Tính toán dầm thép có lỗ khoét cục bộ theo quy phạm mỹ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN DANH THẢO

TÍNH TOÁN DẦM THÉP CÓ LỖ KHOÉT CỤC BỘ THEO
QUI PHẠM MỸ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN DANH THẢO
KHOÁ: 2012 – 2014

TÍNH TOÁN DẦM THÉP CÓ LỖ KHOÉT CỤC BỘ THEO QUI
PHẠM MỸ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN
MÃ SỐ: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN HỒNG SƠN

Hà Nội - 2014


iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. vi
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ..................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................... xiii
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài............................................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu ........................................................................................ 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 2
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP ............................................... 4
1.1. Dầm thép có bản bụng đặc ........................................................................ 4
1.2. Dầm thép có bản bụng khoét lỗ ................................................................ 5
1.2.1. Sử dụng dầm thép có bản bụng khoét lỗ ....................................... 5

1.2.2. Hình dạng và gia công chế tạo lỗ khoét ........................................ 7
1.3. Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước ............................................ 13
1.3.1. Trong nước .................................................................................. 13
1.3.2. Ngoài nước .................................................................................. 13
1.4. Nhận xét chung ........................................................................................ 18

CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM THÉP CÓ LỖ
KHOÉT Ở BẢN BỤNG............................................................. 20
2.1. Cấu tạo dầm khoét lỗ cục bộ ở bản bụng .............................................. 20
2.1.1. Hình dạng và cách gia cường lỗ khoét ........................................ 20
2.1.2. Yêu cầu cấu tạo về lỗ khoét và sườn gia cường ......................... 21
2.2. Sự làm việc của dầm khoét lỗ cục bộ ở bản bụng ................................. 25
2.2.1. Các dạng phá hoại của tiết diện lỗ khoét .................................... 25
2.2.2. Sự làm việc của dầm có lỗ khoét ................................................ 27


iv

2.3. Tính toán dầm có bản bụng đặc ............................................................. 31
2.3.1. Sự làm việc của dầm có bản bụng đặc ........................................ 31
2.3.2. Sự oằn bên kèm xoắn .................................................................. 37
2.3.3. Tính toán khả năng chịu uốn....................................................... 40
2.3.4. Tính toán khả năng chịu cắt ........................................................ 42
2.3.5. Tính toán về độ võng .................................................................. 46
2.4. Tính toán dầm thép có bản bụng khoét lỗ ............................................. 46
2.4.1. Nguyên lý thiết kế ....................................................................... 46
2.4.2. Tương tác giữa mô men uốn và lực cắt....................................... 47
2.4.3. Tính toán khả năng chịu uốn....................................................... 49
2.4.4. Tính toán khả năng chịu cắt ........................................................ 51
2.4.5. Tính toán về độ võng .................................................................. 52

2.5. Nhận xét chung ........................................................................................ 56

CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ............................................................... 57
3.1. Thông số tính toán ................................................................................... 57
3.1.1. Đầu vào của các bài toán ............................................................ 57
3.1.2. Nội dung tính toán ...................................................................... 58
3.2. Tính toán độ bền, ổn định và độ võng của kết cấu dầm thép .............. 58
3.2.1. Dầm thép không có lỗ khoét ....................................................... 58
3.2.2. Dầm thép có lỗ khoét nhưng không có sườn gia cường ............. 60
3.2.3. Dầm thép có lỗ khoét nhưng có sườn gia cường ........................ 65
3.3. Khảo sát một số yếu tố lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm ....... 75
3.3.1. Khi thay đổi vị trí trục lỗ khoét so với vị trí gối tựa ................... 75
3.3.2. Khi thay đổi vị trí trục lỗ khoét so với vị trí trục trung hòa........ 77
3.3.3. Khi thay đổi kích thước lỗ khoét ................................................ 82
3.3.4. Khi thay đổi chiều dày sườn gia cường ...................................... 87
3.4. Nhận xét chung ........................................................................................ 91
3.4.1. Đối với kết quả bài toán 1 ........................................................... 91
3.4.2. Đối với kết quả bài toán 2 ........................................................... 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 96


v

1. Kết luận: ...................................................................................................... 96
2. Kiến nghị: .................................................................................................... 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 97
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .............................................................................. 100
1. Phụ lục 1 .................................................................................................... 100

2. Phụ lục 2 .................................................................................................... 108
3. Phụ lục 3 .................................................................................................... 119
4. Phụ lục 4 .................................................................................................... 127


vi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện Luận văn này tác giả được người hướng dẫn
khoa học: TS. Nguyễn Hồng Sơn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo
điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn của mình. Qua đây, tác giả
xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy!
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các cán bộ của
khoa Đào tạo sau đại học thuộc Trường đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ
và chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã động viên và tạo
mọi điều kiện tốt nhất để tác giả học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Cao đẳng
Xây dựng công trình Đô thị và các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả
hoàn thành Luận văn này.
Do thời gian thực hiện Luận văn không nhiều và trình độ tác giả có hạn,
mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong Luận văn sẽ không tránh khỏi những
sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy cô
giáo, cùng các bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày 7 tháng 8 năm 2014
Tác giả Luận văn

Nguyễn Danh Thảo

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành xây dựng dân
dụng và công nghiệp với đề tài “Tính toán dầm thép có lỗ khoét cục bộ theo
quy phạm Mỹ” là Luận văn do cá nhân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả
nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và tuân thủ
theo Tiêu chuẩn Xây dựng hiện hành. Kết quả nghiên cứu không sao chép bất
kỳ tài liệu nào khác.

Tác giả Luận văn

Nguyễn Danh Thảo


viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
a) Các đặc trưng hình học
A

diện tích tiết diện nguyên

An

diện tích tiết diện thực

As

diện tích tiết diện thép không có lỗ khoét

Asn

diện tích tiết diện thép khi có lỗ khoét và sườn gia cường

Aw

diện tích bản bụng

Ar

diện tích sườn gia cường

ao

chiều dài lỗ khoét

bf

chiều rộng của bản cánh

Cb

hệ số điều chỉnh xét tới sự biến đổi mô men dọc chiều dài
đoạn đang xét

Cv

hệ số giảm khả năng chịu cắt xét đến ổn định cắt

Cw

hằng số vênh của tiết diện

d

chiều cao toàn thể của tiết diện

dr

khoảng cách từ mép ngoài của cánh đến trọng tâm sườn

Do

đường kính lỗ khoét hình tròn

I

mô men quán tính của tiết diện

J

mô men quán tính xoắn của tiết diện

Lb

khoảng cách hai giằng của tiết

Lp

khoảng cách lớn nhất giữa hai giằng để cấu kiện không bị
mất ổn định tổng thể

Pr

lực dọc trục khi lỗ khoét gia cường

Pt

lực dọc ở tiết diện chữ T trên

R

tỉ lệ tải trọng để xác định khả năng chịu lực khi có lỗ khoét

V

lực cắt ở lỗ khoét

Vmb; Vmt lực cắt danh nghĩa của tiết diện chữ T trên và chữ T dưới


ix

Vp

lực cắt của tiết diện chữ T trên và dưới ở trạng thái dẻo

vb; vt

tỉ lệ chiều dài lỗ khoét trên chiều cao tiết diện chữ T trên
hoặc dưới

tf

chiều dày bản cánh

tw

chiều dày bản bụng

Sx

mô men tĩnh của tiết diện

sb; st

chiều cao tiết diện chữ T trên và chữ T dưới

αv

tỉ lệ của lực cắt danh nghĩa và khả năng chịu cắt của tiết diện
chữ T

Wx

môđun chống uốn của tiết diện nguyên đối với trục x-x

Z

mô đun chống uốn dẻo

ΔAs

diện tích của tiết diện của lỗ khoét

Δo

độ võng của dầm khoét lỗ

Δp1; Δp2 Độ võng bổ sung của dầm khoét lỗ
θ1; θ2

Góc xoay của dầm tại vị trí gối tựa

θN; θT

Góc xoay của dầm tại vị trí lỗ khoét

b) Ngoại lực và nội lực
F, P

ngoại lực tập trung

Mcr

mô men tới hạn

Mu

mô men uốn theo phương pháp LRFD

Ma

mô men yêu cầu theo phương pháp ASD

Mm

khả năng chịu uốn

Mn

mô men uốn danh nghĩa

Mp

mô men dẻo

My

mô men chảy

c) Cường độ và ứng suất


x

E

môđun đàn hồi

Fy

cường độ tính toán của thép

σ

ứng suất pháp

σx, σy các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y
τ

ứng suất tiếp

d) Kí hiệu các thông số
γ

khối lượng riêng

β

chỉ số độ tin cậy

φ

Điều kiện làm việc của kết cấu

φb

hệ số sức kháng khi tính toán cấu kiện chịu uốn

Ωb

hệ số an toàn tổng thể khi tính toán cấu kiện chịu uốn

λp

giới hạn độ mảnh của phần tử đặc chắc

λr

giới hạn độ mảnh của phần tử không đặc chắc


xi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Chương 1.
Hình 1.1.

Tiết diện dầm thép thông dụng..............................................................4

Hình 1.2.

Dầm khoét lỗ cục bộ ở bản bụng ...........................................................5

Hình 1.3.

Dầm khoét lỗ có đường ống kỹ thuật đi qua .........................................5

Hình 1.4.

Dầm chính có khoét lỗ cục bộ ...............................................................6

Hình 1.5.

Dầm chính có khoét lỗ đều....................................................................7

Hình 1.6.

Một số hình dạng lỗ khoét trong thực tế ...............................................8

Hình 1.7.

Sử dụng máy cắt và nguyên lý làm việc................................................9

Hình 1.8.

Thiết bị cắt thép Plasma CNC .............................................................10

Hình 1.9.

Minh họa quy trình và các bộ phận cắt kim loại .................................11

Hình 1.10.

Minh họa một số phương pháp cắt ......................................................11

Hình 1.11.

Sử dụng thép tấm để tạo dầm khoét lỗ cục bộ ....................................12

Hình 1.12.

Một số công trình sử dụng dầm có bản bụng khoét lỗ ........................18

Hình 1.13.

Một số công trình sử dụng dầm có bản bụng khoét lỗ ........................18

Chương 2.
Hình 2.1.

Dầm thép có bản bụng khoét lỗ với hình dạng khác nhau ..................20

Hình 2.2.

Dầm thép có bụng khoét lỗ có thêm sườn dọc gia cường ...................20

Hình 2.3.

Dầm thép có bụng khoét lỗ có thêm sườn dọc và ngang gia cường ...21

Hình 2.4.

Yêu cầu về cấu tạo lỗ khoét và sườn gia cường ..................................21

Hình 2.5.

Sự làm việc xung quanh lỗ của dầm thép............................................26

Hình 2.6.

Sơ đồ tính, tiết diện và vị trí lỗ khoét ..................................................28

Hình 2.7.

Kích thước lỗ khoét và sườn gia cường ..............................................29

Hình 2.8.

Phân bố ứng suất ở trong dầm có lỗ khoét không sườn gia cường .....29

Hình 2.9.

Phân bố ứng suất ở trong dầm có lỗ khoét có sườn gia cường ...........29

Hình 2.10.

Sự làm việc chịu uốn của tiết diện chữ I .............................................31

Hình 2.11.

Sự oằn bên uốn xoắn ...........................................................................33

Hình 2.12.

Thay đổi của Mcr theo khoảng cách giằng Lb ......................................38

Hình 2.13.

Quan hệ giữa Mn và λf ........................................................................41


xii

Hình 2.14.

Quan hệ giữa Mn và λw ........................................................................42

Hình 2.15.

Quan hệ giữa Cv và h/tw.......................................................................45

Hình 2.16.

Biểu đồ tương tác giữa mô men và lực cắt..........................................48

Hình 2.17.

Tiết diện dầm có lỗ khoét khi không được gia cường.........................49

Hình 2.18.

Tiết diện dầm có lỗ khoét khi được gia cường ....................................50

Hình 2.19.

Độ võng gần đúng của dầm khoét lỗ (ASCE 1971) ............................54

Hình 2.20.

Độ võng của dầm khoét lỗ (Dougherty 1980) .....................................54

Chương 3.
Hình 3.1.

Sơ đồ tính, tải trọng và tiết diện dầm thép ..........................................57

Hình 3.2.

Kích thước lỗ khoét hình chữ nhật không có sườn gia cường ............61

Hình 3.3.

Kích thước lỗ khoét hình chữ nhật có sườn gia cường .......................73


xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Chương 2.
Bảng 2.1.

Tổng hợp yêu cầu cấu tạo lỗ khoét và sườn gia cường .......................24

Bảng 2.2.

So sánh ứng suất khi bản bụng có lỗ khoét .........................................30

Bảng 2.3.

Giá trị Cb với dầm chịu tải phân bố đều ..............................................35

Bảng 2.4.

Các độ mảnh giới hạn của cấu kiện chịu uốn ......................................36

Chương 3.
Bảng 3.1.

So sánh của dầm bản bụng đặc, dầm khoét lỗ và dầm có sườn ..........92

Bảng 3.2.

So sánh các thông số khi vị trí lỗ khoét thay đổi ................................92

Bảng 3.3.

So sánh các thông số khi vị trí lỗ khoét thay đổi ................................93

Bảng 3.4.

So sánh các thông số khi kích thước lỗ khoét thay đổi .......................94

Bảng 3.5.

So sánh các thông số khi chiều dày sườn thay đổi ..............................95


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển nhanh của ngành xây dựng trên thế giới nói chung và
Việt Nam nói riêng, ngày càng có những công trình có quy mô lớn hơn. Kết
cấu thép là loại kết cấu được sử dụng rộng rãi trong tất cả lĩnh vực của ngành
xây dựng: dân dụng, công nghiệp, cầu, thủy công, thềm lục địa v.v... Kết cấu
thép có những ưu điểm mà nó được sử dụng rộng rãi trong công trình xây
dựng như: Khả năng chịu lực lớn, cường độ cao, trọng lượng nhẹ, tính công
nghiệp hóa cao, tính cơ động trong vận chuyển lắp ráp. Do những đặc điểm
trên kết cấu thép thích hợp cho những công trình lớn: nhịp rộng, chiều cao
lớn, tải trọng nặng như nhà cao tầng. Khi nhà trên 20-30 tầng nội lực trong
cột sẽ rất lớn, yêu cầu độ cứng cao dùng khung thép sẽ có lợi hơn khung bê
tông cốt thép. Với nhà siêu cao tầng thì kết cấu thép chịu lực chính là biện
pháp duy nhất.
Kết cấu thép ra đời đã đáp ứng được những yêu cầu cao hơn so với kết
cấu bêtông cốt thép. Nhất là cho công trình như nhà cao tầng nhịp lớn. Một
trong những bước phát triển tiếp theo của công nghệ xây dựng này là việc sử
dụng dầm khoét lỗ ở bản bụng.
Trách nhiệm của một người kỹ sư xây dựng không chỉ đơn thuần là thiết
kế kết cấu dựa trên những tính toán về độ bền, độ ổn định mà phải xem xét
các yêu cầu sử dụng của công trình đã được dự định. Những vấn đề cản trở
việc lắp đặt đường ống, ống dẫn điều hòa không khí đạt yêu cầu sử dụng
trong công trình được đặt ra. Việc lắp đặt hệ thống kỹ thuật sẽ dẫn tới việc

tăng chiều cao mỗi tầng và làm chi phí toàn bộ công trình nhiều hơn. Một giải
pháp khá hiệu quả bằng việc sử dụng dầm có lỗ khoét cục bộ nhằm tạo không
gian cho các đường ống kỹ thuật đi xuyên qua mà không cần tăng thêm chiều
cao tầng.


2

Hiện tại đã có những lý thuyết tính toán cũng như đã có những công
trình sử dụng dầm thép khoét lỗ ở bản bụng. Tuy nhiên, ở Việt Nam loại kết
cấu dầm thép có khoét lỗ cục bộ ở bản bụng này vẫn chưa có sự nghiên cứu
sâu và chưa có quy trình tính toán cụ thể.
Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu này được đặt ra và hướng tới tìm hiểu sự
làm việc và tính toán kết cấu dầm thép có khoét lỗ cục bộ ở bản bụng. Đề tài
có tên là: “Tính toán dầm thép có khoét lỗ cục bộ theo qui phạm Mỹ”.
Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu về việc sử dụng dầm thép có lỗ khoét ở bản bụng, các hình
thức và gia công chế tạo lỗ; sự làm việc của dầm thép có bản bụng khoét lỗ
cục bộ; tính toán kết cấu dầm thép có lỗ khoét ở bản bụng theo quy phạm Mỹ
AISC.
- Thực hiện ví dụ tính toán nhằm lãm rõ một số thông số của lỗ khoét
đến khả năng chịu lực và độ võng của dầm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Dầm trong một công trình xây dựng có lỗ khoét cụa bộ ở bản bụng.
- Nghiên cứu sự làm việc của dầm thép có lỗ khoét ở bản bụng thông qua
phần mềm SAP2000 và tính toán dầm dựa theo qui phạm Mỹ.
Phạm vi nghiên cứu
- Tính toán dầm thép có khoét lỗ cục bộ ở bản bụng, ứng dụng trong các
công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp.

- Tiết diện dầm không thay đổi, chịu tải trọng tĩnh, làm việc trong giai
đoạn đàn hồi.
Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết tính toán dầm thép có bản bụng đặc và
bản bụng có lỗ khoét;


3

- Thực hiện thử nghiệm số.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Tổng hợp và phân tích việc sử dụng, gia công chế tạo và sự làm việc,
cách tính toán dầm thép có lỗ khoét theo quy phạm Mỹ.
- Dùng làm tài liệu cho các kỹ sư, các nhà chuyên môn trong việc tính
toán các dầm thép bản bụng đặc, dầm có bản bụng khoét lỗ dùng cho các
công trình kết cấu thép có hệ thống kỹ thuật (cấp điện, nước, phòng cháy và
chữa cháy, thông gió và điều hòa, khí ga…) đi qua bụng dầm.


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

96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận:

Qua nội dung nghiên cứu đã đề cập trong luận văn, đó là các vấn đề thực
tiễn có giá trị, tính thời sự và đã đạt được một số kết quả chính như sau:
- Đã tổng quan về xu hướng và nhu cầu sử dụng kết cấu dầm thép có lỗ
khoét cục bộ trong nhà cao tầng hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt
Nam nói riêng. Qua đó ta thấy rằng kết cấu dầm lỗ khoét cục bộ chưa được
quan tâm nhiều ở nước ta, số lượng công trình còn hạn chế. Tuy nhiên, trong
tương lai nó sẽ được sử dụng phổ biến.
- Đã đưa ra đặc điểm, yêu cầu về cấu tạo và cách gia công chế tạo, lý
thuyết tính toán dầm thép bản bụng đặc và dầm thép có lỗ khoét cục bộ theo
qui phạm Mỹ.
- Đã tiến hành tính toán một cấu kiện dầm thép cho các trường hợp, dầm
thép có bản bụng đặc, dầm thép có bản bụng khoét lỗ (trường hợp không có
sườn gia cường và có sườn gia cường) theo qui phạm Mỹ. Đồng thời, đã làm
rõ được một số yếu tố của lỗ khoét (vị trí và kích thước lỗ khoét, kích thước
của sườn gia cường)) đến khả năng chịu lực và độ võng của dầm. Qua đó thấy
rằng, việc tính toán độ võng của dầm có lỗ khoét khá phức tạp và ảnh hưởng
của vị trí lỗ khoét theo phương dọc dầm và ngang dầm đến khả năng chịu lực
của dầm và độ võng là khá lớn, ảnh hưởng của kích thước lỗ khoét đến khả
năng chịu mô men không nhiều nhưng về khả năng chịu lực cắt là khá lớn,
chiều dày sườn cũng ảnh hưởng khá lớn đến khả năng chịu mô men và độ
võng của dầm.
2. Kiến nghị:

- Cần thiết nghiên cứu thêm dầm thép có tiết diện thay đổi, làm việc theo
sơ đồ dầm liên tục, chịu tải trọng động v.v...

- Nghiên cứu hiệu quả của dầm có lỗ khoét ở bản bụng.


97

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :

1. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường
(2005), Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, 2005.
2. Đoàn Tuyết Ngọc, Nguyễn Lệ Thủy (2010), Nghiên cứu tính toán dầm
thép liên hợp có bụng khoét lỗ, Đại học Kiến trúc Hà Nội.

3. Đoàn Định Kiến, Nguyễn Song Hà (2010), Thiết kế kết cấu thép theo Quy
phạm Hoa kỳ AISC 2005, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

4. Đoàn Định Kiến (2004), Thiết kế kết cấu thép theo Quy phạm Hoa kỳ
AISC/ASD, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

5. Tủ sách Khoa học công nghệ xây dựng, (2010), Chỉ dẫn Thiết kế kết cấu
thép theo TCXDVN 338-2005, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

6. Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCVN 5575-2012, Kết cấu thép – Tiêu
chuẩn thiết kế. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
Tiếng Anh

7. American Institute of Steel Constructions, (2010), Specification for
Structural Steel Buildings ANSI/AISC.

8. European Committee for Standardization (1992), Eurocode 3: Design of
steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.

9. Ji, Chen., Haojun Chen (2009), Stability of Steel Structures Theory and
Design, China Electric Power Press.

10. Galambos Theodore.V, (1998), Guide to Stability Design Criteria for
Metal Structures, John Wiley & Sons, INC. New York – Chichester –

Weinheim – Brisbane – Singapore – Toronto.
11. Stephen Timoshenko, S. Woinowsky-Krieger (1959), Theory of plates
and shells, McGraw-Hill.


98

12. Trahair N. S (1993), Flexural-Torsional Buckling of Structures, by CRC
Press.
13. K.F.Chung, R.M.Lawson (2010), Simplified design composite beams with
large web opening to Eurocode 4. Journal of constructinal steel research.

14. De Souza Verissimo, Gustavo; Hallal Fakury, Ricardo; Lopes Ribeiro,
Jose Carlos (2005), Design Aids for Unreinforced Web Openings in Steel
and Composite Beams with W-Shapes.

15. AISC (1999-a), Load and Resistance Factor Design Specification for
Structural Steel Buildings American Institute for Steel Construction (with

errata incorporated as of September 1, 2002), American Institute of Steel
Construction, Chicago, IL.

16. AISC (1999-b), LRFD Manual of Steel Construction – Part 5: Design of
Flexural Members (with errata incorporated as of September 1, 2002),

American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
17. Darwin, D. and Donahey, R. C. (1988), “LFRD for Composite Beams
with Unreinforced Web Openings”, Journal of Structural Engineering,

ASCE, Vol. 114, pp. 535-552.
18. Darwin, D. (1990), Steel and Composite Beams with Web Openings,
Design Guide 2, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

19. Darwin, D. and Lucas, W. C. (1990), “LFRD for Steel and Composite
Beams with Web Openings”, Journal of Structural Engineering, ASCE,

Vol. 116, pp. 1579-1593.
20. Lawson R M and Hick S J. (2009), Design of Beams with Web Openings
to Eurocodes SCI Publication (to be published).

21. Ward J K (1990), Design of Composite and Non-composite Cellular
Beams, SCI publication 100.


99

22. Lawson. R.M, (1987), “Design for openings in the webs of composite
beams”, CIRIA special publication 51, SCI publication 068. The Steel

Construction Institute, Ascot.
23. Redwood. R. and Cho. S. H., (1993), “Design of Steel and Composite
beams with web openings”, Journal of Constructional Steel Research,

Volume 25, 23-41.
24. Redwood. R., (1983),”Design of I-Beams with perforations”, Beams and
Beam Columns, Stability and Strength (Editor R. Narayanan), Applied
Science publishers, London.
25. Narayanan. R., (1983), “Ultimate shear capacity of Plate girders with
openings in webs”, Plated Structures, Stability and Strength Series,
Elsevier Applied Science.
26. Konstantinos-Daniel Tsavdaridis, Cedric D’Mello (2012), Vierendeel
Bending Study of Perforated Steel Beams with Various Novel Web
Opening Shapes, through Non-linear Finite Element Analyses.

27. www.vatgia.com
28. www.weld.com.vn
29. www.catsatdinhhinhCNC.com
30. www.steelconstruction.info
Tiếng Trung

31.

GB 50017-2003 (2003), GB 50017-2003 Code for design
of steel structures, China Building Industry Press China Association for

Engineering Construction, Beijing in China.


100

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
1. Phụ lục 1

Khi thay đổi trục vị trí lỗ khoét so với vị trí gối tựa
a) Với vị trí lỗ khoét cách đầu dầm 2,0m:
M u = 176, 7.2 − 29, 45.2.1 = 294,5kN.m

2
Vu = .176, 7 = 117,8kN.m
3
⎡
⎡
⎛ h0
⎞⎤
⎛ 25
⎞⎤
⎢ ΔA s ⎜ 4 + e ⎟ ⎥
⎢ 25 ⎜ 4 + 5 ⎟ ⎥
⎝
⎠ ⎥ = 0,9.536,35. ⎢1 − ⎝
⎠ ⎥ = 420kN.m
φM m = φM p ⎢1 −
Zx
2162, 71 ⎥
⎢
⎥
⎢
⎢⎣
⎥⎦
⎢⎣
⎥⎦

Vm = Vmt + Vmb = 277,86 + 106,32 = 384,18kN

φVm = 0,9.384,18 = 345, 76kN
Độ võng của dầm tại ví trí 6m.
Lực cắt trong dầm tại vị trí bản bụng có lỗ khoét cách gối tựa đầu dầm 2m là V =
117,8 kN.
Vị trí trục trung hòa của tiết diện khi trục lỗ khoét lệch 5 cm so với trục của tiết diện
chữ I là y = 105.5/(105 – 25.1) = 6,56cm. Vậy vị trí trục trung hòa mới cách trục trung hòa
của tiết diện chữ dầm chữ I một khoảng là 6,56 – 5 = 1,56cm. Do đó, mô men quán tính
đối với trục trung hòa của phần tiết diện chữ T còn lại sẽ là:
IT = 56191 + 1,56252.105 −

1.253
− 6,56252.25 = 54069cm 4
12

Độ võng dọc theo lỗ khoét của dầm xác định theo công thức (2.91) :
Va 3o
117,8.503
Δo =
=
= 2, 27.10−3 cm
6EIT 6.20000.54069
Do vậy, độ võng bổ sung ở dầm tại vị trí có mô men lớn nhất ở đầu lỗ khoét hoặc ở
nhịp do ảnh hưởng của lỗ, ứng với vị trí lỗ khoét thì Lo = 12 -2,25 = 9,75 m và nhịp của
dầm L2 = 6,0m. Ta có theo công thức (2.92) :

Δ p1 = Δ o

L2
6
= 2, 27.10−3

= 1, 4.10−3 cm
Lo
9, 75


101

Đồng thời, độ võng do góc xoay ở điểm có mô men lớn nhất ở đầu lỗ khoét, làm tăng
thêm độ võng thành phần được xác định theo công thức (2.93) :
Δ p2

2(θH + θT )L 2 L3 2(2,33 + 68, 08).10−6.600.375
=
=
= 0, 02cm
Lo + L 2
975 + 600

Ở đây, các giá trị được xác định như sau:
L3 = Lo − L 2 = 9, 75 − 6 = 3, 75m theo công thức (2.96).
θH =

Δ o 2, 27.10−3
=
= 2,33.10−6 theo công thức (2.94).
Lo
975

θT =

Va o2
117,8.502
=
= 68, 08.10−6 theo công thức (2.95).
4EIT 4.20000.54069

Tổng độ võng bổ sung của dầm có lỗ khoét so với dầm không có lỗ khoét ở
bụng, tại vị trí nhịp dầm 6m là:
Δ p1 + Δ p2 = (1, 4 + 20).10−3 = 21, 4.10−3 cm

Bên cạnh đó, độ võng của dầm khi không có lỗ khoét ở bụng tại vị trí nhịp dầm 6 m
là theo công thức (2.70) :
Δ max =

5WD L4
5.0, 0886.12004
=
= 2,13cm
384EI x 384.20000.56191

Do vậy, độ võng ở nhịp dầm (tại vị trí 6 m) ứng với lỗ khoét ở bụng cách đầu dầm
2m là:

Δ max.lk = 2,13 + 21, 4.10−3 = 2,1514cm
b) Với vị trí lỗ khoét cách đầu dầm 3,0m:

M u = 176, 7.3 − 29, 45.3.1,5 = 397, 6kN.m
1
Vu = .176, 7 = 88,35kN.m
2

⎡
⎛ h0
⎞⎤
⎢ ΔA s ⎜ 4 + e ⎟ ⎥
⎝
⎠⎥
φM m = φM p ⎢1 −
Zx
⎢
⎥
⎢⎣
⎥⎦
⎡
⎛ 25
⎞⎤
⎢ 25 ⎜ 4 + 5 ⎟ ⎥
⎠ ⎥ = 420kN.m
= 0,9.536,35. ⎢1 − ⎝
2162,
71
⎢
⎥
⎢⎣
⎥⎦


102

Vm = Vmt + Vmb = 277,86 + 106,32 = 384,18kN

φVm = 0,9.384,18 = 345, 76kN
Độ võng của dầm tại ví trí 6m.
Lực cắt trong dầm tại vị trí bản bụng có lỗ khoét cách gối tựa đầu dầm 3m là V =
88,35 kN.
Vị trí trục trung hòa của tiết diện khi trục lỗ khoét lệch 5 cm so với trục của tiết diện
chữ I là y = 105.5/(105 – 25.1) = 6,56cm. Vậy vị trí trục trung hòa mới cách trục trung hòa
của tiết diện chữ dầm chữ I một khoảng là 6,56 – 5 = 1,56cm. Do đó, mô men quán tính
đối với trục trung hòa của phần tiết diện chữ T còn lại sẽ là:

IT = 56191 + 1,56252.105 −

1.253
− 6,56252.25 = 54069cm 4
12

Độ võng dọc theo lỗ khoét của dầm xác định theo công thức (2.91) :
Δo =

Va 3o
88,35.503
=
= 1, 7.10−3 cm
6EIT 6.20000.54069

Do vậy, độ võng bổ sung ở dầm tại vị trí có mô men lớn nhất ở đầu lỗ khoét hoặc ở
nhịp do ảnh hưởng của lỗ, ứng với vị trí lỗ khoét thì Lo = 12 -3,25 = 8,75 m và nhịp của
dầm L2 = 6,0m. Ta có theo công thức (2.92) :
Δ p1 = Δ o

L2

6
= 1, 7.10−3
= 1,17.10−3 cm
Lo
8, 75

Đồng thời, độ võng do góc xoay ở điểm có mô men lớn nhất ở đầu lỗ khoét, làm tăng
thêm độ võng thành phần được xác định theo công thức (2.93) :
Δ p2 =

2(θH + θT )L 2 L3 2(1,34 + 51, 06).10−6.600.275
=
= 0, 012cm
Lo + L 2
875 + 600

Ở đây, các giá trị được xác định như sau:
L3 = Lo − L 2 = 8, 75 − 6 = 2, 75m theo công thức (2.96).
Δ o 1,17.10−3
θH =
=
= 1,34.10−6 theo công thức (2.94).
Lo
875
θT =

Va o2
88,35.502
=
= 51, 06.10−6 theo công thức (2.95).

4EIT 4.20000.54069

Tổng độ võng bổ sung của dầm có lỗ khoét so với dầm không có lỗ khoét ở
bụng, tại vị trí nhịp dầm 6m là:


103

Δ p1 + Δ p2 = (1,17 + 12).10−3 = 13,17.10−3 cm

Bên cạnh đó, độ võng của dầm khi không có lỗ khoét ở bụng tại vị trí nhịp dầm 6 m
là theo công thức (2.70) :
Δ max =

5WD L4
5.0, 0886.12004
=
= 2,13cm
384EI x 384.20000.56191

Do vậy, độ võng ở nhịp dầm (tại vị trí 6 m) ứng với lỗ khoét ở bụng cách đầu dầm
3m là:

Δ max.lk = 2,13 + 13,17.10−3 = 2,14317cm
c) Với vị trí lỗ khoét cách đầu dầm 4,0m:
M u = 176, 7.4 − 29, 45.4.2 = 471, 2kN.m
1
Vu = .176, 7 = 58,9kN.m
3
⎡

⎛ h0
⎞⎤
⎢ ΔA s ⎜ 4 + e ⎟ ⎥
⎝
⎠⎥
φM m = φM p ⎢1 −
Z
⎢
⎥
x
⎢⎣
⎥⎦
⎡
⎛ 25
⎞⎤
⎢ 25 ⎜ 4 + 5 ⎟ ⎥
⎠ ⎥ = 420kN.m
= 0,9.536,35. ⎢1 − ⎝
2162, 71 ⎥
⎢
⎢⎣
⎥⎦
Vm = Vmt + Vmb = 277,86 + 106,32 = 384,18kN
φVm = 0,9.384,18 = 345, 76kN
Độ võng của dầm tại ví trí 6m.
Lực cắt trong dầm tại vị trí bản bụng có lỗ khoét cách gối tựa đầu dầm 4m là V =
58,9 kN.
Vị trí trục trung hòa của tiết diện khi trục lỗ khoét lệch 5 cm so với trục của tiết diện
chữ I là y = 105.5/(105 – 25.1) = 6,56cm. Vậy vị trí trục trung hòa mới cách trục trung hòa
của tiết diện chữ dầm chữ I một khoảng là 6,56 – 5 = 1,56cm. Do đó, mô men quán tính

đối với trục trung hòa của phần tiết diện chữ T còn lại sẽ là:
IT = 56191 + 1,56252.105 −

1.253
− 6,56252.25 = 54069cm 4
12

Độ võng dọc theo lỗ khoét của dầm xác định theo công thức (2.91) :