Header Page 1 of 120.

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.


Header Page 2 of 120.

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRỊNH DUY THÀNH
KHÓA: 2014- 2016


Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô trong Hội đồng khoa học đã đóng
góp những góp ý, những lời khuyên quý giá cho bản luận văn này.
Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, chia sẻ khó khăn và
động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn
này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 06 năm 2016

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 3 of 120.


Header Page 4 of 120.

ii

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.


Header Page 5 of 120.

iii


luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 5 of 120.


Header Page 6 of 120.

iv

2.1.1. Các quan niệm thiết kế khung thép chịu động đất...............................13
2.1.2. Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lƣợng ............................................13
2.1.3. Các dạng kết cấu khung thép chịu động đất ........................................17
2.2. Khung thép chung thép (MRF) ..............................................................21
2.2.1. Mục tiêu thiết kế của khung chịu mô men...........................................21
2.2.2. Thông số thiết kế tiêu tán Mô men trong khung cứng.........................22
2.2.3. Khớp dẻo và liên kết dầm, cột trong khung chịu mô men (MRF) ......26
2.2.4. Các kiểu liên kết giữa dầm và cột trong khung chịu mô men (MRF) .29
2.2.5. Các cách giảm tiết dầm trong liên kết dầm, cột trong khung thép chịu
môme ……………………………………………………………………… 33
2.2.6. Thiết kế dầm giảm tiết diện trong liên kết dầm, cột (nút khung) ……33
CHƢƠNG III: VÍ DỤ TÍNH TOÁN ........................................................................41
3.1. Mô tả công trình......................................................................................41
3.1.1. Số liệu địa chất: ...................................................................................43
3.1.2. Số liệu về tải trọng ...............................................................................43
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

Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………88
Phụ lục……………………………………………………………………………..89

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 7 of 120.


Header Page 8 of 120.

vi

DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng biểu

biểu
1.1
2.1

2.2
2.3
2.4

Công thức để tính sơ bộ chu kì dao động T1 của công trình.
Các yêu cầu về phân loại tiết diện thép của cấu kiện có khả năng tiêu
tán năng lượng theo cấp dẻo kết cấu và hệ số ứng xử
Giới hạn tỷ số giữa chiều rộng và bề dày cho cấu kiện chịu nén
(EN 1993-1-1:2005)
Phân loại độ dẻo tương ứng với các kiểu liên kết


3.7

Tiết diện IPE300

3.8

Tiết diện HE340M

3.9

Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi

3.10

Thông số dẫn xuất

3.11

Chu kỳ ứng với các dạng dao động (thông qua phần mềm etabs)

3.12

Tổ hợp tải trọng khung không gian

3.13

Thống kê các dạng dao động theo 2 phương X, Y

3.14

3.20

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

3.21

Diện tích mặt cắt ngang của bu lông theo EN1993-1-8

3.22

Các hệ số an toàn

3.23

Thông số bu lông

3.24

3.25

So việc nội lực khi giảm tiết diện dầm IPE330 (RBS)
kiểu “xương chó - dogbone”
Bảng 2.35. So việc nội lực khi giảm tiết diện dầm IPE330 (RBS)
kiểu “ERBS-H” và “ERBS-BH”

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 9 of 120.


Header Page 10 of 120.



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

2.2

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

2.3
2.4
2.5

Khung có hệ giằng chéo đúng tâm (vùng tiêu tán năng lượng chỉ nằm
trong các thanh chéo chịu kéo)
Hình ảnh thực tế của khung có hệ giằng chéo đúng tâm
Khung có hệ giằng chữ V đúng tâm (vùng tiêu tán năng lượng nằm
trong các thanh chéo chịu kéo và chịu nén)

2.6

Khung có hệ giằng lệch tâm

2.7

Hình ảnh thực tế khung có hệ giằng lệch tâm

2.8

Kết cấu kiểu con lắc ngược: a) Vùng tiêu tán năng lượng nằm ở chân
cột; b) Vùng tiêu tán năng lượng nằm trong cột



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

2.17

Bản đôi chịu lực cắt của tấm phân vùng cột

2.18

Ví trí khớp dẻo trong khung chịu mô men (MRF)

2.19

Liên kết giữa dầm – cột

2.20
2.21
2.22

2.23

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

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

2.33

Nút khung với dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu “ERBS-BH”

3.1

Mặt bằng công trình

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 11 of 120.


Header Page 12 of 120.

x

3.2

Mặt đứng công trình


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

3.15

3.16

3.17

Nút khung trong trục X5 với giảm tiết diện dầm IPE330
kiểu “xương chó - dog bone”
Nút khung không gian trong trục X5 với giảm tiết diện dầm IPE330
(RBS) kiểu”xương chó - dog bone”
Vị trí khớp dẻo ở dầm giảm tiết diện (RBS) kiểu
“xương chó - dog bone”
Nút khung trong trục X3 với giảm tiết diện dầm IPE330
kiểu “ERBS-H”
Nút khung trong trục X3 với giảm tiết diện dầm IPE330

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 12 of 120.


Header Page 13 of 120.

xi

DANH MỤC KÍ HIỆU
Kí hiệu

Tên kí hiệu

A

Diện tích mặt cắt ngang thân bu lông

As

Diện tích hữu hiệu thân bu lông

Anet

Diện tích thực của bản thép

Ant

Diện tích thực của bản thép trên mặt chịu kéo

Anv


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

Lực cắt đáy do tác động động đất

fy

Giới hạn chảy của thép

Fi,K

Lực ngang tác dụng tại tầng thứ i ứng với dao động thứ k

fu



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

MN,y,Rd

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

Mp1,z,Rd

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

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

Hệ số ứng xử

Rd

Độ bền của liên kết

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 14 of 120.


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

ov

hệ số gia tăng cường độ của vật liệu


Header Page 17 of 120.

1

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

khung) với dầm bị giảm yếu tiết diện của hệ kết cấu khung thép nhà nhiều tầng.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Giới thiệu và làm sáng tỏc các phƣơng pháp phân tích kháng chấncho hệ kết
cấu khung thép trong nhà cao tầng theo tiêu chuẩn châu âu Eurocode 8.
Nghiên cứu và đƣa ra liên kết dầm cột (nút khung) với dầm bị giảm yếu tiết diện
một cách tốt nhất cho hệ kết cấu khung thép nhà nhiều tầng.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
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.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 18 of 120.


Header Page 19 of 120.

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: [email protected]

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 19 of 120.


Header Page 20 of 120.


luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 20 of 120.


Header Page 21 of 120.

88

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :
1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 (1995), Tải trọng và tác động- Tiêu chuẩn
thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội.
2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575 (2012), Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế,
NXB Xây Dựng, Hà Nội.
3. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386 (2012), Thiết kế công trình chịu động đất,
NXB Xây dựng, Hà Nội.
4. Nguyễn Lê Ninh (2011), Cơ sở lý thuyết tính toán công trình chịu động đất,
NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Viện KHCN Xây dựng(2008),Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bằng bê tông
cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, Nhà xuất bản Xây
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. http://www.staticstools.eu/profil_HEM.php?profil=HE340M&act=zobraz&lang=

(kN)

1.0000

1488.8

991.9

2

STORY9

0.8710

1312.3

874.3

3

STORY8

0.7407

1115.9

743.5

4


STORY4

0.2503

377.1

251.3

8

STORY3

0.1531

230.6

153.7

9

STORY2

0.0753

113.4

75.6

10


si

mi.si

(kN.s2/m

(kN.s2/m

)

)

Fyi
(kN)

1

STORY10

1488.8

1.0000

1488.8

1672.9

2

STORY9


944.2

5

STORY6

1506.6

0.4203

633.3

711.6

6

STORY5

1506.6

0.2950

444.5

499.5

7

STORY4


64.8

10

STORY1

1506.6

0.0059

8.8

9.9

6245.2

7017.3

SUM

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 23 of 120.

15048.4


Header Page 24 of 120.

91