Tính toán kết cấu thép chịu động đất theo phương pháp phân tích lịch sử thời gian

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đinh Công Thành
Sinh ngày:

09/11/1992

Quê quán:

Thanh Hà – Hải Dương

Nơi công tác: Chi nhánh công ty cổ phần tư vấn Quản lý dự án Dầu khí PVE Hà Nội
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: “Tính toán kết cấu thép chịu động đất theo phương
pháp phân tích lịch sử thời gian” là luận văn do cá nhân tôi thực hiện. Các kết quả
nghiên cứu tuân thủ theo tiêu chuẩn Việt Nam và các văn bản pháp luật hiện hành. Kết
quả nghiên cứu không sao chép bất kì tài liệu nào khác.
Hà Nội, ngày ….. tháng 8 năm 2017
Tác giả luận văn

Đinh Công Thành

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sỹ, tôi đã nhận được
sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báu của nhiều cá nhân và tập thể.
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Anh Dũng đã
tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này. Đồng
thời tôi cũng gửi lời cảm ơn tới thầy giáo TS.Nguyễn Duy Cường đã hỗ trợ tôi trong

quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khác trong
Khoa, Bộ môn Xây dựng dân dụng và công nghiệp đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới anh Hà Vĩnh Long (Phòng quan sát động đất-Viện
Vật lý địa cầu) cùng bạn bè, đồng nghiệp thuộc lớp cao học 23XDDD21 đã giúp tôi
tìm kiếm, cung cấp tài liệu tham khảo, số liệu tính toán để hoàn thành luận văn này.
Mặc dù tôi đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của
mình, tuy nhiên do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót hoặc có
những phần nghiên cứu chưa sâu. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và thông cảm của
các Thầy cô.
Tôi xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày ….. tháng 8 năm 2017
Tác giả luận văn

Đinh Công Thành

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ V
NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN .....................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CHỊU ĐỘNG
ĐẤT. ................................................................................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT....................................................................................... 3
1.1.1. Định nghĩa, nguồn gốc của động đất ....................................................................3
1.1.2. Cường độ động đất ................................................................................................7
1.1.3. Động đất trên lãnh thổ Việt Nam ..........................................................................9
1.2. KẾT CẤU THÉP VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU ..................................................... 15
1.2.1. Tổng quan về kết cấu thép ...................................................................................15

1.2.2. Đặc điểm của nhà công nghiệp ...........................................................................19
1.2.3. Đặc trưng vật liệu thép trong Tiêu chuẩn Việt Nam ...........................................21
1.2.4. Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Eurocode ..............................................................25
1.2.5. Các dạng tiết diện thép ........................................................................................28
1.3. HIỆN TRẠNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT ...................................... 30
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CHỊU
ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP LỊCH SỬ THỜI GIAN ..............................34
2.1. MỘT SỐ GIẢ THIẾT TÍNH TOÁN.............................................................................. 34
2.2. SƠ ĐỒ TÍNH ............................................................................................................. 34
2.3. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN ............................................................................................ 34
2.4. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ............................................................................................ 35
2.4.1. Tải trọng thẳng đứng ...........................................................................................35
2.4.2. Tải trọng gió ........................................................................................................36
2.4.3. Các phương pháp xác định tải trọng động đất....................................................42
iii


2.4.3.1. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương ....................................................... 43
2.4.3.2. Phương pháp phổ phản ứng .............................................................................. 45
2.4.3.3. Phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian .................................................. 50
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KHUNG THÉP CHỊU TẢI TRỌNG
ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LỊCH SỬ THỜI GIAN ...... 52
3.1. TỔNG QUAN ............................................................................................................ 52
3.1.1. Giới thiệu về công trình....................................................................................... 52
3.1.2. Giới thiệu về phần mềm ứng dụng tính toán ETABS .......................................... 52
3.1.3. Lập mô hình tính toán ......................................................................................... 53
3.2. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH ................................. 53
3.2.1. Tĩnh tải ................................................................................................................ 53
3.2.2. Hoạt tải ................................................................................................................ 54
3.2.3. Tải trọng gió ........................................................................................................ 54

3.3. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH ........................ 56
3.3.1. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương ......................................................... 56
3.3.2. Phương pháp phổ phản ứng ................................................................................ 59
3.3.3. Phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian .................................................... 69
3.4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ............................................................................................. 76
3.5. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................................ 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 84

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Một số hình ảnh về hậu quả của động đất gây ra ở Việt Nam
Hình 1.2. Tiết diện dầm định hình.
Hình 1.3. Tiết diện dầm tổ hợp.
Hình 3.1. Mô hình tính toán
Hình 3.2. Khai báo loại tải trọng
Hình 3.3. Khai báo các thông số theo TCVN 9386:2012 trên cơ sở tiêu chuẩn EC8
2004
Hình 3.4: Khai báo khối lượng riêng đối với bê tông
Hình 3.5. Khai báo khối lượng riêng đối với thép
Hình 3.6. Định nghĩa trương hợp tải trọng
Hình 3.7. Định nghĩa nguồn tạo khối lượng
Hình 3.8. Khai báo số mode dao động
Hình 3.9. Kiểm tra chu kỳ dao động riêng
Hinh 3.10. Phổ phẩn ứng
Hình 3.11. Định nghĩa trường hợp tải trọng động đất
Hình 3.12. Giản đồ giá trị
Hình 3.13. Dữ liệu trận động đất dưới dạng file .txt

Hình 3.14. Định nghĩa trường hợp phân tích
Hình 3.15. Khai báo hệ số giảm chấn
Hình 3.16. Giá trị moment theo phương X (Đơn vị T.m)
Hình 3.17. Giá trị lực cắt theo phương X (Đơn vị T)

v


Hình 3.18. Giá trị chuyển vị theo phương X (Đơn vị m)
Hình 3.20. Giá trị lực cắt theo phương Y (Đơn vị T)
Hình 3.19 Giá trị moment theo phương Y (Đơn vị T.m)
Hình 3.21.Giá trị chuyển vị theo phương Y (Đơn vị m)
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc trưng cơ học của thép cacbon thấp (theo TCVN 1765:1975)
Bảng 1.2. Cường độ tiêu chuẩn fy , fu và cường độ tính toán f của thép cacbon thấp
(theo TCVN 5709 : 1993)
Bảng 1.3. Cường độ tiêu chuẩn fy , fu và cường độ tính toán f của thép hợp kim thấp
(theo TCVN 3104 : 1979)
Bảng 1.4 . Các đặc trưng vật lý của thép.
Bảng 1.5. Giá trị danh nghĩa của giới hạn bền fu và giới hạn chảy fy của thép kết cấu
cán nóng.
Bảng 1.6. Giá trị danh nghĩa của giới hạn bền fu và giới hạn chảy fy của thép tiết diện
rỗng.
Bảng 2.1. Bảng áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam
Bảng 2.2. Bảng giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL
Bảng 2.3. Bảng hệ số áp lực động của tải trọng gió ζ
Bảng 2.4. Bảng hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió
Bảng 3.1. Bảng giá trị tải trọng gió tĩnh
Bảng 3.2. Hệ số chiết giảm khối lượng

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Động đất là một hiện tượng tự nhiên gây ra chuyển động rất mạnh của nền đất làm sụp
đổ nhà cửa gây thiệt hại về người và tài sản ảnh hưởng đến đời sống kinh tế xã hội. Do
đó việc thiết kế công trình chịu động đất là cần thiết đề bảo vệ tính mạng con người
cũng như của cải vật chất bên trong công trình. Công trình được thiết kế chịu động đất
chính là một cách bảo vệ gián tiếp tính mạng và của cải bên trong công trình. Kết cấu
thép có các ưu điểm như có cường độ cao, độ dai cao, trọng lượng nhẹ, thi công nhanh,
dễ sửa chữa nên kết cấu thép được sử dụng nhiều để xây các công trình nhất là trong
khu vực có động đất lớn, thường xuyên xảy ra.
Hiện nay có nhiều phường pháp tính toán cho các công trình chịu động đất từ phương
pháp đơn giản cho đến phức tạp. Tùy từng đặc điểm, từng cấp công trình yêu cầu độ
chính xác như thế nào mà lựa chọn từng phương pháp phù hợp. Do nhu cầu ngày càng
cao về mặt bảo vệ tính mạng, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng cũng như phản ánh
được gần đúng sự làm việc của kết cấu so với sự làm việc thực tế. Trên thế giới nhiều
quốc gia đã sử dụng phương pháp tính toán theo lịch sử thời gian, phương pháp này
được đánh giá là có sự phản ánh khá chính xác nhưng cần có đầy đủ cơ sở dữ liệu của
các trận động đất đã xảy ra. Tại Việt Nam việc nghiên cứu và áp dụng vào các công
trình còn nhiều hạn chế. Do đó việc nghiên cứu phương pháp phân tích ứng xử của kết
cấu thép phẳng chịu động đất dùng cách phân tích theo lịch sử thời gian là phù hợp với
tình hình phát triển xã hội, mang tính chất cấp thiết đối với ngành xây dựng nói chung.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu thép chịu động đất phân tích theo lịch sử
thời gian, đưa ra được một số nhận xét về kết quả nhận được so với một số phương
pháp tính toán khác.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Đối tượng NC: Khung kết cấu thép phẳng, cấu kiện có tiết diện chữ I.

1


- Phạm vi NC: Sử dụng phương pháp tính toán khung thép chịu động đất dùng phương
pháp phân tích theo lịch sử thời gian.
4. Kết quả dự kiến đạt được
Đánh giá, đưa ra được ưu nhược điểm, những mặt được và hạn chế của một số phương
pháp tính toán kết cấu thép chịu động đất so với tính theo phương pháp theo lịch sử
thời gian.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CHỊU ĐỘNG
ĐẤT.
1.1. Tổng quan về động đất
1.1.1. Định nghĩa, nguồn gốc của động đất
Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn năng lượng
lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc
trong phần áo trên của quả đất. [1]
Nguồn gốc của động đất:
* Động đất có nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà địa chất và địa chấn học đã đưa ra thuyết
kiến tạo mảng hay còn gọi là thuyết trôi dạt các lục địa để giải thích cho nguồn gốc:
của các trận động đất xuất hiện trên thế giới. Theo thuyết này, lúc đầu các lục địa gắn
liền với nhau được gọi là Pangaea, sau đó cách đây khoảng chừng 200 triệu năm chúng
tách ra thành nhiều mảng cứng di chuyển chậm tương đối so với nhau trên một lớp
dung nham ở dạng thể lỏng, nhiệt độ cao để có hình dạng như ngày nay.
Tuỳ thuộc vào đặc thù của hoạt động kiến tạo, ranh giới phân chia giữa các mảng

thường có các dạng: gờ giữa đại dương, đứt gẫy, vòng cung các đảo và vùng orogenic.
Tại vùng gờ giữa đại dương, dung nham nóng chảy trong phần áo trào lên bề mặt quả
đất sau đó nguội đi, bổi dần và mở rộng mảng thạch quyển theo phương ngang. Tại
các đứt gãy, các mảng kiến tạo chuyển động tương đối so với nhau và bị hút vào trong
phần áo của quả đất tại các vùng orogenic.
Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chấn kế và quan trắc địa
chất trên thế giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến tạo mảng. Do đó trong
vòng 10 năm tiếp theo, lý thuyết này đã được giới khoa học chấp nhận một cách rộng
rãi và được xem là một trong những thành tựu khoa học lớn nhất của nhân loại trong
thế kỷ XX.[1]

3


Theo giả thiết cơ bản của thuyết kiến tạo mảng, bề mặt quả đất được tập hợp từ một số
khối lớn gọi là mảng; trên, các mảng là các châu lục và đại dương. Các mảng này
chuyển động tương đối so với nhau. Toàn bộ vỏ quả đất có thể hình dung được chia
thành 15 mảng trong đó có 11 mảng lớn (vĩ mảng) sau: mảng Âu – Á, mảng châu Phi,
mảng châu úc, mảng Philipin, mảng Thái Binh dương, mảng Cocos, mảng Nazca,
mảng Bắc Mỹ, mảng Nam Mỹ, mảng Caribe và mảng Nam cực. Các mảng lớn lại
được chia thành các mảng bé hơn (vi mảng) qua các vết đút gãy nông hơn.[1]
Tại vùng phân chia giữa các mảng xuất hiện các biến dạng tương đối trên một vùng
khá hẹp. Các biến dạng có thể xảy ra chậm và liên tục hoặc có thể xảy ra một cách đột
ngột dưới dạng các trận động đất các nhà khoa học đã xác định được ba kiểu biến dạng
hoặc ba kiểu chuyển động sau tại các bở biên mảng.[1]
a) Chuyền động tách giãn
Tại một số vùng, các mảng di chuyển rời xa nhau, dung nham nóng chảy trong phần áo
trào lên bề mặt quả đất sau đó nguội đi, bồi dần và mở rộng mảng thạch quyển theo
phương ngang. Vùng bờ biên mảng này có tên gọi là vùng gờ mở rộng và thường nằm
giữa các đại dương. Ví dụ mảng Bắc Mỹ và Nam Mỹ trượt về phía tây xa dần các

mảng Á- Âu và châu Phi. Vùng gờ mở rộng (đứt gẫy) chạy dọc giữa Đại Tây dương
tạo nên các núi lửa ngầm dưới biển; dung nham lỏng tràn lên bề mặt, nguội đi và bổi
rộng thêm các mảng làm cho Đại Tây dương ngày càng rộng ra. Tốc độ chuyển động
tách rời giữa các mảng khoảng 2 đến 18 cm/năm; vùng gờ mở rộng ven Thái Bình
dương có tốc độ chuyển động lớn nhất.[1]
b) Chuyển động hút chìm
Do kích thước của quả đất giữ nguyên không đổi, nên việc mở rộng các mảng tại một
số bờ biên phải được bù lại bằng việc thu hẹp Gác mảng tại một số bờ biên khác. Điều
này đã được quan sát thấy qua chuyển động hút chìm giữa hai mảng kề nhau. Có hai
loại chuyển động hút chìm:

4


Chuyển động trườn: mảng này chuyển động rúc xuống dưới mảng khác. Ví dụ mảng
Ấn – Úc rúc xuống dưới mảng Á – Âu làm cho dãy Hymalaya bị đẩy cao dần lên, mỗi
năm khoảng 9cm;
Chuyển động rúc đồng quy: hai mảng cung chuyển động rúc xuống. Ví dụ, các mảng
Cocos và Caribe cùng chuyển động hút chìm; xuống theo đứt gãy dọc bờ Tây Trung
Mỹ.
Vùng chuyển động hút chìm thường nằm kề các thềm lục địa. Khi tốc độ chuyển động
đồng quy của các mảng lớn, tại vùng biên sẽ xuất hiện các rãnh sâu. Khi tốc độ chuyển
động đồng qụy chậm, các trầm tích bồi lắng sẽ phủ kín các rãnh sâu.[1]
c) Chuyển động trượt ngang
Chuyển động trượt ngang xuất hiện khi mảng này di chuyền tương đối so với mảng
khác theo phương ngang mà không làm sinh ra một phần vỏ mới hoặc làm mất đi một
phần vỏ cũ. Có hai loại chuyển động ngang:
- Chuyển động trượt tương đối tại đứt gẫy;
- Chuyển động va chạm. Ví dụ mảng Á – Âu và mảng châu Phi tiến tại gần nhau gây
ra biến dạng nén ở vùng Địa Trung hải.

Trong quá trình các mảng dịch chuyển tương đối so với nhau, biến dạng dần dần được
tích luỹ lại tại các vùng khác nhau của vỏ trái đất. Khi vật chất tạo nên vỏ Trái Đất đạt
tới trạng thái biến dạng tới hạn, sự phá hoại đột ngột xảy ra. Thế năng biến dang tức
thời chuyển thành động năng và động đất xuất hiện. Như vậy theo thuyết kiến tạo
mảng, các trận động đất chủ yếu phát sinh tại vùng ranh giới giữa các mảng và chỉ xảy
ra khi nền đá rơi vào trạng thái tới hạn về cường độ dẫn tới bị phá hoại đột ngột. Do
đó, các trận động đất tại các vùng biên của các mảng được gọi là động đất rìa mảng.
Các trận động đất mạnh xảy ra ở Chilê, Peru, Trung Mỹ, Đông Caribe, Nam Mexico,
California, Nam Alaska, Nhật Bản, Đài Loan, Philipin, Indonesia, New Zealand và
vành đai Alpine – Caucase – Hymalaya thuộc loại này.[1]
* Động đất có nguồn gốc từ các đứt gãy

5


Khi quan sát địa hình ta thường gặp những sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc nền đá.
Ở một số chỗ, các vỉa đá có đặc tính khác nhau gối đầu vào nhau hoặc tựa lên nhau
dọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng. Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như vậy được gọi là
đút gẫy hoặc phay địa chất.
Các đứt gẫy có thể có chiều dài từ vài mét tới hàng trăm kilômét và ẩn sâu vào lòng
đất tới vài chục kilômét. Chúng có thể được nhận biết qua khảo sát trạng thái địa hình
trên mặt đất, nhưng nhiều khi rất khó phát hiện bằng cách quan sát vì đứt gẫy nằm sai
trong vỏ quả đất không kéo lên tới bề mặt.
Các vết đứt gẫy được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động. Đứt gẫy hoạt
động là những đứt gẫy mà các khối vật chất ở hai bên mặt đứt gẫy đang chuyển động
tương đối so với nhau, năng lượng biến dạng đàn hồi do quá trình kiến tạo được tích
luỹ và đến môt lúc nào đó sẽ giải phóng đột ngột, gây ra động đất. Đứt gẫy không hoạt
động là các đứt gẫy trong quá khứ đã từng hoạt động, nay không còn chuyển động và
do đó sẽ không gây ra động đất. Đứt gãy địa chấn nổi tiếng nhất trên thế giới thuộc
loại hoạt động là đứt gẫy San Andreas ỏ California (Hoa Kỳ). Đứt gẫy này có chiều

dài 300 km và trượt ngang 6.4 m, từng gây ra trận động đất San Francisco năm 1906
và nhiều trận động đất tiếp sau đó. Tốc độ trượt trung bình tại một đứt gẫy hoạt động
thay đổi từ 10 – 100 mm/năm. Một số đứt gẫy chuyển động liên tục, một số khác
chỉ chuyển động khi động đất xảy ra. Các đứt gẫy hoạt động được phân loại dựa trên
dạng hình học và hướng trượt tương đối giữa chúng. Có thể phân chuyển động tại các
đứt gẫy cũng như dạng đứt gẫy thành các loại sau.[1]
a) Trượt nghiêng:
Sự dịch chuyển xảy ra theo phương song song với độ dốc của đứt gẫy (hoặc vuông góc
với đường mạch ngang là giao tuyến giữa mặt đứt gẫy và mặt nằm ngang). Tuỳ thuộc
vào hướng chuyển động tương đối của các mảng nằm hai bên mặt đứt gẫy mà các đứt
gẫy được phân loại như sau:
Đứt gẫy bình thường hoặc còn gọi là đứt gẫy thuận: lớp đá cứng phía trên mặt nghiêng
của đứtt gẫy trượt xuống dưới so với lớp nằm dưới. Các đứt gẫy có mặt trượt gần
thẳng đứng cũng có thể xếp vào loại này;
6


Đứt gẫy nghịch: lớp đá cứng phía trên mặt đứt gẫy nghiêng trượt lên trên so với lớp đá
phía dưới đứt gẫy.[1]
b) Trượt ngang (còn gọi là trượt bằng):
Sự dịch chuyển xảy ra theo phương ngang song song với mạch ngang của đứt gẫy.
Chuyển động trượt ngang thường xảy ra tại các đứt gẫy gần thẳng đứng và có quy mô
lớn. Tuỳ thuộc vào hướng chuyển động tương đối của vật chất trên mặt này hay mặt
kia của đứt gẫy mà phân loại đứt gẫy như sau:
Đứt gẫy trượt ngang trái (trượt bằng trái): Nếu đứng từ một mảng quan sát thấy mảng
kia trượt về phía trái;
Đứt gẫy trượt ngang phải (trượt bằng phải): Nếu đứng từ một mảng quan sát thấy
mảng kia trượt về phía phải.
Trong một số trường hợp, chuyển động trượt tại các đứt gẫy thường kết hợp giữa
nghiêng và trượt ngang, nên các đứt gẫy này được gọi là đứt gãy xiên[1]

* Động đất phát sinh từ các nguồn gốc khác
Động đất còn có thể phát sinh từ các nguyên nhân sau:
- Sự giãn nở trong lớp vỏ đá cứng của quả đất;
- Do các vụ nổ hạt nhân;
- Do hoạt động của núi lửa;
- Do sụp đổ các hang động ngầm dưới đất;
- Do tích nước vào các hồ chứa lớn.[1]
1.1.2. Cường độ động đất
Cường độ động đất là thể hiện mức độ tàn phá mà động đất có thể gây ra ở một khu
vực nào đó. Giá trị thông số này đạt giá trị cực đại ở chấn tâm rồi giảm dần theo
khoảng cách chấn tâm và phụ thuộc vào điểm quan sát.[1]

7


Thang cường độ động đất:
- Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả năng nhận thức của
con người về mức độ phá hoại công trình xây dựng do động đất gây ra;
- Năm 1878, thang cường độ động đất được Rossi lập;
- Năm 1904, Cancani đã đưa ra một thang độ có định lượng cụ thể trên cơ sở gia tốc
nền do trấn động gây ra;
- Năm 1931, hai nhà địa chất học H.O.Wood và F.Neumann xây dựng thang Mercali
hiệu chỉnh phân chia cường độ thành 12 cấp;
- Năm 1956, Richter hiệu chỉnh khoảng cách gia tốc cực đại tại thang Mercali hiệu
chỉnh thành thang cường độ chính thức áp dụng rộng rãi ngày nay;
- Năm 1964, các nhà khoa học Medvedev, Sponhahure, Karnic đề xuất thang MSK-64,
đây là thang cường độ được sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Âu. [1]
Thang độ lớn động đât:
* Thang Richter:
Theo định nghĩa của Richter [1], độ lớn M của một trận động đât được xác định như

sau:
M=logA – logA 0
Trong đó: A là biên độ max của trận động đất đang xét do địa chấn kế
A 0 là biên độ max của trận động đất chuẩn có cùng tâm trấn
* Các thang cường độ động đất khác:
- Thang độ lớn sóng mặt (Ms) [1] đo các biên độ sóng mặt có chu kỳ 20s, thường xảy
ra ở các trận động đất xa khoảng cách tâm trấn trên 2000km. Thang đo này được
Gutenberg và Richter đề xuất năm 1936 thường dùng cho các trận động đát trung bình
tới lớn có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 70km. Biểu thức xác định Ms như sau:

8


Ms= logA + 1.66logL + 2.0
Trong đó: L là khoảng cách chấn tâm được đo bằng độ (3600 ứng với chu vi quả
đất)
A là chuyển vị lớn nhất của nền đất khi dao động đo bằng micron
- Thang độ lớn sóng khối (Mb) [1] đo biên độ sóng P có chu kì khoảng 1.0s. Thang
này phù hợp với các trận động đất rất sâu với sóng mặt yếu, được Gutenberg đề xuất
vào năm 1945. Thang Mb có thể đo được các trận động đất xa với khoảng cách tâm
chấn trên 600km. Mb được xác định qua biểu thức sau:
Mb=logA – logT + 0.01L + 5.9
Trong đó: A là biên độ của sóng P đo bằng micron
T là chu kỳ dao động đo bằng (s)
L là khoảng cách chấn tâm đo bằng độ
- Thang độ lớn mômen động đất (Mw) [1] dùng để mô tả độ lớn của các trận động đất
dựa trên cơ cấu phá hoại cắt xảy ra ở nơi phát sinh của chúng. Khác với các thang độ
lớn Richter, độ lớn sóng mặt, độ lớn sóng khối, thang độ lớn mômen động đất là thang
duy nhất dựa trực tiếp vào lực tác động gây ra động đất tại nứt gẫy mà không dựa vào
biên độ của các sóng địa chấn. Vì vậy thang này có thể sử dụng để đo toàn bộ chuyển

động của nền đất.
1.1.3. Động đất trên lãnh thổ Việt Nam
- Cấu trúc kiến tạo Việt Nam
Về mặt kiến tạo, lãnh thổ Việt Nam nằm ở một vị trí khá đặc biệt. Trên bản đồ kiến tạo
mảng của vỏ trái đất, lãnh thổ Việt Nam nằm trên một phần lồi của mảng Á-Âu, bị kẹp
giữa ba mảng có mức độ hoạt động mạnh đó là các mảng Châu Úc, mảng Philipin và
mảng Thái Bình Dương. Phía tây và phía nam của nước ta là vành đai động Himalaya
và rãnh sâu Java được tạo ra do sự va chạm giữa mảng Châu Úc với mảng Á-Âu, còn
phía đông là vành đai lửa Thái Bình Dương và mảng Philipin với mảng Á-Âu.

9


Một số nhà khoa học cho ràng lãnh thổ Việt Nam và khu vực phụ cận đang chịu ảnh
hưởng kéo theo của sự va chạm đồng thời của nhiều mảng kiến tạo. Những sự va chạm
này khiến dãy núi Hymalaya cao dần lên và làm phần phía nam lục địa Đông Á bị biến
dạng và phân chia thành các mảng nhỏ chuyển động theo các hường khác nhau chủ
yếu là hướng Đông-Đông Nam. [1]
- Các đứt gãy trên lãnh thổ Việt Nam
Kết quả các công trình nghiên cứu khoa học gần đây cho thấy, trên lãnh thổ Việt Nam
tồn tại một mạng lưới đứt gãy phức tạp, đa dạng về phương, về kiểu trượt, về cấp độ
và lịch sử phát triển. Phần lớn đó là đứt gãy sâu giới hạn các miền kiến tạo hoặc các
đơn vị kiến tạo chính trong các miền, một số ít là các đứt gãy lớn phát triển trong
phạm vi một vài đơn vị kiến tạo. [1]
Thuộc về nhóm đứt gãy phân miền kiên tạo có các nứt gãy sau:
+ Đứt gãy Sông Hồng phân chia miền hoạt động Hoa Nam (Trung Quốc) với đới
uốn nếp Tây Bắc Việt Nam;
+ Đứt gãy Sơn La là đứt gãy xung yếu sâu, cổ, có đường đường phương uốn lượn,
phân cách phức nếp lõm Sông Đà với phức nếp lồi Sông Mã;
+ Đứt gãy Sông Mã ngăn cách đới phức nếp lồi Sông Mã với miền uốn nếp Hecxinit

Trường Sơn;
+ Đứt gãy Lai Châu - Điện Biên phân chia miền uốn nếp Thái Lan - Malaysia với các
đới uốn nếp Bắc Việt Nam và địa khối Indosini;
+ Đứt gãy Thà Khẹt (Lào)-Trà Bồng phân chia đới uốn nếp Bắc Việt Nam với địa
khối Indosini;
+ Đứt gãy Sông Hậu phân chia miền kiến trúc Hecxinit Tây Nam Bộ và địa khối
Indosini, khống chế địa hòa sông Mekong ở phía Tây Nam Bộ;
+ Các đứt gãy á kim tuyến Tây Biển Đông. [1]

10


Thuộc về nhóm đứt gãy phân chia các đơn vị cấu trúc chính trong các miền kiến tạo có
các đứt gãy sau:
+ Đứt gãy Đông Triều, Mạo Khê, Yên Tử là đứt gãy hình vòng cung, kiểu trượt bằng
nghịch, độ sâu chấn tiêu lớn khoảng 30km;
+ Đứt gãy Cao Bằng – Tiên Yên kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam, từ
Trung Quốc vào Việt Nam, đóng vai trò khống chế sự phát triển của Mezozoi Sông
Hiến. Đứt gãy này thuộc kiểu trượt bằng, bị chia cắt thành nhiều đoạn;
+ Đứt gãy Linh Sơn – Hạ Long từ Quảng Tây (Trung Quốc) sang Việt Nam chạy
dọc bở vịnh Hạ Long từ Móng Cái qua Cẩm Phả;
+ Đứt gãy sông Chảy là một đứt gãy sâu xuyên vỏ, chạy theo phương Tây Bắc –
Đông Nam, song song với đứt gãy Sông Hồng;
+ Đứt gãy Sông Lô có phương Tây Bắc – Đông Nam, về thực chất một đứt gãy nằm
trong hệ thống đứt gãy sông Hồng – sông Chảy;
+ Đứt gãy Sông Đà chạy dài trên 300km theo phương chủ đạo Tây Bắc – Đông Nam
nhưng có dạng khúc đoạn tạo bởi các đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam;
+ Đứt gãy Sông Cả là đứt gãy sâu xuyên vỏ dài 300km có phương chính là Tây Bắc
– Đông Nam kéo về phía biên giới Việt – Lào, có cơ chế trượt bằng – phải;
+ Đứt gãy Rào Nậy là ranh giới giữa đới phức nếp lõm Sông Cả và đới phức nếp lồi

Trường Sơn, cơ chế trượt bằng – phải;
+ Đứt gãy Dakrong – Huế có phương Tây Tây – Bắc, Đông Đông – Nam là một đới
gãy khá lớn hoạt động mạnh;
+ Đới đứt gãy Sông Poco, Tuy Hòa – Dầu Tiếng, Vũng Tàu – Tông Lê Sáp trong
miền địa khối Indosini. [1]
- Các trận động đất đã xảy ra tại Việt Nam
Trong lịch sử, các văn bản ghi chép còn giữ được đã cho thấy từ năm 114 đến năm
2003 đã có 1645 trận động đất mạnh từ 3 độ Richter trở lên đã xả ra trên lãnh thổ nước
11


ta. Đó là các trận động đất cấp XIII (6 độ Richter) ở quận Nhật Nam (Bắc Đồng Hới)
vào năm 114, các trận động đất cấp VII và cấp VIII (5.5-6 độ Richter) ở Hà Nội vào
các năm 1276, 1278, 1285 động đất cấp VIII-IX (trên 6 độ Richter) ở Yên Định – Vĩnh
Lộc – Nho Quan vào năm 1935, động đất cấp XIII (6 độ Richter) ở Nghệ An vào năm
1821, động đất cấp VII ở Hải Dương vào năm 1137, động đất cấp VII ở Tĩnh Gia –
Thanh Hóa năm 1767, các trận động đất cấp VII (5.5 độ Richter) ở Phan Thiết vào các
năm 1882, 1887…(tất cả các cấp độ động đất trên đều phỏng đoán theo thang MSK64). [1]
Trong thế kỷ XX từ năm 1903 đến năm 1961 đã xảy ra 46 trận động đất từ cấp V trở
lên (theo thang MSK-64) trên lãnh thổ nước ta. Riêng tại khu vực Lai Châu, Sơn La,
Điện Biên từ năm 1935 đến năm 2001 có nhiều trận động đất lớn xảy ra. Một số trận
động đất tiêu biểu như sau:
+ Trận động đất xảy ra vào ngày 24/6/1983 có chân tâm năm ở huyên Tuần Giáo.
Trận động đất này có độ lớn M=6.7 (theo tháng Richter) và cường độ ở vùng chấn tâm
khoảng cấp VIII (theo thang MSK-64). Trận động đất này gây ra sụt lở lớn ở các dãy
núi, vùi lấp 200 ha ruộng, làm chết và bị thương hàng chục người. Một số công trình
xây dựng trong vùng chấn tâm đã bị phá hoại. Nền đất bị nứt rộng 10 cm và dài tới
20km. Chấn động của trận động đất này đã lan sang các khu vực khác như thị xã Lai
Châu, Thuận Châu, Tủa Chùa, Quỳnh Nhai, thị xã Sơn La. Tại Hà Nội trận động đất
này gây ra cường độ khoảng cấp V-VI theo thang MSK-64, gây rạn nứt nhà cửa ở một

vài khu vực. [1]
+ Trận động đất tại Điện Biên Phủ xảy ra vào ngày 19/2/2001 có độ lớn M=5.3 độ
Rịchter. Chấn tâm của trận động đất nằm tại vùng núi Nam Oun của Lào , cách thị xã
Điện Biên 15 km, với độ sâu chấn tiêu khoảng 12 km. Chấn động ở vùng chấn tâm đạt
tới cấp VII – VIII theo thang MSK-64 ở Hua Pe (thuộc tỉnh Lai Châu) gần biên giới
Việt Lào chuyển động địa chấn làm sập mái hầm kèo, gây nứt ở sườn dốc, sàn nhà và
lở các bậc thềm xếp bằng đá hộc. Đập Pe Luông cách chấn tâm 10 km về phía Đông bị
nứt vai đập và phần tiếp xúc giữa đập với tràn. Suối nước nóng Hua Pe nóng lên và có
sự thay đổi về khoáng chất. Tại thị xã Điện Biên nằm trong vùng động đất cấp VII
theo thống kế có hơn 130 ngôi nhà phải xây dựng lại, 1044 ngôi nhà phải sửa chữa và
12


2044 ngôi nhà bị hư hỏng nhẹ. Sau chấn động chính có hàng trăm dư chấn tiếp tục xảy
ra trong đó có nhiều dư chấn mạnh. Trận động đất này được gây ra bởi hoạt động của
đới đứt gãy sâu Lai Châu – Điện Biên, chính hoạt động của đứt gãy này cũng đã gây ra
trận động đất ở Lai Châu 7/1914, động đất Điện Biên Phủ năm 1920, các trận dộng đất
tại Lai Châu vào các năm 1993, 2001. [1]
Theo thống kê, từ trước đến nay ở Việt Nam đã xảy ra 2 trận động đất cấp VIII, 11
trận động đất cấp VII và 60 trận động đất cấp VI (theo thang MSK-64). Phần lớn các
trận động đất này đều xảy ra ở các tỉnh phía Bắc dọc theo các vết nứt gãy vùng sông
Hồng, sông Chảy, sông Cả, Lai Châu – Điện Biên và nói chung đều có độ sâu chấn
tiêu nông (H=10-20km) nên vùng ảnh hưởng hẹp. [1]

Hình 1.1. Một số hình ảnh về hậu quả của động đất gây ra ở Việt Nam(nguồn:internet)
- Một số kết quả nghiên cứu động đất đã đạt được
Ở Việt Nam, tới năm 1986 đã có tất cả 8 trạm quan trắc địa chấn. Các trạm quan trác
này được xây dựng và hoạt động ở các thời điểm khác nhau: Phú Diễn (1924), Nha
Tran (1957), Sapa (1961), Bắc Giang (1967), Hòa Bình (1972), Tuyên Quang (1975),
Đà Lạt (1980), Hà Nội (1986), …. Từ năm 1986 đến năm 1995 nhờ có dự án của

UNDP, mạng lưới trạm địa chấn Việt Nam đã được tăng cường và hiện đại hóa. Đến
nay chúng ta đã có 26 trạm địa chấn chu kỳ ngắn, ghi số trong đó có hệ thống trạm địa
chấn đo xa gồm 8 trạm xung quang Hà Nội. Có thể nói trước năm 1975 mạng lưới
trạm quan trắc động đất còn thưa, hoạt động không đồng bộ nên chưa có sự hiệu quả
cao trong quan sát động đất ở nước ta. Do đó việc ghi lại các trận động đất xảy trên
lãnh thổ nước ta chưa đầy đủ và có chấn lượng, các máy đo chỉ đo được các trận động
13


đất yếu hoăc dư chấn động đất mạnh. Vì vậy phần lớn các số liệu địa chấn được thu
thập từ việc điều tra thực địa và tài liệu lịch sử. [1]
Để phục vụ cho các yêu cầu về thiết kế, tính toán kháng chấn các công trình xây dựng,
cơ sở dữ liệu động đất trên lãnh thổ Việt Nam đã được xây dựng, từng bước hoàn
thiện. Từ đầu những năm 60 của thế kỷ XX, công tác phân vùng động đất trên lãnh thổ
nước ta đã được tiến hành với sự giúp đỡ của chuyên gia nước ngoài. Trong nhiều
năm, bản đồ này đã trở thành tài liệu quan trọng phục vụ cho công tác quy hoạch và
xây dựng các công trình kinh tế và quốc phòng. Các phân đồ sơ đồ phân vùng động đất
Việt Nam đã được thiết lập theo nguyên tắc “ địa chấn thống kê”, chỉ nghiên cứu và
thể hiện bản đồ hệ quả chấn động do động đất gây ra trên mặt đất mà không biết được
nguồn phát sinh cũng như các thông số của chuyển động nền đất rất cần cho việc
kháng chấn cho công trình. Để khắc phục được nhược điểm này, năm 1976 Nhà nước
đã đưa đề tài phân vùng động đất trên lãnh thổ Việt Nam vào chương trình Atlas quốc
gia và năm 1980 lại đưa ra chương trình hợp tác khoa học giữa Viện Khoa học Việt
Nam và Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô và giao cho Viện Vật lý địa cầu – Viện Khoa
học Việt Nam thực hiện. Công trình đã được hoàn thành vào năm 1985 và năm 1989
cho công bố bản đồ phân vùng động đất Việt Nam tỉ lệ 1/2.000.000. Để tiếp tục hoàn
thiện bản đồ phân vùng động đất, năm 1992 Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường
đã giao cho Viện Vật lý địa cầu thực hiện đề tài câp Nhà nước “ Cơ sở dữ liệu cho các
giải pháp giảm nhẹ hậu quả động đất ở Việt Nam”. Kết quả nghiên cứu của đề tài này
là các bản đồ phân vùng động đất với chu kỳ lặp lại T=200, 500, 1000 năm và bản đồ

phân vùng chấn động cực đại Imax trên lãnh thổ Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000 (1996).
[1]
Để hoàn thiện hơn các bản đồ dự báo về mức độ nguy hiểm động đất trên lãnh thổ Việt
Nam và tiếp cận bước đầu với phương pháp dự báo động đất về thời gian phát sinh từ
năm 2000 Bộ Khoa học Công nghệ đã giao cho Viện Vật lý Địa cầu triển khai đề tài
“Nghiên cứu dự báo động động đất và dao động nền ở Việt Nam”. Một trong các kết
quả nghiên cứu của đề tài này là bản đồ dự báo cường độ chấn động cực đại, bản đồ
phân vùng gia tốc nền cực đại amax và các bản đồ phân vùng gia tốc nền với xác suất
vượt quá 10% trong các khoảng thời gian 20, 50, 100 năm. Dựa trên các kết quả

14


nghiên cứu này, Viện Vật lý Địa cầu đã cung cấp phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt
Nam chu kỳ lặp lại 500 năm trên nền loại A. Như vậy với các kết quả nghiên cứu này,
chung ta đã có các cơ sở dữ liệu cần thiết để thực hiện việc kháng chấn cho các công
trình xây dựng trong các vùng có động đất tại Việt Nam. [1]
1.2. Kết cấu thép và các đặc trưng vật liệu
1.2.1. Tổng quan về kết cấu thép
Từ thế kỷ 19, thép đã bắt đầu được xác định là một trong những vật liệu hàng đầu và
đáng tin cậy cho những công trình lớn. Ngay từ khi thép được dùng trong xây dựng thì
dầm thép cán nóng và dầm thép tổ hợp đã cạnh tranh với nhau về phương diện linh
hoạt và kinh tế. Cho đến đầu thế kỷ 20, các kỹ thuật cán thép mới bắt đầu phát triển:
dầm cán nóng cao nhất ở Mỹ năm 1900 là 610m; dầm cán nóng ở Châu Âu cao 1m lần
đầu tiên được sản xuất tại Luxembourg năm 1911. [2]
Các chuyên gia và nhà thiết kế ngày càng nhận thấy rằng: khi kết cấu khung được làm
bằng các cấu kiện có tiết diện không đổi như dầm thép cán nóng sẽ gây lãng phí một
khối lượng vật liệu đáng kể do ứng suất ở các vị trí khác nhau trên dầm sẽ rất khác
nhau trong khi ta dùng một loại tiết diện trên suốt chiều dài thanh. Mặt khác, thiết diện
thép cán nóng thường có bề dày bản bụng lớn hơn rất nhiều so với yêu cầu chịu lực

của nó. Vì vậy việc phát triển và sử dụng loại dầm thép tổ hợp ngày một nhiều hơn,
với dầm thép loại này người ta có thể dễ dàng điều chỉnh kích thức các bản thép để tiết
diện hợp lý và thay đổi tiết diện dầm có thể được một kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu.
Ban đầu, nhà xưởng sử dụng khung thép nhẹ được thiết kế và sản xuất còn cứng nhắc,
chưa linh hoạt trong việc bố trí kết cấu và hình dạng cấu kiện. Về sau cùng với sự phát
triển của công nghệ sản xuất thép hình thành mỏng, của vật liệu hợp kim nhôm và các
phần mềm máy tính ngày càng hiện đại hơn đã thay đổi được những hạn chế này. Điều
này phù hợp với việc nền kinh tế phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia dẫn đến nhu cầu
các công trình xây dựng nhà thép tiền chế không những đòi hỏi chất lượng cao hơn,
linh hoạt hơn mà còn đảm bảo tính thẩm mỹ. [2]

15


Với đường nối công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền kinh tế độc lập
tự chủ, đưa nước ta thành một nước công nghiệp, Đảng và Nhà nước đã có những
chính sách mở cửa nền knh tế, ưu tiên đầu tư phát triển các khu công nghiệp tập trung
nhằm thu hút vốn đầu tư nước ngoài, sản xuất hàng hóa phục vụ trong nước và đẩy
mạnh xuất khẩu. Hàng loạt khu công nghiệp, các nhà máy mới đã và đang được xây
dựng trên khắp đất nước ta như Khu công nghiệp Bắc Thăng Long–Nội Bài, Khu công
nghiệp Sài Đồng, Bình Dương, Láng – Hòa Lạc, khu chế xuất Tân Thuận,…
Trước đây, ở nước ta, khi thiết kế khung thép vượt nhịp lớn, phương pháp truyền
thống là dùng dạng dàn tổ hợp bằng thép góc. Phương pháp này tuy giải quyết được
vấn đề chịu lực, tiết kiệm vật liệu nhưng chiều cao dàn quá lớn, tốn công chế tạo và
lắp dựng.
Để khắc phụ khắc phục được những nhược điểm của khung thép truyền thống, hiện
nay khoảng 70% các công trình công nghiệp ở quen thuộc ở Việt Nam đều sử dụng
một trong những dạng khung thép nhẹ quen thuộc là kết cấu khung dầm đặc tổ hợp
hàn tiết diện chữ I, trong đó cột và dầm có tiết diện thay đổi tuyến tính theo theo chiều
dài cấu kiện (vát). Loại khung này có trọng lượng và kích thước rất gọn nhẹ và đa

dạng về hình thức. Toàn bộ các cấu kiện, bộ phận đều được thiết kế và sản xuất đồng
bộ tại nhà máy và đem và đem ra lắp dựng ngoài công trường. Khi vận chuyển đến
công trường, chỉ cần thao tác lắp dựng để tạo nên một công trình hoàn chỉnh, do vậy
dễ kiểm soát được chất luợng, tính chuyên nghiệp hoá cao, giảm thiểu được thời gian
thi công công trình. [2]
Trong những năm gần đây việc sử dụng kết cấu thép đã phát triển nhanh chóng thay
thế dần cho kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng các nhà máy công nghiệp, các tòa
nhà cao tầng và các công trình công cộng. Ở Việt Nam quá trình phát triển của kết cấu
thép trong xây dựng dân dụng và công nghiệp trải qua các thời kỳ chính như sau:
- Từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20
Trong thời kỳ này các công trình thi công liên quan đến kết cấu thép đều do người
Pháp xây dựng. Do bê tông cốt thép chỉ được sử dụng ở Việt Nam vào những năm 30
và hầu như không có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà công nghiệp và công trình
16


nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều sử dụng kết cấu thép. Ví dụ Nhà hát lớn Hà Nội
có kết cấu xây dựng hoàn toàn bằng gạch và thép, không có bê tông cốt thép ngoài ra
còn có các nhà xưởng lớn bằng thép được xây dựng trong thời kỳ này như: nhà máy xe
lửa Gia Lâm, nhà máy rượu Hải Dương,… Công nghệ và hình thức kết cấu là ở vào
trình độ đương đại: thép cacbon thấp, liên kết đinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ đồ kết cấu
cổ điển. [2]
- Trong những năm 50 và 60
Trong giai đoạn này thép là vật liệu hiếm có và quý giá, do hoàn toàn nhập từ các nước
Xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này vật liệu thép cũng rất quý và hiếm. Do đó chỉ
dùng thép cho những nhà xưởng lớn, có cột cao nhịp rộng. Điển hình là nhà xưởng của
Khu liên hợp Gang thép Thái Nguyên và nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao, việc sử
dụng kết cấu thép nên việc thi công nhà máy này đã hoàn thành sớm hơn so với việc
sử dụng kết cấu bằng bê tông. Sơ đồ hệ thống thông dụng là: dàn gồm các thép góc,
cột và dầm tổ hợp tấm và thép cán; liên kết hàn, không dùng đinh tán. [2]

- Trong thập kỷ 70 và 80
Công tác xây dựng chủ yếu là khôi phục các công trình bị phá hoại, xây dựng những
nhà xưởng máy mới loại nhẹ. Áp dụng rộng rãi sơ đồ kết cấu hỗ hợp cột bê tông và
dàn thép. Bắt đầu sử dụng nhiều kết nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngoài.
Điển hình là loại khu kho Tiệp đó là khung nhịp 12 đến 15m, dàn bằng thép ống, cột
thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội, khung này nguyên để là để
làm kho cỏ sang Việt Nam đã được cải tạo để làm kết cấu cho nhà xưởng có cửa trời
và cầu trục, nhà thể thao và ga hàng không. Ở Việt Nam trong thời kỳ này, kỹ thuật
xây dựng đã được phát triển nhanh chóng với sự giúp đỡ của phương Tây. Các xu
hướng thiết kế giống như phương Tây: thép đã được áp dụng rộng rãi trong các công
trình công nghiệp, xưởng đóng tàu, nhà cao tầng, ga máy bay. [2]
- Từ những năm 90 đến nay
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và của ngành xây dựng, việc sử
dụng thép đã tăng nhanh. Hầu hết các nhà xưởng là làm hoàn toàn hay đại bộ phận là

17


kết cấu thép. Những mái nhà nặng nề bằng bê tông cốt thép đã ít xuất hiện thay thế dần
bằng mái tôn nhẹ trên xà gồ thành mỏng. Không còn xuất hiện dàn bên tông cốt thép,
dầm mái bê tông cốt thép đúc sẵn một thời phát triển. [2]
Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi về việc sử dụng kết cấu thép thay thế là do:
+ Giá cả vật liệu thép không còn là vấn đề được đặt lên đầu nó chỉ chiếm khoảng
50% giá trị của kết cấu. Không nhất thiết phải cố giảm trọng lượng vật liệu đi, để ảnh
hưởng đến phí tổn chế tạo và dựng lắp và làm chậm thời gian hoàn thành xây dựng.
+ Công nghệ chế tạo đã tiên bộ, đặc biệt trong việc căt và hàn, việc tạo hình nguội.
Nên việc chọn những kết cấu thuận tiện cho việc vận chuyển lắp dựng như tổ hợp hàn
để thay thế cho dàn thép rỗng, trước đây hay dùng vì dễ chế tạo nhưng khó khăn trong
vận chuyển và làm tốn chiều cao nhà.
Một loại hệ thống kết cấu được áp dụng nhiều nhất là hệ thống nhà tiền chế, xuất phát

từ Mỹ. Cơ sở lý luận của hệ thống này, như ta đã biết yêu cầu việc hợp lý hoàn thiện
trong thiết kế, chế tạo và lắp dựng của mỗi loại công trình nhất định. Ở Việt Nam đã
có hàng trăm nhà xưởng, nhà làm việc, nhà thi đấu được xây dựng theo phương pháp
này. Đầu tiên là các công ty nước ngoài mang vào và chế tạo tạo Việt Nam, đến nay
nhiều nhà máy, doanh nghiệp đã chế tạo thành công loại hệ thống này với trình độ
khác nhau. Sơ đồ kết cấu thông dụng nhất là: khung cứng bản đặc, gồm cột vát chân
khớp nối cứng với dầm cũng thay đổi chiều cao; các kết cấu thứ yếu đều được tiêu
chuẩn hóa. [2]
Với đường nối công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền kinh tế độc lập
tự chủ, đưa nước ta thành một nước công nghiệp, Đảng và nhà nước đã có những
chính sách mở cửa nền knh tế, ưu tiên đầu tư phát triển các khu công nghiệp tập trung
nhằm thu hút vốn đầu tư nước ngoài, sản xuất hàng hóa phục vụ trong nước và đẩy
mạnh xuất khẩu. Hàng loạt khu công nghiệp, các nhà máy mới đã và đang được xây
dựng trên khắp đất nước ta như Khu công nghiệp Bắc Thăng Long–Nội Bài, Khu công
nghiệp Sài Đồng, Bình Dương, Láng – Hòa Lạc, khu chế xuất Tân Thuận,…Cùng với
sự xây dựng nhiều nhà nhịp lớn như hội trường, nhà triển lãm, nhà thi đấu, bắt đầu
phát triển nhanh loại kết cấu tinh thể, thường được gọi đơn giản là dàn không gian. Có
18


thể kể: nhà ga hàng không Nội Bài, nhà thi đâu Nam Định, nhà biểu diễn Tuần Châu,
Hạ Long… Trong giai đoạn này ngoài các nhà thi đấu hay hội trường cũng có nhiều
công trình nhà cao tầng trên 30 tầng được xây dựng tại TP. Hồ Chí Minh mở đầu cho
giai đoạn phát triển nhà cao tầng bằng thép ở Việt Nam. Ngoài ra ngành Xây dựng dân
dụng và công nghiệp ra trong các ngành xây dựng khác cũng đã có nhiều công trình có
sử dụng kết cấu thép như trong việc xây dựng cầu thép, tháp thông tin vô tuyến và cột
tải điện; và các công trình như xây bể chứa dầu, chứa khí các công trình dàn khoan
công trình bảo vệ thềm lục địa ở Núi Bà Đen, Vũng Tàu. [2]
1.2.2. Đặc điểm của nhà công nghiệp
Hệ kết cấu chịu lực trong nhà công nghiệp bao gồm: khung ngang, móng, dầm cầu

trục, hệ giằng, trong đó kết cấu chịu lực chính là khung ngang. Tùy theo vật liệu khung
ngang có thể có thể là khung bê tông cốt thép, khung thép và khung liên hợp (cột bê
tông cốt thép, xà ngang bằng thép). Khung ngang bằng thép có ưu điểm là trọng lượng
nhẹ, thi công nhanh, nhưng giá thành cao hơn so với khung bằng bê tông cốt thép.[3]
Từ các điều kiện kinh tế kỹ thuât, kết cấu thép áp dụng hợp lý và có hiệu quả cho nhà
công nghiệp trong các trường hợp sau:
Nhà có độ cao lớn, nhịp rộng, bước cột lớn, cầu trục nặng.
Dùng khung thép cho nhà có cầu trục chế độ làm việc rất nặng, nhà chịu tải trọng động
liên tục là rất hợp lý vì kết cấu thép làm việc chịu tác động lặp của tải trọng động lực
an toàn hơn các kết cấu khác.
Nhà trên nền đất lún không đều, vì kết cấu thép vẫn chịu lực tốt trong điều kiện móng
lún không đều.
Nhà xây dựng tại những vùng sâu vùng xa, điều kiện vận chuyển khó khăn. [3]
Trước đây, trong kết cấu mái của nhà công nghiệp thường dùng tấm lợp panen bê tông
cốt thép. Hệ khung thép đỡ kiểu mái này thường bao gồm cột tiết diện thay đổi và dàn
vì kèo. Loại khung này có trọng lượng lớn, kích thước cồng kềnh nên việc vận chuyển
và lắp dựng gặp khó khăn, chi phí chế tạo cao, tốn kém vật liệu, do đó làm tăng đáng

19