Luận văn thạc sĩ xây dựng Tính toán thiết kế khung thép tiền chế một tầng một nhịp theo tiêu chuẩn BS 5950 1:2000

LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950

Lời nói đầu
Kết cấu thép ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nó có
một vị trí rất quan trọng trong ngành xây dựng nhờ những u thế nổi trội so với
các kết cấu gạch, đá, gỗ hay bêtông cốt thép nh khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy
cao, trọng lợng nhẹ, tính công nghiệp hóa cao, Kết cấu thép hầu nh có u thế
tuyệt đối trong các loại hình công trình: tháp trụ, khung dàn không gian nhịp lớn,
các loại bể chứa dầu chứa khí, nồi cao áp,
Khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển, kết cấu thép cũng
đã có những bớc tiến mạnh mẽ. Nhà thép tiền chế - phổ biến là loại hình khung
đặc mảnh nhịp lớn - có thể coi là một trong những công trình áp dụng công nghệ
xây dựng mới. Mặc dù sinh sau đẻ muộn nhng nhà thép tiền chế đã nhanh
chóng phát triển và đợc áp dụng rông rãi ở rất nhiều nơi trên thế giới.
Mới đợc du nhập vào Việt Nam khoảng 15 năm trở lại đây nhng thuật
ngữ nhà thép tiền chế đã trở nên quen thuộc với những ngời làm xây dựng nớc
ta. Tuy nhiên, đối với những kỹ s thiết kế Việt Nam thì việc tính toán, thiết kế
nhà thép tiền chế vẫn còn rất mới mẻ và gặp nhiều khó khăn do trong tiêu chuẩn
Việt Nam cha có một hớng dẫn cụ thể, chi tiết cho việc tính toán, thiết kế các
cấu kiện có tiết diện thay đổi (cấu kiện vát). Trong tiêu chuẩn Anh BS5950-1:
2000 đã giải quyết đợc toàn bộ những khó khăn này. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm
hiểu và thiết lập quy trình thiết kế nhà thép tiền chế ở Việt Nam theo các tiêu
chuẩn nớc ngoài (cụ thể là tiêu chuẩn BS5950-1: 2000) là thực sự cần thiết.
Do điều kiện có hạn, trong khuôn khổ của luận văn này, học viên chỉ đi
sâu vào vấn đề Tính toán thiết kế khung thép tiền chế một tầng một nhịp
theo tiêu chuẩn BS 5950-1:2000 hy vọng làm sáng tỏ quy trình tính toán và
giúp ngời kỹ s có thêm những t liệu khi lựa chọn vấn đề này.
Đề tài gồm 6 chơng:
Chơng 1 : Giới thiệu về tiêu chuẩn BS 5950-1:2000 và các vấn đề chung khi
thiết kế.
Chơng 2 : Nêu tổng quan, các bộ phận của nhà thép tiền chế, cách bố trí và đặc

điểm làm việc của từng bộ phận đó.
Chơng 3: Tính toán khung ngang bằng thép tiền chế một tầng một nhịp, xác
định tải trọng và tính nội lực của khung.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
1
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Chơng 4: Thiết kế khung ngang bằng thép tiền chế một tầng một nhịp theo tiêu
chuẩn BS 5950, thiết kế và kiểm tra các cấu kiện cột, dầm, các mối nối.
Chơng 5: Tính toán, thiết kế các cấu kiện phụ (xà gồ, dầm tờng, giằng mái).
Chơng 6: Xây dựng sơ đồ khối và chơng trình tự động tính toán thiết kế cột vát,
dầm vát theo tiêu chuẩn BS 5950. Đa ra ví dụ minh hoạ, làm sáng tỏ cho các quy
trình tính toán nêu trong chơng 3, chơng 4.
Kết luận và kiến nghị.

CHƯƠNG1
CáC VấN Đề CHUNG
1.1. Đặt vấn đề
Nhà thép tiền chế du nhập vào Việt Nam vào những năm 1990 đã nhanh
chóng đợc chấp nhận và trở nên quen thuộc với ngành xây dựng công nghiệp.
Rất nhiều nhà thép đã sử dụng dạng khung thép tiền chế.
Trớc đây, ở nớc ta, khi thiết kết khung thép vợt nhịp lớn, phơng pháp
truyền thống là dùng các dàn, tổ hợp từ thép góc. Phơng pháp này tuy hợp lý về
chịu lực, tiết kiệm vật liệu, nhng lại chiếm chiều cao khá lớn, khó vận chuyển và
tốn công chế tạo. Dầm bụng đặc của khung tiền chế đã khắc phục đợc những nh-
ợc điểm này. Nó vẫn có thể vợt nhịp lớn trong khi chiều cao nhỏ hơn dàn rất
nhiều (tới hơn 2 lần).
Một trong những dạng khung tiền chế quen thuộc ở nớc ta là kết cấu
khung dầm đặc tiết diện chữ I tổ hợp trong đó cột và dầm có hình vát, tức là bề
cao tiết diện đợc thay đổi tuyến tính dọc theo chiều dài cấu kiện, chỗ nội lực lớn
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005

2
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
thì tiết diện lớn (ví dụ nách khung, ), chỗ nội lực nhỏ thì tiết diện đợc thu hẹp
(ví dụ chân cột liên kết khớp với móng, ). Điều này khiến giảm đợc trọng lợng
thép, dẫn đến giảm chi phí vận chuyển và dựng lắp.
Hình 1.1 - Nhà thép tiền chế
Nhiều hãng lớn của nớc ngoài đã tiếp cận thị trờng nuớc ta; phải kể đến là
Kirby, Zamil Steel, Amstrong, Butler và trớc đây là các hãng của Tiệp Khắc,
trong đó Zamil Steel đang chiếm lĩnh đợc thị trờng nhiều nhất.
ở Việt Nam, hiện nay có rất nhiều công ty thiết kế, chế tạo nhà thép. Một
số công ty thiết kế nhiều kết cấu thép nh Thikeco, VCC, CDC, CCU, Vinaconex
ở phía Bắc; CETTA, IDC, ở phía Nam, một số đơn vị chuyên chế tạo nh công
ty kết cấu thép Đông Anh, Formach và các công ty cơ khí khác
Hiện tại các chơng trình tính toán của nớc ngoài và các quy phạm đi
kèm cha đợc ngời thiết kế hiểu một cách thấu đáo. Cha có một đơn vị nào ở
Việt Nam có một quy trình thiết kế thực sự bài bản cho việc thiết kế khung
tiền chế.
Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành Việt nam (TCVN) đợc xây dựng trên nền
tảng hệ thống tiêu chuẩn của Liên Xô cũ còn có nhiều hạn chế về tính đồng bộ,
về tính kinh tế và về phạm vi áp dụng; đặc biệt là không có quy định cụ thể về
kiểm tra các cấu kiện dạng vát. Vì vậy ngời thiết kế không thể sử dụng TCVN
để thiết kế khung thép tiền chế. Từ nhu cầu thực tiễn, Bộ xây dựng đã ra Quyết
định 09/2005 quy định về việc cho phép sử dụng các tiêu chuẩn nớc ngoài vào
việc thiết kế các công trình xây dựng ở Việt Nam. Do vậy việc nghiên cứu sâu
hơn để có thể sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế của nớc ngoài trong điều kiện Việt
Nam là cần thiết. Đề tài này nhằm xây dựng một quy trình cho thiết kế khung
thép tiền chế một tầng một nhịp theo tiêu chuẩn BS5950-1:2000, sử dụng ở Việt
Nam.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
3

LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
1.2. Giới thiệu về tiêu chuẩn BS 5950
Tiêu chuẩn BS 5950 mang tên Sử dụng kết cấu thép cho công trình nhà
-Structure use of steelwork in building, thực tế là gồm các Quy phạm về thiết
kế, chế tạo, lắp dựng, phòng cháy cho các loại kết cấu thép do Viện tiêu chuẩn
Anh BSI tổ chức biên soạn và ban hành. Bản BS có các phiên bản 1985, 1990 và
2000. Phiên bản năm 2000 là bản Tiêu chuẩn có cơ sở lý luận vững chắc, đợc hỗ
trợ nhiều bảng tính sẵn và tài liệu hớng dẫn kèm theo, là cơ sở chính để các nớc
Châu âu biên soạn ra tiêu chuẩn Eurocode về kết cấu thép. Tiêu chuẩn BS 5950:
2000 là một bộ tiêu chuẩn lớn, gồm 9 phần đợc xuất bản riêng rẽ:
- Phần 1: Quy định thiết kế kết cấu đơn giản và liên tục ( tiết diện cán nóng).
- Phần 2: Quy định kỹ thuật đối với vật liệu, chế tạo và dựng lắp (tiết diện
cán nóng).
- Phần 3: Thiết kế kết cấu hỗn hợp.
- Phần 4: Quy định thiết kế sàn với bản sàn thép.
- Phần 5: Tiêu chuẩn thiết kế tiết diện tạo hình nguội.
- Phần 6: Tiêu chuẩn thiết kế tấm lợp, tấm sàn và tấm tờng loại nhẹ.
- Phần 7: Tiêu chuẩn kĩ thuật đối với vật liệu và chế tạo ( tiết diện tạo hình nguội).
- Phần 8: Quy định thiết kế chống cháy.
- Phần 9: Tiêu chuẩn thiết kế vỏ bọc chịu lực.
Mục đích của BS 5950 là xác định tiêu chí chung cho việc thiết kế kết cấu
thép nhà và các công trình liên quan, và chỉ dẫn cho ngời thiết kế các phơng
pháp thực hiện tiêu chí này. Phần một, ký hiệu đầy đủ là BS 5950-1: 2000, do Uỷ
ban Chính sách các Tiêu chuẩn Anh ban hành và có hiệu lực từ 15 tháng 8 năm
2001, áp dụng cho việc thiết kế kết cấu đơn giản và liên tục bằng cấu kiện cán
nóng, thực tế là sử dụng cho phần lớn các kết cấu nhà BS 5950 không xét thiết kế
kết cấu chịu động đất. Tập tiêu chuẩn BS 5950-1:2000 gồm có 7 chơng:
Chơng 1 : Đại cơng
Chơng 2 : Thiết kế theo trạng thái giới hạn
Chơng 3 : Các tính chất của vật liệu và đặc trng tiết diện

Chơng 4 : Thiết kế các cấu kiện
Chơng 5 : Kết cấu liên tục
Chơng 6 : Liên kết
Chơng 7 : Thử nghiệm bằng gia tải
1.3. Tình hình sử dụng BS 5950-1 : 2000 trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới, tiêu chuẩn BS 5950 đợc chấp nhận và sử dụng khá phổ biến
nh: Singapore, Thái lan, Malaysia, Trung Quốc Tiêu chuẩn BS đợc biết đến và
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
4
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
sử dụng ở Việt Nam từ trớc những năm 75. Hiện nay BS là một trong những tiêu
chuẩn đợc luật pháp Việt Nam cho phép sử dụng. GS.TS Đoàn Định Kiến đã
biên dịch sang tiếng Việt tiêu chuẩn này vào năm 2000 và 2004, có tựa đề H-
ớng dẫn thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn Anh BS 5950-1 : 2000.
1.4. Các vấn đề chung về thiết kế [14]
1.4.1. Phơng pháp thiết kế
Thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn. Các trạng thái giới hạn bao gồm:
a. Trạng thái cực hạn (Trạng thái giới hạn về phá hỏng)
- Độ bền chịu lực (phá hoại, bị oằn, bị chảy).
- ổn định chống lật đổ.
- Phá hoại về mỏi.
- Phá hoại giòn
b. Trạng thái giới hạn về sử dụng
- Độ võng.
- Sự rung
- Độ lâu bền, sự ăn mòn
Nhận xét : Giống với tiêu chuẩn TCVN338: 2005, tiêu chuẩn BS cũng
thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn, mọi kết cấu đợc thiết sao cho không vợt
quá trạng thái giới hạn.
1.4.2. Các hệ số an toàn:

Hệ số an toàn đợc dùng trong thiết kế để xét đến các sự biến động của tải
trọng, của vật liệu, điều kiện làm việc, v.v Dới đây là các hệ số an toàn thông
dụng nhất dùng trong thiết kế kết cấu thép.
1.4.3. Hệ số an toàn tải trọng
f
Hệ số này đợc 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
f
xét sự biến động của giá trị tải trọng, các tổ hợp tải trọng và xét cả phơng pháp
thiết kế. Nó đợc viết thành tích số của các hệ số:

f
=
11
.
12
.
ps
.
pm
=
1
.
p
(1.1)
Trong đó :

11
xét sự sai khác có thể có của tải trọng so với giá trị quy định;
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005

5
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950

12
xét xác suất các tải trọng xuất hiện đồng thời, với giá trị lớn nhất quy
định. Tích của hai hệ số này
1
gọi là hệ số tải trọng;

ps
xét sự sai khác của kết cấu so với mô hình tính toán nó;

pm
xét sự sai khác của ứng xử của vật liệu trong kết cấu so với giả thiết
tính toán. Tích của hai hệ số này đợc gọi là
p
hệ số kết cấu.
Các giá trị của
f
đợc cho trong bảng 1.1 dới đây (trích từ bảng 2, BS
5950)
, tơng ứng với chúng là hệ số của TCXDVN 338:2005.

Bảng 1.1 - Hệ số an toàn tải trọng
r
Stt
Hệ số an toàn tải trọng
r
BS5950-1:2000
TCXDVN

338:2005
1 Tải trọng tĩnh 1,4 Từ 1 đến 1,2
2
Tải trọng tĩnh chống lực bốc lên
hay lật đổ
1,0
_
3 Hoạt tải (còn gọi là tải trọng áp đặt) 1,6 1,2 hoặc 1,3
4 Tải trọng gió 1,4 1,2
5 Tải trọng kết hợp 1 + 3 + 4 1,2
_
1.4.4. Hệ số an toàn cờng độ vật liệu
m
Hệ số này đợc lấy bằng 1,0. Hệ số này có thể viết thành:

m
=
m1
.
m2
(1.2)
Trong đó:

m1
,
m2
là những hệ số an toàn bộ phận của vật liệu, xét sự biến động của
tính chất vật liệu và cả phơng pháp chế tạo và dựng lắp. Giá trị của các hệ số này
đa vào giá trị của cờng độ tính toán của thép p
y

.
1.4.5. Biến dạng giới hạn
- Trạng thái giới hạn về sử dụng bao gồm 3 tiêu chí: biến dạng, độ rung và
độ lâu bền.
- BS 5950-1:2000 qui định biến dạng giới hạn của nhà hay bộ phận nhà đ-
ợc xem xét do tải trọng sử dụng(hoạt tải) không có hệ số gia tải gây ra.
- TCXDVN 338:2005, cũng qui định độ võng đợc xác định theo tải trọng
tiêu chuẩn không kể đến hệ số động lực và không xét sự giảm yếu của tiết diện
do lỗ bulông.
Bảng 1.2 - So sánh giá trị giới hạn về biến dạng của hai tiêu chuẩn
Stt Kết cấu BS 5950-1: 2000 TCXDVN
1 Dầm chính L/360 L/400
2 Các dầm khác L/200 L/250
3 Cột H/300 H/100 đến H/240
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
6
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
1.4.6. Vật liệu thép
1.4.6.1. Các mác thép dùng làm kết cấu
Trong BS 5950-1:2000 chỉ giới thiệu ba cấp thép chính tiêu chuẩn Châu Âu
EN 10025 và EN 10137, với kí hiệu chung là Snnn trong đó S là viết tắt của
Structural và nnn là chỉ số giới hạn chảy của thép N/mm
2
. Cấp thép cơ bản đợc
lấy là thép cấp S275, đây là thép cácbon thấp có cờng độ khá cao. Thép cácbon
thấp phổ thông là cấp S235 không đợc coi là cấp thép cơ bản.
1.4.6.2. Cờng độ tính toán của thép
Cờng độ tính toán của thép đợc lấy là:
P
y

= 1,0 Y
s
< 0,84 U
s
trong đó Y
s
là giới hạn chảy cực tiểu
U
s
là giới hạn bền kéo đứt cực tiểu (quy định của BS 4360 hoặc
của nhà sản xuất thép).
Cờng độ tính toán của một số thép thông dụng đợc cho trong bảng 1.3 dới
đây (bảng 9 BS 5950). Giá trị cờng độ phụ thuộc vào bề dày lớn nhất của thép
(thép hình cán nóng hoặc thép tấm).
Bảng 1.3 - Cờng độ tính toán của thép
Cấp cờng độ thép Bề dày lớn nhất (mm) Cờng độ tính toán,(N/mm
2
)
S 275 16
40
63
80
100
275
265
255
245
235
S 355 16
40

63
80
100
150
355
345
335
325
315
295
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
7
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
S 460 16
40
63
80
100
450
440
430
410
400
1.4.7. Đặc trng tiết diện
Phân loại tiết diện thành các lớp là vấn đề quan trọng của việc tính toán
kết cấu. Để tránh mất ổn định cục bộ cho cột và các cấu kiện khác nói chung,
BS5950 quy định tỷ số giới hạn giữa bề rộng và bề dày của mỗi bộ phận của
một tiết diện ngang khi chịu ứng suất nén (do mô men uốn hoặc do lực dọc
trục gây ra). Các bộ phận của tiết diện và cả tiết diện đợc chia làm 4 lớp: Dẻo,
đặc chắc, nửa đặc chắc và mảnh. Tỷ số (bề rộng / bề dày) đợc trình bày trong

bảng 1.4 dới đây.
Lớp 1 (tiết diện dẻo): Có thể phát triển các khớp dẻo với khả năng quay
lớn cho phép phân phối lại mô men trong kết cấu. Chỉ có tiết diện thuộc lớp 1
mới có thể dùng cho thiết kế kể đến biến dạng dẻo (gọi tắt là thiết kế dẻo).
Lớp 2 (tiết diện đặc chắc): Có thể cho phép đạt đến ứng suất chảy tại
các thớ, đợc sử dụng đến khả năng chịu mô men dẻo nhng độ quay bị hạn chế
nên không đợc dùng cho thiết kế dẻo.
Lớp 3 (tiết diện nửa đặc chắc): Có thể bị mất ổn định cục bộ, nên khả
năng chịu lực sẽ bị hạn chế, chỉ làm việc đàn hồi (chỉ có các thớ biên mới có thể
đạt ứng suất chảy).
Lớp 4 (tiết diện mảnh): Việc mất ổn định cục bộ trở thành tiêu chí thiết
kế nên ứng suất thực tế còn rất nhỏ hơn cờng độ tính toán; Khả năng chịu lực
của tiết diện bị giảm đi nhiều. Các cấu kiện chịu nén mà không thoả mãn các
giá trị giới hạn đối với lớp 3 (nửa đặc chắc) cho trong bảng 1.4 thì xếp vào lớp
4.
Bảng 1.4 - Tỉ số giới hạn giữa bề rộng và chiều dày cho các tiết diện
Cấu kiện chịu nén Tỷ số
Giá trị giới hạn
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3
Phần nhô ra của
cánh chịu nén
Tiết diện cán
T
b
9 10 15
Tiết diện hàn
T
b
8 9 13
Nén do uốn

T
b
28 32 40
Bụng của tiết
diện I, H, hộp
Trục trung hòa
ở giữa bản bụng
t
d
80 100 120
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
8
T
d
T
D
t
b
B
x
x
y y
t
b
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
b - phần vơn ra của bản cánh ;
B - bề rộng bản cánh ;
T - chiều dày của bản cánh ;
d - chiều cao của bản bụng ;
t - chiều dày của bản bụng ;

D - chều cao của tiết diện.
Hình 1.2 - Cấu kiện chữ I tổ hợp hàn
Tham số =
y
p
275
p
y
- cờng độ tính toán của vật liệu thép (N/mm
2
).
Đối với tiết diện tổ hợp, đợc xác định dựa trên cờng độ thiết kế p
yf
của cánh.
TCXDVB 338: 2005 chỉ chấp nhận một loại tiết diện, đó là tiết diện dẻo
Nhận xét: Việc phân loại ra nhiều dạng tiết diện làm cho tiêu chuẩn BS
5950:1:2000 có tính u việt hơn tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, cho phép sử
dụng nhiều loại tiết diện, thậm chí có thể rất mảnh tạo thuận lợi cho việc thiết
kế dầm thép với bản bụng mỏng không sờn của nhà thép tiền chế.
1.4.8. Tải trọng tính toán
1.4.8.1. Tải trọng tĩnh và tải trọng áp đặt (hoạt tải)
Tải trọng tĩnh bao gồm:
- Trọng lợng bản thân của cấu kiện thép.
- Các bộ phận cố định của nhà và công trình.
Tải trọng tĩnh đợc tính toán dựa vào trọng lợng riêng của vật liệu, và nhân
với hệ số an toàn tơng ứng.
Hoạt tải bao gồm các tải trọng tạm thời sau:
- Tải trọng trên sàn do ngời, đồ đạc.
- Tải trọng trên mái do ngời và các thiết bị vật liệu khi sửa chữa.
- Tải trọng do thiết bị công nghệ nh cầu trục, máy móc khác.

Mọi tải trọng tạm thời khi thiết kế theo điều kiện bền, đều đợc nhân với hệ
số an toàn tơng ứng.
Bảng 1.5 - Trị số của tải trọng áp đặt trên sàn và mái (hoạt tải)
theo tiêu chuẩn BS 5950-1:2000
Loại nhà Tải trọng áp đặt (kN/m
2
)
Nhà ở 1,5
Phòng làm việc (tuỳ loại phòng) 2,5 - 5,0
Lớp học 3,0
Nhà hát (khu vực có ghế ngồi cố định) 4,0
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
9
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Nhà xởng 5,0
Loại nhà Tải trọng áp đặt (kN/m
2
)
Mái có ngời lên (có sử dụng) Tải phân bố đều 1,5kN/m
2
mặt bằng
hoặc tải tập trung 1,8kN
Mái không có ngời lên
- Khi góc dốc < 30
0
- Khi góc dốc 30
0
< < 60
0
- Khi góc dốc > 60

0
Tải phân bố đều
0,6kN/m
2
mặt bằng;
0,6 [(60 - )/30] kN/m
2
mặt bằng;
bằng 0 hoặc tải tập trung 0,6kN.
Nhận xét: Tải trọng tĩnh và tải trọng áp đặt (hoạt tải) lấy theo bảng 1.5
trên chỉ để ngời đọc tham khảo, khi thiết kế nhà thép sử dụng ở Việt Nam thì các
tải trọng tiêu chuẩn phải lấy trong TCXDVN 2737-1995.
1.4.8.2. Tải trọng gió
Tải trọng gió lên công trình phải đợc tính toán cho:
- Toàn thể kết cấu.
- Từng cấu kiện riêng lẻ nh tờng, mái.
a. Tốc độ gió thiết kế
Tốc độ gió thiết kế đợc tính theo công thức:
V
s
= V.S
l
.S
2
.S
3
(1.3)
Trong đó V là tốc độ gió cơ bản và S
l
, 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.
Các hệ số tốc độ gió gồm có:
- Hệ số địa hình S
l
xét các biến đổi cục bộ trên mặt đất. Giá trị của S
1
đợc
cho trong Phụ lục D quy phạm CP3.
- Hệ số S
2
xét ảnh hởng liên hợp của độ nhấp nhô của mặt đất, sự biến
thiên của tốc độ gió theo chiều cao và kích thớc của nhà hay bộ phận nhà đang
tính toán. Giá trị của S
2
đợc cho trong bảng Cl 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 thờng, tải trọng gió lên công trình với thời gian tồn
tại là 50 năm, S
3
= 1.
b. áp lực động của gió
áp lực động của gió q đợc tính từ tốc độ gió thiết kế V
s

theo công thức
q = k .
2
s
V
(1.4)
Trong đó: k = 0,613 theo đơn vị SI (N/m
2
và m/s).
q phụ thuộc vào độ cao (vì phụ thuộc vào S
2
thay đổi theochiều cao).
c. Hệ số áp lực và hệ số lực
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
10
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
- Hệ số áp lực C
p
: Hệ số này đợc cho trên mỗi bề mặt hoặc phần bề mặt
của nhà. Diện tích của bề mặt nhân với hệ số áp lực ngoài C
pe
và áp lực động sẽ
cho tải trọng gió tác dụng áp lực ngoài; mặt phía trong thì dùng hệ số áp lực
trong C
pi
. Lực tác dụng F vuông góc với bề mặt cấu kiện là
F = (C
pe
- C
pi

).q.A (l.5)
Trong đó A là diện tích bề mặt cấu kiện. Giá trị F âm có nghĩa là lực hớng
ra ngoài.
Giá trị của C
pe
đợc trong các bảng 7 đến 15 của CP3.
Giá trị của C
pi
, đối với phần lớn các trờng hợp nhà mà mặt tờng có thể
phần nào cho gió lọt qua (qua cửa sổ, cửa chớp) mà không có lỗ mở lớn trong lúc
gió bão, đợc lấy một trong hai số, chọn số bất lợi nhất, là + 0,2 (đối với nhà hở)
hoặc - 0,3(đối với nhà kín).
- Hệ số hợp lực C
f
. Hệ số này áp dụng vào toàn thể nhà hay công trình.
dùng nhân với diện tích đón gió hữu hiệu A
e
của nhà hay công trình và nhân với
áp lực động q sẽ cho tổng lực gió lên công trình:
F = C
f
. q . A
e
(1.6)
Trong đó: C
f
- hệ số hợp lực (cho tại Bảng 10 của CP3 );
F - lực tác dụng theo hớng gió.
1.4.9. Tổ hợp tải trọng
Mọi tải trọng lên kết cấu đợc xét riêng lẻ rồi đợc tổ hợp lại, sao cho đạt đ-

ợc nội lực lớn nhất tại tiết diện khảo sát. Mỗi tải trọng phải đợc nhân với hệ số v-
ợt tải tơng ứng
f
. Với nhà một tầng, không cầu trục thì các tổ hợp tải trọng là
nh sau:
Bảng 1.6 - Bảng tổ hợp tải trọng theo BS 6399
- Tĩnh tải D + tải áp đặt I 1,4D + 1,6I
- Tĩnh tải D + tải trọng gió W 1,4D + 1,4W
- Tĩnh tải D + tải áp đặt I + gió W 1,2D + 1,2I + 1,2W
- Tĩnh tải D + gió W (bốc lên) 1,2D + 1,4W
Nhận xét : Trong BS5950-1:2000 hệ số tổ hợp tải trọng đợc ghép chung
vào hệ số vợt tải, còn TCVN 2737-95 thì tách riêng. Nh vậy, có thể nói rằng
cách xác định nội lực tính toán trong tiêu chuẩn Việt Nam phức tạp hơn. Nhng
hệ số tổ hợp trong tiêu chuẩn BS 5950-1:2000 lớn hơn TCVN 2737-95.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
11
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
1.4.10. Phơng pháp tính toán cấu kiện
- Trong BS 5950-1:2000, trớc khi thiết kế một loại cấu kiện nào đó
đầu tiên ngời ta phải chọn lớp tiết diện để quyết định công thức cần dùng.
TCXDVN chỉ chấp nhận tiết diện dẻo và không có nhiều sự lựa chọn.
- BS 5950-1:2000 có công thức kiểm tra ổn định cho thanh có tiết diện
thay đổi tuyến tính theo chiều dài cấu kiện (TCXDVN 338-2005 không có) theo
công thức sau :
M
xi
< M
bi

c
c
P
F
1
(1-7)
Trong đó:
F
c
: Lực dọc tại tiết diện khảo sát;
M
xi
: Mômen quanh trục chính tại tiết diện khảo sát;
M
bi
: Khả năng chống oằn;
P
c
: Khả năng chịu nén của cấu kiện.
Cách tính toán các tham số trên đợc trình bày cụ thể trong chơng 4.
- BS 5950-1:2000 so sánh nội lực nội lực tại một tiết diện nào đấy với khả
năng chịu lực tại tiết diện đó, còn TCXDVN 338:2005 so sánh ứng suất lớn nhất

trong tiết diện với cờng độ tính toán của vật liệu.
Nhận xét: Phơng pháp tính toán nhà thép tiền chế một tầng một nhịp
trong phạm vi luận văn đợc tính toán theo đàn hồi. Vì vậy khi thiết kế một cấu
kiện nào đó, ta chỉ chọn lớp tiết diện 3 (nửa đặc chắc) và 4 (mảnh).
1.5. Kết luận chơng 1:
- Ngoài các phần tính toán các cấu kiện cơ bản giống trong TCXDVN
338:2005, thì tùy theo trờng hợp cụ thể BS 5950-1:2000 với nhà thép tiền chế
còn có thêm các phần tính toán khác nữa nh :
+ Thiết kế dầm tờng, xà gồ;
+ Thiết kế kết cáu liên tục;
+ Thử nghiệm bằng gia tải.
- Đặc biệt BS 5950 :1-2000 còn có công thức kiểm tra ổn định cho thanh
có tiết diện thay đổi tuyến tính theo chiều dài cấu kiện mà TCXDVN 338 : 2005
không có.
- Các hệ số an toàn (HSAT): Nếu tổng hợp các HSAT thì HSAT theo
TCVN nhỏ hơn BS, nh vậy tính toán theo tiêu chuẩn BS an toàn hơn.
- Về đặc trng tiết diện: Trong BS 5950-1: 2000 tiết diện đợc phân thành 4
lớp tiết diện (lớp dẻo, lớp đặc, lớp nửa đặc, lớp mảnh). Trong TCXDVN 338 :
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
12
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
2005 chỉ chấp nhận một loại tiết diện dẻo. Việc phân loại tiết diện làm cho BS
5950-1: 2000 có tính u việt hơn TCXDVN 338 : 2005, cho phép sử dụng nhiều
loại tiết diện, thậm chí có thể là rất mảnh.
- Trong khung thép tiền chế, thờng sử dụng những cấu kiện vát, có bản
bụng mỏng mà không cần gia cờng. Với những u điểm của tiêu chuẩn BS 5950-
1: 2000 so với TCXDVN 338: 2005 nh trình bày ở trên, việc sử dụng tiêu chuẩn
BS vào việc thiết kế khung tiền chế là hợp lý và tiện dụng.
- Từ thực tế nêu trên, luận văn nhằm thiết lập một quy trình tính toán, thiết
kế khung thép tiền chế một tầng một nhịp theo tiêu chuẩn BS 5950-1: 2000 với

công việc cụ thể là :
+ Giới thiệu các bộ phận trong nhà thép tiền chế, cách bố trí và đặc điểm
làm việc của từng bộ phận đó.
+ Xác định tải trọng lên khung ngang, các cấu kiện phụ, sau đó thiết kế
và tiến hành kiểm tra các cấu kiện đó.
+ Xây dựng sơ đồ khối và thiết lập chơng trình tự động tính toán, kiểm
tra các cấu kiện, kết cấu của nhà.
+ Tiến hành ví dụ cụ thể để làm rõ quy trình tính toán trong các chơng 1,
chơng 2, chơng 3.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
13
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Chơng 2
CáC bộ phận của kết cấu nhà thép tiền chế
2.1. Đại cơng về kết cấu thép tiền chế [6]
Từ giữa thế kỷ 19, thép đã bắt đầu đợc xác định là một trong những vật
liệu hàng đầu và đáng tin cậy cho việc xây dựng những công trình lớn. Ngay từ
khi bắt đầu đợc ứng dụng thì dầm thép cán nóng và dầm thép tổ hợp đã cạnh
tranh với nhau về phơng diện linh hoạt và tính kinh tế.
Các nhà thiết kế ngày càng nhận thấy rằng: khi kết cấu khung đợc làm
bằng các cấu kiện tiết diện không đổi nh ở dầm thép cán sẽ gây lãng phí một l-
ợng vật liệu đáng kể, do nội lực tính toán ở những tiết diện của khung rất khác
nhau trong khi ta lại dùng một tiết diện trên suốt chiều dài thanh. Mặt khác, tiết
diện thép cán thờng có bề dày bản bụng lớn hơn nhiều so với yêu cầu chịu tải
của nó. Vì vậy, việc sử dụng và phát triển sản xuất dầm thép tổ hợp ngày một
nhiều hơn cũng là điều dễ hiểu. Với dầm thép loại này, ngời ta có thể dễ dàng
điều chỉnh kích thớc dày, rộng của các bản thép để có tiết diện hợp lý và thay đổi
tiết diện dầm để thu đợc một kết cấu chịu lực hợp lý.
Ban đầu, nhà thép tiền chế đợc thiết kế và sản xuất còn cứng nhắc, cha
linh hoạt trong việc bố trí kết cấu và hình dạng cấu kiện. Về sau, cùng với sự

phát triển của công nghệ sản xuất thép hình thành mỏng và các phần mềm máy
tính ngày càng hiện đại hơn đã thay đổi đợc những hạn chế này. Điều này phù
hợp với việc nền kinh tế phát triển mạnh ở nhiều quốc gia dẫn đến nhu cầu về
các công trình xây dựng bằng thép tiền chế không những đòi hỏi số lợng nhiều
hơn, chất lợng cao hơn, linh hoạt hơn mà còn phải đảm bảo tính thẩm mỹ.
Nhà thép tiền chế thông thờng có 4 thành phần chính:
- Khung ngang chịu lực chính bằng thép, tiết diện tổ hợp.
- Các kết cấu làm bằng thép dập nguội (xà gồ mái, xà gồ tờng, ).
- Hệ thống giằng.
- Hệ thống mái, tờng bao che.
*Ưu điểm của nhà thép tiền chế :
Suốt 50 năm qua ngành công nghiệp sản xuất nhà thép tiền chế ngày càng
phát triển mạnh mẽ vì loại kết cấu này có khá nhiều u điểm. Có thể kể ra đây
một số u điểm chính:
- Thời gian xây dựng nhanh: do các cấu kiện đợc chế tạo trong nhà máy,
có độ chính xác cao, việc lắp dựng đơn giản và nhanh chóng, có thể thực hiện đ-
ợc bằng cách ghép các bộ phận với nhau bằng liên kết bulông. Thời gian xây
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
14
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
dựng nhanh cũng có nghĩa là tiết kiệm đợc lao động, giảm chi phí xây lắp và
sớm đa công trình vào sử dụng.
- Tiết kiệm vật liệu: trọng lợng khung chính có thể giảm tới 40% so với
việc dùng khung bằng thép đúc truyền thống. Việc sử dụng các kết cấu phụ tiết
diện chữ Z, C bằng thép dập nguội tiết kiệm 30% so với làm bằng thép cán nóng.
Phế liệu sản xuất từ những sản phẩm thép tổ hợp và dập nguội nhỏ hơn 75% phế
liệu sinh ra từ việc chế tạo những thanh thép cán.
- Chế tạo dễ dàng, chính xác do đợc sản xuất bằng các máy móc chuyên
dụng và chủ yếu là sản xuất ở trong nhà máy.
- Trọng lợng nhẹ do đó giảm chi phí vận chuyển và chi phí làm móng. Với

những vùng khi thiết kế cần xét đến tác động của động đất thì việc khung thép có
trọng lợng nhẹ có những lợi ích đáng kể.
- Dầm bụng đặc có chiều cao nhỏ hơn (tới hơn 2 lần) so với dàn nên giảm
chiều cao nhà, thuận tiện cho vận chuyển và dựng lắp.
- Tính linh hoạt: các tòa nhà thép dễ dàng mở rộng trong tơng lai theo cả
bề ngang và chiều dài. Thậm chí trong những điều kiện cần thiết có thể dễ dàng
tháo dỡ, di chuyển đến địa điểm khác.
Mặt khác, nhà thiết kế có thể dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của khách hàng
về mặt kiến trúc cũng nh về mặt chịu lực. Nhịp của nhà có thể tới 100m, bớc cột
có thể tới 10m và chiều cao có thể tới 30m.
- Tiện bảo quản, chi phí bảo quản thấp: bề mặt kim loại thoáng dễ dàng
làm sạch, chống gỉ.
- Vấn đề về môi trờng: khối lợng công việc ngoài công trờng khá ít, việc
xây dựng các nhà thép tơng đối sạch sẽ, không ảnh hởng nhiều đến môi trờng.
* Nhợc điểm của nhà thép tiền chế :
- Kém khả năng chịu thêm tải trọng: do các khung thép đợc cắt vát những
phần thừa để tạo nên một kết cấu kinh tế nhất có thể. Vì vậy, bất kỳ một tải
trọng phụ thêm bổ sung trong quá trình sử dụng đều phải đợc xem xét thận
trọng. Một thiết bị đặt thêm vào khung cũng có thể gây ra nội lực, biến dạng vợt
quá khả năng của kết cấu.
- Khó kiểm soát chất lợng công trình đối với những nhà sản xuất trong nớc
do không tuân theo một quy trình thiết kế và sản xuất bài bản nào cả.
2.2. Khung ngang [15]
Kết cấu của nhà thép tiền chế gồm có khung ngang cơ bản, liên hệ với
nhau bằng các kết cấu dọc nh hệ giằng, xà gồ, dầm cầu trục, kết cấu của mái, kết
cấu đỡ tờng. Khung ngang thờng là kết cấu khung đặc tiết diện tổ hợp dạng chữ I
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
15
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
trong đó cột và dầm có dạng vát, tức là bề cao tiết diện đợc thay đổi tuyến tính

dọc theo chiều dài cấu kiện, chỗ nội lực lớn thì tiết diện lớn (ví dụ nách
khung, ), chỗ nội lực nhỏ thì tiết diện đợc thu hẹp (ví dụ chân cột liên kết khớp
với móng, ) (hình 1.2). Điều này khiến giảm đợc trọng lợng thép dẫn đến giảm
công vận chuyển và dựng lắp.
Hình 2.1 - Khung thép tiền chế một tầng, một nhịp
Việc chọn giải pháp khung ngang bao gồm trớc hết là xác định sơ đồ
khung, xác định các kích thớc cơ bản của khung và bố trí trên mặt bằng.
2.2.1. Sơ đồ khung ngang
Khung ngang một tầng một nhịp thờng đợc sử dụng trong thực tế. Liên kết
dầm và cột là liên kết ngàm. Liên kết cột với móng có thể là ngàm hoặc khớp.
Do yêu cầu độ cứng của nhà thép tiền chế thờng không cao nh nhà truyền thống
nên ở chân cột rất hay dùng liên kết khớp vì giảm đợc mômen tại móng, cấu tạo
chân cột đơn giản. Cột và dầm tổ hợp có thể làm tiết diện thay đổi để phù hợp
với biểu đồ bao mômen uốn, tiết kiệm vật liệu. Do đó, đã tạo nên một loại cấu
kiện mới, phổ biến trong các quy phạm tính toán Âu-Mỹ, nhng hầu nh cha đợc
đề cập đến trong quy phạm tính toán của Việt Nam: cấu kiện vát.
2.2.2. Kích thớc khung ngang
Khung ngang có các kích thớc chính theo phơng nằm ngang liên quan đến
bề rộng nhà (nhịp khung) và kích thớc theo phơng thẳng đứng, liên quan đến
chiều cao hữu ích của nhà.
a. Kích thớc theo phơng nằm ngang
Kích thớc cơ bản là nhịp khung L(khoảng cách giữa các trục định vị dọc).
Nhịp L có môđun là 3m khi nhịp dới 18m và môđun 6m khi nhịp lớn hơn. Đặc
điểm khung thép tiền chế là không có cầu trục hoặc cầu trục nhẹ (sức trục từ 30t
trở xuống).
Khi không có cầu trục, cột dùng dạng vát, chọn trục định vị trùng với mép
ngoài cột.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
16
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950

Hình 2.2 - Khung thép tiền chế một tầng, một nhịp không sử dụng cầu trục.
Khi có cầu trục thờng dùng cột có tiết diện không đổi, có thể chọn trục
định vị trùng với tim cột. Cũng có thể dùng dạng vát cho đoạn phía dới vai cột,
khi đó trục định vị lấy trùng với mép ngoài cột (hình 2.3).


Hình 2.3 - Khung thép tiền chế một tầng, một nhịp sử dụng cầu trục
b. Kích thớc theo phơng thẳng đứng
Kích thớc theo phơng đứng đợc cho trong nhiệm vụ thiết kế. Chiều cao cột
phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng không gian của nhà, phụ thuộc gabarit của cầu
chạy. Độ dốc mái phụ thuộc vào yêu cầu thoát nớc của vật liệu lợp, ví dụ khung
thông thờng của ZVS với các loại nhịp từ 18 đến 30m có mái bằng tôn sóng với
độ dốc là 1/10, khi nhịp lớn hơn (từ 36m trở lên) thì nên tăng độ dốc mái để dễ
thoát nớc hơn.
2.2.3. Bố trí khung ngang
Khung ngang bố trí theo phơng ngang mặt bằng nhà, các cột khung tạo
nên lới cột. Bớc khung B (khoảng cách các cột theo phơng dọc nhà)thờng có
môđun 6m; 7,5m; 9m (có thể bớc khung lên tới 12m, 15m).
2.3. Hệ giằng [9]
2.3.1. Đặc điểm bố trí hệ giằng trong nhà thép tiền chế
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
17
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Việc bố trí hệ giằng trong nhà thép tiền chế nói chung là tuân theo nguyên
lý bố trí hệ giằng trong nhà công nghiệp một tầng. Tuy nhiên do đặc điểm nhà
thép tiền chế chủ yếu đợc sử dụng trong các công trình công nghiệp nhẹ nên hệ
giằng đơn giản hơn và có dạng kết cấu nhẹ (thanh giằng thờng là thép tròn hoặc
dùng dây cáp).
Hình 2.4 - Hệ giằng dùng dây cáp và thép tròn.

Hệ giằng mái trong nhà thép tiền chế có một số đặc điểm riêng nh là:
+ Không có giằng đứng, mà thay nó bằng các thanh chống dọc đủ cứng.
+ Có thanh giằng bên làm nhiệm vụ chống oằn cho dầm mái (chống mất
ổn định cục bộ cho cánh dầm khi xuất hiện ứng suất nén trong bản cánh).
Hệ giằng cột trong nhà thép tiền chế cũng đợc cấu tạo đơn giản và nhẹ
nhàng hơn trong nhà công nghiệp truyền thống, vì nhà thấp chịu tải trọng gió bé
hoặc tải trọng dọc khác loại nhẹ.


Hình 2.5 - Hệ giằng cột
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
18
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Ngoài ra nhà thép tiền chế thờng đợc chế tạo từ vật liệu thép có cờng độ
cao, tiết diện cấu kiện thờng có độ mảnh lớn. Vì vậy việc bố trí hệ giằng còn
phải hợp lý để giảm độ mảnh, tăng độ cứng và nhằm đảm bảo ổn định tổng thể
cho mọi cấu kiện.
2.3.2. Bố trí hệ giằng mái
Hệ giằng mái cho nhà công nghiệp một tầng nói chung thờng bố trí nh
hình 2.6
a a a a a a a a a a a a a a a
b b bb
giằng đúng giằng dọc
giằng mái 1 giằng mái 2 khung
thanh chống dọc
hoặc giằng đứng
I I
500 500
Hình 2.6 - Bố trí giằng mái nhà công nghiệp truyền thống
500 500

a a a a a a a a a a a a a a a
Hình 2.7 - Mặt cắt I-I (Hệ giằng cột khi không có cầu trục)
a a a a a a a a a a a a a a a
500 500
Hình 2.8 - Mặt cắt I-I (Hệ giằng cột khi có cầu trục)
Đối với hệ giằng mái của nhà tiền chế có một số đặc điểm riêng khác với
hệ giằng mái của nhà công nghiệp một tầng nói chung (xem hình vẽ 2.9-2.10).
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
19
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
a a a a a a a a a a a a a a a
b b bb
giằng cột
giằng mái 1 giằng mái 2 khung
thanh chống dọc (kết hợp xà gồ)
II II
Hình 2.9 - Bố trí giằng mái nhà thép tiền chế
(Khung đầu hồi giống các khung giữa)
a a a a a a a a a a a a a a a
b b bb
giằng cột
giằng mái 1 giằng mái 2 khung
thanh chống dọc (kết hợp xà gồ)
II II
Hình 2.10 - Bố trí giằng mái nhà thép tiền chế
(Khung đầu hồi sử dụng hệ cột gió)
xà gồ mái
dầm mái
giằng cánh
a a a a a a a a a a a a a a a

Hình 2.11 - Mặt cắt II-II (Hệ giằng cánh-giằng bên)
Hệ giằng mái bao gồm:
- Giằng mái 1 : Đợc bố trí ở hai đầu hồi (truờng hợp 1) hoặc bố trí ở nhịp
thứ hai (trờng hợp 2), đầu khối nhiệt độ, chỉ có ở mặt phẳng cánh trên dầm.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
20
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
- Giằng mái 2: Là khối giằng mái bố trí ở giữa nhà, thờng dùng cho các
nhà có chiều dài lớn.
- Giằng dọc: Thờng đợc bố trí ở các nhà có không gian trong nhà dài rộng,
và có cầu trục. Ngoài ra còn có thể có các thanh chống dọc nhà tại vị trí các nút
giằng. Trong nhà thép tiền chế, thờng tận dụng thanh chống dọc là xà gồ.
- Giằng cánh: Thờng sử dụng trong nhà tiền chế có hệ mái nhẹ.
2.3.3. Nhiệm vụ của hệ giằng mái
Các thành phần của hệ giằng mái có nhiệm vụ chung là tạo độ cứng tổng
thể cho hệ kết cấu mái đồng thời tham gia chịu và phân phối tải trọng tác dụng
cục bộ lên các cấu kiện thành phần, ngoài ra giằng còn tham gia phục vụ thi
công công trình. Vai trò và nhiệm vụ cụ thể của từng thành phần nh sau:
- Giằng mái 1: Là điểm tựa để đón nhận tải trọng gió từ đầu hồi qua các
cột sờn tờng và truyền tác dụng lên kết cấu khung (vai trò của hệ dàn gió). Giảm
chiều dài tính toán và giữ ổn định cho cánh trên hoặc cánh dới của dàn kèo (với
dạng nhà công nghiệp kiểu truyền thống) hoặc giữ ổn định tổng thể cho dầm kèo
(với nhà tiền chế). Tạo khối cứng, giữ ổn định và làm điểm tựa cho các khung
khác.
Trong quá trình thi công, các khối giằng này trở thành các khối cứng làm
điểm tựa cho việc lắp dựng các khung khác (thông qua các thanh chống dọc hoặc
xà gồ mái).
- Giằng mái 2: Tham gia tăng độ cứng tổng thể công trình khi chiều dài
công trình là khá lớn, khoảng cách giữa hai khối giằng trong một khối nhiệt độ
không quá 50m.

- Giằng dọc: Kết hợp với giằng mái 1, 2 thành một vành cứng liên kết các
đầu cột, tăng sự tơng tác giữa các khung làm cho hệ làm việc không gian, làm
tăng cờng sự chống xoắn của nhà.
- Giằng cánh: Giảm nhịp cho xà gồ và giữ ổn định bên của dầm kèo (với
nhà tiền chế) khi xuất hiện sự oằn mất ổn định của cánh nén.
2.4. Xà gồ và dầm tờng [13]
2.4.1. Nhiệm vụ của xà gồ và dầm tờng
- Xà gồ và dầm tờng là những cấu kiện thứ yếu của nhà dùng để đỡ các bộ
phận bao che nh mái, tờng treo. Xà gồ đợc làm từ thép hình cán nóng nhng phần
lớn đợc làm từ thép hình tạo nguội.
- Xà gồ và dầm tờng ngoài nhiệm vụ chính là đỡ tôn mái và tôn tờng còn
có vai trò nh hệ giằng dọc, giằng các khung với nhau, làm tăng cờng sự cùng làm
việc và giảm nội lực và chuyển vị của các khung theo phơng ngang nhà (phơng
mặt phẳng khung). Cánh trên chịu nén của dầm mái (tại vùng mômen dơng) đợc
giữ ổn định bằng xà gồ đặt lên, còn cánh dới chịu nén (tại vùng mômen âm)
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
21
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
cũng đợc giữ ổn định bằng cách dùng các thanh chống chéo nối cánh dới đó với
xà gồ (hình 2.14). Cũng dùng cách giằng này với dầm tờng để giữ ổn định cho
cánh trong của cột. Giải pháp này đợc ứng dụng ở hầu hết các nhà thép tiền chế.
Các công ty chế tạo kết cấu thép tiền chế của nớc ngoài đặt tại Việt
Nam(ZamilSteel, BHP, Peb Steel ) sử dụng chủ yếu khi tính toán cấu kiện thép
cán nguội, đó là tính toán theo lý thuyết thanh thành mỏng. Vấn đề này ít đợc đề
cập trong tiêu chuẩn Việt Nam.
Hình 2.12 - Xà gồ chữ Z và chữ C
2.4.2. Đặc điểm làm việc của xà gồ và dầm tờng
- Xà gồ đặt trực tiếp trên dầm mái, thờng đợc cấu tạo nh dầm liên tục, có
lợi về mômen và độ võng bé hơn so với dầm đơn giản. Việc tạo dầm liên tục với
tiết diện chữ C và Z khá đơn giản: tiết diện chữ Z thì đặt phủ chồng lên nhau, tiết

diện chữ C thì quay lng vào nhau, và bắt bulông. Càng tăng chiều dài phủ chồng
thì càng tăng tính liên tục: chiều dài đoạn phủ chồng ít nhất là 60cm, nhiều nhất
tới nửa nhịp (xà gồ vơn xa khỏi dầm mái 1/4 nhịp), khả năng chịu lực có thể tăng
tới 100% (hình 2.13). Tính liên tục trong kết cấu mang lại sự kinh tế hơn vì mối
nối chồng làm chiều dày bên trong xà gồ tăng gấp đôi ở đoạn nối, gia tăng cờng
độ của tiết diện nơi mà các mômen uốn và các lực cắt là cực đại, tăng khả năng
chịu tải và độ cứng của cả hệ.

Hình 2.13 - Đoạn nối chồng xà gồ và thanh chống xà gồ (giằng cánh)
2.5. Hệ mái
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
22
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
- Hệ mái và tờng của nhà thép tiền chế thờng là loại kết cấu nhẹ: làm bằng
tấm kim loại một lớp hoặc ba lớp, thỏa mãn đầy đủ yêu cầu sử dụng, tiện nghi,
bền vững (thời hạn đảm bảo từ 20 năm đến 50 năm) (hình 2.14). Ngoài ra để phù
hợp với khung cảnh kiến trúc, còn dùng loại mái phi kim loại nh mái vải màng
mỏng.
- Có hai loại chính liên kết tấm lợp với với xà gồ trong thực tế. Loại phổ
thông là bắt vít: tấm lợp đợc bắt vào xà gồ bằng các vít tự khoan và tự ren. Loại
liên kết này tạo nên độ cứng cho hệ thống tấm lợp và phần nào tạo kiềm chế
xoắn cho xà gồ. Loại thứ hai là liên kết mối đứng. Tấm lợp không liên kết trực
tiếp vào xà gồ mà nhờ các chi tiết ẩn kín trong sờn cao của tấm, các chi tiết náy
cho phép cho phép tấm lợp di chuyển xoay và trợt (khi có biến dạng của xà gồ và
co dãn vì nhiệt). Loại liên kết này tạo độ cứng bên không đáng kể nên xà gồ cần
có giằng để kiềm chế chuyển vị bên và kiềm chế xoắn. Trong nhà thép tiền chế,
tấm lợp đợc liên kết với xà gồ bằng cách bắt vít. Lúc đó xà gồ sẽ đợc kiềm chế
oằn bên và chống xoắn một phần.

Hình 2.14 - Tấm mái

2.6. Kết luận chơng 2
- Nêu đợc những u, nhợc điểm của nhà thép tiền chế.
- Giới thiệu các bộ phận trong nhà thép tiền chế, cách bố trí, tác dụng và
đặc điểm làm việc của từng bộ phận đó:
+ Khung ngang thờng là kết cấu khung đặc tiết diện tổ hợp chữ I trong đó
cột và dầm có dạng vát, tức là bề cao tiết diện đợc thay đổi tuyến tính dọc theo
chiều dài cấu kiện.
+ Việc bố trí hệ giằng trong nhà thép tiền chế nói chung là tuân theo
nguyên lý bố trí hệ giằng trong nhà công nghiệp một tầng. Tuy nhiên do đặc
điểm nhà thép tiền chế chủ yếu đợc sử dụng trong các công trình công nghiệp
nhẹ nên hệ giằng đơn giản hơn và có dạng kết cấu nhẹ (thanh giằng thờng là thép
tròn hoặc dùng dây cáp).
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
23
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
+ Trong nhà thép tiền chế xà gồ và dầm tờng đợc làm từ thép hình tạo
nguội, tính toán theo lý thuyết thanh thành mỏng. Xà gồ đặt trực tiếp trên dầm
mái, thờng đợc cấu tạo nh dầm liên tục chịu nén uốn.
- Chơng 2 đã giới thiệu đợc sơ đồ và kích thớc khung ngang, đặc điểm làm
việc, cách bố trí các bộ phận trong nhà thép tiền chế một tầng một nhịp, tạo tiền
đề cho việc xây dựng chính xác mô hình hóa, sơ đồ tính các bộ phận trên trong
các chơng tiếp theo.
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
24
LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT: T.K KHUNG THéP TIềN CHế 1 TầNG, 1 NHịP THEO TC BS-5950
Chơng 3
TíNH TOáN KHUNG NGANG
3.1. Tải trong tác dụng lên khung ngang[4]
Các tải trọng tác dụng lên khung ngang bao gồm :
+ Tải trọng thờng xuyên: Trọng lợng bản thân của kết cấu chịu lực và kết

cấu bao che.
+ Tải trọng tạm thời: Do cầu trục, tải trọng gió, tải trọng trên mái do ngời
và công tác sửa chữa
Để tiện cho việc tính khung, dới đây sẽ xét tải trọng tác dụng lên dầm, tác
dụng lên cột và tải trọng gió.
Các số liệu về tải trọng nh tĩnh tải tiêu chuẩn, hoạt tải tiêu chuẩn, tốc độ
gió cơ bản lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995. Còn cách chọn tải trọng tính
toán, phơng pháp tổ hợp tải trọng, vật liệu, phơng pháp tính toán theo tiêu chuẩn
BS 5950-1: 2000.
3.1.1. Tải trọng tác dụng lên xà ngang
Tải trọng tác dụng lên xà ngang gồm trọng lợng của mái, của xà gồ, của
cửa trời (nếu có), của trọng lợng bản thân kết cấu, tải trọng tạm thời khi sử dụng
và sửa chữa trên mái. Các tải trọng này đợc tính ra N trên m
2
mặt bằng nhà, sau
đó qui về phân bố trên xà ngang.
a. Trọng lợng mái
Dựa vào cấu tạo cụ thể mái của mái tính ra trọng lợng từng lớp (đơn vị
N/m
2
mặt dốc mái) ; đổi ra N/m
2
mặt bằng bằng cách chia cho cos ( là góc
dốc của xà ngang).
b. Trọng lợng bản thân dầm
Là trọng lợng bản thân của kết cấu dầm, phụ thuộc vào tiết diện dầm. Khi
khai báo tiết diện đầu vào, chơng trình tính toán kết cấu (ví dụ nh Sap 2000,
Etab, Stadd ), máy sẽ tự động tính tải bản thân của dầm.
c. Trọng lợng kết cấu cửa trời
Theo công thức kinh nghiệm d

c
lt
=
ltlt
l.

daN/m
2
mặt bằng nhà (3.1)
trong đó
lt
= 0,5; l
lt
- nhịp của cửa trời, m.
d. Trọng lợng cánh cửa trời và bậu cửa trời
Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời. Để tiện tính khung nên quy đổi
thành phân bố trên mặt bằng nhà. Trọng lợng bậu cửa bằng 100 - 150 daN/m
bậu; trọng lợng cửa kính và khung cánh cửa lấy bằng 35 - 40 daN/m
2
cánh cửa.
e. Tải trọng thờng xuyên
Tải trọng thờng xuyên bằng tổng trọng lợng mái, trọng lợng bản thân
dầm, trọng lợng kết cấu cửa trời (nếu có), trọng lợng thiết bị, trọng lợng xà gồ
HọC VIÊN : NGUYễN DUY HảI CHXD2005
25