So sánh tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn mỹ (AISC), châu âu(EC3) và việt nam(TCVN 5575 2012) (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN THỊ HÀ

SO SÁNH TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO TIÊU CHUẨN
MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT NAM (TCVN 5575:2012)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN THỊ HÀ
kho¸ 2016-2018

SO SÁNH TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO TIÊU CHUẨN
MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT NAM (TCVN 5575:2012)

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN HỒNG SƠN

HÀ NỘI – 2018


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả đã được người hướng
dẫn khoa học là Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hồng Sơn tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn 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!
Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn kết cấu Thép Trường Đại
học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô
trong tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu
cho nội dung Luận văn.
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,
chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Do thời gian thực hiện luận văn không nhiều, trình độ của tác giả có hạn,
mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong nội dung 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 và các học viên để Luận văn hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày....., tháng....., năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hà


iii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Hà
Sinh ngày: 19/09/1991
Quê quán: Tiên Hưng – Lục Nam – Bắc Giang
Nơi công tác: Trường Cao đẳng Xây dựng số 1
Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây
dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: “So sánh tính toán dầm
thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN
5575:2012)” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu
khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ
ràng.

Hà Nội, ngày...., tháng....., năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hà


MỤC LỤC
Lời cảm ơn...............................................................................................................

Lời cam đoan...........................................................................................................
Danh mục các ký hiệu.............................................................................................
Danh mục các hình vẽ..............................................................................................
Danh mục các bảng biểu..........................................................................................
MỞ ĐẦU …. .......................................................................................................... 1
* Lý do chọn đề tài .............................................. Error! Bookmark not defined.
* Mục đích nghiên cứu ....................................... Error! Bookmark not defined.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................... Error! Bookmark not defined.
* Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 2
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
* Kết cấu của đề tài ......................................................................................... 2
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về dầm thép.................................................................. 3
1.2. Cấu tạo mạng hệ dầm trong thực tế xây dựng ....................................... 6
1.3. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Mỹ, châu Âu và Việt Nam………9
1.3.1. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Mỹ (AISC) .................................. 9
1.3.2. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của châu Âu (EC3)........................... 12
1.3.3. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam ................................... 15
1.4. Ứng dụng của dầm thép trong thực tế xây dựng ...................................16
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO
TIÊU CHUẨN MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT
NAM (TCVN 5575:2012) ................................................................17
2.1. Cấu tạo chung của dầm thép ..................................................................17
2.2. Sự làm việc của dầm thép chịu tải trọng ................................................19
2.3. Phân loại tiết diện ...................................................................................21
2.3.1. Theo tiêu chuẩn Mỹ………………………………………………....21


2.3.2. Theo tiêu chuẩn châu Âu…………………………………………....22

2.3.3. Theo tiêu chuẩn Việt Nam……………………………………….….27
2.4. Tính toán dầm thép tổ hợp hàn………………………………………...27
2.4.1. Theo tiêu chuẩn Mỹ………………………………………………....27
2.4.2. Theo tiêu chuẩn châu Âu…………………………………………....40
2.4.3. Theo tiêu chuẩn Việt Nam…………………………………………..48
2.5. Quy trình tính toán………………………………………………….......54
2.5.1. Theo tiêu chuẩn Mỹ…………………………………………………54
2.5.2. Theo tiêu chuẩn châu Âu……………………………………………54
2.5.3. Theo tiêu chuẩn Việt Nam…………………………………………..54
2.6. Nhận xét chung.....…………………………………………………….….56
CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ……………………………………………...57
3.1. Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) và Việt
Nam (TCVN 5575:2012)………………………………………………………….57
3.1.1. Số liệu đầu vào của bài toán………………………………………..55
3.1.2. Tính toán dầm thép cho tiêu chuẩn Mỹ (AISC)……………………57
3.1.3. Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn châu Âu (EC3)……………….63
3.1.4. Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5575:2012).69
3.2. So sánh phân loại tiết diện theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC) và châu Âu
(EC3)………..……………………………………………………………………..70
3.3. Nhận xét kết quả tính toán……………………………………………...84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………85
Kết luận……………………………………………………………………….85
Kiến nghị ……………………………………………………………………..85
TÀI LIỆU THAM KHẢO


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

: Diện tích tiết diện nguyên

An

: Diện tích tiết diện thực

Aw

: Diện tích bản bụng

bf

: Bề 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

d

: Chiều cao toàn thể của tiết diện

I

: Mô men quán tính của tiết diện

J

: Mô men quán tính xoắn của tiết diện

Lb

: Khoảng cách hai giằng của tiết diện

Lp

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

Vmax

: Lực cắt lớn nhất

tf

: Chiều dày bản cánh

tw

: Chiều dày bản bụng

Sx

: Mô men tĩnh của tiết diện

Wx

: Mô đun chống uốn của tiết diện nguyên đối với trục x-x

Z

: Mô đun chống uốn dẻo

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

Mn

: Mô men uốn danh nghĩa

Mp

: Mô men dẻo

My

: Mô men chảy

c) Cường độ và ứng suất
E

: Môđun đàn hồi

Fy

: Cường độ tính toán của thép



: Ứng suất pháp

 x , y : Các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y



: Ứng suất tiếp

d) Ký hiệu các thông số



: Khối lượng riêng



: Chỉ số độ tin cậy



: Điều kiện làm việc của kết cấu

b

: Hệ số sức kháng khi tính toán cấu kiện chịu uốn

b

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

p

: Giới hạn độ mảnh của phần tử đặc chắc

r

: Giới hạn độ mảnh của phần tử không đặc chắc


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu
Hình 1.1

Tên hình

Trang

Dầm thép

3

Hình 1.2a Dầm mái

3

Hình 1.2b Dầm khung

3

Hình 1.3

4

Chế tạo dầm thép hình

Hình 1.4a Dầm chữ I

4

Hình 1.4b Dầm chữ C

4

Hình 1.5

Tiết diện dầm

5

Hình 1.6

Tiết diện dầm tổ hợp

6

Hình 1.7

Hệ dầm đơn giản

7

Hình 1.8

Hệ dầm phổ thông

7

Hình 1.9

Hệ dầm phức tạp

8

Hình 1.10 Liên kết giữa các dầm

9

Hình 2.1

Tiết diện dầm tổ hợp hàn

17

Hình 2.2

Tiết diện dầm tổ hợp đinh tán hoặc bulông

18

Hình 2.3

Đầu dầm tựa vào cột thép

18

Hình 2.4

Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn

19

Hình 2.5

Các giới hạn để nội suy ứng suất cho phép

30

Hình 2.6

Các đường cong cường độ mất ổn định

45

Hình 2.7

Tiết diện dầm tổ hợp chữ I

49


Hình 3.1

Dầm thép ASTM A992 tiết diện W12×30

58

Hình 3.2

Tiết diện dầm thép S275

63

Hình 3.3

Tiết diện dầm thép I30

69

Hình 3.4

Tiết diện dầm thép S420

71

Hình 3.5

Tiết diện dầm thép S420

74

Hình 3.6

Thông số hình học

76

Hình 3.7

Các thông số hình học để tính toán Weff,y

79

Hình 3.8

So sánh giữa Mn và My,Rk với giá trị bf thay đổi

83


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hiệu
Bảng 2.1

Tên bảng
Tỉ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

Trang
24

nén (EN 1993-1-1 bảng 5.2 phần 1/3)
Bảng 2.2

Tỉ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

26

nén (EN 1993-1-1 bảng 5.2 phần 2/3)
Bảng 2.3

Các giá trị của Cb đối với dầm chịu tải trọng phân bố

37

đều
Bảng 2.4

Hệ số C1,C2 và C3 cho giá trị mômen tại điểm cuối của

44

dầm
Bảng 2.5

Hệ số sai lệch cho các đường cong cường độ mất ổn

45

định
Bảng 2.6

Phân loại đường cong mất ổn định đối với các tiết

45

diện ngang
Bảng 2.7

Giá trị đường cong mất ổn định uốn xoắn của các tiết

46

diện ngang
Bảng 2.8

Hệ số hiệu chỉnh kc

47

Bảng 3.1

Giá trị thiết kế và cho phép của khả năng chịu uốn

62

Bảng 3.2

Kết quả xoắn bên

68

Bảng 3.3

Giá trị của My,Rk ứng với từng giá trị bf

79

Bảng 3.4

Giá trị của Mn tương ứng với giá trị khác nhau của bf

82


1

PHẦN MỞ ĐẦU
*Lý do chọn đề tài
Dầm thép là cấu kiện cơ bản của hệ kết cấu công trình, làm nhiệm vụ
đỡ kết cấu sàn và truyền các tải trọng vào cột. Hình thức tiết dầm thép rất đa
dạng (dầm định hình, dầm tổ hợp chữ I hoặc hộp, dầm thành mỏng, dầm
thành mỏng tạo hình nguội v.v...), dầm có tiết diện không đổi và thay đổi.
Trong số đó dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn là loại được sử dụng phổ biến hơn
cả. Chúng có nhiều ưu điểm về khả năng chịu lực, cách gia công chế tạo và
được sử dụng rộng rãi làm kết cấu chịu lực trong các công trình xây dựng dân
dụng và công nghiệp. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam TCVN
5575 – 2012 nói chung và thiết kế cấu kiện dầm thép nói riêng, cũng đã đề
cập đến việc tính toán loại dầm tiết diện chữ I cán nóng và tổ hợp hàn.
Tuy nhiên, việc tiếp cận tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của các nước
tiên tiến, như Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) là cần thiết, một phần do đặc điểm
hội nhập của nền kinh tế hiện nay, một phần chính là các tiêu chuẩn này khá
hiện đại và cũng luôn tiếp cận nhiều kết quả nghiên cứu mới trong thời gian
gần đây. Hơn nữa trong tài liệu giảng dạy cho các sinh viên Đại học, chuyên
ngành Kỹ thuật xây dựng dân dụng và công nghiệp, và các tài liệu chuyên
ngành cũng chưa thấy đề cập đến tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ, tiêu
chuẩn châu Âu.
Cũng nhằm hiểu rõ hơn về cách tính toán dầm thép theo các tiêu chuẩn
này để vận dụng trong tính toán thực hành là cần thiết. Từ những phân tích
nêu trên, đề tài “So sánh tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu
Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012)” có tính cấp thiết và tính thực tiễn

cao.
*Mục đích nghiên cứu


2

Nghiên cứu về cấu tạo, sự làm việc và phương pháp tính toán dầm thép.
Thực hiện ví dụ tính toán nhằm làm sáng tỏ phương pháp tính toán.
*Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Kết cấu dầm thép tiết diện chữ I cán nóng và tổ hợp hàn trong các công
trình xây dựng dân dụng và công nghiệp.
Nghiên cứu lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu
Eurocode 3 (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012), vận dụng tính toán trong
thực tiễn ở Việt Nam. Đề xuất các bước tính toán thiết kế dầm thép.
*Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp áp dụng lý thuyết để thực hiện các ví dụ
tính toán từ đó so sánh và rút ra các kết luận.
*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ,
tiêu chuẩn châu Âu và tiêu chuẩn Việt Nam từ đó tìm hiểu và so sánh sự
giống nhau và khác nhau khi tính toán dầm thép theo ba tiêu chuẩn trên.
- Ý nghĩa thực tiễn: Vận dụng tính toán kết cấu dầm trong thực tế theo các
yêu cầu, nhằm chỉ dẫn cho kỹ sư thiết kế để có phương án thiết kế tối ưu nhất.
*Kết cấu của đề tài
Nội dung của đề tài gồm 3 chương
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Chương 2. Phương pháp tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ
(AISC), châu Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575-2012)
Chương 3. Ví dụ tính toán
Kết luận và kiến nghị

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


86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Dầm thép là cấu kiện rất quan trọng trong thực tế xây dựng, khi tính
toán dầm thép ta cần phải xét đầy đủ các yêu cầu sau:
- Dầm thép phải thỏa mãn các điều kiện bền, ổn định và độ võng. Khi
không đạt được những điều kiện này dầm thép sẽ bị phá hoại.
- Khi tính toán dầm thép, tiêu chuẩn Mỹ (AISC) và tiêu chuẩn châu Âu


87

(EC3) có xét đến sự phân loại tiết diện còn tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN
5575-2012) thì không xét dến nhưng trong tính toán vẫn xét đến điều kiện làm
việc đàn hồi và làm việc dẻo.
+ Đối với tiêu chuẩn Mỹ tiết diện được phân thành ba nhóm: tiết diện đặc, tiết

diện không đặc và tiết diện mảnh.
+ Tiêu chuẩn châu Âu phân loại tiết diện thành bốn loại: tiết diện loại 1, loại
2, loại 3 và loại 4.
+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam do không xét đến sự phân loại tiết diện nhưng có
xét thêm ổn định cục bộ để cấu tạo thêm sườn đảm bảo ổn định cục bộ cho
dầm.
Luận văn đã trình bày trình tự tính toán cấu kiện chịu uốn theo tiêu
chuẩn Việt Nam TCVN 5575-2012; tiêu chuẩn châu Âu EC3 và tiêu chuẩn
Mỹ AISC. Trình tự tính toán mang tính chất ứng dụng và giúp người thiết kế
áp dụng trong thực tế.
Kiến nghị
Bổ sung thêm tính toán dầm thép chịu tải trọng động, những loại dầm
có hình hộp, hoặc dầm tổ hợp nhiều các tiết diện với nhau.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên và nnk (2010), “Kết cấu thép – Cấu
kiện cơ bản”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012, “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết
kế”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
3. Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for
buildings, English version.
4. AISC, (1999), “Load and Resistance Factor Design Specification for
Structural Steel Buildings”
5. Trahair, M.A. Bradford, D.A. Nethercot, and L. Gardner., (2007) “The
behaviour and design of steel structures to EC3”, Taylor & Francis is an
imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business.
6. Claudio Bernuzzi and Benedetto Cordova (2016), “Structural Steel Design to

Eurocode 3 and AISC Specifications”, edition first published 2016 by John
Wiley & Sons, Ltd.