Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng và Khoa sau đại học Hà Nội đã
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong qóa trình thực hiện Luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS NGUYễN QUANG VIÊN đã tận tình hướng dẫn,
Bộ môn thép – gỗ trường §HXD, Khoa Doanh Trại - Học Viện Hậu Cần đã trực tiếp
giúp đỡ, hỗ trợ để tôi có thể thực hiện Luận văn một cách tốt nhất.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người bạn và đồng nghiệp đã đồng hành,
chia sẻ và trao đổi những vướng mắc giúp tôi hoàn thành Luận văn này.
Với khả năng và thời gian nghiên cứu có hạn, nội dung của Luận văn chắc không tránh
khỏi có những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các
đồng nghiệp./.
Hà Nội, ngày 1/6/2008
Học viên: Chu Thị Hải Ninh
Chương mở đầu
A. Đặt vấn đề:
(1) Những năm gần đây ,víi sự phát triỈn nhanh chóng của nền kinh tế đất nước ta
theo đường lèi đổi míi, hàng nghìn công trình công nghiÖp, dân dụng đã được xây
dựng, mà phần lớn được làm bằng thép. Các công trình thép được thiỊt kế theo tiêu
chuẩn của nhiÒu nước : ViÖt Nam, Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu,….víi sự cho phép của nhà
nước ta.
Các qui phạm thiỊt kế của Hoa Kỳ, Anh, Châu Âu rất hay được áp dụng (ví dụ víi
các công trình có nguồn vốn từ ODA, các nguồn vốn khác từ nước ngoài đầu tư vào
ViÖt Nam…) nhưng còn xa lạ víi đa số kĩ sư ViÖt Nam. Bên cạnh đó, khi gia nhập
WTO, ViÖt Nam phải dỡ bỏ các rào cản gồm rào cản thuế quan, rào cản kỹ thuật (tiêu
chuẩn kỹ thuật), rào cản về thể chế kinh doanh.Thông điÖp mà WTO gôi đến tất cả các
nước thành viªn là “Thương mại toàn cầu cần tíi những tiêu chuẩn toàn cầu”.Vì thỊ đặt
ra một yêu cầu cho ngành Xây dựng nói riªng của ViÖt Nam là phải xây dựng lại một
hệ thống tiêu chuẩn xây dựng mang tính đồng bộ, hiÔn đại, hài hoà và tiÔm cận víi
tiêu chuẩn quốc tế, tạo điÒu kiÔn cho qóa trình hội nhập của ngành.
Từ những năm 2001-2003, díi sự chỉ đạo trực tiÕp của lãnh đạo Bộ Xây Dựng,
trên cơ sở kết qña đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước “nghiªn cứu xây dựng đồng

TM chưa có. Quy phạm úc AS/NZS 4600:1996 [1] là Quy phạm hiÔn hành của úc và
New Zealand, được xây dựng dựa vào Quy phạm AISI 1996 và nhiÒu nghiªn cứu của
các nhà khoa học úc. Thực tế hiện nay, phần lớn các kết cấu TM đã và đang xây dựng
ở nước ta là sản phẩm của các công ty úc hoặc liên doanh nh Bluescope Lysaght,…và
đều sử dụng Quy phạm AS/NZS 4600:1996. Do đó trong phạm vi luận văn này, khi đề
cập đến kết cấu thép TM ta chọn Quy phạm AS/NZS 4600:1996 làm cơ sở so sánh với
nhóm kết cấu thép cán nóng.
(3) Để hoàn thành nhiệm vụ đặt ra từ những thực tế trên, ngành xây dựng cần đầu tư
thích đáng để thu nhập tài liệu (tiêu chuẩn và các tài liệu có liên quan), huy động tối đa
lực lượng khoa học và chuyên gia (ngành vật liệu, kết cấu và nền móng công trình, địa
kỹ thuật, thi công xây lắp, quản lý chất lượng …). Đồng thời cần có sự hợp tác quốc tế
nhằm tìm nguồn tài trợ cho chuyển dịch các tiêu chuẩn Eurocodes; tiếp tục hợp tác tích
cực với các cơ sở nghiên cứu của Anh, úc và các nước Châu Âu nhằm tham vấn, trao
đổi chuyên môn, giải mã các vấn đề thuộc nội dung của các tiêu chuẩn, học hỏi kinh
nghiệm thiết lập Phụ lục Quốc gia.
B. Mục tiêu và nội dung của đề tài:
Xuất phát từ thực tế sử dụng các tiêu chuẩn Xây dựng của nước ngoài trong lĩnh
vực thiết kế thép của các kĩ sư Việt Nam hiện nay đang gặp nhiều khó khăn, do chưa
hiểu thật đầy đủ về các tiêu chuẩn nước ngoài đó giống và khác với tiêu chuẩn trong
nước như thế nào. Trong phạm vi đề tài này, nhằm phân tích về : quan niệm, phương
pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện chịu nén
của hai nhóm tiêu chuẩn: kết cấu cán nóng với kết cấu thép thành máng.
Trong nhóm Quy phạm dành cho kết cấu cán nóng sẽ sử dụng các Quy phạm, tiêu
chuẩn sau: TCXDVN 338:2005, Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000
và EN 1993-1-1:2005 (tuy nhiên chỉ TCXDVN 338:2005 là xét đầy đủ về quan niệm,
phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật liệu, đến phương pháp tính toán cấu kiện
chịu nén, còn Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD, BS5950:Part 1:2000 và EN 1993-1-
1:2005 sẽ chỉ dừng lại ở quan niệm, phương pháp xác định tải trọng, sử dụng vật
liệu).
Nhóm Quy phạm dành cho kết cấu thép thành máng (TM) sẽ chỉ sử dụng Quy

ứng suất cho phép và phương pháp thiết kế dẻo (The Specifications for Structural Steel
Buildings-Allowable Stress Design and Plastic Design) (gọi ngắn gọn là Quy phạm
AISC). Quy phạm này do Viện kết cấu thép Hoa Kì (American Institute of Steel
Construction, viết tắt là AISC) biên soạn và suất bản năm 1989 để sử dụng trong thiết
kế nhà khung thép. Từ 1993, một phương pháp khác được AISC ban hành là phương
pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (Load and Resistance Factor Design).
Cả 2 phương pháp này hiện nay được sử dụng nh nhau, tùy theo sự lựa chọn của người
thiết kế. Quy phạm này không có tính chất pháp lÝ bắt buộc mà chỉ mang tính chất
thông tin giúp cho người kĩ sư trong công việc của mình. Người sử dụng chịu hoàn
toàn trách nhiệm về độ an toàn của công trình.
Quy phạm AISC/ASD áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (cũng còn
gọi là thiết kế theo ứng suất làm việc). Cơ sở của phương pháp này là nh sau : mọi cấu
kiện, mối liên kết và các liên kết phải được chọn kích thước sao cho ứng suất gây bởi
tải trọng làm việc không vượt qóa ứng suất đã qui định trước (ứng suất cho phép). ứng
suất cho phép không có giá trị nhất định mà thay đổi tùy theo trạng thái làm việc.ứng
suất cho phép khi chịu kéo là F
t
= 0,6F
y
; ứng suất cho phép khi uốn là F
b
= (0,6-
0,67)F
y
, tùy theo loại cấu kiện là đặc chắc hay không đặc chắc. ứng suất cho phép khi
nén bằng F
y
nhân với hệ số uốn dọc tùy thuộc độ mảnh của cấu kiện. Vấn đề phức tạp
nhất trong tính toán kết cấu thép là xác định đúng ứng suất cho phép. Sau khi xác định
được ứng suất cho phép thì chỉ so sánh nó với ứng suất làm việc tính bằng các công

chắc, được hỗ trợ bởi nhiều bảng tính sẵn và tài liệu hướng dẫn kèm theo, là cơ sở
chính để các nước châu Âu biên soạn ra tiêu chuẩn Eurocode về kết cấu thép. Trên thế
giới, tiêu chuẩn BS 5950 được biết và được chấp nhận sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt
trong khối các nước Châu Âu và Châu ¸, có các nước như Singapore, Thái Lan,
Malaysia, Trung Quốc, …Tiêu chuẩn BS được viết rất cô đọng, có nhiều vấn đề phức
tạp không có trong tiêu chuẩn, quy phạm quen dùng ở nước ta. Có thể nói, nếu chỉ dựa
vào toàn văn của cuốn BS thì khó mà tính toán thiết kế được. Tiêu chuẩn BS
5950:2000 gồm 9 phần được xuất bản riêng rẽ:
Phần 1. Quy phạm thiết kỊ kết cấu đơn giản và liên tục: tiết diện cán nóng
Phần 2. Quy định kĩ thuật đối víi vật liệu, chế tạo và dựng lắp: tiết diện cán nóng
Phần 3. Thiết kế kết cấu hỗn hợp.
Chương 3.1 Quy phạm thiết kế dầm hỗn hợp đơn giản và liên tục.
Chương 3.2 Quy phạm thiết kế cột và khung hỗn hợp.
Phần 4. Quy phạm thiết kế sàn với bản lát thép tạo hình.
Phần 5. Quy phạm thiết kế tiết diện tạo hình nguội.
Phần 6. Quy phạm thiết kế tÂm lợp, tÂm sàn và tÂm tường loại nhẹ.
Phần 7. Quy định kĩ thuật đối với vật liệu và chế tạo: tiết diện tạo hình nguội
Phần 8. Quy phạm thiết kế chống cháy.
Phần 9. Quy phạm thiết kế vỏ bọc chịu lực.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
4
Mục đích của BS là xác định các tiêu chí chung cho việc thiết kế kết cấu thép của
nhà và các công trình liên quan; chỉ dẫn cho người thiết kế các phương pháp thực hiện
các tiêu chí này. KÝ hiệu đầy đủ là BS 5950 – 1:2000 gồm 7 chương: Chương 1: Đại
cương; Chương 2: Thiết kế theo trạng thái giới hạn; Chương 3: Các tính chất của vật
liệu và đặc trưng tiết diện; Chương 4: Thiết kế các cấu kiện; Chương 5: Kết cấu liên
tục; Chương 6: Liên kết; Chương 7:Thử nghiệm bằng gia tải.
4. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn Châu Âu.
Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocodes là một bộ tiêu chuẩn về kết cấu công trình (Structural
Eurocodes) do Tiểu ban kĩ thuật CEN/TC250 soạn thảo và được Uỷ ban châu Âu về

các tiêu chuẩn chính và các tiêu chuẩn khác tham chiếu trong các tiêu chuẩn chính.
Các tiêu chuẩn chính bao gồm: Eurocode 0: Cơ sở thiết kế; Eurocode 1: Các tác động
lên kết cấu; Eurocode 2: Thiết kế kết cấu bê tông; Eurocode 3: Thiết kế kết cấu thép;
Eurocode 4: Thiết kế kết cấu hỗn hợp thép – bê tông; Eurocode 5: Thiết kế kết cấu gỗ;
Eurocode 6: Thiết kế các kết cấu xây dựng; Eurocode 7: Thiết kế địa kĩ thuật;
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
5
Eurocode 8: Quan niệm và cách xác định kích thước các kết cấu để chống lại động
đất; Eurocode 9: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm.
Đặc điểm chung của hệ thống các tiêu chuẩn nói trên là: (1) Mỗi tiêu chuẩn chia
thành một số phần, trong đó phần chung nói về các quy định chung, các phần riêng nói
về các chuyên đề cụ thể với tổng cộng 58 phần trong các tiêu chuẩn Eurocodes; (2)
Nguyên tắc biên soạn tiêu chuẩn là chỉ nêu những yêu cầu, không quy định cứng nhắc
và quá chi tiết, tạo điều kiện cho người sử dụng có thể tiếp cận theo nhiều phương
pháp khác nhau; (3) Phụ lục quốc gia bao gồm các thông số theo yêu cầu của tiêu
chuẩn sẽ do mỗi quốc gia nghiên cứu và lựa chọn.
Tiêu chuẩn EN 1990 (Những cơ sở thiết kế kết cấu) đưa ra nguyên tắc độ tin cậy,
các trường hợp tổ hợp tải trọng và hệ số tổ hợp đối với kết cấu nhà và c«nh trình.
Tiêu chuẩn EN 1991 (Tác động lên kết cấu) bao gồm EN 1991-1-1 (Tải trọng bản
thân, hoạt tải); EN 1991-1-2 (Tác động lên kết cấu tiếp xúc với lửa); EN 1991-1-3 (Tải
trọng tuyến); EN 1991-1-4 (Tải trọng gió); EN 1991-1-5 (Tác động của nhiệt); EN
1991-1-6 (Tác động trong qóa trình thi công); EN 1991-1-7 (Tác động do va đập và
nổ); EN 1991-2 (Tải trọng lưu thông trên cầu); EN 1991-3 (Tác động của cầu trục và
máy móc) và EN 1991-4 (Tác động lên sil« và bồn bÓ).
Tiêu chuẩn EN 1993 (Thiết kế kết cấu thép) bao gồm: EN 1993-1-1 (Nguyên tắc
chung); EN 1993-1-2 (Kết cấu chịu lửa); EN 1993-1-3 (Cấu kiện thép tạo hình nguội);
EN 1993-1-4 (Thép không gỉ); EN 1993-1-5 (Cấu kiện tÂm); EN 1993-1-6 (Độ bền và
ổn định của kết cấu vỏ); EN 1993-1-7 ((Độ bền và ổn định của kết cấu từ thép tÂm
chịu tải trọng ngang); EN 1993-1-8 (Thiết kế mối nối); EN 1993-1-9 (Độ bền mái của
kết cấu thép); EN 1993-1-10 (Lựa chọn vật liệu có tính bền dai); EN 1993-1-11 (Thiết

lượng công việc rất lớn, đòi hỏi sự đầu tư trí tuệ và nguồn lực để hoàn thành các công
việc nghiên cứu, chuyển dịch, phổ biến và áp dụng. Ngoài những tiêu chuẩn chủ yếu
về kết cấu xây dựng , có hơn 100 tiêu chuẩn Châu Âu khác về vật liệu, thí nghiệm, thi
công, quản lÝ chất lượng cũng được tham chiếu trong các tiêu chuẩn Eurocodes. ở
nước ta theo kế hoạch, một số tiêu chuẩn Eurocodes của Châu Âu đã và đang được Bộ
Xây Dùng cho nghiên cứu để chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam; nghiên cứu và
đưa ra các thông số để thành lập các Phụ lục Quốc gia, trong đó có việc soát xét lại các
TCVN hoặc TCXDVN đã ban hành (một số tiêu chuẩn Việt Nam đã được chuyển dịch
từ tiêu chuẩn ISO, tương thích với các tiêu chuẩn được trích dẫn trong Eurocodes).
5. Giới thiệu chung về các Quy phạm thiết kế kết cấu thép thành máng (TM) :
Văn bản kĩ thuật qui định cách thiết kế kết cấu thành máng được thiết lập ở nhiều
nước, mang tên khác nhau nh Standard – Tiêu chuẩn (Anh, úc), Specifications – Quy
định kĩ thuật (Mĩ), Code – Quy phạm (châu Âu, Trung Quốc).
5.1.Mĩ:
Mĩ là nước đầu tiên trên thế giới có Tiêu chuẩn quy phạm năm 1946 mang tên
“Specifications for the design of cold formed steel structural member – Quy định kĩ
thuật về thiết kế cấu kiện thép thành máng tạo hình nguội” của Viện Sắt Thép Hoa Kì
(AISI), sử dụng phương pháp ứng suất cho phép. Từ đó đến nay, liên tục được soát xét
chỉnh sửa, đã tái bản lần lượt năm 1956, 1960, 1962, 1968, 1980, 1986, đều vẫn dùng
phương pháp ứng suất cho phép. ấn bản 1996 đã có thêm phương pháp hệ số tải trọng
và hệ số cường độ dùng song song bên cạnh phương pháp cũ. Bản mới nhất là năm
2001, mang tên rộng hơn không còn là AISI mà là Bắc Mĩ 2001. Việc thay đổi liên tục
Quy phạm của Mĩ chứng tỏ luôn có những nghiên cứu mới để bổ sung, cập nhật đồng
thời cũng cho thấy là còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết ổn định, chưa có kết luận
dứt khoát.
5.2. Anh và Châu Âu:
Bộ Tiêu chuẩn về kết cấu thép của Anh mang tên BS 5900 “Structural use of
Steelwork in Building – Kết cấu thép trong nhà” có phần 5 năm 1991 mang tên “Code
of practice for the design of cold formed sections – Quy phạm thiết kế thanh tạo hình
nguội” là quy phạm hiện hành ở Anh, sử dụng phương pháp tr¹g thái tới hạn. Theo

-Các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực là các trạng thái mà kết cấu không còn
đủ khả năng chịu lực, sẽ bị phá hoại, sụp đổ hoặc hư háng làm nguy hại đến sự an toàn
của con người, của công trình. Đó là các trường hợp: kết cấu không đủ độ bền (phá
hoại bền), hoặc kết cấu bị mất ổn định, hoặc kết cấu bị phá hoại giòn, hoặc vật liệu kết
cấu bị chảy.
-Các trạng thái giới hạn về sử dụng là các trạng thái mà kết cÂu không còn sử dụng
bình thường được nữa do bị biến dạng qóa lớn hoặc do hư hỏng cục bộ. Các trạng thái
giới hạn này gồm: trạng thái giới hạn giới hạn về độ vâng và biến dạng làm ảnh hưởng
đến việc sử dụng bình thường của thiết bị máy móc, của con người hoặc làm hỏng sự
hoàn thiện của kết cấu, do đó hạn chế việc sử dụng công trình; sự rung động qóa mức;
sự han gỉ qóa mức.
(3) Khi tính toán kết cÂu theo trạng thái giới hạn phải dùng các hệ số độ tin cậy
sau:
-Hệ số độ tin cậy về cường độ γ
M
(xem mục 1.3.1).
-Hệ số độ tin cậy về tải trọng γ
Q
(còn gọi là hệ số vượt tải)
-Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu γ
C
(bảng 3 TCXDVN 338:2005)
Cường độ tính toán của vật liệu kết cÂu là cường độ tiêu chuẩn nhân với hệ số γ
C
và
chia cho hệ số γ
M
; tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số γ
Q


thể lớn hơn giá trị danh nghĩa 40% và giả thiết sự chịu lực kém ∆R/R có thể nhỏ hơn
giá trị danh nghĩa 15% thì có:
(1.3)
Quy phạm AISC dùng FS=1,67 là giá trị cơ bản của thiết kế theo ứng suất cho
phép. ứng suất cho phép là ứng suất giới hạn chia cho hệ số an toàn FS này, tức là:
(dùng cho dầm và cấu kiện chịu kéo).
Với các trường hợp khác (cột, liên kết, v.v.) thì dùng các giá trị FS khác.
Điều A5.2 của Quy phạm AISC có một quy định quan trọng như sau: ứng suất cho
phép có thể được tăng thêm 1/3 so với giá trị thông thường nếu tính toán với tải trọng
gió hoặc động đất, các tải trọng này tác dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với tĩnh tải và hoạt
tải.
1.1.3. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo BS5950:Part 1:2000
(1) Theo truyền thống chung của các Quy phạm Anh, BS 5950 áp dụng phương
pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn. Theo phương pháp này, một số tiêu chí được
chọn ra để đánh giá việc thực hiện công năng của kết cấu và được kiểm tra xem có
thoả mãn không. Các tiêu chí được chia ra làm 2 nhóm lớn được gọi là: trạng thái cực
hạn (phá hỏng) và trạng thái sử dụng (làm việc bình thường).
Trạng thái giới hạn về phá háng bao gồm:
- Độ bền chịu lực (phá hoại, bị oằn, bị chảy).
- ổn định chống lật đổ.
- Phá hoại về mái.
- Phá hoại giòn.
Trạng thái giới hạn về sử dụng bao gồm:
- Độ vâng.
- Sự rung.
- Độ lâu bền, sự ăn mòn.
Các giá trị giới hạn của mỗi tiêu chí được cho trong BS 5950.
(2) Hệ số an toàn:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
10

STT Các trường hợp tải trọng
Hệ số an toàn tải trọng
1 Tải trọng tĩnh 1,4
2 Tải trọng tĩnh chống lực bốc hay lật đổ 1,0
3 Hoạt tải (còn gọi là tải trọng áp đặt) 1,6
4 Tải trọng gió 1,4
5 Tải trọng kết hợp 1+3+4 1,2
b) Hệ số an toàn cường độ vật liệu
γ
m
.
Hệ số này được lấy bằng 1,0. Lấy
γ
m
=1,0 không có nghĩa là không có dự trữ an toàn
cho độ bền vật liệu, mà thực ra dự trữ này đã được xét khi quy định cường độ tính toán
của vật liệu. Qña vậy, hệ số này có thể viết thành:

Trong đó: , là những hệ số an toàn bộ phận của vật liệu, xét sự biến động của
tính chất vật liệu và cả phương pháp chế tạo và dựng lắp. GÝa trị của các hệ số này
được đưa vào giá trị của cường độ tính toán của thép p
y
(xem mục 1.3.3).
1.1.4. Các nguyên tắc thiết kế cơ bản theo EN 1993-1-1:2005
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
11
(1)-Thiết kế theo trạng thái giới hạn: EN 1993-1-1:2005 quy định tính toán kết
cấu thép theo trạng thái giới hạn. Cũng bao gồm: Các trạng thái giới hạn về khả năng
chịu lực và Các trạng thái giới hạn về sử dụng
(2)-Hệ số độ tin cậy: hệ số độ tin cậy gồm: , ( là hệ số an toàn về tải trọng); ψ

• Các tổ hợp tải trọng của phương pháp ASD được quy định nh sau:
D
D+L+(L
r
hoặc S hoặc R
r
)
D+(W hoặc E)
D+L+( L
r
hoặc S hoặc R
r
)+( W hoặc E)
Trong đó D = tải trọng tĩnh;
L = hoạt tải sử dụng;
L
r
= hoạt tải trên mái;
S = tải trọng tuyết;
R
r
= tải trọng mưa (không xét đọng thành vũng);
W = tải trọng gió;
E = tải trọng động đất.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
12
Khi tính với tải trọng gió (hoặc động đất) tác dụng đồng thời với tĩnh tải và hoạt tải thì
theo cách thường dùng của phương pháp ASD, ứng suất cho phép được tăng lên 4/3
lần do tác dụng của gió (hoặc động đất) chỉ trong thời gian rất ngắn và mang tính cục
bộ. Theo Quy phạm AISI của kết cấu thành máng thì không tăng ứng suất cho phép mà

số.
Độ chịu lực danh nghĩa R
n
là tổng cường độ của cấu kiện ở một trạng thái làm việc xác
định, được tính với các đặc trưng hình học của cấu kiện (diện tích tiết diện, m«®un
chống uốn, m«nen quán tính, …) và các đặc trưng vật liệu (giới hạn chảy và giới hạn
bền). Nh vậy theo định nghĩa, độ chịu lực danh nghĩa R
n
của phương pháp này cũng
chính là độ chịu lực danh nghĩa tính theo phương pháp ASD. Độ chịu lực danh nghĩa
R
n
bị giảm đi bởi hệ số φ để xét các biến động về vật liệu và các biến động khác. Tác
dụng của tải trọng Q tức là các nội lực dọc, m«men, lực cắt tại tiết diện được xác định
bởi phân tích và có tăng thêm bằng các hệ số tải trọng γ để xét các biến động về tải
trọng. Công thức (I-3) có nghĩa : Trong mọi trường hợp, độ chịu lực danh nghĩa R
n
bị
giảm đi bởi hệ số φ không được nhỏ hơn nội lực đã được gia tăng bởi hệ số tải trọng.
•
Các hệ số tải trọng và các tổ hợp tải trọng
Quy phạm AISI quy định các tổ hợp tải trọng sau và tương ứng với các tổ hợp tải trọng
là các hệ số tải trọng:
a) 1,4D+L;
b) 1,2D+1,6L+0,5(L
r
hoặc S hoặc R
r
);
c) 1,2D+1,6(L

tính toán,…và được xác định bằng cách tính xác suất. Một vài giá trị của φ được lấy
nh sau: cấu kiện uốn φ=0,90; cấu kiện kéo φ=0,90; cấu kiện nén đúng tâm φ=0,85; liên
kết hàn φ=0,55 đến 0,60.
Trong cả hai phương pháp ASD và LRFD, ngoài việc kiểm tra về độ bền, còn phải
kiểm tra về điều kiện sử dụng để bảo đảm kết cÂu thực hiện được nhiệm vụ đề ra. Yêu
cầu sử dụng thể hiện ở các điều kiện sau:
- Kết cấu không được biến dạng qóa khiến tổn hại cho các bộ phận khác gần liền
với kết cấu;
- Kết cấu không được rung qóa mức;
- Kết cÂu hư háng qua thời gian, bị gỉ.
Tải trọng để kiểm tra điều kiện sử dụng là tải trọng thực tế tác dụng lên công trình như
tĩnh tải D, hoạt tải L, gió W, không có các hệ số tải trọng.
(4) – Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của AS 4600
Thiết kế theo trạng thái giới hạn là phương pháp thiết kế nhằm kiểm tra theo các điều
kiện giới hạn ứng với các tải trọng tương ứng. Hai điều kiện giới hạn cần kiểm tra là
trạng thái giới hạn về chịu lực và trạng thái giới hạn về sử dụng. Trạng thái giới hạn về
chịu lực là các trạng thái của sự an toàn không bị phá hủy của kết cấu nh bị vượt khả
năng mang tải, bị chảy dẻo, bị sập gẫy, bị lật đổ, bị trượt, bị phá hoại mái,… Trạng thái
giới hạn về sử dụng là các trạng thái mà sự đối xử của kết cÂu là không đạt yêu cầu sử
dụng nh biến dạng lớn qóa, bị rung, bị ăn mòn nhiều. Người thiết kế phải đảm bảo cho
cường độ lớn nhất của kết cấu (hoặc bộ phận kế cÂu) lớn hơn nội lực gây bởi các tải
trọng sẽ tác động lên nó, với một độ dự trữ an toàn hợp lÝ (tính theo trạng thái giới
hạn về chịu lực), đồng thời đảm bảo cho kết cấu thực hiện công năng của nó một cách
thỏa đáng khi chịu tải trọng sử dụng (tính theo trạng thái giới hạn về sử dụng).
• Nguyên tắc cơ bản: Phương trình cơ bản của thiết kế theo trạng thái giới hạn về chịu
lực là:
(I-4)
Trong đó:
S* = tác dụng của tải trọng thiết kế;
φ = hệ số khả năng chịu lực;

phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn của các tiêu chuẩn đều tương đồng nhau,
tuy nhiên cách thể hiện và nội dung chi tiết có khác nhau. Riêng Quy phạm Hoa Kỳ
AISC/ASD, từ năm 1993 đến nay, tồn tại song song 2 phương pháp thiết kế là: thứ 1-
thiết kế theo ứng suất cho phép (còn gọi là thiết kế theo ứng suất làm việc); thứ 2-thiết
kế theo hệ số tải trọng và cường độ (Load and Resistance Factor Design). Cả 2 phương
pháp này được sử dụng nh nhau, tùy theo sự lựa chọn của kỹ sư thiết kế.
- Với thép TM: phương pháp thiết kế cũng tương tự nhóm thép cán nóng. Trên thế giới
hiện nay tồn tại hai phương pháp chính: Phương pháp ứng suất cho phép và phương
pháp trạng thái giới hạn (đã được trình bày rất chi tiết trong mục 1.1.5). AS 4600 thiết
kế theo trạng thái giới hạn. Nội dung của phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn
của thép thành máng giống của thép cán nóng.
(2)-Về hệ số an toàn:
- Với thép cán nóng: Cả 3 tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005; BS 5950:Part 1:2000 và
Eurocode 3 đều sử dụng hệ số độ tin cậy về tải trọng và hệ số an toàn về vật liệu.
Riêng Quy phạm Hoa Kỳ AISC/ASD sử dụng một hệ số an toàn chung duy nhất FS
(factor of safety).
Một đặc điểm của phương pháp trạng thái giới hạn là có nhiều hệ số an toàn bộ
phận thay vì một hệ số an toàn duy nhất của phương pháp ứng suất cho phép. Một hệ
số an toàn bộ phận còn có thể là tích của nhiều hệ số an toàn bộ phận khác. BS sử dụng
các hệ số an toàn sau:
Hệ số an toàn về tải trọng : xét sự biến động của giá trị tải trọng và xét cả tổ hợp
tải trọng. Trong TCVN, hệ số an toàn về tải trọng được gọi là hệ số độ tin cậy của tải
trọng hoặc quen gọi là hệ số vượt tải. Hệ số an toàn này không bao gồm hệ số tổ hợp
tải trọng. hệ số an toàn tải trọng của BS lớn hơn nhiều so với của TCVN, ví dụ tĩnh tải
là 1,4 so với 1,2; hoạt tải là 1,6 so với 1,2 hoặc 1,3; gió là 1,4 so với 1,2.
Hệ số an toàn về cường độ vật liệu được lấy bằng 1,0 do lượng an toàn dự trữ đã
được xét khi quy định cường độ tính toán của vật liệu. Hệ số an toàn về vật liệu theo
TCVN được lấy từ 1,05÷1,10 tùy loại thép. TCVN còn có các hệ số an toàn nữa là hệ
số điều kiện làm việc của kết cấu, hệ số an toàn về chức năng công trình mà BS không
có.

i
–hoạt tải thứ
i ; với n
g
–hệ số vượt tải của tĩnh tải G; với n
pi
–hệ số vượt tải của hoạt tải P
i
.
Các tổ hợp tải trọng tính toán được biểu diễn bằng công thức sau:
THCB I: n
g
G + n
pi
P
i
và THCB II: n
g
G + 0,9∑n
pi
P
i
(1.6)
- Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm tất cả tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời
dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải trọng đặc
biệt.
1.2.2. Tải trọng thiết kế theo Quy phạm Hoa Kỳ
Hoa kỳ có nhiều tiêu chuẩn tải trọng do các cơ quan khác nhau biên soạn. Đáng kể
nhất và thông dụng nhất có các tiêu chuẩn sau: UBC Uniform Building Code do Hội
nghị Quốc tế các quan chức xây dựng soạn, là một bộ trong đó cả tập hợp nhiều quy

= 0,6m
2
(với 1ft=0,3048m).
3) Tải trọng gió (wind load): Theo quy chuẩn xây dựng thống nhất của Hoa Kỳ
[mục 2317, phần V, UBC], áp lực thiết kế gió tại chiều cao bất kỳ là:
P=C
e
C
q
q
s
I (1.7)
Với : P - áp lực gió thiết kế tại chiều cao z , psf (kG/m
2
);
C
e
– hệ số tổng hợp các yếu tố chiều cao, dạng địa hình và xung của gió; (xem
Bảng I.6)
C
q
– hệ số áp lực (pressure coefficient) ; (xem Bảng I.4)
q
s
- áp lực gió tại chiều cao 10m (33ft), psf (kG/m
2
); (xem Bảng I.6)
I – hệ số tầm quan trọng (The importance Factor) (xem Bảng I.7)
Hệ số tổng hợp C
e

-Phòng sinh hoạt chung và hành lang
40
100
200
500
Ban công 100 500
Hành lang 100 500
Phòng nhảy 100 500
Phòng thể dục 100 500
Cầu thang, lối thoát hiểm 100 500
Trường học: -Phòng lớp học
-Hành lang
40
80
200
400
Phòng ăn và nhà hàng 100 500
Nhà văn phòng: -Văn phòng
-Sảnh (lobbies) và hành lang tầng 1
-Hành lang các tầng trên
-Phòng để thiết bị văn phòng
50
100
80
100
250
500
400
500
Bệnh viện: -Phòng mổ, phòng thí nghiệm

375
600
Kho: -Nhẹ
-Nặng
125
250
600
1200
Đường xe chạy, đường đi bộ 250 1200
Sân vận động và chỗ ngồi khán đài 100 500
Phòng máy điều hòa không khí 200 1000
Phòng nồi hơi 300 1500
Kho lạnh 250 1250
Thiết bị máy tính 150 750
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
19
Buồng kỹ thuật thang máy 150 750
Phòng quạt 150 750
Phòng lưu trữ 150 750
Bếp nÊu ăn trong nhà bếp công cộng 150 750
Các phòng thí nghiệm khoa học 100 500
Các phòng vệ sinh công cộng 60 300
Phòng nghỉ công cộng 60 300
Phòng để máy biến thế 200 1000
Tổng đài điện thoại 150 700
Bảng I.4 – Hệ số áp lực C
q
Kết cấu Mô tả Hệ số C
q
1.Hệ khung Tường: Tường đón gió

(2) Mái
+Kết cấu kín hay không kín
Độ dốc mái i<7:12
Độ dốc mái i=7:12
÷
12:12
+Kết cấu hở
Độ dốc mái i<2:12
Độ dốc mái i=2:12
÷
7:12
Độ dốc mái i=7:12
÷
12:12
+1,2
-1,2
-1,6
+1,3 hoặc -1,3
-1,3
-1,3 hoặc +1,3
-1,7
-1,6 hoặc +0,8
-1,7 hoặc +1,7
3. Các bộ phận
nằm trong vùng
không liên tục
(góc, nóc, mái,
hiên)
+Tường ở góc
+Mái hiên, các phần mái nhô

nghỉ, chất lỏng, thang)
+ Bộ phận hình trụ
Đường kính
≤
2in (5cm)
Đường kính > 2in (5cm)
+ Các bộ phận phẳng, có góc cạnh
1,0
0,8
1,3
Bảng I.5 – Hệ số tổng hợp C
e
(độ cao, địa hình, xung của gió)
Độ cao Dạng địa hình
(ft) (m) D B C
0÷15 0÷4,5
1,39 1,06 0,62
20 6,0 1,45 1,13 0,67
25 7,5 1,50 1,19 0,72
30 9,0 1,54 1,23 0,76
40 12,0 1,62 1,31 0,84
60 18,0 1,73 1,43 0,95
80 24,0 1,81 1,53 1,04
100 30,0 1,88 1,61 1,13
120 36,0 1,93 1,67 1,20
160 48,0 2,02 1,79 1,31
200 60,0 2,10 1,87 1,42
300 90,0 2,23 2,05 1,63
400 120,0 2,34 2,19 1,80
Bảng I.6 – áp lực gió q

25,6
(125)
31,0
(150)
36,9
(180)
43,3
(210)
Ghi chú: Với V
s
là tốc độ gió ở độ cao 10m (33ft). Dấu (+) trước các hệ số là áp lực
gió đẩy, dấu (-) là gió hút. Các số không có dấu là áp lực gió tác dụng theo hướng bất
kỳ và trên diện tích hình chiếu thẳng góc với hướng gió.
Bảng I.7 – Hệ số tầm quan trọng I (để tính tải trọng gió)
Phân loại công trình Hệ số I
I. Các cơ sở hạ tầng quan trọng 1,15
II. Các cơ sở hạ tầng có mức độ rủi ro 1,15
III. Các công trình có người cư trú 1,00
IV. Các công trình có mức độ người cư trú tiêu chuẩn 1,00
Ghi chú: [bảng 23K, Occoupancy Categories, UBC]:
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD
21
(I)- Các cơ sở hạ tầng quan trọng: Bệnh viện, cơ sở y tế, trạm cứu hỏa, các bể
chứa nước dự trữ cho sinh hoạt và chữa cháy, trạm xe cấp cứu, trạm điện, trung tâm
thông tin liên lạc của Nhà nước.
(II)- Các cơ sở hạ tầng có mức độ rủi ro: Các công trình chứa một số lượng
lớn chất độc hại, có khả năng nguy hiểm đến cộng đồng.
(III)-Các công trình có người cư trú: Các công trình công cộng chứa trên 300
người, trường học trên 500 sinh viên, cơ sở y tế có trên 50 người cư ngụ, tất cả các
công trình có trên 5000 người cư ngụ.

6) 0,9D±1,0E
1) 1,0D
2) 1,0D+1,0L
3) 1,0D+1,0W
4) D+0,75L+0,75W
5) 0,6D-W
6) 1,0D+0,7E
7) D+0,75L+0,75(0,7)E
8) 0,6D-(0,7)E
Với IBC thì sử dụng
hệ sớ 0,75E, thay cho
0,75(0,7)E
Ghi chú: (Theo điều A5.2 của AISC/ASD 1989: ứng suất cho phép có thể được tăng
thêm 1/3 giá trị thông thường nếu tính toán với tải trọng gió hay động đất), trang 5-
30. Tức là với tổ hợp 4 – 7 thì ứng suất cho phép có thể lấy tăng thêm 1/3. Với D: Là
tĩnh tải; L: là hoạt tải; W: là tải trọng gió; E: là tải trọng động đất.
1.2.3. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Anh:
BS 5950 quy định tải trọng sẽ tuân theo các tiêu chuẩn sau:
BS 6399: Part 1, cho tĩnh tải và hoạt tải;
BS 6399: Part 3, cho hoạt tải trên mái;
Riêng tải trọng gió thì có thể dùng Tiêu chuẩn BS 6399: Part 2 (ấn bản mới
nhất năm 1997) hoặc có thể dùng Quy phạm cũ năm 1972 (soát xét 1993) là CP3:
Chapter V: Part 2.
(1). Tải trọng tĩnh và tải trọng áp đặt (hoạt tải)
+Tải trọng tĩnh bao gồm:
- Trọng lượng bản thân của cấu kiện thép.
- Các bộ phận cố định của nhà và công trình.
Tải trọng tĩnh được tính toán dựa vào trọng lượng riêng của vật liệu, và nhân với hệ số
an toàn của tải trọng tĩnh.
Học viên: Chu Thị Hải Ninh – CHXD 2005 - §HXD

-Khi góc dốc
α≥
60°
Tải tập trung 0,9kN hoặc:
0,6kN/m
2
(tải phân bố đều mặt bằng)
0,6[(60-α)/30] kN/m
2
0
(2). Tải trọng tĩnh gió theo CP3 Chương V, Phần 2
Tải trọng gió lên công trình phải được tính toán cho:
- Toàn thể kết cấu.
- Từng cấu kiện riêng lẻ nh tường, mái.
- Từng tÂm tường, tÂm mái và liên kết của chúng.
a) Tốc độ gió thiết kế:
Tốc độ gió thiết kế được tính công thức:
(1.8)
Trong đó: V là tốc độ gió cơ bản và S
1
; S
2
; S
3
là các hệ số tốc độ gió thiết kế.
Tốc độ gió cơ bản V là tốc độ của trận gió 3 giây, lớn nhất với chu kì 50 năm, đo tại độ
cao 10m trên mặt đất trống. Tốc độ này được đo tại các trạm khí tượng và được thống
kê qua các năm để trở thành tiêu chuẩn của mỗi quốc gia. CP3 cho một bản đồ của
nước Anh với các giá trị V tại các vùng, nhỏ nhất là 37m/s tại vùng London và lớn
nhất là 56m/s tại các đảo phía bắc.

phố lớn.
+ Độ 4: mặt đất có nhiều vật cản lớn cao trung bình 25m hay hơn như trung tâm
các thành phố lớn.
Tường mái bao che và kích thước của nhà và bộ phận được chia làm 3 lớp nh sau:
• Lớp A: mọi bộ phận tường, mái, kính và liên kết của chúng cũng nh các cấu kiện
của công tr×nhkh«ng được bao che.
• Lớp B: mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn
nhất không qóa 50m.
• Lớp C: mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn
nhất vượt qóa 50m.
Giá trị của S
2
đối với các chiều cao khác nhau bên trên mặt đất, độ nhấp nhô của đất và
lớp kích thước nhà được cho trong bảng C1 Phụ lục C (trích Bảng 3 của CP3).
- Hệ số S
3
. Hệ số này xét mức độ an toàn cần có và khoảng thời gian mà kết cấu
phải chịu gió. Thông thường, tải trọng gió lên công trình đã làm xong, với thời
gian tồn tại là 50 năm, sẽ được tính toán với S
3
=1.
Bảng I.10 – Hệ số S
2
H
(m)
Độ 1 Độ 2 Độ 3 Độ 4
A B C A B C A B C A B C
≤3
5
10

0,83
0,95
0,99
1,01
1,05
1,08
1,10
1,12
1,15
1,17
1,19
1,20
1,22
1,23
1,24
0,73
0,78
0,90
0,94
0,96
1,00
1,03
1,06
1,08
1,11
1,13
1,15
1,17
1,19
1,20

1,21
1,22
1,24
0,63
0,70
0,83
0,91
0,94
0,98
1,01
1,04
1,06
1,09
1,12
1,14
1,16
1,18
1,19
1,21
0,64
0,70
0,78
0,88
0,95
1,01
1,05
1,08
1,10
1,13
1,16

1,06
1,09
1,11
1,13
1,15
1,17
1,18
0,56
0,60
0,67
0,74
0,79
0,90
0,97
1,02
1,05
1,10
1,13
1,15
1,17
1,19
1,20
1,22
0,52
0,55
0,62
0,69
0,75
0,85
0,93