Theo sự phát triển của ngành công nghiệp, các dự án xây dựng ngày càng phải đáp ứng yêu cầu về chất lượng và tuân thủ các tiêu chuẩn nhất định để đảm bảo an toàn và độ bền cho công trình. Trong đó, các yếu tố về an toàn như chống cháy và từng phần riêng lẻ đều có những tiêu chuẩn đánh giá riêng biệt. Hãy cùng Pebsteel tìm hiểu về các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép mới nhất 2024 ngay trong bài viết sau đây.
Xem thêm: Lắp Dựng Kết Cấu Thép, Nhà Thép Tiền Chế
1. Tiêu chuẩn thiết kế thép đạt chuẩn theo từng quốc gia
1.1. Tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam
Tiêu chuẩn thiết kế thép TCVN 5575:2012 xuất phát từ Nga. Đối với các tiêu chuẩn xây dựng tại Việt Nam, mọi quy trình cần tuân thủ các phương pháp và cách thức thiết kế, bao gồm các hệ số an toàn sau:
- Hệ số an toàn về tải trọng.
- Hệ số an toàn đối với các vật liệu cung cấp cho quá trình thi công.
- Hệ số an toàn liên quan đến môi trường làm việc, đảm bảo an toàn lao động.
Như vậy, tiêu chuẩn thiết kế thép ở Việt Nam chú trọng đến độ cứng và kết cấu thép, đảm bảo rằng chúng không biến dạng quá mức. Đối với cường độ tính toán, theo TCVN, nó được tính bằng công thức: Cường độ tiêu chuẩn / Hệ số an toàn về vật liệu. Còn về tải trọng tính toán, nó sẽ được tính dựa trên công thức: Tải tiêu chuẩn * hệ số độ tin cậy về tải trọng.
Theo tiêu chuẩn kết cấu thép Việt Nam, TCVN 2737:1995 được áp dụng làm giá trị tải trọng tính toán cho kết cấu thép. Việc đo tốc độ gió của tải trọng gió được thực hiện trong khoảng 3 giây với chu kỳ 20 năm, trong đó hệ số gió ở Việt Nam được tính theo áp lực gió, không phải theo vận tốc. Đối với các vật thể hình khối, hệ số khí động được xác định dựa trên kết quả đo áp lực mô hình trong ống khí động.
Xem thêm: Quy Trình Sản Xuất Gia Công Kết Cấu Thép
1.2. Tiêu chuẩn thiết kế thép Mỹ AISC 89/ASD
Bên cạnh tiêu chuẩn thiết kế ở Việt Nam, phương pháp thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn của Mỹ là lựa chọn được nhiều chủ thầu sử dụng hiện nay. Tiêu chuẩn Mỹ áp dụng hai phương pháp tính chính:
- 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, được tính theo công thức ứng suất chảy * (0,6 đến 0,67).
- Phương pháp 2: Theo hệ số tải trọng (LRFD): Tải trọng được nhân với hệ số trong khoảng từ 1,2 đến 1,6; hệ số chịu lực được nhân với giá trị từ 0,75 đến 0,9; trong đó, ứng suất giới hạn chính là giới hạn chảy.
Mối quan hệ giữa Ft, Fy, và Fb như sau:
- Khi chịu lực kéo, giá trị ứng suất cho phép Ft = 0,6Fy (với Fy là giới hạn chảy của thép).
- Khi chịu lực nén, giá trị được tính bằng cách nhân Fy với hệ số uốn dọc.
- Đối với kết cấu chịu uốn, giá trị giới hạn được ký hiệu là Fb và có giá trị từ 0,6 đến 0,67Fy.
Các giá trị nội lực, bao gồm M, N, Q, xuất phát từ tải trọng tiêu chuẩn mà không có hệ số vượt tải. Tuy nhiên, công thức xác định nội lực lại kết hợp với các tổ hợp tải trọng.
Tiết diện theo tiêu chuẩn Mỹ được phân chia thành ba loại: tiết diện đặc chắc, tiết diện mảnh, và tiết diện không đặc chắc. Tính toán diện tích tiết diện đặc chắc đòi hỏi sử dụng toàn bộ hiệu suất cho phép của vật liệu. Trong khi đó, đối với tính toán diện tích tiết diện không đặc chắc, ứng suất cho phép của vật liệu cần giảm xuống. Tương tự, đối với tiết diện mảnh cũng phải giảm thêm.
Tiêu chuẩn này chấp nhận cong vênh cục bộ của tiết diện và cho phép một số bộ phận của tiết diện không hoạt động, dẫn đến giảm ứng suất cho phép. Kết quả là xuất hiện nhiều quy định về độ mảnh của bụng dầm/cánh dầm và bụng cột/cánh cột. Ví dụ, theo tiêu chuẩn AISC, tỷ lệ giữa chiều cao và chiều dày của bụng dầm không vượt quá 320 thì không yêu cầu sườn gia cường, trong khi theo tiêu chuẩn Việt Nam, hệ số này là 100.
Xem thêm: Mẫu Nhà Xưởng Khung Thép Tiền Chế Đẹp
1.3. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Châu Âu Eurocode 3
Các tính toán cấu trúc thép theo tiêu chuẩn châu Âu được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn giới hạn , bao gồm giới hạn chịu lực và giới hạn sử dụng. Ứng suất giới hạn được tính toán bằng cách lấy giới hạn chảy nhân với nhiều hệ số.
Tiết diện được phân loại thành nhiều cấp dựa trên độ mảnh, được đo bằng tỷ lệ bề rộng/chiều dày. Các tiết diện thuộc cấp 1 và 2, có độ dày lớn hơn, được tính toán với ứng suất cao hơn. Còn các tiết diện thuộc cấp 3 và 4, có độ mảnh cao hơn và dễ mất ổn định cục bộ. Quan điểm này tương đồng với tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ tính theo LRFD. Dựa trên đó, tiết diện được phân thành bốn loại: đặc, không đặc, dẻo và mảnh.
Tải trọng được tính toán theo quy định của BS 6399, bao gồm việc xác định tải trọng của sàn, tải trọng gió và tải trọng tuyết. Trong đó, tải trọng gió là áp lực từ tốc độ gió tác động lên công trình. Khi tính toán cần lưu ý rằng hệ số khí động của tải trọng gió phải xem xét áp lực âm bên trong công trình với nhiều giá trị khác nhau cho hệ số khí động, cần chọn giá trị hệ số khí động nguy hiểm nhất để thực hiện tính toán. Đối với BS 6399, quy định sử dụng tốc độ gió trung bình trong một giờ, với chu kỳ 50 năm, đồng thời tiêu chuẩn Anh CP3 cũng áp dụng tốc độ gió đo trong 3 giây, với chu kỳ 50 năm.
Chuyển vị cho phép được tính toán là giá trị tối đa do tải trọng sử dụng (hoạt tải) mà không áp dụng hệ số vượt tải. Tiêu chuẩn này cho phép biến dạng lớn hơn so với TCVN, ví dụ như dầm đỡ trần L/360 (theo TCVN L/400); dầm phụ L/200 (TCVN L/240). Đặc biệt, tiêu chuẩn này chỉ áp dụng hoạt tải tính toán, không bao gồm toàn bộ tải trọng như TCVN.
Hệ số an toàn trong BS 6399 được điều chỉnh tùy thuộc vào từng loại tải khác nhau. Ví dụ, hệ số an toàn (HSAT) cho tải tĩnh là 1,4 (so với 1,2 của TCVN); cho tải hoạt động là 1,6 (so với 1,2 hoặc 1,3 của TCVN); và cho tải trọng gió là 1,4 (so với 1,2 của TCVN). Trong khi đó, hệ số an toàn đối với vật liệu trong BS 6399 là 1, do đã được điều chỉnh khi tính toán cường độ vật liệu. Còn theo TCVN, hệ số an toàn của vật liệu dao động từ 1,05 đến 1,1 tùy thuộc vào loại thép. Bên cạnh đó, BS không có các hệ số an toàn đối với chức năng của công trình và hệ số làm việc của cấu trúc, trong khi TCVN lại áp dụng và quy định về chúng.
So sánh tổng hợp các hệ số an toàn (HSAT) giữa BS và TCVN, ta thấy HSAT của TCVN nhỏ hơn so với BS. Vì vậy, với cùng một loại vật liệu thép, khi cùng chịu một tải trọng danh nghĩa, cấu trúc tính theo TCVN sẽ tiêu thụ ít vật liệu hơn.
Xem thêm: Các Tiêu Chuẩn Thiết Kế Nhà Xưởng Công Nghiệp Mới Nhất
2. Tiêu chuẩn về tải trọng thiết kế mỗi quốc gia
Tải trọng thiết kế đối với mỗi quốc gia đều tuân theo các tiêu chuẩn riêng biệt. Dưới đây là một số ví dụ về tiêu chuẩn tải trọng thiết kế của một số quốc gia:
- Việt Nam: TCVN 2737:1995
- Mỹ: UBC 97; MBMA 2002; IBC 2006
- Anh: BS 6399: Part 2: 1997 – Load for Building: Part 2 – Code of practice for wind loads; BS 6399: Part 1: 1984 – Design loading for buildings: Part 1 – Code of practice for dead and imposed loads.
- Châu Âu: EN 1991-1-4:2005 A1
- Úc: AS/NZS 1170.1:2002, AS/NZS 1170.2:2011
Tải trọng thiết kế phụ thuộc vào các ảnh hưởng bên ngoài đối với công trình, bao gồm cả ảnh hưởng từ mặt bằng xây dựng và tác động của thời tiết. Mặc dù mỗi quốc gia có tiêu chuẩn riêng, nhưng việc áp dụng nguyên tắc cơ bản vẫn vô cùng cần thiết để đảm bảo an toàn và tránh sai sót nguy hiểm trong quá trình xây dựng.
3. Lưu ý khi áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép
Khi áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu thép, các chủ đầu tư cần xem xét các yếu tố sau đây:
- Về tài chính: Cân nhắc cẩn thận về kinh phí sao cho phù hợp với khả năng.
- Về môi trường xây dựng: Xem xét liệu môi trường đã đảm bảo để áp dụng các tiêu chuẩn khác hay chưa.
- Cần nghiên cứu kỹ về đặc điểm của mặt bằng và môi trường xây dựng. Khi đã chọn để xây dựng, việc đồng bộ hóa mọi yếu tố là quan trọng để đảm bảo tính thống nhất trong quá trình thi công.
- Không nên kết hợp tiêu chuẩn này với tiêu chuẩn khác khi xây dựng vì công trình sẽ không đạt được sự thống nhất và đảm bảo an toàn.
4. Kết luận
Trên đây là các thông tin về tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép và một số lưu ý quan trọng khi ứng dụng chúng. Nếu khách hàng đang có nhu cầu tìm kiếm các giải pháp toàn diện cho Nhà thép tiền chế và Kết cấu thép, hãy liên hệ Pebsteel thông qua email [email protected] hoặc số điện thoại +84 908 883531 để được tư vấn ngay hôm nay.
