Tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu âu (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

PHẠM LÊ BIÊN

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY CỦA CẤU KIỆN LIÊN
HỢP THÉP- BÊ TÔNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CTDD&CN

Hà Nội - 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

PHẠM LÊ BIÊN
KHÓA: 2014-2016

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY CỦA CẤU KIỆN LIÊN HỢP
THÉP- BÊ TÔNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. CHU THỊ BÌNH
TS. DƯƠNG QUANG HÙNG

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt hai năm học tập tại Khoa Sau Đại học – Trường Đại học
Kiến Trúc Hà Nội, tôi và các học viên khóa cao học 2014-2016 đã luôn
nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo và cán bộ
khoa. Chúng tôi cũng được học tập và tiếp thu những kiến thức, phương
pháp nghiên cứu khoa học vô cùng quý báu mà các thầy cô đã dày công
nghiên cứu, truyền đạt lại cho chúng tối trong các buổi học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới TS. Chu Thị
Bình – người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu
khoa học có giá trị trong suốt quá trình tôi thực hiện Luận văn này. Tôi
cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên
trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội nói chung, Khoa Sau Đại học nói riêng.
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, tuy rằng bản thân đã
không ngừng cố gắng và học hỏi, nhưng với kinh nghiệm và vốn hiểu biết
còn hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi những tồn tại thiếu sót. Tôi mong
nhận được sự chỉ bảo và đóng góp của các thầy cô cũng như bạn bè, đồng
nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016

Tác giả Luận văn

Phạm Lê Biên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Tính toán khả năng chịu
cháy của kết cấu liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu” là công
trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả
nghiên cứu là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Lê Biên


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
Danh mục bảng, biểu
Danh mục hình vẽ, đồ thị
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................... 1
* Lý do chọn đề tài:
* Mục tiêu nghiên cứu:
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
* Phương pháp nghiên cứu:
* Ý nghĩa khoa học và thưc tiễn của đề tài
* Cấu trúc luận văn:
Chương 1:Tổng quan về tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp
thép- bê tông ........................................................................................... 4

1.1 Giới thiệu về kết cấu liên hợp thép- bê tông ............................................ 4
1.2 . Ứng xử của kết cấu công trình trong điều kiện cháy.................................. 5
1.2.1. Các đặc tính của vật liệu thép dưới tác động của nhiệt độ cao .................5
1.2.2 Các đặc tính của vật liệu bê tông dưới tác động của nhiệt độ cao ............12
1.2.3. Ứng xử của kết cấu liên hợp thép- bê tông dưới tác động của nhiệt độ cao
............................................................................................................................16
1.3 Giới thiệu phương pháp tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên
hợp thép- bê tông ........................................................................................... 17
1.3.1 Tại Việt Nam ..........................................................................................17
1.3.2 Trên thế giới ...........................................................................................18


1.4 Tổ hợp tải trọng cho kết cấu trong điều kiện cháy ..................................... 20
Chương 2: Tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu ............................................................ 23
2.1 Tính toán khả năng chịu cháy của sàn liên hợp thép- bê tông ................... 23
2.2 Tính toán khả năng chịu cháy của dầm liên hợp ........................................ 32
2.3 Tính toán khả năng chống cháy của cấu kiện cột ....................................... 34
Chương 3: Tính toán khả năng chịu cháy của công trình ví dụ................ 39
3.1 Sàn .............................................................................................................. 40
3.2 Dầm............................................................................................................. 63
3.2 Cột: ............................................................................................................. 71
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ..................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO


Danh mục các bảng, biểu
Số hiệu bảng
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 2.1

Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 2.4
Bảng 2.5
Bảng 2.6

Bảng 2.7
Bảng 2.8

Bảng 2.9

Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6

Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14

Tên bảng
Giá trị các hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy và
giới hạn tỷ lệ của vật liệu thép ở nhiệt độ 

Hệ số suy giảm khả năng chịu nén và biến dạng cực hạn của
bê tông ở nhiệt độ 
Hệ số xác định khả năng kháng cháy đối với cách nhiệt
Hệ số xác định khả năng kháng cháy đối với tấm thép.
Hệ số xác định nhiệt độ của các thanh thép trong các xương
sườn.
Hệ số giảm cường độ tra theo nhiệt độ của thép
Các hệ số giảm theo nhiệt độ
Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, lớp bê tông bảo vệ tối
thiểu của thép hình và khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép
đối với cột liên hợp có thép hình được bọc bê tông toàn bộ
Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho tiết diện cột thép khi bê tông
chỉ đóng vai trò chống cháy
Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, khoảng cách tối thiểu
đến trục cốt thép và tỷ lệ cốt thép tối thiểu của cột liên hợp có
thép hình được bọc bê tông một phần
Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, tỷ lệ cốt thép tối thiểu
và khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép đối với cột liên hợp
có tiết diện rỗng được nhồi bê tông
Các tải trọng tác dụng lên sàn
Bảng tra chiều dày hiệu quả
Bảng tra các hệ số ai cho bê tông thường
Tra hệ số bi ứng với bê tong thường ở thời gian 90 phút
Hệ số ci đối với bê tông thường và thời gian 90 phút
Bảng giá trị tính toán của hệ số giảm cường độ ky,Ѳ,cường độ
fy,Ѳ và lực Fi của các phần thép tấm và thép trong sườn ở nhiệt
độ i
Giá trị tính toán mô men các phần trong bản sàn
Hệ số di đối với bê tông thường và thời gian cháy 90 phút
Giá trị tọa độ các 4 điểm trên đường đẳng nhiệt

Giá trị cường độ và lực giới hạn của cốt thép sàn
Giá trị tinh toán của mô men các phần
Tra hệ số bi cho R120 và bê tông thường
Bảng tra các hệ số ci với R120 và bê tông thường
Bảng giá trị tính toán của hệ số giảm cường độ ky,Ѳ,cường độ


Bảng 3.15
Bảng 3.16
Bảng 3.17
Bảng 3.18
Bảng 3.19
Bảng 3.20
Bảng 3.21
Bảng 3.22

fy,Ѳ và lực Fi của các phần thép tấm và thép trong sườn ở nhiệt
độ i
Giá trị tính toán mô men các phần trong bản sàn
Hệ số di đối với bê tông thường và thời gian cháy 120 phút
Giá trị tọa độ các 4 điểm trên đường đẳng nhiệt
Giá trị tinh toán của các phần mô men đối với mép dưới của
sàn liên hợp
Hệ số giảm cường độ theo nhiệt độ
Thông số tính toán và các giá trị nhiệt độ của dầm
So sánh thông số vật liệu với bảng tra Eurocode
Thông số cột và thép tăng cường ứng với khả năng chịu cháy
yêu cầu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Số hiệu
hình
Hình 1.1

Một số kiểu tiết diện cột

Hình 1.2
Hình 1.3

Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tấm tôn song
Cường độ thép giảm theo nhiệt độ

Hình 1.4

Các thông số đặc trưng cho trạng thái làm việc của vật liệu thép ở
một nhiệt độ  cho trước
Biểu đồ ứng suất- biến dạng của vật liệu thép trong điều
kiệnnhiệt độ cao theo Eurocodes
Biểu đồ hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy và giới hạn
tỷ lệ của vật liệu thép ở nhiệt độ 
Sự biến thiên hệ số giãn nở vì nhiệt của kết cấu thép theo nhiệt
độ
Sự biến thiên độ giãn dài vì nhiệt của thép theo nhiệt độ
Sự biến thiên nhiệt dung riêng của thép theo nhiệt độ
Sự biến thiên dẫn nhiệt của thép theo nhiệt độ

Hình 1.5
Hình 1.6

Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11

Tên bảng

Hình 1.16
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3

Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu bê tông trong
điều kiện chịu nhiệt độ cao
Độ giảm cường độ chịu nén của vật liệu bê tông khi hạ nhiệt
độ về nhiệt độ thường
Sự biến thiên khả năng giãn nở vì nhiệt của vật liệu bê tông theo
nhiệt độ
Sự biến thiên tính dẫn nhiệt của vật liệu bê tông theo nhiệt độ
Sự biến thiên nhiệt dung riêng của vật liệu bê tông theo nhiệt
độ
Sự biến thiên hệ số giảm tải trọngfi theo tỷ số tải trọng Qk,1/Gk
Định nghĩa của các yếu tố hình học cho sườn sàn liên hợp
Các tham số cho các vị trí của các thanh gia cố
Biểu đồ đường đẳng nhiệt

Hình 2.4
Hình 3.1
Hình 3.2

Hình 3.3

Đường đẳng nhiệt xác định bằng 4 điểm
Mặt bằng kết cấu
Mặt bằng kết cấu sàn
Chi tiết sàn liên hợp thép bê tông và tải trọng tác dụng

Hình 3.4

Chi tiết 1 sườn của sàn

Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15


Hình 3.5
Hình 3.6

Chi tiết dải sàn cofraplus 77
Độ dày hiệu quả của bản sàn

Hình 3.7
Hình 3.8

Khoảng cách thép thanh trong sườn với các phần tấm thép
Trục trung hòa của bản sàn theo mô men dương

Hình 3.9

Hình 3.10

Đường đẳng nhiệt θlim
Mặt cắt ngang còn lại của sàn

Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14

Đường trung hòa của mặt cắt ngang R90
Mặt cắt tính toán của mô men âm giới hạn R90
Đường trung hòa của mặt cắt ngang R120
Mặt bằng tính toán hệ kết cấu

Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18

Tải trọng tác dụng lên dầm
Chi tiết vị trí dầm tính toán
Chi tiết kích thước của dầm liên hợp
Chi tiết sàn liên hợp tựa lên dầm

Hình 3.19
Hình 3.20

Hình 3.22
Hình 3.23

Cấu tạo dầm IPE450 với sơn chống cháy
Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian của cấu kiện ứng với thời gian
cháy 90 phút
Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian của cấu kiện ứng với thời gian
cháy 120 phút
Mặt bằng kết cấu tính toán cột
Chi tiết cột liên hợp bọc bê tông một phần

Hình 3.24

Tải trọng tác dụng lên cột dưới cùng của công trình

Hình 3.21


1

PHẦN MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài:
- Kết cấu liên hợp thép bê tông là kết cấu sử dụng thép hình kết hợp
với bê tông để làm kết cấu chịu lực cho công trình. Kết cấu liên hợp thép bê tông có nhiều ưu điểm về mặt chịu lực và tiến độ thi công nên ngày càng
được áp dụng rộng rãi;
- Kết cấu liên hợp thép bê tông còn có ưu điểm về khả năng chịu
cháy so với kết cấu thép. Bê tông còn đóng vai trò làm lớp vật liệu bảo vệ,
làm chậm quá trình tăng và truyền nhiệt trong kết cấu thép;
-Việc xác định khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp là phức tạp
do phải kể đến sự biến dạng do nhiệt,và sự thay đổi các tính chất cơ lý của
vật liệu khi nhiệt độ tăng cao. Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có chỉ dẫn tính
toán. Một số tiêu chuẩn nước ngoài có chỉ dẫn như tiêu chuẩn châu Âu

Eurocodes, tiêu chuẩn Canada, New Zealand… trong đó tiêu chuẩn châu Âu
trình bày chi tiết hơn cả. Song song với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu trong điều
kiện nhiệt độ thường (phần 1), tiêu chuẩn châu Âu có thêm phần 2 hướng
dẫn thiết kế kết cấu trong điều kiện cháy. Tiêu chuẩn EN 1994-1-2 dùng cho
thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông trong điều kiện cháy;
- Do kiến thức về kết cấu trong điều kiện cháy còn chưa được công
bố nhiều nhất là tài liệu tiếng Việt, luận văn này trình bày rõ phương pháp
tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép - bê tông
theo tiêu chuẩn châu Âu. Luận văn dành một chương thực hành tính toán
một công trình cụ thể, khảo sát kết quả tính khi thay đổi một thông số qua đó
đưa ra các nhận xét, khuyến nghị.
* Mục tiêu nghiên cứu:


2

Trình bày rõ ràng cách tính khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp
thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1994-1-2. Tính toán một bài toán
cụ thể trong đó có khảo sát kết quả tính bằng cách thay đổi một số thông số
qua đó đưa ra các đánh giá, nhận xét;
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu về tính toán khả năng chịu cháy của cột, dầm sàn trong
kết cấu liên hợp thép- bê tông.
* Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu theo tài liệu, thực hành tính toán số để đưa ra các nhận
xét, khuyến nghị.
* Ý nghĩa khoa học và thưc tiễn của đề tài
Đề tài trình bày một cách rõ ràng các bước tính toán khả năng chịu
cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép- bê tông, có ví dụ tính toán với một
số thông số thay đổi để có các nhận xét kiến nghị. Do vậy đây là tài liệu có ý

nghĩa khoa học góp phần làm rõ các kiến thức về thiết kế kết cấu trong điều
kiện cháy trong điều kiện Việt Nam còn thiếu các tài này bằng tiếng Việt.
Đề tài còn là tài liệu tham khảo, hướng dẫn kỹ sư xây dựng cách tính toán
khả năng chịu cháy của kết cấu trong việc thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê
tông có kể đến điều kiện an toàn cháy. Đây là ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
* Cấu trúc luận văn:
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của luận văn có 3
chương gồm có:
Chương 1: Tổng quan về tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp
thép- bê tông


3

Chương 2: Tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp thép - bê tông
theo tiêu chuẩn châu Âu
Chương 3: Tính toán khả năng chịu cháy của các cấu kiện với công trình ví
dụ


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

75

KẾT LUẬN
Luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:
1. Tìm hiểu được tổng quan về ứng xử của kết cấu liên hợp thép- bê tông
trong điều kiện cháy, tìm hiểu cách tính toán khả năng chịu cháy của
cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu;
2. Làm rõ quy trình tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện sàn, dầm,
cột liên hợp thép- bê tông. Vận dụng tính toán đối với công trình ví dụ,
thay đổi thông số tính toán cho lần lượt các cấp bền chịu lửa yêu cầu,
đưa ra các thông số tham khảo khi thiết kế cấp bền chịu cháy của cấu
kiện liên hợp.
3. Bằng việc thay đổi thông số tính toán cho các cấp bền chịu lửa, luận văn
đã rút ra được nhận xét về giải pháp tăng khả năng chịu cháy của cấu
kiện liên hợp sàn, dầm, cột:


Tăng tiết diện thép sàn, chiều dày bản sàn để tăng khả năng

chịu cháy của bản sàn liên hợp


Tăng chiều dày, kích thước thép định hình để tăng khả năng

chịu cháy dầm


Tăng chiều dày, kích thước thép định hình, tăng diện tích cốt

thép để tăng khả năng chịu lực của cột liên hợp


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Nguyễn Thị Nhịp (2013), Xác định khả năng chịu lực của kết cấu liên hợp
thép- bê tông trong điều kiện cháy, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng
CTDD&CN, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội.
2. Ngô Xuân Tùng (2015), Thiết kế kết cấu công trình theo điều kiện an toàn
cháy, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng CTDD&CN, Trường Đại Học
Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội.
Tiếng Anh:
3. CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steelconcrete structures, Basic design methods of EN 1994-1-2, Fire part of
Eurocode 4, Workshop ‘Structural Fire Design of Buildings according to the
Eurocodes’, Brussels.
4. CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steelconcrete structures, Worked Example, Workshop ‘Structural Fire Design of
Buildings according to the Eurocodes’, Brussels.
5. EN 1994-1-2 (2004), Eurocode 4- Design of composite steel and concrete
structures, part 1-2: General rules- Structural fire design.