cả các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài
hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn gây nguy hiểm. Với G-tĩnh tải;P

i
–hoạt tải thứ
i ; với n
g
–hệ số vượt tải của tĩnh tải G; với n
pi
–hệ số vượt tải của hoạt tải P
i
.
Các tổ hợp tải trọng tính toán được biểu diễn bằng công thức sau:
THCB I: n
g
G + n
pi
P
i
và THCB II: n
g
G + 0,9∑n
pi
P
i
(1.6)
- Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm tất cả tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời
dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải trọng đặc
biệt.
1.2.2. Tải trọng thiết kế theo Quy phạm Hoa Kỳ
Hoa kỳ có nhiều tiêu chuẩn tải trọng do các cơ quan khác nhau biên soạn. Đáng kể
nhất và thông dụng nhất có các tiêu chuẩn sau: UBC Uniform Building Code do Hội
nghị Quốc tế các quan chức xây dựng soạn, là một bộ trong đó cả tập hợp nhiều quy

phạm khác nhau về xây dựng, quy hoÆch, an toàn, dùng nhiều trong các Bang miền
Tây; SSBC Southern Standard Building Code, bởi Đại hội Quy phạm xây dựng phía
Nam dùng tại các Bang miền Nam; BOCA National Building Code bởi Hội các nhà
quản trị Quy phạm xây dựng quốc tế, dùng ở các Bang Đông và Bắc. Ngoài ra còn có
Quy phạm của Hội kĩ sư xây dựng Hoa kỳ ASCE –American society of civil
engineers, Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ ANSI. Theo AISC/ASD, tải trọng danh
nghĩa và tổ hợp tải trọng sẽ được quy định bởi tiêu chuẩn được áp dụng, với những kết
cấu được thiết kế hoặc yêu cầu bởi những điều kiện kèm theo. Trong trường hợp
không nêu tiêu chuẩn áp dụng cụ thể, tải trọng và tổ hợp tải trọng có thể được lấy trong
tiêu chuẩn quốc gia Mü-Minimum Design Load for buildings and Other Structures,
ANSI A58.1-1982. Nội dung cơ bản về tải trọng theo ANSI A58.1-1982 (Minimum
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
17
Design Load for buildings and Other Structures, New York, 1982) chia tải trọng tác
dụng lên nhà và công trình được phân thành các loại sau:
1) Tĩnh tải (Dead Load): là tải trọng có độ lớn không đổi, vị trí cố định và tác
dụng trong suốt thời gian tồn tại của công trình. Các tải trọng sau đây thuộc về
tĩnh tải: trọng lượng bản thân kết cấu và các bộ phận của nhà và công trình
(tường ngăn và bao che, trần, các lớp hoàn thiện, các thiết bị vệ sinh, các hệ
thống đường ống và đường dây kỹ thuật trong công trình v.v…)
2) Hoạt tải (Live load): là tải trọng tác dụng lên một phần hoặc toàn bộ kết cấu; độ
lớn và sự phân bố của chúng trên kết cấu có thể thay đổi theo thời gian; cường
độ tối đa của tải trọng không được biết chính xác trong suet thời gian tồn tại của
công trình. Tải trọng thiết kế tối thiểu dùng cho kết cấu nhà và công trình khác
(xem bảng I.3). Ngoài tải trọng phân bố đều, tiêu chuẩn Hoa Kỳ cũng quy định
các tải trọng tập trung trên sàn [mục 4.3, ANSI A58.1-1982] cần phải xét đến
trong thiết kế, nếu các tải trọng này gây nguy hiểm hơn so với tải trọng phân bố
đều (xem bảng I.2). Tải trọng tập trung được tính bằng đơn vị lb (pound) (hoặc
kG) trên diện tích tập trung 2,5ft x 2,5ft = 6,25ft
2

= 0,6m
2
(với 1ft=0,3048m).
3) Tải trọng gió (wind load): Theo quy chuẩn xây dựng thống nhất của Hoa Kỳ
[mục 2317, phần V, UBC], áp lực thiết kế gió tại chiều cao bất kỳ là:
P=C
e
C
q
q
s
I (1.7)
Với : P - áp lực gió thiết kế tại chiều cao z , psf (kG/m
2
);
C
e
– hệ số tổng hợp các yếu tố chiều cao, dạng địa hình và xung của gió; (xem
Bảng I.6)
C
q
– hệ số áp lực (pressure coefficient) ; (xem Bảng I.4)
q
s
- áp lực gió tại chiều cao 10m (33ft), psf (kG/m
2
); (xem Bảng I.6)
I – hệ số tầm quan trọng (The importance Factor) (xem Bảng I.7)
Hệ số tổng hợp C
e

có liên quan đến dạng địa hình theo phân loại của Quy chuẩn
xây dựng thống nhất của Hoa Kỳ [mục 2.3.1.2, phần V, UBC]:
+ Địa hình B: các vùng có nhà cửa, rừng cây cao trên 6m (20ft) với mật độ chiếm
ít nhất bằng 20% khu vực mở rộng ra cách công trình ít nhất là 1,6km (1mile).
+ Địa hình C: địa hình bằng phẳng, trống trải, mở rộng ra ngoài công trình ít nhất
0,8km (0,5mile);
+ Địa hình D: địa hình thường xuyên chịu ảnh hưởng của gió với tốc độ trên
130km/h (80 mile per hour), nhà hướng về phía vùng mặt nước với chiều rộng trên
1,6km (1mile), vùng đất liền cách bờ biển 400m (0,25mile) hoặc cách bờ biển một
khoảng bằng 10 lần chiều cao của công trình.
4) Tải trọng động đất: Tải trọng động đất sẽ được trình bày trong tài liệu khác.
5) Tải trọng khác: Các loại tải trọng khác tác dụng lên nhà và công trình có thể
bao gồm: áp lực thủy tĩnh của chất lỏng, áp lực đất, tải trọng tuyết, áp lực do tác
dụng của lò v.v…
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
18
Bảng I.2 – Tải trọng tập trung theo ANSI A 58.1 – 1982
Vị trí đặt tải trọng lb kG
Buồng thang máy (trên diện tích 0,01m
2
) 300 130
Sàn nhà văn phòng 2000 900
Bậc cầu thang 300 130
Đường đi bộ 8000 3600
Gara xe khách đến 9 chỗ ngồi 2000 900
Gara xe buýt chở khách, lực trên 1 bánh xe 1500 700
Bảng I.3 – Hoạt tải phân bố đều theo ANSI A 58.1 – 1982
Các trường hợp psf kG/m
2
Nhà ở căn hộ: -Phòng ngủ và hành lang phục vụ

-Phòng sinh hoạt chung và hành lang
40
100
200
500
Ban công 100 500
Hành lang 100 500
Phòng nhảy 100 500
Phòng thể dục 100 500
Cầu thang, lối thoát hiểm 100 500
Trường học: -Phòng lớp học
-Hành lang
40
80
200
400
Phòng ăn và nhà hàng 100 500
Nhà văn phòng: -Văn phòng
-Sảnh (lobbies) và hành lang tầng 1
-Hành lang các tầng trên
-Phòng để thiết bị văn phòng
50
100
80
100
250
500
400
500
Bệnh viện: -Phòng mổ, phòng thí nghiệm

-Các phòng bệnh nhân
-Hành lang
60
40
80
300
200
400
Cửa hàng: -Cửa hàng tầng 1
-Cửa hàng tầng trên
-Cửa hàng buôn bán các loại
100
75
125
500
350
600
Thư viện: -Phòng đọc
-Kho sách
-Hành lang các tầng
60
150
80
300
750
400
Nhà máy: -Nhẹ
-Nặng
75
125

375
600
Kho: -Nhẹ
-Nặng
125
250
600
1200
Đường xe chạy, đường đi bộ 250 1200
Sân vận động và chỗ ngồi khán đài 100 500
Phòng máy điều hòa không khí 200 1000
Phòng nồi hơi 300 1500
Kho lạnh 250 1250
Thiết bị máy tính 150 750
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
19
Buồng kỹ thuật thang máy 150 750
Phòng quạt 150 750
Phòng lưu trữ 150 750
Bếp nÊu ăn trong nhà bếp công cộng 150 750
Các phòng thí nghiệm khoa học 100 500
Các phòng vệ sinh công cộng 60 300
Phòng nghỉ công cộng 60 300
Phòng để máy biến thế 200 1000
Tổng đài điện thoại 150 700
Bảng I.4 – Hệ số áp lực C
q
Kết cấu Mô tả Hệ số C
q
1.Hệ khung Tường: Tường đón gió

Tường phía hút gió
+0,8
-0,5
(1)Mái, gió thổi vuông góc với mái nhà:
+ Mái phía hút gió, mái bằng
+Mái phía đón gió
Độ dốc mái i<2:12
Độ dốc mái 2:12<i<9:12
Độ dốc mái i=9:12
÷
12:12
Độ dốc mái i>12:12
(2) GÝo thổi song song với mái hoặc mái bằng
-0,7
-0,7
-0,9 hoặc +0,3
+0,4
+0,7
-0,7
2. Các bộ phận
không nằm
trong vùng
không liên tục
(góc, nóc, mái,
hiên)
(1) Tường:
Tất cả các kết cấu
Kết cấu kín hay không kín
Kết cấu hở
Tường lan can, tường chắn

(2) Mái
+Kết cấu kín hay không kín
Độ dốc mái i<7:12
Độ dốc mái i=7:12
÷
12:12
+Kết cấu hở
Độ dốc mái i<2:12
Độ dốc mái i=2:12
÷
7:12
Độ dốc mái i=7:12
÷
12:12
+1,2
-1,2
-1,6
+1,3 hoặc -1,3
-1,3
-1,3 hoặc +1,3
-1,7
-1,6 hoặc +0,8
-1,7 hoặc +1,7
3. Các bộ phận
nằm trong vùng
không liên tục
(góc, nóc, mái,
hiên)
+Tường ở góc
+Mái hiên, các phần mái nhô

Độ dốc mái i<2:12
Độ dốc mái i=2:12
÷
7:12
Độ dốc mái i=7:12
÷
12:12
-1,5 hoặc +1,2
+2,3
-2,6
-1,6
4. ống khói,
bồn bÓ,tháp đặc
+ Tiết diện vuông, chữ nhật
+ Tiết diện lục giác, bát giác
+ Tiết diện tròn, elÝp
1,4
1,1
0,8
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
20
5. Tháp hở + Tiết diện vuông và chữ nhật
Đường chéo
Thẳng góc
+ Tiết diện tam giác
1,0
3,6
3,2
6. Các bộ phận
của tháp (chỗ

nghỉ, chất lỏng, thang)
+ Bộ phận hình trụ
Đường kính
≤
2in (5cm)
Đường kính > 2in (5cm)
+ Các bộ phận phẳng, có góc cạnh
1,0
0,8
1,3
Bảng I.5 – Hệ số tổng hợp C
e
(độ cao, địa hình, xung của gió)
Độ cao Dạng địa hình
(ft) (m) D B C
0÷15 0÷4,5
1,39 1,06 0,62
20 6,0 1,45 1,13 0,67
25 7,5 1,50 1,19 0,72
30 9,0 1,54 1,23 0,76
40 12,0 1,62 1,31 0,84
60 18,0 1,73 1,43 0,95
80 24,0 1,81 1,53 1,04
100 30,0 1,88 1,61 1,13
120 36,0 1,93 1,67 1,20
160 48,0 2,02 1,79 1,31
200 60,0 2,10 1,87 1,42
300 90,0 2,23 2,05 1,63
400 120,0 2,34 2,19 1,80
Bảng I.6 – áp lực gió q

s
tại chiều cao 10m (33ft)
V
s
, mph
(km/h)
70
(112)
80
(130)
90
(145)
100
(160)
110
(175)
120
(190)
130
(210)
áp lực gió, psf
(kG/m
2
)
12,6
(60)
16,4
(80)
20,8
(100)

25,6
(125)
31,0
(150)
36,9
(180)
43,3
(210)
Ghi chú: Với V
s
là tốc độ gió ở độ cao 10m (33ft). Dấu (+) trước các hệ số là áp lực
gió đẩy, dấu (-) là gió hút. Các số không có dấu là áp lực gió tác dụng theo hướng bất
kỳ và trên diện tích hình chiếu thẳng góc với hướng gió.
Bảng I.7 – Hệ số tầm quan trọng I (để tính tải trọng gió)
Phân loại công trình Hệ số I
I. Các cơ sở hạ tầng quan trọng 1,15
II. Các cơ sở hạ tầng có mức độ rủi ro 1,15
III. Các công trình có người cư trú 1,00
IV. Các công trình có mức độ người cư trú tiêu chuẩn 1,00
Ghi chú: [bảng 23K, Occoupancy Categories, UBC]:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
21
(I)- Các cơ sở hạ tầng quan trọng: Bệnh viện, cơ sở y tế, trạm cứu hỏa, các bể
chứa nước dự trữ cho sinh hoạt và chữa cháy, trạm xe cấp cứu, trạm điện, trung tâm
thông tin liên lạc của Nhà nước.
(II)- Các cơ sở hạ tầng có mức độ rủi ro: Các công trình chứa một số lượng
lớn chất độc hại, có khả năng nguy hiểm đến cộng đồng.
(III)-Các công trình có người cư trú: Các công trình công cộng chứa trên 300
người, trường học trên 500 sinh viên, cơ sở y tế có trên 50 người cư ngụ, tất cả các
công trình có trên 5000 người cư ngụ.

(IV)- Các công trình có mức độ người cư trú tiêu chuẩn: Các công trình
không liệt kê ở trên. Theo Quy chuẩn xây dựng thống nhất Hoa Kỳ
[
mục 2331, phần V,
UBC
]
, đối với những kết cấu dễ bị ảnh hưởng dưới tác dụng của động lực học, cần
phải xem xét theo tiêu chuẩn riêng. Các kết cấu dạng này gồm: nhà có tư lệ chiều cao/
chiều rộng lớn hơn 5, nhà cao hơn 120m (400ft), các kết cấu rất nhạy với ảnh hưởng
của gió lốc và dao động mạnh.33
Bảng I.8 – Hệ số tổ hợp tải trọng cơ bản theo một số tiêu chuẩn
AISC/ASD 1989 ANSI A58.1-1982 ASCE7-02 LFRD ASCE 7-02 ASD
1)1,0 D
2) 1,0D+1,0L
3) 1,0D+1,0L
4) 1,0D+1,0L+1,0W
5) 1,0D+1,0W
6) 1,0D+1,0L+1,0E
7) 1,0D+1,0E
1) 1,0D
2) 1,0D+1,0L
3) 0,75D+0,75L+0,75W
4) 0,75D+0,75L+0,75E
5) 0,75D+0,75W
6) 0,75D+0,75E
1) 1,4D
2) 1,2D+1,6L
3) 1,2D+1,0L+1,6W
4) 0,9D±1,6W
5) 1,2D+1,0L+1,0E

6) 0,9D±1,0E
1) 1,0D
2) 1,0D+1,0L
3) 1,0D+1,0W
4) D+0,75L+0,75W
5) 0,6D-W
6) 1,0D+0,7E
7) D+0,75L+0,75(0,7)E
8) 0,6D-(0,7)E
Với IBC thì sử dụng
hệ sớ 0,75E, thay cho
0,75(0,7)E
Ghi chú: (Theo điều A5.2 của AISC/ASD 1989: ứng suất cho phép có thể được tăng
thêm 1/3 giá trị thông thường nếu tính toán với tải trọng gió hay động đất), trang 5-
30. Tức là với tổ hợp 4 – 7 thì ứng suất cho phép có thể lấy tăng thêm 1/3. Với D: Là
tĩnh tải; L: là hoạt tải; W: là tải trọng gió; E: là tải trọng động đất.
1.2.3. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Anh:
BS 5950 quy định tải trọng sẽ tuân theo các tiêu chuẩn sau:
BS 6399: Part 1, cho tĩnh tải và hoạt tải;
BS 6399: Part 3, cho hoạt tải trên mái;
Riêng tải trọng gió thì có thể dùng Tiêu chuẩn BS 6399: Part 2 (ấn bản mới
nhất năm 1997) hoặc có thể dùng Quy phạm cũ năm 1972 (soát xét 1993) là CP3:
Chapter V: Part 2.
(1). Tải trọng tĩnh và tải trọng áp đặt (hoạt tải)
+Tải trọng tĩnh bao gồm:
- Trọng lượng bản thân của cấu kiện thép.
- Các bộ phận cố định của nhà và công trình.
Tải trọng tĩnh được tính toán dựa vào trọng lượng riêng của vật liệu, và nhân với hệ số
an toàn của tải trọng tĩnh.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD

22
+Hoạt tải bao gồm các tải trọng tạm thời sau:
- Tải trọng trên sàn do người, đồ đạc.
- Tải trọng trên mái do người, do công tác sửa chữa.
- Tải trọng do thiết bị nh cầu trục, máy móc khác.
- Vách ngăn di chuyển được.
Mọi hoạt tải đều là tải trọng tạm thời và được nhân với hệ số an toàn của tải trọng
tạm thời. Một vài giá trị của hoạt tải được cho trong bảng I.9 dưới đây, trích từ BS
6399 phần 1 và3.
Bảng I.9- Trị số của tải trọng áp đặt (hoạt tải)
Loại nhà Tải trọng áp đặt (kN/m
2
)
Nhà ở 1,5
Phòng làm việc (tùy loại phòng)
2,5÷5,0
Lớp học 3,0
Nhà hát (khu vực có ghế ngồi cố định) 4,0
Nhà xưởng 5,0
Mái có người lên Tải phân bố đều 1,5 kN/m
2
mặt
bằng hoặc tải tập trung 1,8kN.
Mái không có người lên:
-Khi góc dốc
α≤
30°
-Khi góc dốc 30°<
α
<60°

-Khi góc dốc
α≥
60°
Tải tập trung 0,9kN hoặc:
0,6kN/m
2
(tải phân bố đều mặt bằng)
0,6[(60-α)/30] kN/m
2
0
(2). Tải trọng tĩnh gió theo CP3 Chương V, Phần 2
Tải trọng gió lên công trình phải được tính toán cho:
- Toàn thể kết cấu.
- Từng cấu kiện riêng lẻ nh tường, mái.
- Từng tÂm tường, tÂm mái và liên kết của chúng.
a) Tốc độ gió thiết kế:
Tốc độ gió thiết kế được tính công thức:
(1.8)
Trong đó: V là tốc độ gió cơ bản và S
1
; S
2
; S
3
là các hệ số tốc độ gió thiết kế.
Tốc độ gió cơ bản V là tốc độ của trận gió 3 giây, lớn nhất với chu kì 50 năm, đo tại độ
cao 10m trên mặt đất trống. Tốc độ này được đo tại các trạm khí tượng và được thống
kê qua các năm để trở thành tiêu chuẩn của mỗi quốc gia. CP3 cho một bản đồ của
nước Anh với các giá trị V tại các vùng, nhỏ nhất là 37m/s tại vùng London và lớn
nhất là 56m/s tại các đảo phía bắc.

Các hệ số tốc độ gió gồm có:
- Hệ số địa hình S
1
. Tốc độ gió cơ bản mới xét đến độ cao của khu đất so với mực
nước biển, chưa xét các đặc điểm địa hình như đồi, thung long. Hệ số địa hình S
1
sẽ xét các biến đổi cục bộ trên mặt đất. Khi độ dốc trung bình của đất không qóa
0,05 trong vòng bán kính 1km của khu đất, khu đất được coi như bằng phẳng và
S
1
được lấy bằng 1,0. Gần đỉnh đồi hay ngọn vách nói, gió được tăng tốc, hệ số
địa hình S
1
lớn hơn 1,0 và nằm trong phạm vi từ 1,0÷1,36. Quy phạm CP3 cho
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
23
trong Phụ lục D của nó cách tính giá trị của S
1
, tại các trường hợp khác nhau mà
ta sẽ không trình bày ở đây.
- Hệ số S
2
. Hệ số này xét ảnh hưởng liên hợp của độ nhấp nhô của mặt đất, sự
biến thiên của tốc độ gió theo chiều cao và kích thước của nhà hay bộ phận nhà
đang tính toán. Độ nhấp nhô của đất được chia làm 4 loại như sau:
+ Độ 1: mặt đất thoáng đãng, bằng phẳng không có nhà nh bờ biển, sân bay,
cánh đồng, đồng cỏ, không có tường hay hàng rào chung quanh.
+ Độ 2: mặt đất bằng phẳng có hàng rào hay tường chung quanh, rải rác cây cối
và nhà. Đây là trường hợp đa số trang trại vùng quê.
+ Độ 3: mặt đất có nhiều vật cản lớn nh khu vực có rừng, thi trÊn, ngoại « thành

phố lớn.
+ Độ 4: mặt đất có nhiều vật cản lớn cao trung bình 25m hay hơn như trung tâm
các thành phố lớn.
Tường mái bao che và kích thước của nhà và bộ phận được chia làm 3 lớp nh sau:
• Lớp A: mọi bộ phận tường, mái, kính và liên kết của chúng cũng nh các cấu kiện
của công tr×nhkh«ng được bao che.
• Lớp B: mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn
nhất không qóa 50m.
• Lớp C: mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn
nhất vượt qóa 50m.
Giá trị của S
2
đối với các chiều cao khác nhau bên trên mặt đất, độ nhấp nhô của đất và
lớp kích thước nhà được cho trong bảng C1 Phụ lục C (trích Bảng 3 của CP3).
- Hệ số S
3
. Hệ số này xét mức độ an toàn cần có và khoảng thời gian mà kết cấu
phải chịu gió. Thông thường, tải trọng gió lên công trình đã làm xong, với thời
gian tồn tại là 50 năm, sẽ được tính toán với S
3
=1.
Bảng I.10 – Hệ số S
2
H
(m)
Độ 1 Độ 2 Độ 3 Độ 4
A B C A B C A B C A B C
≤3
5
10

15
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
180
200
0,83
0,88
1,00
1,03
1,06
1,09
1,12
1,14
1,15
1,18
1,20
1,22
1,24
1,25
1,26
1,27
0,78

0,83
0,95
0,99
1,01
1,05
1,08
1,10
1,12
1,15
1,17
1,19
1,20
1,22
1,23
1,24
0,73
0,78
0,90
0,94
0,96
1,00
1,03
1,06
1,08
1,11
1,13
1,15
1,17
1,19
1,20

1,21
0,72
0,79
0,93
1,00
1,03
1,07
1,10
1,12
1,14
1,17
1,19
1,21
1,22
1,24
1,25
1,26
0,67
0,74
0,88
0,95
0,98
1,03
1,06
1,08
1,10
1,13
1,16
1,18
1,19

1,21
1,22
1,24
0,63
0,70
0,83
0,91
0,94
0,98
1,01
1,04
1,06
1,09
1,12
1,14
1,16
1,18
1,19
1,21
0,64
0,70
0,78
0,88
0,95
1,01
1,05
1,08
1,10
1,13
1,16

1,18
1,20
1,21
1,23
1,24
0,60
0,65
0,74
0,83
0,90
0,97
1,01
1,04
1,06
1,10
1,12
1,15
1,17
1,18
1,20
1,21
0,55
0,60
0,69
0,78
0,85
0,92
0,96
1,00
1,02

1,06
1,09
1,11
1,13
1,15
1,17
1,18
0,56
0,60
0,67
0,74
0,79
0,90
0,97
1,02
1,05
1,10
1,13
1,15
1,17
1,19
1,20
1,22
0,52
0,55
0,62
0,69
0,75
0,85
0,93

0,98
1,02
1,07
1,10
1,13
1,15
1,17
1,19
1,21
0,47
0,50
0,58
0,64
0,70
0,79
0,89
0,94
0,98
1,03
1,07
1,10
1,12
1,14
1,16
1,18
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
24