BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHẠM QUỐC HOÀN

KHẢO SÁT TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY
CỦA KẾT CẤU THÉP CÓ BỌC VẬT LIỆU CHỐNG
CHÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHẠM QUỐC HOÀN
KHÓA: 2015 - 2017

KHẢO SÁT TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY CỦA KẾT
CẤU THÉP CÓ BỌC VẬT LIỆU CHỐNG CHÁY
Chuyên ngành: Xây dựng

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

Tác giả Luận văn

Phạm Quốc Hoàn


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ kĩ thuật “Khảo sát tính toán khả năng
chịu cháy của kết cấu thép có bọc vật liệu chống cháy” là công trình nghiên
cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quá nghiên cứu của Luận
văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Quốc Hoàn


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 2
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. 9
DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ ............................................................. 11
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
Lý do lựa chọn đề tài........................................................................................... 1
Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 2
Phạm vi nghiên cứu............................................................................................. 2
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 2
Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 3
NỘI DUNG............................................................................................................ 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP TRONG ĐIỀU KIỆN


b) Lấp đầy ......................................................................................................... 41
c) Ngăn chặn bức xạ.......................................................................................... 42
1.4. Tại Việt Nam.............................................................................................. 43
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU
CHÁY CỦA KẾT CẤU THÉP CÓ BỌC VẬT LIỆU CHỐNG CHÁY ....... 44
2.1. Một số khái niệm liên quan đến tính toán khả năng chịu lửa .................... 45
2.1.1. Đường cong tiêu chuẩn ISO 834............................................................. 45
2.1.2. Phân loại tiết diện [6] .............................................................................. 47
2.1.3. Hệ số tải trọng sử dụng [6] ..................................................................... 49
2.2. Phương pháp sử dụng bảng tra .................................................................. 52
2.2.1. Hệ số tiết diện Ap/V (Hp/A) [3]............................................................... 52
2.2.2. Hệ số tiết diện cho dầm khoét lỗ (Castellated Beam) [3] ....................... 54
2.2.3. Hệ số tiết diện cho tiết diện rỗng (Hollow section) [3] .......................... 55
2.2.4. Hệ số tiết diện cho các phần chịu cháy cục bộ [3].................................. 57
2.2.5. Tính toán theo phương pháp sử dụng bảng tra ....................................... 60
2.3. Phương pháp dùng mô hình đơn giản trong các tiêu chuẩn ...................... 60
2.3.1. Nội dung phương pháp ........................................................................... 60
2.3.2. Ví dụ tính toán......................................................................................... 61
2.4. Phương pháp dùng mô hình tiên tiến trong các phần mềm phân tích kết
cấu kiện đại SAFIR ........................................................................................... 61
2.4.1. Giới thiệu về phần mềm phân tích kết cấu trong đám cháy SAFIR [8] . 61


2.4.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm ............................................................... 63
2.5. Một số ví dụ tính toán cho kết cấu dầm, cột .............................................. 69
2.5.1. Ví dụ 1 ..................................................................................................... 69
2.5.2. Ví dụ 2 ..................................................................................................... 85
2.5.3. Ví dụ 3 ..................................................................................................... 91
2.5.4. Ví dụ 4 ..................................................................................................... 93

:
:
:
:
:

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
Tiêu chuẩn quốc gia
Tiêu chuẩn châu Âu (Eurocodes)
Tiêu chuẩn Anh quốc (British Standard)
Bê tông cốt thép


DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

Tên bảng

Bảng 1.1

Giá tị các hệ số suy giảm modul đàn hồi, giới hạn chảy
và giới hạn tỉ lệ của vật liệu thép ở nhiệt độ θ

Bảng 1.2
Bảng 1.3

Nhiệt độ tới hạn tương ứng với các giá trị hệ số sử dụng tải trọng
Giới hạn chịu lửa yêu cầu của các cấu kiện kết cấu

Bảng 1.4


Bảng tăng nhiệt độ trong kết cấu thép theo thời gian sử dụng tấm chống
cháy PROMATECTR 250 theo Eurocodes

Bảng 2.9 Kết quả so sánh giữa các phương pháp tính giới hạn chịu lửa
Bảng 2.10 Bảng tra vữa CAFCOTE 300
Bảng 2.11 Bảng tra tấm PROMATECTR 250
Bảng 2.12 Bảng tra vữa CAFCO MANDOLITE CP2 nhiệt độ tới hạn 5500C
Bảng 2.13 Ảnh hưởng của tải trọng đến nhiệt độ tới hạn của dầm thép khi chịu lửa
Bảng 2.14 Ảnh hưởng của tải trọng đến nhiệt độ tới hạn của cột thép khi chịu lửa
Bảng 3.1

Sự thay đổi nhiệt độ của cột thép khi chịu cháy tương ứng với chiều dày
lớp vữa khi tính toán bằng SAFIR

Bảng 3.2

Sự thay đổi thời gian chịu lửa của cột thép khi thay đổi chiều dày lớp
vữa khi tính toán bằng SAFIR


Bảng 3.3

Sự thay đổi nhiệt độ của dầm thép khi chịu cháy tương ứng với độ dẫn
nhiệt của vữa khi tính toán bằng SAFIR

Bảng 3.4

Sự thay đổi thời gian chịu lửa của dầm thép khi thay đổi độ dẫn nhiệt
của vữa khi tính toán bằng SAFIR


Bảng 3.11

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm và cột thép 4 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R60 tại 5500C

Bảng 3.12

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm và cột thép 4 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R90 tại 5500C

Bảng 3.13

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm và cột thép 4 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R120 tại 5500C

Bảng 3.14

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm 3 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R60 tại 6200C

Bảng 3.15

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm 3 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R90 tại 6200C

Bảng 3.16

Bảng tra vật liệu chống cháy dành cho dầm 3 mặt cháy
yêu cầu chịu lửa R120 tại 6200C

Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3

Sự biến thiên hệ số giãn nở nhiệt của kết cấu thép theo nhiệt độ[6]
Sự biến thiên độ giãn dài của kết cấu thép theo nhiệt độ[6]
Biểu đồ thay đổi nhiệt dung riêng của thép theo nhiệt độ [6]
Biểu đồ thay đổi dộ dẫn nhiệt của thép theo nhiệt độ [6]
Nhiệt độ tới hạn của thép
Xác định khả năng chịu lửa của kết cấu
Bọc bê tông cho kết cấu thép
Mô hình dầm thép được bọc tấm chống cháy
Mô hình mặt cắt hệ vách thạch cao sợi thủy tinh chống cháy
Tấm chống cháy sợi khoáng nhân tạo
Dầm thép được phun vữa chống cháy
Thi công sơn chống cháy do dầm thép nhà công nghiệp
Một số đường cong cháy tiêu biểu
Đường cong tiêu chuẩn ISO 834
Sự biến thiên của hệ số giảm tải trọng

Hình 2.4

Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21

Nhập số liệu kích thước tiết diện của kết cấu
Nhập số liệu của vật liệu chống cháy
Chia lưới phần tử hữu hạn
Lựa chọn số mặt tiếp xúc lửa
Lựa chọn thời gian
Kết thúc bước nhập dữ liệu bằng Wizard
Chạy phân tích bằng SAFIR
Nhập kết quả tính toán từ file.out
Tiết diện kết cấu trong Diamond
Nhiệt độ tại các vị trí trên tiết diện kết cấu
Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của kết cấu
Tiết diệm cột HE260B

Hình 2.22

Mô phỏng cột sử dụng sơn 3MTM SCOTCHKOTETM SPX 730

Hình 2.23
Hình 2.24

Hình 2.32

Tiết diện cột HE260B sử dụng bê tông chống cháy


Hình 2.33
Hình 2.34
Hình 2.35
Hình 2.36
Hình 2.37
Hình 2.38
Hình 2.39
Hình 2.40
Hình 2.41
Hình 2.42
Hình 2.43
Hình 2.44
Hình 2.45
Hình 2.46
Hình 2.47
Hình 2.48

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của cột thép sử dụng bê tông chống cháy
Tiết diệm dầm HE260B
Tiết diện dầm HE260B trong SAFIR
Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của dầm thép
Tiết diện dầm HE260B bọc bê tông
Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của dầm thép
Tiết diện dầm HE260B sử dụng thạch cao chống cháy
Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của dầm thép

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của dầm thép khi thay đổi trọng lượng
riêng của vữa phun khi tính toán bằng SAFIR

Hình 3.4

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của cột thép khi thay đổi chiều dày
lớp bê tông bảo vệ khi tính toán bằng SAFIR

Hình 3.5

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của cột thép khi thay đổi chiều dày
của tấm thạch cao chống cháy khi tính toán bằng SAFIR

Hình 3.6

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của cột thép khi thay đổi độ dẫn nhiệt
của tấm thạch cao chống cháy khi tính toán bằng SAFIR


Hình 3.7

Biểu đồ gia tăng nhiệt độ của cột thép khi thay đổi trọng lượng
riêng
của tấm thạch cao chống cháy khi tính toán bằng SAFIR


1

MỞ ĐẦU
Tên đề tài

Mục tiêu nghiên cứu
- Trình bày rõ cách tính khả năng chịu cháy của kết cấu thép có bọc vật liệu
chống cháy.
- Tính toán khả năng chịu cháy cho kết cấu théo có bọc vật liệu chống cháy,
qua đó đưa ra các đánh giá, nhận xét về hiệu quả của các biện pháp bọc vật liệu
cháy.
Phạm vi nghiên cứu
- Các cấu kiện cột, dầm, sàn và khung phẳng thép có bọc vật liệu chống
cháy.
- Nghiên cứu về tính toán khả năng chịu cháy.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu theo tài liệu, thực hành tính toán số để đưa ra các tổng kết, nhận
xét, kiến nghị.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo phục vụ cho các kiến
trúc sư, kĩ sư xây dựng trong quá trình tính toán thiết kế công trình sử dụng kết
cấu thép.


3

Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 3 chương
Chương 1. Tổng quan về kết cấu thép trong điều kiện cháy
Chương 2. Các phương pháp tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu thép
có bọc vật liệu chống cháy
Chương 3. Khảo sát tính toán khả năng chịu cháy của một số cấu kiện thép
bọc vật liệu chống cháy



bảo vệ vì độ dẫn nhiệt và trọng lượng riêng được xác định là không đổi
+ Giới hạn chịu lửa của tấm thạch cao chống cháy phụ thuộc lớn vào 2
thông số: chiều dày tấm và độ dẫn nhiệt của tấm, các thông số khác ảnh hưởng
rất ít.
Qua việc khảo sát các thông số ảnh hưởng đến giới hạn chịu lửa của các
loại vật liệu chống cháy, đề tài đã tổng hợp và đề xuất các bảng tra thực hành
gồm dữ liệu về 4 loại vật liệu chống cháy: vữa chống cháy, sơn chống cháy, bê
tông và tấm thạch cao. Các bảng tra này giúp người sử dũng dễ dàng tra được


131

các thông số yêu cầu cho việc chống cháy cho kết cấu thép có bọc vật liệu chống
cháy, qua đó lựa chọn được phương án chống cháy phù hợp cho kết cấu thép.
Khuyến nghị:
- Cần bổ sung dữ liệu, kết quả thí nghiệm về các loại sơn chống cháy (sơn
trương phồng) để có thể tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến giới hạn
chịu lửa của sơn.
- Cần tập hợp thêm nhiều dữ liệu về các loại sản phẩm chống cháy có mặt
trên thị trường Việt Nam để các bảng tra thực hành thêm phong phú, số liệu sát
thực với thực tế tại Việt Nam, qua đó người sử dụng dễ dàng có được đáp án phù
hợp cho yêu cầu chống cháy cho kết cấu thép của mình.


132

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Chu Thị Bình (2016), Thiết kế kết cấu công trình theo điều kiện an toàn
cháy, Báo cáo tổng kết kết quả đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường