BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRỊNH DUY THÀNH

NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT DẦM CỘT TRONG
KHUNG THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRỊNH DUY THÀNH
KHÓA: 2014- 2016

NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT DẦM CỘT TRONG KHUNG
THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT

Chuyên ngành: Xây dựng
Mã số: 60.58.02.08



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết qua nghiên cứu của Luận Văn là trung
thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Tác giả luận văn

Trịnh Duy Thành


iii

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Lời cam đoan ............................................................................................................. ii
Mục lục ..................................................................................................................... iii
Danh mục bảng, biểu ................................................................................................ vi
Danh mục hình vẽ, sơ đồ, đồ thị ............................................................................. viii
Danh mục kí hiệu ........................................................................................................x
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài. ...................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..............................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. .........................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu. .......................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................2
5.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................2
5.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn. ...................................................................................................3
PHẦN NỘI DUNG .....................................................................................................4
CHƢƠNG I: CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÁNG HỆ KẾT CẤU

3.2. Các bƣớc lựa chọn thông số đầu vào ......................................................46
3.2.1. Lựa chọn tiết diện dầm, cột .................................................................49
3.2.2. Kiểm tra điều kiện “cột khỏe – dầm yếu” (WBSC) ............................52
3.2.3. Cột phía trong, kiểm tra lực nén dọc trục ............................................53
3.2.4. Cột phía trong, mô men kháng dẻo từng mức tầng .............................53
3.3. Tính toán tải trọng động đất (thông qua phần mềm Etabs) ....................54
3.3.1. Phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng ..........................................56
3.3.2. Phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động.........................58
3.3.3. So sánh tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng và phổ phản ứng dạng dao động
........................................................................................................................60
3.4. Chuyển vị lệch tầng ................................................................................63
3.5. Hiệu ứng P-∆ ..........................................................................................65
3.6. Thiết kế liên kết dầm và cột, nút phía trong trục X3 không giảm yếu tiết
diện dầm .........................................................................................................65


v

3.6.1. Kết quả phân tích. ................................................................................66
3.6.2. Mô men và lực cắt thiết kế tại liên kết dầm IPE330............................69
3.6.3. Thiết kế của mối hàn giữa tấm và dầm ................................................69
3.6.4. Thiết kế bu lông ..................................................................................69
3.6.5. Thiết kế bản bích liên kết ....................................................................73
3.6.6. Kiểm tra lực cắt tại vị trí bản bụng .....................................................75
3.6.7. Kiểm tra bản bụng cột lực nén ngang .................................................76
3.6.8. Kiểm tra bản bụng của cột lực kéo ngang ...........................................76
3.6.9. Nhận xét về phƣơng án thiết kế ...........................................................77
3.7. Thiết kế liên kết dầm, cột (nút) phía trong trục X3 có giảm yếu tiết diện
dầm. ................................................................................................................79
3.7.1. Mục tiêu ...............................................................................................79

Kích thước đặc trưng giảm yếu tiết diện dầm
kiểu “ERBS-H” và “ERBS-BH”

2.5

Vị trí tham khảo của khớp dẻo xuất hiện ở cuối dầm

3.1

Tĩnh tải sàn tầng điển hình

3.2

Tĩnh tải tường kính

3.3

Tĩnh tải tường gạch rỗng

3.4

Giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương X

3.5

Giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương Y

3.6

Tiết diện IPE330


Tổ hợp tải trọng

3.15

Nội lực tại các tầng (phương pháp tĩnh lực ngang tương đương)


vii

3.16

Nội lực tại các tầng (phương pháp phổ phản ứng dạng dao động)

3.17

Kết quả nội lực dầm

3.18

Kết quả nội lực cột phía trong

3.19

Kết quả nội lực cột phía ngoài

3.20

Cấp độ bền của bu lông theo EN1993-1-8


đồ, đồ thị
1.1

Chấn tiêu và chấn tâm của một trận động đất

1.2

Cách xây dựng phổ phản ứng.

1.3

Giản đồ gia tốc phổ phản ứng đàn hồi Se (T ) trong Eurocode 8

1.4

Đường cong khả năng

1.5

Đường cong khả năng với mô hình độ bền tổng thể bị giảm xuống

2.1

Khung chịu mô men (MRF) (vùng tiêu tán năng lượng

2.2

Hình ảnh thực tế của khung chịu mô men (MRF)

2.3


2.11

năng lượng nằm trong khung chịu mô men và trong các thanh chéo
chịu kéo)

2.12

Khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

2.13

Hình ảnh thực tế khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

2.14

Khung với cột khỏe - dầm yếu


ix

Tình huống động đất thiết kế. Mô men tính toán do động đất MEd,E,
2.15

mô men không do động đất MEd,G và tổ hợp MEd = MEd,E+MEd,G phân
phối lại. Lực cắt do động đất VEd,M

2.16

Tấm phân vùng của cột

với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu“H” (ERBS-H)

2.26

Mặt bằng liên kết dầm, cột với dầm giảm tiết diện kiểu “ERBS-BH”

2.27

Giảm tiết diện dầm kiểu “H” (ERBS-H)
Hình dáng và kích thước giảm tiết diện dầm (RBS) kiểu “xương chó -

2.28

dog bone”
(Cánh dầm, bụng dầm hàn vào bản mã và bắt bu lông vào cánh cột)

2.29

Mô men và lực cắt tại tiết diện giảm yếu(vị trí khớp dẻo)

2.30

Hình dáng và kích thước giảm tiết diện dầm kiểu “ERBS-H”

2.31

Nút khung với dầm giảm yếu tiết diện kiểu “ERBS-H”

2.32



Hộp hội xuất kết quả đầu vào và đầu tra trong etabs 9.7.4

3.7

Phần tử và tiết diện khung trục X3

3.8

Mô men khung trục X3 ứng với tổ hợp bao nội lực

3.9

Cấu tạo của bu lông

3.10

Độ cao của liên kết dầm và cột

3.11

Cơ chế biến dạng dẻo trong tấm lót dầm IPE500

3.12

Mặt liên kết giữa dầm va cột

3.13

3.14

Sơ đồ

Trình tự thiết kế hình dáng và kích thước của giảm tiết diện dầm kiểu

khối 2

“ERBS-H”và “ERBS-BH”

Sơ đồ

Các bước tính toán khung chịu mô men (MRF) chịu động đất với liên

khối3

kết dầm, cột với dầm không giảm tiết diện và dầm giảm tiết diện


xi

DANH MỤC KÍ HIỆU
Kí hiệu

Tên kí hiệu

A

Diện tích mặt cắt ngang thân bu lông

As


Ed

Giá trị thiết kế của các hệ quả tác động

Fp,Cd

Lực ép thiêt kế của bu lông cường độ cao

Ft,Ed

Lực kéo thiêt kế của 1 bu lông ở trạng thái cực hạn

Ft,Rd

Khả năng chịu kéo của 1 bu lông

Fv, Rd

Khả năng chịu cắt của một bu lông

Fb, Rd

Khả năng chịu ép mặt của một bu lông

Fv,Ed

Lực cắt thiết kế tác dụng lên một bu lông ở trạng thái giới hạn bền

Fb


Istrongaxis

Mô men quán tính theo trục khỏe

i

Bán kính quán tính của tiết diện


xii

gM0,gM1

Hệ số an toàn khi tính toán khả năng chịu lực của bản thép

gM2

Hệ số an toàn khi tính toán khả năng chịu lực của bu lông

gM3

Hệ số an toàn khi tính toán liên kết chịu trượt và liên kết hỗn hợp

gM7

Hệ số an toàn khi tính toán bu lông cường độ cao

MN,z,Rd

Giá trị thiết kế của mô men kháng theo trục z của một cấu kiện

n

Số lượng mặt trượt ma sát hoặc số bu lông trên mặt chịu cắt

mK

Khối lượng công trình đặt ở điểm thứ k

Nnet,Rd

Khả năng chịu lực của bản thép tại tiết diện thực

p1

p1,0

p1,i

p2

Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông trên một đường thẳng theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông hàng ngoài cùng theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các tâm lỗ bu lông hàng phía trong theo
phương truyền lực
Khoảng cách giữa các hàng bu lông theo phương vuông góc với
phương truyền lực

q


tp,bp

Chiều dày của tấm đệm sau cánh cột

tw

Chiều dày bản bụng dầm hoặc bụng cột

VEd,G

Lực cắt do các tác động không phải tác động động đất được kể
đến trong tổ hợp tác động theo tình huống thiết kế chịu động đất

VEd,M

Lực cắt do các mô men dẻo đặt vào tại hai đầu dầm

Vef,Rd

Khả năng chịu phá hoại bản thép tại vị trí hàng bu lông

Wpl,weak axis

Mô đun chống uốn của tiết diện đối với trục yếu

Wpl,strong axis

Mô đun chống uốn của tiết diện đối với trục khỏe


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Trong thời gian gần đây, xu hƣớng xây dựng các công trình cao tầng đặc biệt tại
các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, TP Hồ Chí Minh đã và đang rất phát triển. Tuy nhiên,
nhƣợc điểm của các công trình này là nhạy cảm với các lực tác động theo phƣơng
ngang do động đất, gió bão gây ra. Dƣới tác dụng của các nguyên nhân này, công trình
dao động với biên độ lớn, gây mất an toàn cho con ngƣời và thiết bị và công trình.
Các công trình xây dựng ở Việt Nam hiện nay chủ yếu đƣợc thiết kế sử dụng vật liệu
bê tông cốt thép truyền thống. Do đó các bài toán phân tích và thiết kế kháng chấn cho
kết cấu bê tông cốt thép đã đƣợc đề cập đến trong nhiều tài liệu hiện hành và các công
trình nghiên cứu.
Trong khi đó trên thế giới các công trình cao tầng bên cạnh việc sử dụng hệ kết
cấu bê tông cốt thép đã và đang sử dụng các hệ kết cấu khung thép hoặc kết cấu liên
hợp giữa thép và bê tông để tận dụng các ƣu điểm về đặc trƣng cơ lý của cả 2 loại vật
liệu phổ biến thép và bê tông. Kết cấu thép có khả năng kháng chấn tốt do có tính linh
động cao,các cấu kiện thanh mảnh và dễ định hình chế tạo sẵn trong nhà máy làm tăng
hiệu quả sử sụng, thời gian thi công ngắn, có khả năng tiêu tán năng lƣợng tốt và trọng
lƣợng bản thân nhẹ, giảm đƣợc khối lƣợng tham gia dao động dẫn đến giảm đáng kể
lực tác động lên công trình.Vì vậy hệ kết cấu khung thép trong nhà cao tầng sẽ là một
xu hƣớng phát triển ở Việt Nam.
Thiết kế kết cấu thép nhà cao tầng chịu tải trọng ngang (gió, động đất) đƣợc
xem là một trong những khâu quan trọng nhất. Tùy theo mức độ ứng xử của kết cấu
chịu lực chính dƣới tác dụng động đất mà nhà thép có các dạng kết cấu khác nhau nhƣ
khung chịu mô men, khung với hệ giằng đúng tâm, ...Trong đó khung chịu mô men là
dạng kết cấu trong đó lực ngang đƣợc chịu chủ yếu bởi các cấu kiện làm việc cơ bản
chịu uốn. Mục tiêu thiết kế tổng thể của khung thép chịu mô men khi chịu tải trọng
động đất là các vùng tiêu tán năng lƣợng chủ yếu đƣợc bố trí ở các khớp dẻo và các
khớp dẻo xuất hiện ở một vị trí nào đó của dầm hoặc ở vị trí liên kết giữa dầm, cột mà
không đƣợc xuất hiện ở cột. Để làm đƣợc điều này tại vị trí liên kết dầm, cột với dầm


Là một tài liệu tham khảo trong việc thực hành thiết kế thực tế cho các kỹ sƣ
cũng nhƣ sinh viên, giảng viên, và những ngƣời quan tâm.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


87

Kết luận và kiến nghị
Phƣơng pháp tĩnh lực ngang cải tiến cho kết quả an toàn nhất trong 2 phƣơng
pháp, và phản ứng của công trình tại khu vực phía trên 3/4 chiều cao nhà sát với
phƣơng pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động. Tuy nhiên, trong tính toán động
đất đối với nhà cao tầng mặc dù đã thực hiện theo phƣơng pháp phổ phản ứng nhiều
dạng động theo quy định của EN 1998-1:2004 (Eurocode 8), để thiên về an toàn tác
giả kiến nghị vẫn cần thiết phải kiểm tra lại theo phƣơng pháp tĩnh lực ngang với
cấu kiện phần thân ở các tầng từ 3/4 chiều cao nhà trở xuống, đặc biệt là với kết cấu
nền - móng.
Việc giảm tiết diện dầm trong liên kết dầm, cột của khung thép chịu mô men
dƣới tác dụng của động đất mang lại những ƣu điểm: giảm độ cứng của kết cấu
không đáng kể vì tiết diện dầm chỉ giảm ở đoạn chiều dài rất ngắn; không đòi hỏi sự
thay đổi của tiết diện để bù đắp lại phần tiết diện đã giảm yếu; giảm sự tập trung

dựng, Hà Nội.
Tiếng Anh :
1. ArcelorMittal Commercial Sections (2010). “Earthquake Resistant Steel
Structure.
2. EN 1998-1:2004. (Eurocode 8) Design of structures for earthquake
resistance. Park 1: General Rules, Seismic Action anh Rules for
Buildings.(Eurocode 8). CEN, European Committee for Standardisation
3. F.MAZOOLANI; E&F SPON Edition (2000) . Moment resisting Connection of
Steel Frames in Seismic Areas. Design and Reliability, ISBN 0-451-23577-4
4. />EN&je=0


89

PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Kết quả tính toán theo phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng
Giá trị lực động đất tác dụng lên các tầng theo phương X
Chu kỳ dao động, T1x = 0.94 (s);Giá trị phổ phiết kế, Sd =0.3576 (m/s2) ;
Tổng khối lƣợng, m =15048.4 (kN.s2/m);Lực cắt đáy, Fbx (kN) =4574.1 (kN)
STT

1

Tầng

STORY10

si

mi.si


743.5

4

STORY7

0.6107

920.1

613.0

5

STORY6

0.4834

728.2

485.2

6

STORY5

0.3619

545.3


75.6

10

STORY1

0.0223

33.6

22.4

6865.4

4574.1

Tổng


90

Giá trị lực động đất tác dụng lên các tầng theo phương X
Chu kỳ dao động, T1x = 0.94 (s); giá trị phổ phiết kế, Sd = 0.3576 (m/s2)
Tổng khối lƣợng, m = 15048.4 (kN.s2/m); Lực cắt đáy, Fbx = 4574.1 (kN)
STT

Tầng

mi

STORY9

1506.6

0.8508

1281.8

1440.3

3

STORY8

1506.6

0.7027

1058.6

1189.5

4

STORY7

1506.6

0.5578


STORY4

1506.6

0.1866

281.1

315.9

8

STORY3

1506.6

0.0996

150.1

168.7

9

STORY2

1506.6

0.0383


Mô men uốn trong khung thép dưới tác dụng của tải trọng động đất DDX (Phương
pháp tĩnh lực ngang tương đương)


92

Mô men uốn trong khung thép dưới tác dụng của tải trọng động đất DDY (Phương
pháp tĩnh lực ngang tương đương)