Tính toán thiết kế dầm thép khoét lỗ liên tục theo tiêu chuẩn mỹ (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN TRỌNG TỪ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP KHOÉT LỖ LIÊN TỤC
THEO TIÊU CHUẨN MỸ

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

.

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN TRỌNG TỪ
KHÓA: 2017 - 2019

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP KHOÉT LỖ LIÊN TỤC
THEO TIÊU CHUẨN MỸ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. VŨ QUỐC ANH

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy, cô
trong khoa Sau đại học – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội vì những chỉ dẫn và
giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như tiến hành làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Kết cấu thép – gỗ
đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Quốc Anh – Trường đại học Kiến trúc
Hà Nội, Bộ Xây dựng đã tận tình giúp đỡ, huớng dẫn, cũng như tạo điều kiện thuận
lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè và anh chị em đồng nghiệp đã
có những đóng góp giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn đọc.
Hà Nội, ngày….. tháng….. năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Trọng Từ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này 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.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Trọng Từ


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................
DANH MỤC KÝ HIỆU ................................................................................................

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
Cấu trúc luận văn ......................................................................................................3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP KHOÉT LỖ ..................................4
1.1. Lịch sử hình thành .............................................................................................4
1.2. Phương pháp chế tạo .........................................................................................8
1.3. Ưu điểm và nhược điểm của dầm khoét lỗ ....................................................10
1.3.1. Ưu điểm ...........................................................................................................10
1.3.2. Nhược điểm .....................................................................................................11
1.4. Tình hình nghiên cứu về dầm có bản bụng khoét lỗ .....................................14
1.4.1. Trên thế giới ....................................................................................................14

1.4.2. Tại Việt Nam ...................................................................................................15
CHƯƠNG II. CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM KHOÉT
LỖ LIÊN TỤC .........................................................................................................17
2.1. Các tiêu chuẩn, phương pháp thiết kế ...........................................................17
2.1.1. Tiêu chuẩn AISC .............................................................................................17
2.1.2. Phương pháp thiết kế.......................................................................................18
2.1.3. Vật liệu ............................................................................................................18
2.2. Quy định về cấu tạo..........................................................................................19
2.3. Ứng xử của dầm có bản bụng khoét lỗ ...........................................................20
2.4. Các bước tính toán trong thiết kế ...................................................................22
2.4.1. Tính toán khả năng chịu lực trục và độ bền uốn của tiết diện chữ Tee ..........22
2.4.2. Tính toán ổn định oằn bản bụng......................................................................29


 

2.4.3. Tính toán khả năng chịu cắt của dầm ..............................................................31
2.4.4. Điều kiện độ võng ...........................................................................................33
2.5. Xây dựng sơ đồ khối tính toán dầm khoét lỗ theo tiêu chuẩn Mỹ...............34
2.6. Phương pháp tính toán dầm khoét lỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam ................36
2.7. Đánh giá phương pháp tính theo tiêu chuẩn Mỹ và Việt Nam ....................39
2.8. Tối ưu thiết kế dầm thép khoét lỗ liên tục theo tiêu chuẩn Mỹ. ..................40
2.8.1. Tổng quan về bài toán tối ưu kết cấu ..............................................................40
2.8.2. Chương trình tối ưu thiết kế dầm khoét lỗ liên tục theo tiêu chuẩn Mỹ .........43
CHƯƠNG III. VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT SỐ LIỆU ........................49
3.1. Ví dụ tính toán dầm thép chịu tải trọng nhẹ .................................................49
3.1.1. Ví dụ 3.1. Thiết kế dầm khoét lỗ theo tiêu chuẩn Mỹ ....................................49
3.1.2. Kiểm tính dầm đục lỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam từ ví dụ 3.1 ........................68
3.1.3. Tối ưu thiết kế dầm đục lỗ theo tiêu chuẩn Mỹ bằng chương trình “Ram
SBEAM” với ví dụ 3.1 ..............................................................................................76

3.2. Ví dụ tính toán dầm thép chịu tải trọng lớn. .................................................81
3.3. Khảo sát một số dầm thép với phương án dầm đặc và dầm rỗng .............101
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ....................................................................................103
Kết luận ..................................................................................................................103
Kiến nghị ................................................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ TỐI ƯU THEO CHƯƠNG TRÌNH “RAM SBEAM”.........

 


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số thứ tự

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Dầm khoét lỗ trên bản bụng

4

Hình 1.2

Hệ thống Gara ô tô của Mercedes Benz

5

Hình 1.3

Bãi đỗ xe bệnh viện Good Samaritan, tại Puyallup,
Wasington

6

Hình 1.4

Bãi đỗ xe ô tô Jason County, tại Medford, Oregon

6

Hình 1.5

Nhà ga phía bắc – sân bay Gatwick, London

7

Hình 1.6

Một nhà xưởng tại Water Mark, London

7

Hình 1.7

Phương pháp chế tạo dầm khoét lỗ

8

Hình 1.8

Dầm được cắt dọc theo bản bụng rồi hàn lại

Lợi ích khi tích hợp hệ thống kỹ thuật vào trong
chiều cao kết cấu
Hình 1.10 Sử dụng dầm thép khoét lỗ làm kết cấu đỡ mái
Sử dụng dầm liên hợp thép – bê tông có bản bụng
Hình 1.11
khoét lỗ
Quy định cấu tạo khi chế tạo dầm thép đục lỗ lục
Hình 2.1
giác liên tục
Hình 1.9

Hình 2.2

Quy định cấu tạo khi chế tạo dầm thép đục lỗ tròn
liên tục

9
11
12
14
19
19

Hình 2.3

Biểu đồ nội lực trong giàn Vierendeel

20

Hình 2.4

Biểu đồ nội lực trong dầm khi chịu lực tác dụng

24

Hình 2.5

Momen trong dầm do chịu lực tác dụng

27

Hình 2.6

Sơ đồ khối thiết kế dầm thép khoét lỗ liên tục

36

Hình 2.7

Sơ đồ một đoạn dầm có lỗ
Giao diện nhập nhịp dầm, chọn vật liệu, phương án
thiết kế
Giao diện nhập tải trọng cho bài toán

37

Hình 2.8
Hình 2.9

45
46

Hình 2.10 Giao diện nhập tải trọng tập trung cho bài toán

46

Hình 2.11 Biểu đồ tải trọng tổng hợp của bài toán

47

Hình 2.12 Giao diện thiết kế dầm

47


Số thứ tự

Tên hình

Trang

Hình 2.13 Biểu đồ nội lực trong dầm
Hình 2.14 Biểu đồ nội lực trong dầm khoét lỗ tròn

48

Hình 2.15 Giao diện trích xuất kết quả tính toán dầm

49

Hình 3.1

50

Thông số cấu tạo dầm cho ví dụ 3.1

48

DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số thứ tự

Tên bảng, biểu
Quy định cấu tạo khi chế tạo dầm thép đục lỗ tròn liên tục
theo tiêu chuẩn châu Âu
Các công thức để kiểm tra độ bền của tiết diện dầm

Trang

40

Bảng 3.2

So sánh phương pháp tính toán dầm thép khoét lỗ liên tục
Lực cắt và Mô men do tải trọng gây ra tại các lỗ mở của
dầm.

Lực dọc trục và Mô men Vierendeel

55

Bảng 3.3

Lực cắt bản bụng tại các tiết diện theo ASD và LRFD

57

Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 3.1

20
37

53


DANH MỤC KÝ HIỆU
γ

Khối lượng đơn vị (khối lượng riêng)

β

Chỉ số độ tin cậy
Hệ số sức kháng (làm giảm độ bền, dung cho phương pháp LRFD)

Ω

Hệ số an toàn tổng thể (dung cho phương pháp ASD)

μ

Hệ số ma sát trượt trung bình
b

Ωb
c

Hệ số sức kháng khi tính toán kết cấu chịu uốn
Hệ số an toàn khi tính toán chịu uốn
Hệ số sức kháng khi tính toán kết cấu chịu nén

Ωc

Hệ số an toàn tổng thể khi tính toán chịu nén

λ

Độ mảnh

λp

Giới hạn độ mảnh của phân tử đặc chắc

λr

Giới hạn độ mảnh của phân tử không đặc chắc
Rn

Độ bền thiết kế

t

Hệ số sức kháng khi tính toán kết cấu chịu kéo

Ωt
v

Hệ số an toàn khi tính toán chịu kéo
Hệ số sức kháng khi tính toán kết cấu chịu cắt

Ωv

Hệ số an toàn khi tính toán chịu cắt

Ae

Diện tích tiết diện thực hữu hiệu

Ag

Diện tích tiết diện nguyên

An

Diện tích tiết diện thực

Ast

Diện tích sườn

Aw

Diện tích bụng

B1

Hệ số gia tang để kể đến hiệu ứng bậc 2 gây bởi chuyển vị giữa các
điểm nút giằng P-δ

bf

Chiều dày bản cánh của tiết diện

Cw

Hằng số vênh của tiết diện

D

Tĩnh tải


d

Chiều cao an toàn của tiết diện

d

Đường kính bu lông hay đường kính lỗ

E

Mô đun đàn hồi

Fcr

Ứng suất tới hạn theo điều kiện ổn định

Fe

Ứng suất tới hạn Euler

Fr

Ứng suất dư

Fu

Ứng suất bền (kéo đứt) tiêu chuẩn

Fy

Ứng suất chảy tiêu chuẩn, tức là ứng suất chảy nhỏ nhất theo quy định

G

Môđun trượt

h

Chiều cao bụng của tiết diện

hc

Hai lần chiều cao phần bụng bị nén

I

Mômen quán tính của tiết diện

J

Mômen quán tính xoắn của tiết diện

K

Hệ số chiều dài tính toán

L

Hoạt tải sàn

L

Chiều dài của cấu kiện chịu nén

Lb

Khoảng cách giữa hai giằng trong cấu kiện chịu uốn

Lp

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

Lr

Khoảng cách lớn nhất giữa hai giằng để cấu kiện mất ổn định
tổng thể trong giai đoạn đàn dẻo

M

Mômen

Mcr

Mômen tới hạn

Mu

Mômen yêu cầu theo phương pháp LRFD

Ma

Mômen yêu cầu theo phương pháp ASD

Mr

Mômen yêu cầu

Mp

Mômen dẻo

My

Mômen chảy

P

Lực nén


Pr

Lực nén yêu cầu

rt

Bán kính quán tính hữu hiệu

Ru
S

Độ bền yêu cầu thep phương pháp LRFD
Môđun chống uốn đàn hồi

Sxc

Môđun chống uốn đàn hồi của tiết diện lấy cho trục x đối với thớ chịu
nén

Sxt

Môđun chống uốn đàn hồi của tiết diện lấy cho trục x đối với thớ chịu
kéo

tf

Bề dày cánh của tiết diện

tw

Bề dày bụng của tiết diện

V

Lực cắt

W

Tải trọng gió

Z

Môđun chống uốn dẻo


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện nay, trong quá trình phát triển ngày càng cao của ngành xây dựng cũng
như nhu cầu thực tế. Các công trình công cộng, nhà xưởng, bãi đỗ xe, nhà ga sân bay,
các khu dịch vụ…sử dụng kết cấu thép ngày càng nhiều. Sử dụng kết cấu thép trong
công trình mang lại hiệu quả cao do vật liệu thép có khả năng chịu lực rất lớn, có
trọng lượng nhỏ, khả năng chịu mỏi, chịu tại trọng độc lập tốt. Đồng thời kết cấu thép
thi công nhanh chóng, chính xác, giúp rút ngắn thời gian xây dựng công trình…
Trong quá trình sử dụng đối với nhà cao tầng hoặc các công trình công nghiệp,
các công trình công cộng, nhu cầu về tăng không gian sử dụng và tối ưu hóa chiều
cao thông thủy ngày càng cấp thiết. Việc này dẫn đến phải tối ưu hóa chiều cao lắp
đặt hệ thống kỹ thuật phía trên trần nhà. Đối với dạng kết cấu như trên, giải pháp
khoét lỗ ở bản bụng dầm thép để cho hệ thống kỹ thuật chạy xuyên qua là một giải
pháp khả dĩ và hiệu quả. Phương án hữu hiệu được các kiến trúc sư, các kỹ sư kết cấu
lựa chọn là sử dụng các dầm thép có lỗ mở trên bụng dầm. Đặc biệt với các loại dầm
thép khoét lỗ liên tục (dầm khoang tròn hoặc dầm lỗ răng cưa) còn tạo thêm điểm
nhấn kiến trúc, phô trương vẻ đẹp của kết cấu, đồng thời giảm trọng lượng cấu kiện.
Tuy nhiên, các lỗ mở là nguyên nhân làm giảm khả năng chịu lực cũng như
tính ổn định của dầm. Việc tính toán về kích thước, vị trí của lỗ cần cân nhắc quan
trọng trong thiết kế để đảm bảo khả năng chịu lực cũng như công năng của cấu kiện
[1]. Ở Việt Nam hiện nay, tài liệu về hướng dẫn quy trình chế tạo, tính toán và sử
dụng loại kết cấu khoét lỗ liên tục là chưa nhiều, do đó cần đòi hỏi sự nghiên cứu
thêm về lý thuyết tính toán cũng như quy trình chế tạo. Vì vậy, việc nghiên cứu “Tính
toán thiết kế dầm thép khoét lỗ liên tục theo tiêu chuẩn Mỹ” là cần thiết nhằm cụ thể

hóa các vấn đề nêu trên.


2

Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng dầm thép có khoét lỗ liên tục trên
thế giới cũng như tại Việt Nam.
Nghiên cứu cấu tạo cũng như phương pháp chế tạo các loại dầm thép khoét lỗ
bản bụng.
Nghiên cứu lý thuyết tính toán dầm thép có bản bụng được khoét lỗ liên tục
qua đó đưa ra quy trình và các bước tính toán chi tiết, đưa ra sơ đồ khối về các bước
tính toán dầm thép có bản bụng được khoét lỗ liên tục theo tiêu chuẩn Mỹ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Dầm thép có bản bụng được khoét lỗ liên tục.
Phạm vi nghiên cứu:
-

Nghiên cứu cấu tạo và tính toán dầm thép có bản bụng khoét lỗ liên tục
theo tiêu chuẩn Mỹ.

-

Tiết diện dầm không thay đổi, chịu tải trọng tĩnh, làm việc trong giai
đoạn đàn hồi.

-

Sơ đồ dầm đơn giản 2 đầu khớp.

Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu, phân tích và tổng hợp về việc sử dụng cũng như nghiên cứu về dầm
thép có bản bụng khoét lỗ. Cùng với đó, tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo chi tiết và
các phương pháp chế tạo các loại dầm có bản bụng khoét lỗ liên tục.
Tổng hợp, phân tích và lựa chọn các lý thuyết được đưa ra trong tiêu chuẩn
châu Mỹ để sử dụng để tính toán dầm thép có bản bụng khoét lỗ.
Dựa vào lý thuyết tính toán đã nêu ở trên, đưa ra phương pháp, các bước tính
toán thiết kế dầm thép có bản bụng khoét lỗ theo tiêu chuẩn Mỹ để đảm bảo dầm thép
an toàn trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác sử dụng. So sánh với lý
thuyết tính toán của tiêu chuẩn Việt Nam.


3

Dựa vào lý thuyết tính toán cũng như phương pháp, các bước tính toán đã nêu,
đưa ra các ví dụ tính toán thiết kế dầm có bản bụng rỗng theo tiêu chuẩn Mỹ.
Tổng hợp, đánh giá và xây dựng sơ đồ khối công nghệ chế tạo, tính toán sử
dụng dầm thép có bản bụng khoét lỗ liên tục.
Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm
3 chương như sau:
-

Chương I: Tổng quan về dầm thép khoét lỗ.

-

Chương II: Cấu tạo và phương pháp tính toán dầm thép có bản bụng được
khoét lỗ liên tục.

-

Chương III: Ví dụ tính toán, khảo sát.


4

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP KHOÉT LỖ
1.1.

Lịch sử hình thành
Ý tưởng hình thành dầm có bản bụng khoét lỗ đến từ nhu cầu tích hợp hệ thống

đường ống kỹ thuật vào trong hệ kết cấu dầm sàn để tăng chiều cao thông thủy của
tầng. Ban đầu, một lỗ mở lớn được khoét trên bản bụng của dầm thép với mục đích
cho hệ thống đường ống kỹ thuật chạy xuyên qua dầm (Hình 1.1a). Năm 1910,
Horton, kỹ sư công ty Chicago Bridge & Iron, lần đầu tiên đề xuất ý tưởng cắt bản
bụng dầm sau đó hàn hai nửa dầm với mục đích tăng mô-đun kháng uốn tiết diện
dầm. Ý tưởng về dầm khoét lỗ lục giác liên tục trên bản bụng được đề xuất sau đó
bởi Geoffrey Boyd, một kỹ sư kết cấu thuộc công ty British Structural Steel tại
Argentina vào năm 1935 và sau đó được đăng ký bản quyền tại Anh năm 1937 [2].

(a) Lỗ chữ nhật đơn

(b) Lỗ tròn liên tục trên bản bụng

Hình 1.1. Dầm khoét lỗ trên bản bụng
Trong thập niên 40 của thế kỷ XX, tại Châu Âu, do tỷ lệ giữa chi phí nhân
công và giá thành vật liệu thấp nên dầm khoét lỗ lục giác được sử dụng khá nhiều.
Tuy nhiên tại Hoa Kỳ, chi phí nhân công cao dẫn đến việc sử dụng dầm khoét lỗ

không mang lại hiệu quả kinh tế. Chỉ đến khi công nghệ cắt và hàn tự động phát triển
cùng với nhu cầu của kiến trúc sư và kỹ sư muốn tìm kiếm giải phải kết cấu thép hữu
hiệu đưa tới việc sử dụng rộng rãi dầm thép khoét lỗ tại Hoa Kỳ.


5

Dựa trên ý tưởng về dầm khoét lỗ lục giác, dầm khoét lỗ tròn lần đầu tiên được
Công ty chế tạo kết cấu thép Westok giới thiệu vào năm 1987. Loại dầm này phát
triển mạnh trong 20 năm gần đây. Tính đến năm 1997, dầm thép có bản bụng khoét
lỗ tròn đã được áp dụng vào trên 4000 dự án tại 20 quốc gia trên thế giới.

Hình 1.2. Hệ thống Gara ô tô của Mercedes Benz


6

Hình 1.3. Bãi đỗ xe bệnh viện Good Samaritan, tại Puyallup, Wasington

Hình 1.4. Bãi đỗ xe ô tô Jason County, tại Medford, Oregon


7

Hình 1.5. Nhà ga phía bắc – sân bay Gatwick, London

Hình 1.6. Một nhà xưởng tại Water Mark, London


8

1.2.

Phương pháp chế tạo

Hình 1.7. Phương pháp chế tạo dầm khoét lỗ
Có 3 phương pháp chính để chế tạo các dầm khoét lỗ như sau:
Các lỗ mở riêng lẻ được cắt trong bản bụng của một cấu kiện thép cán nóng.
Cấu kiện thép có hình dạng đối xứng. Phương pháp này được sử dụng cho các dầm
với lỗ mở độc lập.
Một cấu kiện được chế tạo từ 3 tấm được hàn lại với nhau để tạo thành một
cấu kiện chữ I. Cấu kiện có thể không đối xứng (ví dụ, có một đáy lớn hơn) và các
dầm có thể được giảm dần tiết diện dọc theo chiều dài cấu kiện. Lỗ mở được cắt trước
hoặc sau khi tổ hợp xong cấu kiện chữ I. Phương pháp này được sử dụng đồng thời
cho các lỗ mở độc lập và cho các lỗ mở liên tục có khoảng cách đều nhau.
Một cấu kiện cán nóng được cắt thành miếng dọc theo bụng cấu kiện. Kết quả
tiết diện T được định vị và được hàn lại để thành một loạt các lỗ mở thông thường.
Trong lịch sử, các dầm đinh tán là đầu tiên của loại này, nhưng xây dựng hiện đại sử
dụng các lỗ mỡ hình tròn. Cấu kiện có thể không đối xứng, chúng đạt được khi chữ


9

T được cắt từ các cấu kiện I khác nhau. Phương pháp này chỉ thích hợp áp dụng cho
các lỗ mở có khoảng cách đều đặn.

Hình 1.8. Dầm được cắt dọc theo bản bụng rồi hàn lại


10

1.3.

Ưu điểm và nhược điểm của dầm khoét lỗ

1.3.1. Ưu điểm
So với dầm thép truyền thống, dầm khoét lỗ có nhiều ưu điểm vượt trội. Đầu
tiên, do chiều cao dầm khoét lỗ được tăng lên so với dầm bụng đặc ban đầu, các đặc
trưng hình học như mô-men tĩnh, mô-men quán tính cũng như mô-đun kháng uốn của
dầm tăng lên đáng kể. Điều này cho phép dầm khoét lỗ có khả năng vượt nhịp lớn
hơn dầm bụng đặc ban đầu. Dầm thép khoét lỗ thường được sử dụng với nhịp trên
10m và đã được chứng minh đặc biệt hiệu quả đối với nhịp trên 12m (Estrada et al,
2010). Khả năng vượt nhịp lớn giúp giảm số lượng cột và móng trong công trình, từ
đó tăng diện tích sử dụng và linh hoạt trong bố trí công năng.
Một ưu điểm nữa của dầm khoét lỗ đó là cho phép hệ thống đường ống kỹ
thuật chạy xuyên qua bản bụng dầm. Thông qua việc tích hợp hệ thống HVAC vào
trong chiều cao kết cấu, trần giả có thể bố trí ở ngay mặt dưới của dầm thép qua đó
tăng chiều cao thông thủy của tầng nhà.
So sánh giữa hai loại dầm khoét lỗ phổ biến là dầm khoét lỗ lục giác và dầm
khoét lỗ tròn, các kích thước chính của dầm khoét lỗ tròn như đường kính lỗ, khoảng
cách lỗ, chiều cao dầm có thể tùy biến, không bị cố định như lỗ lục giác. Bên cạnh
đó, dầm khoét lỗ tròn tránh tập trung ứng suất tại góc. Kết quả là dầm khoét lỗ tròn
được sử dụng phổ biến hơn so với dầm khoét lỗ lục giác


11

Hình 1.9. Lợi ích khi tích hợp hệ thống kỹ thuật vào trong chiều cao kết cấu
1.3.2. Nhược điểm
Mặc dù có nhiều ưu điểm vươt trội nhưng dầm khoét lỗ cũng có nhược điểm

như giá thành cao hơn so với dầm bụng đặc. Việc sản xuất chế tạo dầm khoét lỗ cũng
yêu cầu máy móc thiết bị chuyên dụng, đầu tư cơ sở vật chất ban đầu lớn.
Nhờ ưu điểm trọng lượng nhẹ, khả năng vượt nhịp lớn nên dầm thép khoét lỗ
thường được sử dụng làm kết cấu đỡ mái trong các công trình yêu cầu vượt nhịp lớn
như nhà kho, xưởng sản xuất, nhà thi đấu thể thao…


12

(a) Nhà công nghiệp

(b) Nhà thi đấu thể thao
Hình 1.10. Sử dụng dầm thép khoét lỗ làm kết cấu đỡ mái


13

Dầm khoét lỗ có thể được sử dụng làm kết cấu đỡ bản sàn. Loại dầm này
thường được sử dụng trong các công trình văn phòng, gara ô tô nhiều tầng.

(a) Gara ô tô nhiều tầng


14

(b) Văn phòng làm việc
Hình 1.11. Sử dụng dầm thép có bản bụng khoét lỗ đỡ sàn
1.4.

Tình hình nghiên cứu về dầm có bản bụng khoét lỗ

1.4.1. Trên thế giới
Dầm khoét lỗ có nhiều ưu điểm vượt trội tuy nhiên để đưa loại sản phẩm
này vào thực tế cuộc sống cần thiết ban hành những tài liệu hướng dẫn thiết kế
cho kỹ sư kết cấu cũng như nhà sản xuất. Vì lý do đó, rất nhiều nghiên cứu đã
được triển khai để tìm hiểu ứng xử của dầm khoét lỗ. Từ kết quả nghiên cứu, rất
nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế đã được ban hành.
-

Viện kết cấu thép Hoa Kỳ (American Institute of Steel Construction – AISC)
năm 1990 ban hành tài liệu hướng dẫn thiết kế số 2 Design Guide 02 Steel and
Composite Beams with web openings cho dầm thép và liên hợp có lỗ đơn chữ
nhật dựa trên nghiên cứu của Darwin và Redwood.

-

Đến năm 1994, J. Wald biên soạn tài liệu SCI P100 - Design of composite and