BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

BÙI SĨ MƯỜI

THIẾT KẾ THEO KHẢ NĂNG KHUNG LIÊN HỢP
THÉP – BÊTÔNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội – Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

BÙI SĨ MƯỜI
KHÓA 2011 - 2013

THIẾT KẾ THEO KHẢ NĂNG KHUNG LIÊN HỢP
THÉP – BÊ TÔNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số
: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG

Hà Nội – Năm 2013


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tiến
Chương đã tận tình hướng dẫn, định hướng và đóng góp ý kiến cho tác giả hoàn
thành luận văn.
Tác giả cũng xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ
khoa đào tạo Sau Đại Học thuộc trường đại học Kiến Trúc Hà Nội đã tạo điều
kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã động viên và tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những ngời bạn đã
luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt luận văn này
Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong luận văn sẽ không tránh khỏi những hạn chế nhất định, tác giả rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn đồng
nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 28tháng 10 năm 2013
Tác giả luận văn

Bùi Sĩ Mười


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là:


Bùi Sĩ Mười

Sinh ngày:

12 - 06 -1986

Quê quán:

Thụy Trường – Thái Thụy – Thái Bình

Nơi công tác:

Khoa Công trình trường đại học Thủy Lợi

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng
công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: “Thiết kế theo khả năng khung
liên hợp thép – bêtông chịu động đất” là luận văn do cá nhân tôi thực hiện. Các
kết quả tính toán của các mô hình tuân thủ tiêu chuẩn Xây Dựng hiện hành. Kết
quả tính toán này không sao chép bất kỳ tài liệu nào khác
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2013
Tác giả luận văn

Bùi Sĩ Mười


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục

Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................1 
Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 
Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................1 
Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2 
Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................3 
1.1  Quá trình nghiên cứu và ứng dụng của kết cấu liên hợp thép – bêtông ........3 
1.1.1  Giới thiệu chung ....................................................................................3 
1.1.2  Lịch sử nghiên cứu................................................................................11 
1.2  Một số ưu điểm của kết cấu liên hợp thép – bêtông ....................................13 
1.3  Nhiệm vụ luận văn .......................................................................................14 
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU
TẦNG CÓ KHUNG LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT ........15 
2.1  Giới thiệu về tiêu chuẩn TCVN 9386-1:2012 và các tiêu chuẩn khác được
áp dụng trong luận văn ..........................................................................................15 
2.1.1  Giới thiệu chung...................................................................................15 
2.1.2  Các nội dung chính của tiêu chuẩn TCVN 9386-1:2012......................16 
2.2  Động đất và tác động động đất ....................................................................17 
2.3  Các phương pháp tính toán động đất ...........................................................22 


2.4  Các phương pháp thiết kế kết cấu chịu động đất .........................................25 
2.4.1  Các phương pháp thiết kế kết cấu chịu động đất..................................25 
2.4.2  Nguyên lý chung của phương pháp thiết kế trực tiếp và thiết kế theo
khả năng............................................................................................................25 
2.4.3  Nội dung chính của phương pháp thiết kế theo khả năng.....................29 
2.4.4  Các hệ quả tác động thiết kế theo quy trình thiết kế theo khả năng.....30 
2.5  Phương pháp thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông............33 

2.5.1  Các quan niệm thiết kế..........................................................................33 
2.5.2  Cơ cấu phá hoại dẻo dự kiến trong khung liên hợp thép – bêtông chịu
mômen 34 
2.5.3  Các giả thiết thiết kế khi áp dụng quy trình thiết kế theo khả năng cho
khung liên hợp...................................................................................................35 
2.5.4  Các tiêu chí thiết kế và yêu cầu cấu tạo khi thiết kế dầm liên hợp thép –
bêtông theo quy trình thiết kế theo khả năng....................................................37 
2.5.5  Các tiêu chí thiết kế và yêu cầu cấu tạo khi thiết kế cột liên hợp thép –
bêtông theo quy trình thiết kế theo khả năng....................................................46 
2.5.6  Điều kiện dẻo tổng thể và cục bộ..........................................................49 
2.6  Xây dựng quy trình thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông
chịu động đất .........................................................................................................50 
CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ........................................................................51 
3.1  Giới thiệu về công trình ...............................................................................52 
3.2  Áp dụng quy trình thiết kế theo khả năng trong thiết kế khung liên hợp thép
– bêtông .................................................................................................................52 
3.2.1  Xác định các thông số tính toán............................................................52 
3.2.2  Xác định kích thước tiết diện................................................................55 


3.2.3  Hệ số ứng xử, tải trọng động đất, tổ hợp tải trọng là nội lực tính toán.61 
3.2.4  Kiểm tra lại khả năng chịu mômen uốn của dầm liên hợp trong các tổ
hợp cơ bản.........................................................................................................64 
3.2.5  Kiểm tra tiết diện dầm liên hợp............................................................64 
3.2.6  Kiểm tra khả năng chịu cắt của dầm liên hợp.......................................71 
3.2.7  Kiểm tra tiết diện cột liên hợp..............................................................72 
3.2.8  Kiểm tra điều kiện dẻo cục bộ và tổng thể...........................................81 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82 
TÀI LIỆU THAM KHẢO



1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây kết cấu liên hợp thép – bêtôngbao gồm các cấu kiện
dầm, sàn, cột sử dụng thép kết cấu tham gia chịu lực cùng với bêtông ngày càng
được sử dụng rộng rãi. Loại kết cấu này được sử dụng hợp lý khi xây dựng các nhà
nhiều tầng có chiều cao lớn do kết hợp được những ưu điểm của kết cấu thép và kết
cấu bêtông.
Trong tính toán và thiết kế kết cấu nhà cao tầng, các tải trọng ngang đặc biệt là
tác động động đất có ảnh hưởng rất lớn.Có hai phương pháp chính để thiết kế kết
cấu nhà cao tầng chịu động đất: thiết kế trực tiếp và thiết kế theo khả năng. Trong
đó, phương pháp thiết kế theo khả năng hay còn được gọi là thiết kế kiểm soát dạng
phá hoại có những ưu điểm nổi trội khiđảm bảo cho các khớp dẻo sẽ xuất hiện tại
các vị trí dự kiến, theo thứ tự định trước và theo cách thức mong muốn trên hệ kết
cấu. Cách thức thiết kế này rất phù hợp với quan niệm thiết kế mới trong bối cảnh
con người chưa kiểm soát được tác động của động đất.
Hiện nay, tại Việt Nam đã có những nghiên cứu, tài liệu hướng dẫn thiết kế theo
khả năng cho khung bêtông cốt thép, khung kết cấu thép chịu động đất, trong khi
những tài liệu về việc áp dụng phương pháp thiết kế theo khả năng cho khung liên
hợp thép – bêtông vẫn còn chưa đầy đủ. Do đó việc nghiên cứu và đề xuất một quy
trình cụ thể trong thiết kế theo khả năng cho khung liên hợp thép – bêtông có tính
cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Mục đích nghiên cứu
Áp dụng những nguyên lý chung được trình bày trong TCVN 9386-1:2012luận
văn sẽ trình bàynội dung phương pháp thiết kế và đề xuất quy trình thiết kế theo khả
năng khung liên hợp thép – bêtông chịu động đất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận văn là khung phẳng liên hợp thép –

bêtônggồm các cấu kiện liên hợp thép – bêtông dầm, cột và sàn.


2
Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng quy trình thiết kế theo khả năng cho khung liên hợp thép – bêtông chịu
động đất.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết dựa trên các tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo
để đưa ra quy trình thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông chịu động
đất. Bên cạnh đó còn có ví dụ tính toán cụ thể để minh họa cho quy trình trên.


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:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


82

KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ
Kết luận:
1. Kết cấu liên hợp thép – bêtôngcó khả năng kháng chấn tốt do kết hợp được
những ưu điểm của cả bêtông và thép hình: bêtôngđược nhồi hoặc bao bọc bên

ngoài thép hình vừa có thể bảo vệ vừa làm tăng khả năng ổn định cục bộ và tổng thể
của kết cấu, trong khi thép hình lại có khả năng hấp thụ và tiêu tán năng lượng.
2. Phương pháp thiết kế theo khả năng được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết
thiết kế kháng chấn hiện đại. Phương pháp này đã khắc phục được các nhược điểm
của phương pháp thiết kế trực tiếp do xét đến cácyếu tố như biến dạng dẻo, khả
năng tiêu tán năng lượng, mức độ hư hỏng theo một trình tự mong muốn định trước
với độ tin cậy cao.
3. Quy trình thiết kế theo khả năng áp dụng cho khung liên hợp thép – bêtông
dựa trên nguyên lý chung của phương pháp thiết kế theo khả năng. Tuy nhiên, do
tính đặc thù của kết cấu liên hợp thép – bêtông, quy trình thiết kế theo khả năng cho
khung liên hợp cũng có những đặc điểm riêng biệt, đặc biệt đểđảm bảo sự làm việc
đồng thời giữa giữa thép kết cấu với bêtôngđòi hỏi những yêu cầu cụ thể.
4. Qua tính toán ví dụ, nhận thấy quy trình thiết kế được đề xuất trong luận văn là
phù hợp và có tính ứng dụng. Quy trình thiết kế theo khả năng đối với khung liên
hợp thép – bêtông về cơ bản dựa trên phương pháp thiết kế trực tiếp nhưng đã được
điều chỉnh nhằm đảm bảo vùng biến dạng dẻo xảy ra tại các vị trídự báo trước, kết
cấu có khả năng tiêu tán năng lượng và đảm bảo hệ số ứng xử q của kết cấu phù hợp
với giả thiết.
Kiến nghị
Tiêu chuẩn TCVN 9386-1:2012 mới được ban hành và có nhiều nội dung mới
theo quan niệm thiết kế hiện đại. Hiện tại, các tài liệu hướng dẫn còn hạn chế, đặc
biệt là đối với kết cấu liên hợp thép – bêtông, gây rất nhiều khó khăn cho kỹ sư
trong quá trình thiết kế công trình. Từ thực tế đó, kiến nghị tiếp tục nghiên cứu, sớm


83
ban hành các chỉ dẫn cụ thể trong việc thiết kế kháng chấn cho kết cấu liên hợp thép
– bêtông.
Hướng phát triển của đề tài
Trên cơ sở của phương pháp nghiên cứu và kết quả của đề tài, các hướng phát

triển và nghiên cứu tiếp theo có thể là:
+Thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông khi liên kết giữa dầm
và cột không phải là lý tưởng;
+Thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông khi các các cấu kiện
liên hợp liên kết không hoàn toàn;
+ Thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông có hệ giằng đúng tâm;
+ Thiết kế theo khả năng khung liên hợp thép – bêtông có hệ giằng lệch tâm.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Lê Ninh (2010),Cơ sở lý thuyết tính toán công trình chịu động đất,
NXB KHKT, Hà Nội.
[2] Nguyễn Lê Ninh (2009),Động đất và thiết kế công trình chịu động đất, NXB
Xây Dựng, Hà Nội.
[3] Phạm Văn Hội (2010), Kết cấu liên hợp thép – bê tông, NXB KHKT, Hà Nội.
[4] TCVN 9386-1:2012 Thiết kế công trình chịu động đất - Phần 1: Quy định
chung, tác động đất và quy định đối với kết cấu nhà.
Tiếng Anh
[5] M. Fardis, E. Carvalho, A. Elnashai, E. Faccioli, P. Pinto and A. Plumier (2005),
Designers’ guide to EN 1998-1 and EN 1998-5 Eurocode 8: Design structure for
earthquake resistance, Thomas Telford publishing, London.
[6] P.Bisch, E.Carvanho (2012),Eurocode 8: seismic design of buildings worked
examples, Luxemburg: Publications office of the European Union, Italy.
[7] R.P. Johnson (1994),Composite structures of steel and concrete - volumn 1:
Beam, slabs, columns and frames for buildings, Blackwell siencetific publication,
England.
[8] Rajesh.P.Dhakal (2011), Structural design for earthquake resistance: past,
present and future, Canterbury Earthquake Royal commission, Canterbury
University, England, pp.16-18.

[9] Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures - Part 1-1:
General rules and rules for buildings, ENV, 2004.
[10] Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General
rules, seismic actions and rules for buildings, ENV, 2004.