Nghiên cứu liên kết dầm cột trong khung thép chịu động đất

Header Page 1 of 120.

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRỊNH DUY THÀNH

NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT DẦM CỘT TRONG
KHUNG THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.


Header Page 2 of 120.

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRỊNH DUY THÀNH
KHÓA: 2014- 2016

NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT DẦM CỘT TRONG KHUNG
THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT

Chuyên ngành: Xây dựng
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VŨ QUỐC ANH
TS. ĐỖ TRỌNG QUANG

HÀ NỘI, NĂM 2016

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 2 of 120.


Header Page 3 of 120.

i

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Kiến Trúc, nhất
là các cán bộ, giảng viên Bộ môn thép gỗ - Trƣờng Đại học Kiến Trúc, Khoa Đào
tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn
này. Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn – PGS.TS Vũ Quốc
Anh – Trƣởng bộ môn thép – Đại học Kiến Trúc và TS.Đỗ Trọng Quang – Phó chủ
nhiệm khoa Xây Dựng – Đại học Hải phòng. Các thầy đã gợi mở những ý tƣởng
đầu tiên, đã hƣớng dẫn và hết lòng ủng hộ tác giả trong suốt thời gian thực hiện đề
tài này.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô trong Hội đồng khoa học đã đóng
góp những góp ý, những lời khuyên quý giá cho bản luận văn này.
Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, chia sẻ khó khăn và
động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn
này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 06 năm 2016

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 3 of 120.


Header Page 4 of 120.

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết qua nghiên cứu của Luận Văn là trung
thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Tác giả luận văn

Trịnh Duy Thành

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.


Header Page 5 of 120.

iii

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Lời cam đoan ............................................................................................................. ii
Mục lục ..................................................................................................................... iii
Danh mục bảng, biểu ................................................................................................ vi
Danh mục hình vẽ, sơ đồ, đồ thị ............................................................................. viii
Danh mục kí hiệu ........................................................................................................x
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài. ...................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..............................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. .........................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu. .......................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................2
5.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................2
5.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn. ...................................................................................................3
PHẦN NỘI DUNG .....................................................................................................4
CHƢƠNG I: CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÁNG HỆ KẾT CẤU
KHUNG THÉP NHÀ CAO TẦNG ............................................................................4
1.1. Tổng quan về động đất .............................................................................4
1.1.1. Nguyên nhân của động đất ....................................................................4
1.2. Các phƣơng pháp phân tích động đất đàn hồi khung nhà thép.................4
1.2.1. Phuơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng ............................................4
1.2.2. Phƣơng pháp phổ phản ứng dạng dao động ..........................................7
1.3. Các phƣơng pháp phân tích động đất phi đàn hồi khung thép nhà cao
thép ...................................................................................................................9
CHƢƠNG II: LIÊN KẾT GIỮA DẦM, CỘT (NÚT KHUNG) TRONG HỆ KẾT
CẤU KHUNG THÉP NHÀ NHIỀU TẦNG.............................................................13
2.1. Khung thép chịu động đất .......................................................................13

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 5 of 120.


Header Page 6 of 120.

iv

2.1.1. Các quan niệm thiết kế khung thép chịu động đất...............................13
2.1.2. Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lƣợng ............................................13
2.1.3. Các dạng kết cấu khung thép chịu động đất ........................................17
2.2. Khung thép chung thép (MRF) ..............................................................21
2.2.1. Mục tiêu thiết kế của khung chịu mô men...........................................21
2.2.2. Thông số thiết kế tiêu tán Mô men trong khung cứng.........................22
2.2.3. Khớp dẻo và liên kết dầm, cột trong khung chịu mô men (MRF) ......26
2.2.4. Các kiểu liên kết giữa dầm và cột trong khung chịu mô men (MRF) .29
2.2.5. Các cách giảm tiết dầm trong liên kết dầm, cột trong khung thép chịu
môme ……………………………………………………………………… 33
2.2.6. Thiết kế dầm giảm tiết diện trong liên kết dầm, cột (nút khung) ……33
CHƢƠNG III: VÍ DỤ TÍNH TOÁN ........................................................................41
3.1. Mô tả công trình......................................................................................41
3.1.1. Số liệu địa chất: ...................................................................................43
3.1.2. Số liệu về tải trọng ...............................................................................43
3.2. Các bƣớc lựa chọn thông số đầu vào ......................................................46
3.2.1. Lựa chọn tiết diện dầm, cột .................................................................49
3.2.2. Kiểm tra điều kiện “cột khỏe – dầm yếu” (WBSC) ............................52
3.2.3. Cột phía trong, kiểm tra lực nén dọc trục ............................................53
3.2.4. Cột phía trong, mô men kháng dẻo từng mức tầng .............................53
3.3. Tính toán tải trọng động đất (thông qua phần mềm Etabs) ....................54
3.3.1. Phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng ..........................................56
3.3.2. Phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động.........................58

3.3.3. So sánh tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng và phổ phản ứng dạng dao động
........................................................................................................................60
3.4. Chuyển vị lệch tầng ................................................................................63
3.5. Hiệu ứng P-∆ ..........................................................................................65
3.6. Thiết kế liên kết dầm và cột, nút phía trong trục X3 không giảm yếu tiết
diện dầm .........................................................................................................65

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 6 of 120.


Header Page 7 of 120.

v

3.6.1. Kết quả phân tích. ................................................................................66
3.6.2. Mô men và lực cắt thiết kế tại liên kết dầm IPE330............................69
3.6.3. Thiết kế của mối hàn giữa tấm và dầm ................................................69
3.6.4. Thiết kế bu lông ..................................................................................69
3.6.5. Thiết kế bản bích liên kết ....................................................................73
3.6.6. Kiểm tra lực cắt tại vị trí bản bụng .....................................................75
3.6.7. Kiểm tra bản bụng cột lực nén ngang .................................................76
3.6.8. Kiểm tra bản bụng của cột lực kéo ngang ...........................................76
3.6.9. Nhận xét về phƣơng án thiết kế ...........................................................77
3.7. Thiết kế liên kết dầm, cột (nút) phía trong trục X3 có giảm yếu tiết diện
dầm. ................................................................................................................79
3.7.1. Mục tiêu ...............................................................................................79
3.7.2. Thiết kế giảm tiết diện dầm IPE330 (RBS) kiểu “xƣơng chó - dog
bone” ..............................................................................................................79
3.7.3. Thiết kế giảm tiết diện dầm kiểu “ERBS-H” và “ERBS-BH” ............83
Kết luận và kiến nghị………………………………………………………………87

Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………88
Phụ lục……………………………………………………………………………..89

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 7 of 120.


Header Page 8 of 120.

vi

DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng biểu

biểu
1.1
2.1

2.2
2.3
2.4

Công thức để tính sơ bộ chu kì dao động T1 của công trình.
Các yêu cầu về phân loại tiết diện thép của cấu kiện có khả năng tiêu
tán năng lượng theo cấp dẻo kết cấu và hệ số ứng xử
Giới hạn tỷ số giữa chiều rộng và bề dày cho cấu kiện chịu nén
(EN 1993-1-1:2005)
Phân loại độ dẻo tương ứng với các kiểu liên kết

Kích thước đặc trưng giảm yếu tiết diện dầm
kiểu “ERBS-H” và “ERBS-BH”

2.5

Vị trí tham khảo của khớp dẻo xuất hiện ở cuối dầm

3.1

Tĩnh tải sàn tầng điển hình

3.2

Tĩnh tải tường kính

3.3

Tĩnh tải tường gạch rỗng

3.4

Giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương X

3.5

Giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương Y

3.6

Tiết diện IPE330

3.7

Tiết diện IPE300

3.8

Tiết diện HE340M

3.9

Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi

3.10

Thông số dẫn xuất

3.11

Chu kỳ ứng với các dạng dao động (thông qua phần mềm etabs)

3.12

Tổ hợp tải trọng khung không gian

3.13

Thống kê các dạng dao động theo 2 phương X, Y

3.14

Tổ hợp tải trọng

3.15

Nội lực tại các tầng (phương pháp tĩnh lực ngang tương đương)

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 8 of 120.


Header Page 9 of 120.

vii

3.16

Nội lực tại các tầng (phương pháp phổ phản ứng dạng dao động)

3.17

Kết quả nội lực dầm

3.18

Kết quả nội lực cột phía trong

3.19

Kết quả nội lực cột phía ngoài

3.20

Cấp độ bền của bu lông theo EN1993-1-8

3.21

Diện tích mặt cắt ngang của bu lông theo EN1993-1-8

3.22

Các hệ số an toàn

3.23

Thông số bu lông

3.24

3.25

So việc nội lực khi giảm tiết diện dầm IPE330 (RBS)
kiểu “xương chó - dogbone”
Bảng 2.35. So việc nội lực khi giảm tiết diện dầm IPE330 (RBS)
kiểu “ERBS-H” và “ERBS-BH”

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 9 of 120.


Header Page 10 of 120.

viii

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ
Số hiệu
hình, sơ

Tên hình, sơ đồ, đồ thị

đồ, đồ thị
1.1

Chấn tiêu và chấn tâm của một trận động đất

1.2

Cách xây dựng phổ phản ứng.

1.3

Giản đồ gia tốc phổ phản ứng đàn hồi Se (T ) trong Eurocode 8

1.4

Đường cong khả năng

1.5

Đường cong khả năng với mô hình độ bền tổng thể bị giảm xuống

2.1

Khung chịu mô men (MRF) (vùng tiêu tán năng lượng

2.2

Hình ảnh thực tế của khung chịu mô men (MRF)

2.3
2.4
2.5

Khung có hệ giằng chéo đúng tâm (vùng tiêu tán năng lượng chỉ nằm
trong các thanh chéo chịu kéo)
Hình ảnh thực tế của khung có hệ giằng chéo đúng tâm
Khung có hệ giằng chữ V đúng tâm (vùng tiêu tán năng lượng nằm
trong các thanh chéo chịu kéo và chịu nén)

2.6

Khung có hệ giằng lệch tâm

2.7

Hình ảnh thực tế khung có hệ giằng lệch tâm

2.8

Kết cấu kiểu con lắc ngược: a) Vùng tiêu tán năng lượng nằm ở chân
cột; b) Vùng tiêu tán năng lượng nằm trong cột

2.9

Kết cấu với lõi bê tông hoặc vách bê tông, thép

2.10

Hình ảnh thực tế kết cấu với lõi bê tông hoặc vách bê tông, thép
Khung chịu mô men kết hợp với hệ giằng đúng tâm (vùng tiêu tán

2.11

năng lượng nằm trong khung chịu mô men và trong các thanh chéo
chịu kéo)

2.12

Khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

2.13

Hình ảnh thực tế khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

2.14

Khung với cột khỏe - dầm yếu

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 10 of 120.


Header Page 11 of 120.

ix

Tình huống động đất thiết kế. Mô men tính toán do động đất MEd,E,
2.15

mô men không do động đất MEd,G và tổ hợp MEd = MEd,E+MEd,G phân
phối lại. Lực cắt do động đất VEd,M

2.16

Tấm phân vùng của cột

2.17

Bản đôi chịu lực cắt của tấm phân vùng cột

2.18

Ví trí khớp dẻo trong khung chịu mô men (MRF)

2.19

Liên kết giữa dầm – cột

2.20
2.21
2.22

2.23

2.24
2.25

Liên kết giữa dầm – cột với cánh dầm hàn vào cánh cột và bụng dầm
hàn vào cánh cột bằng một bản mã chịu lực cắt
Gia cường liên kết dầm, cột kiểu cổ điển
Mặt bằng liên kết dầm, cột (nút khung)
với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu “xương chó - dog bone”
Liên kết dầm, cột (nút khung) không gian
với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu “xương chó - dog bone”
Mặt bằng liên kết dầm, cột (nút khung)
Liên kết dầm, cột (nút khung) không gian
với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu“H” (ERBS-H)

2.26

Mặt bằng liên kết dầm, cột với dầm giảm tiết diện kiểu “ERBS-BH”

2.27

Giảm tiết diện dầm kiểu “H” (ERBS-H)
Hình dáng và kích thước giảm tiết diện dầm (RBS) kiểu “xương chó dog bone”

2.28

(Cánh dầm, bụng dầm hàn vào bản mã và bắt bu lông vào cánh cột)
2.29

Mô men và lực cắt tại tiết diện giảm yếu(vị trí khớp dẻo)

2.30

Hình dáng và kích thước giảm tiết diện dầm kiểu “ERBS-H”

2.31

Nút khung với dầm giảm yếu tiết diện kiểu “ERBS-H”

2.32

Hình dáng và kích thước giảm tiết diện dầm kiểu “ERBS-BH”

2.33

Nút khung với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu “ERBS-BH”

3.1

Mặt bằng công trình

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 11 of 120.


Header Page 12 of 120.

x

3.2

Mặt đứng công trình

3.3

Phối cảnh công trình (Etabs 9.7.4)

3.4

Lực cắt V tại các tầng

3.5

Mô men M tại các tầng

3.6

Hộp hội xuất kết quả đầu vào và đầu tra trong etabs 9.7.4

3.7

Phần tử và tiết diện khung trục X3

3.8

Mô men khung trục X3 ứng với tổ hợp bao nội lực

3.9

Cấu tạo của bu lông

3.10

Độ cao của liên kết dầm và cột

3.11

Cơ chế biến dạng dẻo trong tấm lót dầm IPE500

3.12

Mặt liên kết giữa dầm va cột

3.13

3.14

3.15

3.16

3.17

Nút khung trong trục X5 với giảm tiết diện dầm IPE330
kiểu “xương chó - dog bone”
Nút khung không gian trong trục X5 với giảm tiết diện dầm IPE330
(RBS) kiểu”xương chó - dog bone”
Vị trí khớp dẻo ở dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu
“xương chó - dog bone”
Nút khung trong trục X3 với giảm tiết diện dầm IPE330
kiểu “ERBS-H”
Nút khung trong trục X3 với giảm tiết diện dầm IPE330

kiểu “ERBS-BH”

3.18

Vị trí khớp dẻo ở dầm giảm tiết diện (RBS)

Sơ đồ

Trình tự thiết kế hình dáng và kích thước của giảm tiết diện dầm

khối 1

kiểu “xương chó – dogbone”

Sơ đồ

Trình tự thiết kế hình dáng và kích thước của giảm tiết diện dầm kiểu

khối 2

“ERBS-H”và “ERBS-BH”

Sơ đồ

Các bước tính toán khung chịu mô men (MRF) chịu động đất với liên

khối3

kết dầm, cột với dầm không giảm tiết diện và dầm giảm tiết diện

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 12 of 120.


Header Page 13 of 120.

xi

DANH MỤC KÍ HIỆU
Kí hiệu

Tên kí hiệu

A

Diện tích mặt cắt ngang thân bu lông

As

Diện tích hữu hiệu thân bu lông

Anet

Diện tích thực của bản thép

Ant

Diện tích thực của bản thép trên mặt chịu kéo

Anv

Diện tích thực của bản thép trên mặt chịu cắt

Av,eff

Diện tích phần chịu cắt

btf

Chiều rộng bản cánh dầm, cột

d

Đường kính bu lông

do

Đường kính lỗ bu lông

Ed

Giá trị thiết kế của các hệ quả tác động

Fp,Cd

Lực ép thiêt kế của bu lông cường độ cao

Ft,Ed

Lực kéo thiêt kế của 1 bu lông ở trạng thái cực hạn

Ft,Rd

Khả năng chịu kéo của 1 bu lông

Fv, Rd

Khả năng chịu cắt của một bu lông

Fb, Rd

Khả năng chịu ép mặt của một bu lông

Fv,Ed

Lực cắt thiết kế tác dụng lên một bu lông ở trạng thái giới hạn bền

Fb

Lực cắt đáy do tác động động đất

fy

Giới hạn chảy của thép

Fi,K

Lực ngang tác dụng tại tầng thứ i ứng với dao động thứ k

fu

Giới hạn bền của thép cơ bản liên kết

fyb

Giới hạn chảy của bu lông

fub

Giới hạn bền của bu lông

fy,bp

Giới hạn chảy của tấm đệm (sau cánh cột)

Irequired

Mô men quán tính

Istrongaxis

Mô men quán tính theo trục khỏe

i

Bán kính quán tính của tiết diện

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 13 of 120.


Header Page 14 of 120.

xii

gM0,gM1

Hệ số an toàn khi tính toán khả năng chịu lực của bản thép

gM2

Hệ số an toàn khi tính toán khả năng chịu lực của bu lông

gM3

Hệ số an toàn khi tính toán liên kết chịu trượt và liên kết hỗn hợp

gM7

Hệ số an toàn khi tính toán bu lông cường độ cao

MN,z,Rd

Giá trị thiết kế của mô men kháng theo trục z của một cấu kiện

MN,y,Rd

Giá trị thiết kế của mô men kháng theo trục y của một cấu kiện

Mp1,z,Rd

Giá trị thiết kế của mô men dẻo theo trục z của một cấu kiện

MEd
MEd,E

Mô men uốn thiết kế tính toán theo tình huống
thiết kế chịu động đất
Mô men từ phép tính toán chỉ do tác động động đất thiết kế
Mô men do các tác động không phải tác động động đất, được kể

MEd,G

đến trong tổ hợp các tác động theo tình huống
thiết kế chịu động đất

mi , mj

khối lượng của các tầng

NEd

Lực dọc thiết kế tính toán theo tình huống thiết kế chịu động đất

n

Số lượng mặt trượt ma sát hoặc số bu lông trên mặt chịu cắt

mK

Khối lượng công trình đặt ở điểm thứ k

Nnet,Rd

Khả năng chịu lực của bản thép tại tiết diện thực

p1

p1,0

p1,i

p2

Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông trên một đường thẳng theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông hàng ngoài cùng theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông hàng phía trong theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các hàng bu lông theo phương vuông góc với
phương truyền lực

q

Hệ số ứng xử

Rd

Độ bền của liên kết

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 14 of 120.

Header Page 15 of 120.

xiii

Rfy

Là độ bền dẻo của cấu kiện tiêu tán năng lượng được liên kết, dựa
trên ứng suất chảy tính toán của vật liệu

Rd

Độ bền của liên kết theo EN 1993-1-1:2004

r

Số hàng bu lông
Phổ phản ứng gia tốc nền đàn hồi theo phương nằm ngang còn

Se(T)

gọi là “phổ phản ứng đàn hồi". Khi T= 0, gia tốc phổ cho bởi phổ
này bằng gia tốc nền thiết kế cho nền loại A nhân với hệ số đất nền
S.

Sve(T)

Phổ phản ứng gia tốc nền đàn hồi theo phương thẳng đứng

SDe(T)

Phổ phản ứng chuyển vị đàn hồi
Phổ thiết kế (trong phân tích đàn hồi). Khi T = 0, gia tốc phổ cho

Sd(T)

bởi phổ này bằng gia tốc nền thiết kế trên nền loại A
nhân với hệ số S

si, sj

lần lượt là chuyển vị của các khối lượng mi, mj
trong dạng dao động cơ bản

tf

Bề dày bản cánh của đoạn nối kháng chấn

tw

Chiều rộng bản bụng dầm, cột

tp

Chiều dày bản thép liên kết bu lông

tp,bp

Chiều dày của tấm đệm sau cánh cột

tw

Chiều dày bản bụng dầm hoặc bụng cột

VEd,G

Lực cắt do các tác động không phải tác động động đất được kể
đến trong tổ hợp tác động theo tình huống thiết kế chịu động đất

VEd,M

Lực cắt do các mô men dẻo đặt vào tại hai đầu dầm

Vef,Rd

Khả năng chịu phá hoại bản thép tại vị trí hàng bu lông

Wpl,weak axis

Mô đun chống uốn của tiết diện đối với trục yếu

Wpl,strong axis

Mô đun chống uốn của tiết diện đối với trục khỏe

ov

hệ số gia tăng cường độ của vật liệu

λ

Độ mảnh của thanh

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 15 of 120.


Header Page 16 of 120.

xiv

λo

Độ mảnh tới hạn

λE

Độ mảnh giới hạn ( tương ứng với thép S355)

Φi,k

M2

Chuyển vị ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ i ứng
với dạng dao động thứ k
Hệ số an toàn của liên kết bu lông và bản mã chịu ép mặt

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 16 of 120.

Header Page 17 of 120.

1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Trong thời gian gần đây, xu hƣớng xây dựng các công trình cao tầng đặc biệt tại
các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, TP Hồ Chí Minh đã và đang rất phát triển. Tuy nhiên,
nhƣợc điểm của các công trình này là nhạy cảm với các lực tác động theo phƣơng
ngang do động đất, gió bão gây ra. Dƣới tác dụng của các nguyên nhân này, công trình
dao động với biên độ lớn, gây mất an toàn cho con ngƣời và thiết bị và công trình.
Các công trình xây dựng ở Việt Nam hiện nay chủ yếu đƣợc thiết kế sử dụng vật liệu
bê tông cốt thép truyền thống. Do đó các bài toán phân tích và thiết kế kháng chấn cho
kết cấu bê tông cốt thép đã đƣợc đề cập đến trong nhiều tài liệu hiện hành và các công
trình nghiên cứu.
Trong khi đó trên thế giới các công trình cao tầng bên cạnh việc sử dụng hệ kết
cấu bê tông cốt thép đã và đang sử dụng các hệ kết cấu khung thép hoặc kết cấu liên
hợp giữa thép và bê tông để tận dụng các ƣu điểm về đặc trƣng cơ lý của cả 2 loại vật
liệu phổ biến thép và bê tông. Kết cấu thép có khả năng kháng chấn tốt do có tính linh
động cao,các cấu kiện thanh mảnh và dễ định hình chế tạo sẵn trong nhà máy làm tăng
hiệu quả sử sụng, thời gian thi công ngắn, có khả năng tiêu tán năng lƣợng tốt và trọng
lƣợng bản thân nhẹ, giảm đƣợc khối lƣợng tham gia dao động dẫn đến giảm đáng kể
lực tác động lên công trình.Vì vậy hệ kết cấu khung thép trong nhà cao tầng sẽ là một
xu hƣớng phát triển ở Việt Nam.
Thiết kế kết cấu thép nhà cao tầng chịu tải trọng ngang (gió, động đất) đƣợc
xem là một trong những khâu quan trọng nhất. Tùy theo mức độ ứng xử của kết cấu
chịu lực chính dƣới tác dụng động đất mà nhà thép có các dạng kết cấu khác nhau nhƣ
khung chịu mô men, khung với hệ giằng đúng tâm, ...Trong đó khung chịu mô men là
dạng kết cấu trong đó lực ngang đƣợc chịu chủ yếu bởi các cấu kiện làm việc cơ bản
chịu uốn. Mục tiêu thiết kế tổng thể của khung thép chịu mô men khi chịu tải trọng

động đất là các vùng tiêu tán năng lƣợng chủ yếu đƣợc bố trí ở các khớp dẻo và các
khớp dẻo xuất hiện ở một vị trí nào đó của dầm hoặc ở vị trí liên kết giữa dầm, cột mà
không đƣợc xuất hiện ở cột. Để làm đƣợc điều này tại vị trí liên kết dầm, cột với dầm

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 17 of 120.


Header Page 18 of 120.

2

bị giảm yếu tiết diện. Dầm có thể bị yếu đi tại một khoảng cách từ cột bằng một vết cắt
ở cánh khi đó khớp dẻo di chuyển xa cánh cột và làm giảm sự tập trung ứng suất tại nút
trong sự phát triển của khớp dẻo. Và có nhiều cách thức khác nhau để giảm tiết diện
dầm tại vị trí liên kết dầm, cột. Nhƣng vấn đề này chƣa đƣợc đề cập nhiều tới trong các
tài liệu, tiêu chuẩn hiện hành, cũng nhƣ các công trình nghiên cứu trong nƣớc.
Vì vậy trong phạm vi đề tài tác giả sẽ trình bày việc “Nghiên cứu liên kết dầm
cột (nút khung) trong khung thép chịu tải trọng động đất”
2. Mục đích nghiên cứu
Nắm rõ đƣợc trình tự tính toán các phƣơng pháp phân tích kháng chấn theo tiêu
chuẩn châu âu Eurocode 8 (EN 1998-1.2004). Từ đó nghiên cứu liên kết dầm, cột (nút
khung) với dầm bị giảm yếu tiết diện trong khung thép nhà nhiều tầng. Đƣa ra những
kiến nghị về phƣơng pháp phân tích và tính toán kháng chấn cũng nhƣ liên kết dầm cột
(nút khung) cho hệ kết cấu thép trong nhà cao tầng một cách tốt nhất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
Liên kết dầm cột (nút khung) trong khung thép nhà nhiều tầng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu bằng lý thuyết và mô hình số thông qua phần mềm ETABS 9.7.4
để phân tích kháng chấn hệ kết cấu khung thép nhà cao tầng thông qua một ví dụ
tính toán với số liệu cụ thể. Sau đó nghiên cứu và tính toán liên kết dầm cột (nút

khung) với dầm bị giảm yếu tiết diện của hệ kết cấu khung thép nhà nhiều tầng.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Giới thiệu và làm sáng tỏc các phƣơng pháp phân tích kháng chấncho hệ kết
cấu khung thép trong nhà cao tầng theo tiêu chuẩn châu âu Eurocode 8.
Nghiên cứu và đƣa ra liên kết dầm cột (nút khung) với dầm bị giảm yếu tiết diện
một cách tốt nhất cho hệ kết cấu khung thép nhà nhiều tầng.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Là một tài liệu tham khảo trong việc thực hành thiết kế thực tế cho các kỹ sƣ
cũng nhƣ sinh viên, giảng viên, và những ngƣời quan tâm.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 18 of 120.


Header Page 19 of 120.

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 19 of 120.


Header Page 20 of 120.

87

Kết luận và kiến nghị
Phƣơng pháp tĩnh lực ngang cải tiến cho kết quả an toàn nhất trong 2 phƣơng
pháp, và phản ứng của công trình tại khu vực phía trên 3/4 chiều cao nhà sát với
phƣơng pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động. Tuy nhiên, trong tính toán động
đất đối với nhà cao tầng mặc dù đã thực hiện theo phƣơng pháp phổ phản ứng nhiều
dạng động theo quy định của EN 1998-1:2004 (Eurocode 8), để thiên về an toàn tác
giả kiến nghị vẫn cần thiết phải kiểm tra lại theo phƣơng pháp tĩnh lực ngang với
cấu kiện phần thân ở các tầng từ 3/4 chiều cao nhà trở xuống, đặc biệt là với kết cấu
nền - móng.
Việc giảm tiết diện dầm trong liên kết dầm, cột của khung thép chịu mô men
dƣới tác dụng của động đất mang lại những ƣu điểm: giảm độ cứng của kết cấu
không đáng kể vì tiết diện dầm chỉ giảm ở đoạn chiều dài rất ngắn; không đòi hỏi sự
thay đổi của tiết diện để bù đắp lại phần tiết diện đã giảm yếu; giảm sự tập trung
ứng suất của kết cấu; cho phép tiết diện cột giảm xuống giả thiết tiết diện cột đã
đƣợc chọn theo“cột khỏe – dầm yếu”; cho phép giảm kích thƣớc của các phần tử
tăng cứng (độ dày tấm lót, đƣờng kính bu lông...) cần thiết trong cột cho việc truyền
mô men và lực cắt trong liên kết từ đó giúp giảm giá thành của các liên kết.
Việc giảm tiết diện dầm trong liên kết dầm, cột làm cho khớp dẻo (vùng tiêu
tán năng lƣợng động đất) sẽ xuất hiện ở một vị trí nào đó của dầm hoặc ở vị trí liên
kết giữa dầm, cột mà không đƣợc xuất hiện ở cột. Từ đó giúp chúng ta trong tính
toán thiết kế sẽ chủ động thiết kế một số lƣợng khung kháng chấn nhất định với tiết
diện dầm cột lực chọn theo điều kiện “dầm yếu cột khỏe”. Còn các khung còn lại sẽ
đƣợc thiết kế với tiết diện dầm, cột nhỏ hơn nhằm giảm chí phí chế tạo và xây dựng.
Để đánh giá đƣợc chính xác việc giảm sự tập trung ứng suất tại liên kết dầm
cột cũng nhƣ mô hình hóa nút khung với dầm giảm tiết diện ngay từ đầu khi tính
toán thiết kế công trình thì nhóm tác giả kiến nghị ngoài sử dụng các phần mềm tính
toán còn sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu mạnh mẽ nhƣ analysis.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 20 of 120.


Header Page 21 of 120.

88

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :
1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 (1995), Tải trọng và tác động- Tiêu chuẩn
thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội.
2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575 (2012), Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế,
NXB Xây Dựng, Hà Nội.
3. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386 (2012), Thiết kế công trình chịu động đất,
NXB Xây dựng, Hà Nội.
4. Nguyễn Lê Ninh (2011), Cơ sở lý thuyết tính toán công trình chịu động đất,
NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Viện KHCN Xây dựng(2008),Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bằng bê tông
cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, Nhà xuất bản Xây
dựng, Hà Nội.
Tiếng Anh :
1. ArcelorMittal Commercial Sections (2010). “Earthquake Resistant Steel
Structure.
2. EN 1998-1:2004. (Eurocode 8) Design of structures for earthquake
resistance. Park 1: General Rules, Seismic Action anh Rules for
Buildings.(Eurocode 8). CEN, European Committee for Standardisation
3. F.MAZOOLANI; E&F SPON Edition (2000) . Moment resisting Connection of
Steel Frames in Seismic Areas. Design and Reliability, ISBN 0-451-23577-4
4. />EN&je=0

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 21 of 120.


Header Page 22 of 120.

89

PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Kết quả tính toán theo phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng
Giá trị lực động đất tác dụng lên các tầng theo phương X
Chu kỳ dao động, T1x = 0.94 (s);Giá trị phổ phiết kế, Sd =0.3576 (m/s2) ;
Tổng khối lƣợng, m =15048.4 (kN.s2/m);Lực cắt đáy, Fbx (kN) =4574.1 (kN)
STT

1

Tầng

STORY10

si

mi.si

Fxi

(kN.s2/m)

(kN)

1.0000

1488.8

991.9

2

STORY9

0.8710

1312.3

874.3

3

STORY8

0.7407

1115.9

743.5

4

STORY7

0.6107

920.1

613.0

5

STORY6

0.4834

728.2

485.2

6

STORY5

0.3619

545.3

363.3

7

STORY4

0.2503

377.1

251.3

8

STORY3

0.1531

230.6

153.7

9

STORY2

0.0753

113.4

75.6

10

STORY1

0.0223

33.6

22.4

6865.4

4574.1

Tổng

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 22 of 120.


Header Page 23 of 120.

90

Giá trị lực động đất tác dụng lên các tầng theo phương X
Chu kỳ dao động, T1x = 0.94 (s); giá trị phổ phiết kế, Sd = 0.3576 (m/s2)
Tổng khối lƣợng, m = 15048.4 (kN.s2/m); Lực cắt đáy, Fbx = 4574.1 (kN)
STT

Tầng

mi

si

mi.si

(kN.s2/m

(kN.s2/m

)

)

Fyi
(kN)

1

STORY10

1488.8

1.0000

1488.8

1672.9

2

STORY9

1506.6

0.8508

1281.8

1440.3

3

STORY8

1506.6

0.7027

1058.6

1189.5

4

STORY7

1506.6

0.5578

840.3

944.2

5

STORY6

1506.6

0.4203

633.3

711.6

6

STORY5

1506.6

0.2950

444.5

499.5

7

STORY4

1506.6

0.1866

281.1

315.9

8

STORY3

1506.6

0.0996

150.1

168.7

9

STORY2

1506.6

0.0383

57.7

64.8

10

STORY1

1506.6

0.0059

8.8

9.9

6245.2

7017.3

SUM

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 23 of 120.

15048.4


Header Page 24 of 120.

91

Phụ lục 2: Biểu đồ nội lực trong khung theo phƣơng pháp tĩnh lực ngang

tƣơng đƣơng

Mô men uốn trong khung thép dưới tác dụng của tải trọng động đất DDX (Phương
pháp tĩnh lực ngang tương đương)

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 24 of 120.


Header Page 25 of 120.

92

Mô men uốn trong khung thép dưới tác dụng của tải trọng động đất DDY (Phương
pháp tĩnh lực ngang tương đương)

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 25 of 120.