PHẦN : MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài PHẦN : NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.1 KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.1.1 Sự cần thiết lỗ rỗng kết cấu thép 1.1.2 Đặc điểm lỗ rỗng kết cấu thép 1.2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.2.1 Vật liệu sử dụng kết cấu khung thép nhẹ 1.2.2 Các kiểu tiết diện khoét lỗ rỗng 1.2.3 Ưu, khuyết điểm kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng 1.2.4 Cơng nghệ chế tạo, lắp dựng 1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.3.1 Trên giới 1.3.2 Tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế khung thép nhẹ Việt Nam CHƯƠNG : SỰ LÀM VIỆC KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 2.1 CỘT THÉP TIẾT DIỆN RỖNG BẢN BỤNG 2.1.1 Sự ổn định cấu kiện chịu nén 2.1.2 Chiều dài tính tốn cột thép tiết diện rỗng bụng 2.1.3 Độ mảnh tương đương cột thép tiết diện rỗng bụng 2.1.4 Ổn định cục cột thép tiết diện rỗng bụng 2.2 DẦM THÉP TIẾT DIỆN RỖNG BẢN BỤNG 2.2.1 Tính tốn dầm kht lỗ bụng 2.2.2 Ổn định dầm khoét lỗ bụng 2.2.3 Kiểm tra dầm khoét lỗ theo điều kiện biến dạng ( độ võng ) 2.3 CƠ SỞ TÍNH TỐN KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ HỢP 2.4 QUY TRÌNH TÍNH TỐN KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ 2.5 GIẢ THUYẾT CƠ BẢN VÀ BỔ SUNG KHI TÍNH TOÁN HỢP KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ HỢP 2.5.1 Giả thuyết 2.5.2 Giả thuyết bổ sung với khung thép nhẹ có lỗ rỗng hình lục giác CHƯƠNG : KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG HÌNH LỤC GIÁC 3.1 MƠ HÌNH PHÂN TÍCH TÍNH TỐN 3.2 PHÂN TÍCH THAM SỐ 3.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG CHƯƠNG : VÍ DỤ TÍNH TỐN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN : MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, ngành công nghiệp dịch vụ nước bước phát triển mạnh mẽ, để phù hợp với nhu cầu phát triển ngày cao, công nghệ xây dựng Việt Nam có bước tiến q trình hội nhập Ngày có nhiều giải pháp xây dựng đại thay dần phương pháp xây dựng truyền thống để xây dựng cơng trình đại, quy mô lớn, thời gian thi công nhanh Đặc biệt nhu cầu sử dụng không gian lớn, độ lớn ( nhà chứa máy bay, nhà thi đấu thể dục thể thao, nhà biểu diễn ca nhạc, nhà triển lãm, khung nhà cao tầng vượt nhịp lớn mà kết cấu bê tông cốt thép không khả thi…) ngày nhiều, việc sử dụng kế cấu thép hợp lý Tại Việt Nam công tác thiết kế, gia công, chế tạo lắp dựng kết cấu thép hoạt động xây dựng gặp nhiều thách thức việc quản lý chất lượng tiết kiệm chi phí Qua số cơng trình kết cấu thép nhịp lớn năm gần có đúc kết kinh nghiệm để làm sở áp dụng cho việc thiết kế xây dựng cơng trình kết cấu thép đặc biệt Nhưng cơng trình kết cấu khung thép nhẹ sử dụng thép tổ hợp tiết diện chữ I ( khung thép tổ hợp nhà cơng nghiệp, nhà xưởng,…) có kht lỗ rỗng bụng chưa sử dụng nhiều, nhiều vấn đề chưa nghiên cứu Một nghiên cứu tổng quan ảnh hưởng biến dạng cắt tới độ ổn định kết cấu khung tiết diện chữ I có khoét lỗ rỗng bụng chưa có Nghiên cứu đánh giá xu tính tất yếu việc phát triển nhà thép đại giới, phát triển công nghiệp Việt Nam Xuất phát từ thực tế yêu cầu số khung thép phải khoét lỗ rỗng bụng để có lối đi, lắp đặt đường ống, đường dây dẫn điện hay tạo dáng kiến trúc phức tạp, đại Ngoài ra, cấu kiện khoét lỗ rỗng (tăng kích thước tiết diện sau lắp ghép) giải lợi ích kinh tế thép thị trường ngày tăng Kết hợp với cấu kiện thép chữ I ( cột, dầm,…) cơng trình kết cấu thép lợi ích kết cấu khung thép nhẹ tiết diện chữ I có khoét lỗ rỗng áp dụng để sử dụng rộng rãi kết cấu khung thép tổ hợp nhà công nghiệp, nhà xưởng, kết cấu nhịp lớn cơng trình có kiến trúc đặc biệt Từ đặt mục tiêu nghiên cứu cho đề tài “Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng bụng” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ (xét khung phẳng) có khoét lỗ rỗng bụng Nghiên cứu làm việc hệ kết cấu có trọng lượng giảm nhẹ, tăng khả vượt độ lớn (do trọng lượng thân nhẹ), tạo kiểu dáng kiến trúc phức tạp, đại, giải pháp kỹ thuật lĩnh vực vật liệu cơng nghệ Tối ưu hóa tiết diện, tổng kết rút đặc điểm chính, khả chịu lực vận dụng kết cấu khung thép nhẹ có tiết diện thép tổ hợp chữ I kết cấu nhà cơng nghiệp cơng trình dân dụng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng bụng Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ (khung phẳng) có khoét lỗ rỗng bụng giai đoạn đàn hồi Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài Với đề tài : “Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng bụng” tác giả muốn đưa số thơng tin hữu ích để giải vấn đề lớn, phức tạp PHẦN : NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG Ở BẢN BỤNG 1.1 KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.1.1 Sự cần thiết lỗ rỗng kết cấu thép Kết cấu thép có khả chịu lực lớn vật liệu thép có cường độ cao, độ tin cậy cao cấu trúc vật liệu, làm việc đàn hồi dẻo vật liệu gần sát với giả thuyết tính tốn, trọng lượng nhẹ, tính cơng nghiệp hóa cao, tính động vận chuyển, lắp ráp Ngoài ra, kết cấu thép có vị trí có yêu cầu vài cấu kiện phải khoét lỗ bụng để lắp đặt đường ống kỹ thuật, đường dây dẫn điện, đường ống cấp thoát nước… Hơn lỗ hở làm giảm đáng kể trọng lượng thân kết cấu Những lỗ rỗng số vị trí cấu kiện khác nhau, khoảng cách lỗ rỗng cách nhau, có nhiều kiểu lỗ rỗng khác để phù hợp với mục đích sử dụng hay lắp ráp 1.1.2 Đặc điểm lỗ rỗng kết cấu thép Kích thước lỗ rỗng kết cấu thép có vai trò quan trọng phụ thuộc vào kích thước mặt cắt ngang cấu kiện kết cấu Sự xuất lỗ rỗng gây phân bố lại ứng suất kết cấu Khi đó, tính đàn hồi tải trọng tới hạn cấu kiện kết cấu biến đổi khoét lỗ rỗng bụng Khi bụng cấu kiện có khoét lỗ làm thay đổi phân bố ứng suất tiết diện chịu uốn Vùng gần lỗ, phân bố ứng suất phức tạp xuất tập trung ứng suất Ngoài tác dụng mômen uốn tổng thể, tiết diện vùng chịu mơmen phụ lực cắt gây 1.2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.2.1 Vật liệu Thép sử dụng loại thép cường độ cao, tương đương thép CT3 ( Nga), CT38, CT42 có giới hạn chảy 2200 đến 2600 daN/cm2  Thép cường độ cao, hợp kim thấp Columbi-Vanadi  Chất lượng kết cấu thép theo tiêu chuẩn : ASTM A572/A572M, A529 A992 Gr.50 Hiện thị trường thông dụng thép A572, sản phẩm thép hình, thép theo cấp 42, 50, 55, 60, 65 (theo bảng 1.1), “nguồn :www.dainamsteel.com” 1.2.2 Các kiểu tiết diện khoét lỗ rỗng Các giải pháp khoét lỗ cắt bụng cột dầm thép tổ hợp chữ I theo đường zíc zắc, sau chồng hai lên hàn nối đường hàn đối đầu tạo nên cấu kiện có tiết diện lớn tiết diện ban đầu Các giải pháp khác việc cắt ghép bụng ( dạng đường zíc zắc) tạo thành dạng khác lỗ khoét Kích thước lỗ rỗng kết cấu thép nhiều dạng : hình tròn, tứ giác, lục giác… Đơn giản phổ biến lỗ rỗng phân bố đều, tiết diện dạng lỗ đối xứng để đơn giản cho chế tạo, dùng thép hình chữ T cho cánh (hình ), dùng nối bụng để tạo thành cột, dầm khoét lỗ có chiều cao lớn (hình ), đường cắt có dạng đường cong, bỏ bớt phần bụng để sau lắp ghép dạng lỗ cong trơn tru Với chiều cao mới, tiết diện cấu kiện khoét lỗ có đặc trưng kháng uốn: mơmen qn tính I , mơmen kháng uốn W, bán kích qn tính i… lớn nhiều so với tiết diện đặc ban đầu Vì với chi phí vật liệu, sử dụng khoét lỗ làm tăng khả chịu lực, giảm chuyển vị (dầm), với cột khoét lỗ làm độ mảnh cột thay đổi 1.2.3 Ưu, khuyết điểm kết cấu khung khoét lỗ rỗng Ưu điểm:  Kết cấu nhẹ, khả vượt nhịp lớn  Giảm trọng lượng thép, tăng kích thước tiết diện cấu kiện có trọng lượng  Hình dạng kiến trúc cột, dầm đa dạng, tạo nhiều kiểu tiết diện phức tạp phù hợp với mục đích sử dụng  Thuận lợi cho cơng tác lắp đặt hệ thống cấp nước, điện , tính cơng nghiệp hóa cao  Đặc trưng chịu lực tiết diện có lợi nhất, khoét lỗ vị trí có lực cắt, mơmen nhỏ nhất, phân bố vật liệu hợp lý Nhược điểm:  Giá thành chế tạo cao so với kết cấu thép thơng thường  Mặt tiếp xúc khơng khí lớn, dễ bị ăn mòn, chi phí phòng gỉ cao 1.2.4 Cơng nghệ chế tạo lắp dựng 1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.3.1 Trên giới Kết cấu khung thép tổ hợp chữ I có khoét lỗ rỗng bụng bước phát triển ngành kết cấu thép Chúng sử dụng 3500 dự án quốc gia : Anh, Mỹ, Australia, tiểu Vương quốc Ả rập… Một số cơng trình tiêu biểu giới: Hình 1.10 Cơng trình: Liverpool Porsche Hình 1.11 Cơng trình: Holmes Place Fitness Club, Merton Hình1.12 Macfarlane gruoplane Group, Trafford Park, Manchester Hình 1.13.Cơng trình: Liverpool FC 10 Hình 1.14 Cơng trình: IFB Zeebrugge Hình 1.15 Cơng trình: Stadium Huddersfield Town 11 Hình 1.16 Cơng trình: Churchill court, Manchester Hình 1.17 Cơng trình: Spice Factory, Buckingham 12 Hình 1.18 Cơng trình: Lakeside Leisure Centre, Carnforth 1.3.2 Tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế khung thép nhẹ Việt Nam Kết cấu thép có khoét lỗ rỗng bụng áp dụng cho kết cấu dầm liên hợp số cơng trình quy mơ ứng dụng chưa lớn Với kết cấu khung nhà cơng nghiệp chưa sử dụng Hiện có nhiều tài liệu nói tính tốn độ bền ổn định kết cấu khung thép rỗng với kết cấu dụng nối, nối, chưa có tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu khung thép có khoét lỗ rỗng bụng 13 ... nhẹ có khoét lỗ rỗng bụng” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ (xét khung phẳng) có khoét lỗ rỗng bụng Nghiên cứu làm việc hệ kết cấu có trọng lượng giảm nhẹ, tăng khả... RỖNG Ở BẢN BỤNG 1.1 KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG 1.1.1 Sự cần thiết lỗ rỗng kết cấu thép Kết cấu thép có khả chịu lực lớn vật liệu thép có cường độ cao, độ tin cậy cao cấu trúc vật liệu,... nghiên cứu: Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ (khung phẳng) có khoét lỗ rỗng bụng giai đoạn đàn hồi Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài Với đề tài : Nghiên cứu làm việc kết cấu khung thép nhẹ