Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép mới nhất hiện nay

Theo cạnh xu hướng công nghiệp phát triển thì yêu cầu công trình xây dựng phải đạt chất lượng cao hay những tiêu chuẩn quy định nhằm đảm bảo an toàn, tuổi thọ của chúng. Đối với từng công trình, từng hạng mục sẽ có những tiêu chuẩn đánh giá khác nhau. Sau đây, BMB Steel chia sẻ thông tin so sánh tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép mới nhất hiện nay.

1. Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép giúp kết cấu thép đạt chuẩn

1.1 Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam

Tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam số TCVN 5575:2012 có nguồn gốc từ Nga. Đối với tiêu chuẩn Việt Nam, các quy trình xây dựng đều phải áp dụng với cách thức, với phương pháp hệ số an toàn bao gồm: 

• Hệ số an toàn về tải trọng
• Hệ số an toàn về các vật liệu cung cấp cho quá trình xây dựng 
• Hệ số an toàn trong môi trường làm việc, tức là an toàn lao động

Theo đó, tiêu chuẩn thiết kế thép ở Việt Nam thì chú ý nhiều về độ cứng và kết cấu thép không được biến dạng quá lớn.

Về cường độ tính toán, đối với TCVN, cường độ tính toán được tính với công thức: Cường độ tiêu chuẩn/ Hệ số an toàn về vật liệu. 

Về tải trọng tính toán, sẽ được tính với công thức: Tải tiêu chuẩn * hệ số độ tin cậy về tải trọng.

Theo tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam, số 2737:1995 được dùng làm tải trọng tính toán cho kết cấu thép. Cách đo tốc độ gió của tải trọng gió là đo trong 3 giây, chu kỳ 20 năm. Hệ số gió ở việt nam tính theo áp lực gió, không tính theo vận tốc. Hệ số khí động được xác định do kết quả đo áp lực mô hình trong ống khí động nên áp dụng được cho những vật thể hình khối.

1.2 Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép theo tiêu chuẩn Mỹ AISC 89/ASD.

Ngoài tiêu chuẩn thiết kế ở Việt Nam thì tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Mỹ là phương pháp được các chủ thầu hiện nay áp dụng. Đặc điểm tiêu chuẩn Mỹ được áp dụng 2 phương pháp tính:

• Phương pháp 1: Theo ứng suất cho phép (ASD) và hệ số tải trọng: Theo đó ứng suất giới hạn không được vượt quá ứng suất cho phép = ứng suất chảy* (0,6 -> 0,67);
• Phương pháp 2: Theo hệ số tải trọng (LRFD): Tải trọng được nhân với hệ số 1,2->1,6; hệ số chịu lực được nhân với 0,75->0,9; ứng suất giới hạn chính là giới hạn chảy.

Mối quan hệ Ft, Fy, Fb: Khi chịu kéo giá trị ứng suất cho phép Ft = 0,6Fy (Fy: giới hạn chảy của thép). Khi chịu nén = Fy nhân với hệ số uốn dọc. Kết cấu chịu uốn giá trị giới hạn ký hiệu là Fb: có giá trị từ 0,6-0,67Fy.

Giá trị nội lực: M,N,Q gây ra do tải trọng tiêu chuẩn gây ra, không có hệ số vượt tải. Tuy nhiên công thức xác định nội lực lại có tổ hợp tải trọng.

Tiết diện: Diện tích tính toán đối với tiêu chuẩn của Mỹ được chia ra 3 phần: tiết diện đặc chắc, tiết diện mảnh, tiết diện không đặc chắc. Tính toán diện tích tiết diện đặc chắc sẽ sử dụng hết hiệu suất cho phép của vật liệu. Đối với tính toán diện tích tiết diện không đặc chắc thì ứng suất cho phép của vật liệu cần giảm đi. Tương tự với tiết diện mảnh thì phải giảm thêm. 

Tiêu chuẩn chấp nhận việc cong vênh cục bộ của tiết diện. Cho phép một số bộ phận của tiết diện không làm việc và giảm ứng suất cho phép. Từ đó có nhiều quy định về độ mảnh của bụng dầm/cánh dầm, bụng cột/cánh cột: Ví dụ: Theo AISC thì tỷ lệ giữa chiều cao/chiều dày bụng dầm <=320 thì không phải dùng sườn gia cường trong lúc tiêu chuẩn Việt nam thì hệ số này là 100.

1.3 Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 3

Kết cấu thép theo tiêu chuẩn châu Âu được tính toán với tiêu chuẩn giới hạn (hạn chịu lực và giới hạn sử dụng). Ứng suất giới hạn được tính bằng cách dùng nhiều hệ số để nhân với giới hạn chảy.

Tiết diện: được chia thành nhiều cấp dựa trên độ mảnh (bề rộng/chiều dày). Cấp 1,2 dày hơn được tính với ứng suất cao hơn. Cấp 3,4 mảnh hơn nên dễ mất ổn định cục bộ. Quan điểm này giống tiêu chuẩn Việt nam & Tiêu chuẩn Mỹ tính theo LRFD. Từ đó tiết diện được chia làm 4 loại: tiết diện đặc, tiết diện không đặc, tiết diện dẻo, tiết diện mảnh.

Tải trọng: được tính dựa theo số BS 6399 , cần xét về tải trọng sàn, tải trọng của gió và của tuyết. 

Lưu ý các tính tải trọng gió:

• Tải trọng gió tính ra áp lực từ tốc độ gió xét đến địa hình, loại công trình…  
• Hệ số khí động của tải trọng gió phải kể đến áp lực âm bên trong công trình, có nhiều giá trị của hệ số khí động, phải chọn hệ số nào nguy hiểm nhất để tính toán. Với BS 6399 sử dụng tốc độ gió trung bình trong một giờ, với chu kỳ 50 năm; song song với nó tiêu chuẩn Anh cũng dùng CP3 dùng tốc độ gió đo trong 3 giây, chu kỳ 50 năm.

Chuyển vị cho phép: được tính toán là giá trị tối đa do tải trọng sử dụng (hoạt tải) không kể đến hệ số vượt tải. Cho phép biến dạng lớn hơn theo TCVN. VD: dầm đỡ trần L/360 (theo TCVN L/400); dầm phụ L/200 (TCVN L/240); và chỉ lấy hoạt tải tính toán, không lấy toàn bộ như TCVN.

Hệ số an toàn: Theo BS 6399 thì mỗi một tải khác nhau thì dùng một hệ số an toàn khác nhau: Ví dụ: Hệ số an toàn (HSAT) của tĩnh tải là 1,4 (TCVN là 1,2); hoạt tải là 1,6 (TCVN là 1,2 hoặc 1,3); tải trọng gió là 1,4 (TCVN là 1,2). Ngoài ra, hệ số an toàn về vật liệu được lấy bằng 1 do đã được điều chỉnh trong khi tính toán cường độ vật liệu. Theo TCVN thì hệ số an toàn của vật liệu là 1,05 đến 1,1 tùy loại thép. Bên cạnh đó, BS không có các hệ số an toàn về chức năng công trình, hệ số làm việc của kết cấu, trong khi TCVN có kể đến chúng.

Nếu tính tổng hợp các HSAT của BS so với TCVN thì HSAT của VN nhỏ hơn so với BS. Như vậy với cùng một loại vật liệu thép, cùng chịu tải trọng danh nghĩa phải chịu thì kết cấu tính theo TCVN tốn ít vật liệu hơn.

2. Tiêu chuẩn tải trọng thiết kế mỗi quốc gia

Tải trọng thiết kế của mỗi quốc gia có một tiêu chuẩn nhất định, không giống nhau. Sau đây là các tiêu chuẩn tải trọng thiết kế của một số quốc gia:

• Việt nam: TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế.
• Mỹ: MBMA 2002; UBC 97; IBC 2006;
• Anh: BS 6399: Part 2: 1997: Load for Building: Part 2: Code of practice for wind loads; BS 6399: Part1: 1984: Design loading for buildings: Part 1: Code of practice for dead and Imposed loads.
• Châu âu: EN 1991-1-4:2005 A1: Action on structure.
• Úc: AS/NZS 1170.1:2002: Tiêu chuẩn Úc/New Zealand về tải trọng tĩnh tải, hoạt tải và tác động khác; AS/NZS 1170.2:2011: Tiêu chuẩn Úc/New Zealand về tải trọng gió

Tải trọng thiết kế được xác định phụ thuộc vào các ảnh hưởng bên ngoài tới công trình. Như ảnh hưởng từ mặt bằng xây dựng, ảnh hưởng của các tác động từ thời tiết. Tuy mỗi quốc gia đều có tiêu chuẩn riêng nhưng vẫn nên áp dụng nguyên tắc cơ bản nhất để công trình đạt an toàn, việc xây dựng cũng không xảy ra những sai sót, nguy hiểm. 

3. So sánh các tiêu chuẩn đánh giá thiết kế kết cấu thép hiện nay

Tiêu chuẩn để đánh giá thiết kế kết cấu thép hiện nay thì cũng cần phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của mỗi nước. Khi đó mới biết áp dụng theo tiêu chuẩn nào để đánh giá. 

• Việt nam dựa trên số 5575:2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế đề cao tính an toàn.
• Mỹ thì theo số AISC-89: American Institute Of Steel Construction, Inc – Viện nghiên cứu thép xây dựng của Hoa kỳ đề cao về sự đàn hồi, cách thức hoạt động của nguyên vật liệu.
• Anh: BS 5950: Part 1: 1990: British Standard: Structure use of Steelwork in Building: Tiêu chuẩn Anh quốc.
• Châu âu: EN1993-1-1: Tiêu chuẩn Chân âu – Thiết kế kết cấu thép. Được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong các công trình thì đặt nặng rất nhiều yếu tố. Phải đầu tư chỉn chu, đề cao sự an toàn
• Úc: AS 4100-1998: Tiêu chuẩn Úc về Kết cấu thép; AS 4600:1996: Australia/New Zealand Standard: Kết cấu thép cán nguội.

Nhìn chung, để đánh giá một thiết kế kết cấu thép có đảm bảo hay không thì phải đánh giá được mức độ, khả năng chịu tải trọng của kết cấu. Khả năng, mức độ an toàn trước và trong quy trình thiết kế kết cấu thép, sử dụng công trình. 

4. Lưu ý về việc sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép

• Về tài chính. Đầu tư công trình với kinh phí bao nhiêu thì phù hợp với khả năng. 
• Về môi trường xây dựng, có đảm bảo để áp dụng các tiêu chuẩn khác hay không. 
• Phải nghiên cứu kỹ mặt bằng, nghiên cứu kỹ môi trường xây dựng. Một khi đã áp dụng để xây dựng thì cần áp dụng thật đồng bộ mọi yếu tố.
• Không để tình trạng tiêu chuẩn này kết hợp tiêu chuẩn kia. Khi đó thì công trình sẽ không được thống nhất và đảm bảo an toàn. 

Trên đây là các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép mới nhất mà BMB Steel chia sẻ. Hy vọng với những thông tin này, các nhà đầu tư, nhà thi công có thể lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho công trình của mình. Nếu bạn đang có nhu cầu tìm hiểu về xây dựng nhà xưởng tiền chế, thiết kế nhà xưởng, đừng ngại gọi cho BMB Steel qua hotline (+84 767676170) để được tư vấn chi tiết nhé!