Tùy thuộc vào từng dự án mà các tiêu chuẩn khác nhau sẽ được áp dụng! Mỗi tiêu chuẩn đều có ưu và nhược điểm riêng, hãy cùng so sánh tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của việt nam và các nước khác trên thế giới nhé.

Mục lục

Tổng quan về tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép hiện nay

Trong những năm gần đây, hàng loạt những công trình thi công kết cấu thép có vốn đầu tư nước ngoài được triển khai. Trong số những công trình đó có những công trình áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu của các nước trên thế giới.

Tiêu chuẩn các nước:

Châu Âu (Eurocode)
Hoa Kỳ (American Concrete Institute Code AISC)
Anh (Bristish Standard BS)
Nga (SNIP),…

Nước ta hiện nay áp dụng tiêu chuẩn thiết kế nhà thép tiền chế chủ yếu từ Liên xô cũ trước đây. Trong thời kỳ hội nhập hiện nay việc đồng bộ, hài hòa, hiện đại, tiệm cận với các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế là vấn đề cần được quan tâm đúng mức. Với xu hướng phát triển đó Bộ xây dựng nước ta và các nước trên thế giới có xu hướng chuyển dịch sử dụng theo hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode).

Một số tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép hiện nay

Việt nam: TCVN 5575:2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
Mỹ: AISC-89: American Institute Of Steel Construction, Inc – Viện nghiên cứu thép xây dựng của Hoa kỳ.
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.
Úc: AS 4100-1998: Tiêu chuẩn Úc về Kết cấu thép; AS 4600:1996: Australia/New Zealand Standard: Kết cấu thép cán nguội.

Tiêu chuẩn tải trọng thiết kế tương ứng với các nước

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: EN1991-1-4:2005+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.

Mô hình thiết kế nhà xưởng theo tiêu chuẩn AISC 89/ADS

Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam

Tiêu chuẩn 5575:2012 có nguồn gốc từ tiêu chuẩn Nga SNIP II-23-81.
Áp dụng phương pháp trạng thái giới hạn. Phương pháp này áp dụng các hệ số an toàn như: Hệ số an toàn về tải trọng, hệ số an toàn về vật liệu, hệ số an toàn về điều kiện làm việc.
TCVN chú ý nhiều về độ cứng, không chấp nhận biến dạng quá lớn của kết cấu. VD: Chuyển vị ngang của cột khung không vượt quá 1/300 với nhà 1 tầng, và 1/500 với nhà nhiều tầng; chuyển vị đứng của dầm chính L/400.
Cường độ tính toán = cường độ tiêu chuẩn/hệ số an toàn vật liệu (hệ số an toàn vật liệu = 1,05-1,15 tùy loại thép).
Tải trọng tính toán = tải tiêu chuẩn * hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải). Với trường hợp có nhiều tải trọng tác dụng thì còn có hệ số giảm tải do tác dụng đồng thời của các tải trọng.
Sử dụng TCVN 2737:1995 làm tải trọng tính toán cho kết cấu. Với tải trọng gió thì cách đo tốc độ 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.

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

Áp dụng 2 phương pháp tính:

(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);

(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.

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.
Theo tiêu chuẩn thì tiết diện tính toán phân ra các loại: tiết diện đặc chắc, không đặc chắc và tiết diện mảnh. Với tiết diện đặc chắc thì cho phép sử dụng hết ứng suất cho phép của vật liệu. Với tiệt diện không đặc chắc thì phải giảm ứng suất cho phép. Với tiết diện mảnh thì còn phải giảm thêm nữa mới tính toán.
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.

Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép theo tiêu chuẩn Châu Âu Euro Code 3

Tính toán kết cấu theo phương pháp trạng thái giới hạn. Gồm giới hạn chịu lực và giới hạn sử dụng (nhằm hạn chế biến dạng lớn). Dùng nhiều hệ số để nhân với giới hạn chảy thành ứng suất giới hạn.
Chia tiết diện thành nhiều cấp tiết diện khác nhau về 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.
Tiết diện được phân làm 4 loại: tiết diện dẻo, tiết diện đặc, tiết diện không đặc, tiết diện mảnh.
Tải trọng: BS 6399: Có 3 phần; phần 1 là tải trọng sàn; phần 2 là tải trọng gió, phần 3 là tải trọng tuyết. 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 .
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.
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.

Một số so sánh, lưu ý về việc sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép.

Tổng quát: Các tiết diện tính toán đối với các tiêu chuẩn nêu thành 3 hoặc 4 loại: Tiết diện đặc chắc, tiết diện không đặc chắc, tiết diện mảnh (với tiêu chuẩn Mỹ) hoặc tiết diện Dẻo, đặc chắc, nửa đặc chắc và mảnh (tiêu chuẩn Anh, Úc) trong lúc tiêu chuẩn Việt nam chỉ xét một trường hợp là ổn định và mất ổn đinh. Khi mất ổn định bắt buộc phải tăng tiết diện hoặc thêm sườn vào để tính toán tiếp.

Hệ số làm việc/hệ số an toàn của các tiêu chuẩn khác nhau là khác nhau, cách tính toán tải trọng tiêu chuẩn, tải trọng gió của mỗi nước hoàn toàn khác nhau, hệ số tổ hợp của các tiêu chuẩn khác nhau cũng khác nhau, cách tổ hợp tải trọng hay tổ hợp nội lực cũng khác nhau.

Từ đó không thể nói có nên áp dụng tải trọng gió theo tiêu chuẩn này, tĩnh tải theo tiêu chuẩn kia và áp dụng lý thuyết tính toán vào một tiêu chuẩn nọ. Cần áp dụng đồng bộ các tiêu chuẩn nhưng đảm bảo đúng một số nguyên tắc cơ bản theo quy định của pháp luật thì mọi việc thiết kế trở nên an toàn hơn.

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Châu âu là xu hướng của thế giới. Tiêu chuẩn Anh có thể nghiên cứu nhưng do tính bảo thủ của Tiêu chuẩn Anh nên các công trình không mấy khi sử dụng vì tốn kém và thiên về an toàn. Sử dụng tiêu chuẩn Việt nam tính toán thiết kế kết cấu thép sẽ thiên về an toàn cho người sử dụng vì kết cấu luôn chắc chắn. Tiêu chuẩn Mỹ có xu hướng khai thác tối đa sự làm việc của vật liệu – đặc biệt ngoài miền đàn hồi.

Ths. Nguyễn Hoàng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Thiết Kế & Xây Dựng Nam Trung