Thiết kế dầm thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn theo TCVN 5575:2012 VÀ SP 16.13330.2017

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019. 13 (5V): 38–46
THIẾT KẾ DẦM THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I TỔ HỢP HÀN THEO
TCVN 5575:2012 VÀ SP 16.13330.2017
Nguyễn Thanh Hàa,∗
aKhoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng,
số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 06/09/2019, Sửa xong 21/10/2019, Chấp nhận đăng 21/10/2019
Tóm tắt
Phần lớn các tiêu chuẩn thiết kế trong xây dựng ở Việt Nam được ban hành dựa trên cơ sở tham khảo các tiêu
chuẩn của Liên Xô trước đây. Bên cạnh một số tiêu chuẩn vẫn còn hiệu lực, Liên bang Nga đã ban hành một số
tiêu chuẩn mới đã có chỉnh sửa và cập nhật, một trong số đó là SP 16.13330.2017, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu
thép. Bài báo trình bày thiết kế dầm thép tổ hợp hàn có tiết diện chữ I dựa trên hai tiêu chuẩn TCVN 5575:2012
và SP 16.13330.2017 với mục đích giúp cho kỹ sư có thể áp dụng quá trình tự động hóa trong thiết kế thực tế
cũng như đóng góp vào việc soát xét, hiệu đính, bổ sung TCVN 5575:2012 cho đồng bộ, phù hợp và tiệm cận
với các tiêu chuẩn quốc tế trong quá trình hội nhập.
Từ khoá: dầm tổ hợp hàn tiết diện chữ I; phân loại tiết diện; ổn định tổng thể dầm; ổn định cục bộ bản bụng; SP
16.13330.2017.
DESIGN WELDED BUILT-UP I-SHAPED STEEL BEAM BASED ON TCVN 5575:2012 AND SP
16.13330.2017
Abstract
Most of the construction design norms in Vietnam are issued on the basic reference of former Union of Soviet
Socialist Republics standards. Besides some standards remain in validity, some new standards with modifi-
cations and updates are released, one of which is SP 16.13330.2017 - Steel Structures Design Standard. In
this article, the design welded I-shape steel beam based on TCVN 5575:2012 and SP 16.13330.2017 is pre-
sented with the aimed at supporting engineer possible to apply automatization in practical design as well as the
contribution of the review, modification, additional information to TCVN 5575:2012 in order to synchronize,
conform and close to international standards in integration process.
Keywords: welded built-up I-shaped steel beam; cross section classification; lateral-torsional buckling; web
local buckling; SP 16.13330.2017.
https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-05 c© 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)
1. Giới thiệu
Sự tăng trưởng của nền kinh tế luôn đi cùng với nhu cầu phát triển hạ tầng và xây dựng hàng loạt
các công trình công nghiệp, dân dụng, ... Kết cấu thép với những ưu điểm nổi trội đã và đang được áp
dụng rỗng rãi vào nhiều dạng công trình khác nhau. Do giá thành của kết cấu thép vẫn còn cao, để
giảm được giá thành cần áp dụng tự động hóa ngay từ công tác thiết kế. Các công trình sử dụng kết cấu
thép có vốn ngân sách đều được thiết kế dựa trên TCVN 5575:2012 [1]. Tiêu chuẩn thiết kế này so với
∗Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: hant@nuce.edu.vn (Hà, N. T.)
38
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
phiên bản ban hành vào năm 1991 có nội dung chủ yếu tham khảo và biên dịch từ tiêu chuẩn SNiP-II-
23-81* của Liên Xô trước đây, đến nay phiên bản tiêu chuẩn mới nhất là SP 16.13330.2017 [2]. Một
số phần mềm phân tích và thiết kết cấu quen thuộc như SAP2000; ETABS (CSI); Robot Structural
Analysis Professional (AutoDesk) hay RSTAB (Dlubal) đã tích hợp tiêu chuẩn SP 16.13330.2011
nhằm đẩy mạnh quá trình tự động hóa thiết kế.
Tháng 2/2018, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Đề án hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, quy
chuẩn kỹ thuật xây dựng. Đã có nhiều bài báo, báo cáo tại các hội thảo, hội nghị về định hướng
phát triển hệ thống tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam đưa ra xu hướng, kiến nghị về cập nhật TCVN
5575:2012 theo SP 16.13330.2011 trong giai đoạn trước mắt [3–5]. Gần đây, thiết kế cấu kiện cột
thép có tiết diện chữ H cũng theo SP 16.13330.2011 cũng đã được tìm hiểu, phân tích và so sánh với
tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam [6].
Thiết kế dầm thép tổ hợp hàn có tiết diện chữ I đối xứng theo TCVN 5575:2012 và SP
16.13330.2017 không sử dụng các cặp sườn gia cường sẽ được trình bày trong bài báo nhằm đóng
góp ý kiến về hoàn thiện “Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế” trong việc từng bước soát xét, xây dựng
hệ thống tiêu chuẩn đồng bộ, phù hợp và tiệm cận với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế cũng như giúp
cho kỹ sư có thể sử dụng lợi thế phân tích và tự động thiết kế cấu kiện của các phần mềm.
2. Thiết kế dầm thép tổ hợp hàn tiết diện chữ I
Dầm thường là cấu kiện nằm ngang, nhận tải trọng từ sàn hoặc dầm phụ và truyền xuống cột;
nội lực trong dầm chủ yếu là mômen (M) và lực cắt (V). Tiết diện dầm chữ I thường được sử dụng
rộng rãi do có nhiều ưu điểm như sức kháng mômen lớn do có bán kính lõi lớn nhất trong các loại
tiết diện, tiết diện phù hợp với tải trọng tác dụng, dễ dàng liên kết với các kết cấu khác, đáp ứng được
yêu cầu về kiến trúc và có chi phí chế tạo thấp. Khi thiết kế dầm thép theo TCVN 5575:2012 và SP
16.13330.2017, cần xem xét những vấn đề sau:
2.1. Nguyên tắc thiết kế chung
Hai hệ thống tiêu chuẩn đều sử dụng phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn. Cấu kiện
dầm được thiết kế sao cho không vượt quá trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực và về độ võng hay
biến dạng. Bên cạnh phương pháp tính toán, các hệ số độ tin cậy về cường độ vật liệu và tải trọng
cũng như hệ số điều kiện làm việc cũng cần phải được xem xét.
- Hệ số điều kiện làm việc γc: hệ số này được đề cập trong Bảng 3 mục 5.4.2 [1] và mục 4.3.4 [2].
Khi thiết kế loại cấu kiện dầm của các công trình nói chung ở phần 1 của Bảng 1 [2], giá trị γc trong
hai bảng này là tương đương.
- Hệ số độ tin cậy về cường độ γm để xác định cường độ tính toán của thép cán và thép ống được
đề cập trong Bảng 4 mục 6.1.4 [1] và Bảng 3 mục 6.1 [2]. Nhìn chung, cách xác định cường độ tính
toán của vật liệu và hệ số γm của hai tiêu chuẩn không có sự khác nhau.
- Hệ số độ tin cậy về tải trọng: khi tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ nhất thì sử dụng
tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn được nhân với hệ số giống nhau là γQ hay γ f , các giá trị
được tham khảo trong Tiêu chuẩn Tải trọng và Tác động [7, 8].
- Mục 4.2.6 của SP 16.13330.2017 đã có sự bổ sung mới hoàn toàn về việc phân loại tiết diện, sự
bổ sung này có xu hướng gần giống với các tiêu chuẩn tiên tiến [9, 10]. Tuy nhiên, việc phân loại tiết
diện mới chỉ dừng lại phân loại theo định tính chứ chưa đưa ra được các giá trị giới hạn cụ thể như
trong [9–12]. Sự phân loại tiết diện được đề cập ở mục 8.1 [2], có 3 loại tiết diện:
+ Tiết diện loại 1 là loại mà ứng suất trên toàn bộ tiết diện đều chưa đạt đến giá trị ứng suất chảy
trừ thớ ngoài cùng như ở Hình 1(a).
39
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
+ Tiết diện loại 2 là loại tiết diện có các thớ bên trong lần lượt đạt đến giá trị ứng suất chảy, vùng
dẻo ăn sâu vào trong tiết diện tại Hình 1(b).
+ Tiết diện loại 3 có vùng chảy dẻo phát triển trên toàn bộ tiết diện, mọi thớ đều đạt tới giá trị ứng
suất chảy, xem Hình 1(c).
- Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của kết cấu mà khi tính dầm có xét đến
hoặc không xét đến biến dạng dẻo theo một trong ba loại tiết diện trên. Tiết diện loại 1 được áp dụng
cho tất cả các loại tải trọng và được tính toán trong miền đàn hồi; dầm có tiết diện loại 2 và 3 áp dụng
khi chịu tải trọng tĩnh, được tính toán có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo. Một số tiêu chuẩn
của các quốc gia khác cũng phân loại tiết diện dầm như Bảng 1.
tiết diện mới chỉ dừng lại phân loại theo định tính chứ chưa đưa ra được các giá trị giới hạn cụ thể 
như trong [9-12]. Sự phân loại tiết diện được đề cập ở mục 8.1 [2], có 3 loại tiết diện: 
Hình 1. Ứng suất pháp tương ứng với việc phân loại tiết diện theo [2] 
+ Tiết diện loại 1 là loại mà ứng suất trên toàn bộ tiết diện đều chưa đạt đến giá trị ứng suất 
chảy trừ thớ ngoài cùng như ở Hình 1(a). 
+ Tiết diện loại 2 là loại tiết diện có các thớ bên trong lần lượt đạt đến giá trị ứng suất chảy, 
vùng dẻo ăn sâu vào trong tiết diện tại Hình 1(b). 
+ Tiết diện loại 3 có vùng chảy dẻo phát triển trên toàn bộ tiết diện, mọi thớ đều đạt tới giá 
trị ứng suất chảy, xem Hình 1(c). 
- Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của kết cấu mà khi tính dầm có xét 
đến hoặc không xét đến biến dạng dẻo theo một trong ba loại tiết diện trên. Tiết diện loại 1 được áp 
dụng cho tất cả các loại tải trọng và được tính toán trong miền đàn hồi; dầm có tiết diện loại 2 và 3 
áp dụng khi chịu tải trọng tĩnh, được tính toán có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo. Một số tiêu 
chuẩn của các quốc gia khác cũng phân loại tiết diện dầm như Bảng 1. 
Bảng 1. Mô tả phân loại tiết diện của cấu kiện chịu uốn theo [9,10] 
EN 1993-1-1 [9] AISC 360-16 [10] Đặc điểm 
Loại 1 Đặc chắc/Dẻo Có khả năng phát triển mô men bền dẻo với khả năng xoay đủ để hình thành khớp dẻo. 
Loại 2 Đặc chắc Có khả năng hình thành khớp dẻo và phát triển mô men bền dẻo, hạn chế khả năng xoay. 
Loại 3 Không đặc chắc 
Thớ chịu nén ngoài cùng có thể đạt đến giới hạn chảy 
nhưng ổn định cục bộ ngăn cản sự hình thành, phát triển 
khớp dẻo. 
Loại 4 Mảnh Ổn định cục bộ sẽ xảy ra trước khi ứng suất trong tiết diện đạt đến giới hạn chảy. 
Như vậy trong cách tính toán dầm thì TCVN 5575:2012 chưa phân loại tiết diện, SP 
16.13330.2017 và một số tiêu chuẩn khác [9-10] cũng chia loại tiết diện nhưng cách chia loại tiết diện 
không giống nhau. 
2.2. Trạng thái giới hạn thứ hai 
Độ võng cho phép của kết cấu chịu uốn được cho ở Bảng 1 [1]; [2] không đề cập đến giá trị độ 
võng cho phép của kết cấu chịu uốn mà các giá trị này được nêu trong [8]. SP 20.13330.2016 quy 
định độ võng cho phép của cấu kiện dầm chịu uốn phụ thuộc nhịp dầm chi tiết hơn. Cụ thể là độ võng 
l/120; l/150; l/200; l/250 và l/300 lần lượt tương ứng với nhịp dầm l≤1m; l=3m; l=6m; l=24m và 
l≥36m. 
Bên cạnh đó yêu cầu về sinh lý học, rung động của kết cấu chịu uốn cũng đã được đề cập đến 
trong phụ lục D.2.2 [8]. Giá trị độ võng cho phép khi có xét đến rung động được xác định theo công 
thức (1). 
Hình 1. Ứng suất pháp tương ứng với việc phân loại tiết diện theo [2]
Bảng 1. Mô tả phân loại tiết diện của cấu kiện chịu uốn theo [9, 10]
EN 1993-1-1 [9] AISC 360-16 [10] Đặc điểm
Loại 1 Đặc chắc/Dẻo Có khả năng phát triển mô men bền dẻo với khả năng xoay
đủ để hình thành khớp dẻo.
Loại 2 Đặc chắc Có khả năng hình thành khớp dẻo và phát triển mô men
bền dẻo, hạn chế khả năng xoay.
Loại 3 Không đặc chắc Thớ chịu nén ngoài cùng có thể đạt đến giới hạn chảy
nhưng ổn định cục bộ ngăn cản sự hình thành, phát triển
khớp dẻo.
Loại 4 Mảnh Ổn định cục bộ sẽ xảy ra trước khi ứng suất trong tiết diện
đạt đến giới hạn chảy.
Như vậy trong cách tính toán dầm thì TCVN 5575:2012 chưa phân loại tiết diện, SP 16.13330.2017
và một số tiêu chuẩn khác [9, 10] cũng chia loại tiết diện nhưng cách chia loại tiết diện không
giống nhau.
2.2. Trạng thái giới hạn thứ hai
Độ võng cho phép của kết cấu chịu uốn được cho ở Bảng 1 [1]; [2] không đề cập đến giá trị độ
võng cho phép của kết cấu chịu uốn mà các giá trị này được nêu trong [8]. SP 20.13330.2016 quy
định độ võng cho phép của cấu kiện dầm chịu uốn phụ thuộc nhịp dầm chi tiết hơn. Cụ thể là độ
võng l/120; l/150; l/200; l/250 và l/300 lần lượt tương ứng với nhịp dầm l ≤ 1 m; l = 3 m; l = 6 m;
l = 24 m và l ≥ 36 m.
40
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Bên cạnh đó yêu cầu về sinh lý học, rung động của kết cấu chịu uốn cũng đã được đề cập đến
trong phụ lục D.2.2 [8]. Giá trị độ võng cho phép khi có xét đến rung động được xác định theo công
thức (1).
fu =
g · (p + p1 + q)
30 · n2 · (b · p + p1 + q) (1)
trong đó g là gia tốc trọng trường; p là giá trị tải trọng tiêu chuẩn do người sinh ra dao động cưỡng
bức (kPa), tham khảo theo bảng D.2; p1 là giá trị tải trọng tiêu chuẩn suy giảm (kPa), tham khảo theo
bảng D.2; q là giá trị tải trọng tiêu chuẩn của trọng lượng bản thân của cấu kiện và các kết cấu gối đỡ
lên nó (kPa); n là tần số dao động của dầm do tải trọng đi lại của người (Hz), được xác định theo bảng
D.2; b là hệ số, tham khảo theo bảng D.2; b = 125
√
Q/(α · p · a · l); Q là trọng lượng 1 người, được
lấy là 0,8 kN; α là phụ thuộc vào sơ đồ tính cấu kiện; a và l là bước dầm và nhịp dầm.
2.3. Trạng thái giới hạn thứ nhất
a. Kiểm tra dầm theo điều kiện bền
- Kiểm tra dầm theo điều kiện bền được đề cập ở mục 7.2 [1] và mục 8 [2]. Tiết diện loại 1 được
tính toán trong giai đoạn đàn hồi, ngoài ký hiệu và cách thể hiện công thức khác nhau, các bước và
nội dung kiểm tra các điều kiện của [1] và [2] là tương tự nhau, xem Bảng 2.
Bảng 2. Kiểm tra dầm theo điều kiền bền trong giai đoạn đàn hồi
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
Điều kiện
Công thức
tham chiếu
Điều kiện
Công thức
tham chiếu
+ Uốn (2) + Uốn (41)
+ Cắt (3) + Cắt (42) α · Q · S
I · tw · Rs · γc ≤ 1
+ Uốn trong hai
mặt phẳng chính
(8) + Uốn trong hai
mặt phẳng chính
(43)
+ Khi cánh trên
dầm có tải trung tập
trung
(4) + Khi cánh trên
dầm có tải trung tập
trung
(46)
+ Đồng thời ứng
suất pháp, tiếp và
cục bộ
(6) + Đồng thời ứng
suất pháp, tiếp và
cục bộ (44)
0,87
Ryγc
√
σ2x − σxσy + σ2y + 3τ2xy ≤ 1
và α · τxy
Rs · γc ≤ 1+ Hệ số α kể đến
bản bụng dầm có
giảm yếu do lỗ bu
lông (45)
α = s/(s − d)
trong đó Ry,Rs là cường độ tính toán và cường độ chịu cắt tính toán của thép; d, s là đường kính lỗ bu lông và
khoảng cách giữa các lỗ bu lông.
- Theo mục 8.2.3 [2], với dầm làm từ thép có giới hạn chảy Ryn ≤ 440 MPa, τ ≤ 0,9Rs, tiết diện
loại 2 và 3, thỏa mãn các yêu cầu của ổn định tổng thể và ổn định cục bộ được phép tính toán kể
đến biến dạng dẻo. Theo chỉ dẫn của mục 7.2.1.6 [1], các điều kiện cần thiết để tính toán dầm có kể
đến biến dạng dẻo là như nhau ngoài trừ [1] cho phép sử dụng thép có giới hạn chảy fy ≤ 530 MPa,
41
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
τ ≤ 0,9 fv. Bảng 3 trình bày kiểm tra dầm đơn giản có tiết diện đặc chịu tải trọng tĩnh theo điều kiện
bền có kể đến biến dạng dẻo (trừ tiết diện ở gối).
Bảng 3. Kiểm tra dầm theo điều kiền bền có kể đến biến dạng dẻo (chỉ xét đối với dầm đơn giản)
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
fy ≤ 530MPa Ryn ≤ 440MPa
+ Uốn ở một trong các mặt phẳng uốn chính (9)
M
c1 ·Wn,min ≤ f · γc
+ Uốn trong mặt phẳng chính Ix > Iy (50)
Mx
cx · β ·Wxn,min · Ry · γc ≤ 1
+ Chịu uốn trong hai mặt phẳng chính và khi
τ ≤ 0,5 fv (10)
Mx
cx ·Wnx,min +
My
cy ·Wny,min ≤ f · γc
+ Chịu uốn trong hai mặt phẳng chính (51) khi
τy = Qy/
(
2 · A f
)
≤ 0,5 · Rs
Mx
cx · β ·Wxn,min · Ry · γc+
My
cy ·Wyn,min · Ry · γc ≤ 1
+ Uốn trong mặt phẳng chính Ix > Iy và có bi
mômen B (53)
Mx
cx · β ·Wxn,min · Ry · γc+
B
cω ·Wyn,min · Ry · γc ≤ 1
Cách kiểm tra trong các công thức (9), (10) [1] và (50), (51), (53) [2] là tương tự. Các ký hiệu,
giá trị của hệ số cx, cy được cung cấp ở Phụ lục C [1] và Bảng E.1 Phụ lục E [2] đều có giá trị giống
nhau. Có hai điểm khác của giữa hai tiêu chuẩn đó là SP 16.13330.2017 đã có bổ sung hệ số β xét
đến ảnh hưởng của ứng suất tiếp τx và tỷ lệ tiết diện cánh với bụng dầm và có kể đến ảnh hưởng của
bi mômen khi dầm chịu uốn. Giá trị cω phụ thuộc vào tỷ số σx/Ryyc và được xác định theo Bảng 10a
[2]. Khi tính toán dầm chịu uốn thuần túy, hệ số β được lấy bằng 1; giá trị của hệ số cx và cy được
thay bằng các hệ số tương ứng cxm = 0,5(1 + cx) và cym = 0,5(1 + cy)
τx ≤ 0,5 · Rs → β = 1
0,5 · Rs < τx ≤ 0,9 · Rs → β = 1 − 0,2
A f
/
Aw + 0,25
·
(
τx
Rs
)4
(2)
Kiểm tra dầm chịu cắt tại vị trí gối dầm khi Mx = 0,My = 0 của hai tiêu chuẩn được trình bày
trong Bảng 4.
- Tính toán dầm liên tục và dầm ngàm có tiết diện chữ I không thay đổi chịu uốn quanh trục khỏe,
chiều dài các nhịp lân cận khác nhau không quá 20%, chịu tải trọng tĩnh được đề cập tại mục 7.2.1.8
[1] và 8.2 (5–7) [2]. Cách tính tương tự nhau, tuy nhiên [2] yêu cầu áp dụng với tiết diện loại 2, tiết
diện đối xứng.
- Với dầm có tiết diện chữ I đối xứng sử dụng vật liệu của bản cánh và bản bụng khác nhau, mục
8.2.8 [2] cho phép sử dụng tiết diện loại 2 đối với loại dầm này. Tính toán dầm theo điều kiện bền khi
dầm thỏa mãn các yêu cầu của ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, ứng suất τx ≤ 0,9Rs và τy ≤ 0,5Rs
theo công thức:
42
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Bảng 4. Kiểm tra dầm tại gối tựa khi M = 0
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
fy ≤ 530MPa Ryn ≤ 440MPa
+ Chịu cắt với Vx (11)
τ =
V
tw · hw ≤ fv · γc
+ Chịu cắt với Vx (54)
α · Qx
tw · hw · Rs · γc ≤ 1
+ Chịu cắt với Vy (55)
α · Qy
2 · t f · b f · Rs · γc ≤ 1
Giá trị α kể đến bản bụng dầm bị giảm yếu,
tham khảo Bảng 2.
+ Uốn trong mặt phẳng chính (59)
Mx
cxr · βr ·Wxn · Ryw · γc ≤ 1 (3)
+ Uốn trong hai mặt phẳng (60)
Mx
cxr · βr ·Wxn · Ryw · γc +
My
1,15 ·Wyn · Ry f · γc ≤ 1 (4)
trong đó:
cxr =
(
A f /Aw
)
·
(
Ry f /Ryw
)
+ 0,25 − 0,0833/
(
Ry f /Ryw
)2(
A f /Aw
)
+ 0,167
(5)

τx ≤ 0,5 · Rs → βr = 1
0,5 · Rs < τx ≤ 0,9 · Rs → βr = 1 − 0,2(
A f
/
Aw
)
·
(
Ry f
/
Ryw
)
+ 0,25
·
(
τx
Rsw
)4
(6)
b. Kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định tổng thể
- Kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định tổng thể được đề cập ở mục 7.2.2 [1] và mục 8.4 [2]. Với
tiết diện loại 1 tính toán trong giai đoạn đàn hồi, ngoài ký hiệu và cách thể hiện công thức khác nhau,
các bước và nội dung kiểm tra các điều kiện của [1] và [2] là tương tự nhau và được trình bày ở Bảng 5.
Hệ số ổn định tổng thể ϕb được xác định tương ứng theo Phụ lục E [1] và Phụ lục G [2].
- Điều kiện không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm được nêu trong mục 7.2.2.2 [1] và 8.4.4
[2]. Phụ thuộc vào vị trí đặt tải trọng và giá trị tỷ số l0/b f mà không cần kiểm tra ổn định tổng thể của
dầm theo Bảng 13 [1]. Mục 8.4.6 [2] trình bày kiểm tra ổn định tổng thể đối với dầm có tiết diện loại
2 và 3 theo công thức tương tự như dầm có tiết diện loại 1 hoặc không cần kiểm tra khi có điều kiện
độ mảnh quy ước thỏa mãn mục 8.4.4 [2]. Trên đoạn dầm có xét đến biến dạng dẻo, độ mảnh dầm
được so sánh với δ · λub, tại tiết diện không xét đến biến dạng dẻo thì độ mảnh chỉ cần so sánh với λub.
43
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Bảng 5. Kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định tổng thể trong giai đoạn đàn hồi
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
Điều kiện
Công thức
tham chiếu
Điều kiện
Công thức
tham chiếu
+ Uốn trong
mặt phẳng
bản bụng
(16) + Uốn trong
mặt phẳng
bản bụng
(69)
+ Uốn hai
phương (70)
Mx
ϕb ·Wcx · Ry · γc ±
My
Wcy · Ry · γc ±
B
Wcω · Ry · γc ≤ 1
λb ≤ δ · λub
λb =
(
le f
/
b
) √
Ry f
/
(M/Wc · γc)
δ = 1 − 0,6 · (c1x − 1)/(cx − 1)
1 ≤ c1x = max
(
Mx
Wxn · Ry · γc ; β · cx
)
< cx
(7)
trong đó le f là chiều dài tính toán của cánh nén; b là bề rộng của bản cánh; β là hệ số, được xác định
theo công thức (2).
- Khi sử dụng các thanh chống làm điểm cố kết ở cánh nén của dầm, lực tác dụng lên thanh chống
Qfic được đề cập đến trong mục 8.4.5 [2]. Nếu cánh nén của dầm được cố kết liên tục thì tính toán
với lực phân bố quy ước q f ic.
Q f ic = 7,15 · 10−6 ·
(
2330 − E
/
Ry
)
· N (8)
N =
(
A f · r + 0,25 · Aw
)
· Ryw; r = Ry f
/
Ryw ≥ 1 (9)
q f ic = 3 · Q f ic
/
l (10)
trong đó A f là diện tích của bản cánh chịu nén; Aw là diện tích của bản bụng dầm.
c. Kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định cục bộ
- Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm: được trình bày ở mục 7.6.1.1 [1] và mục 8.5.1 [2].
Với tiết diện loại 1, điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng để không phải bố trí các đôi sườn được
đưa ra trong Bảng 6.
Đối với dầm có tiết diện loại 2 và 3 [2] cần phải đặt sườn tại các vị trí có xét đến biến dạng dẻo
với bất kỳ giá trị nào của λw. Các tiết diện không xét đến biến dạng dẻo thì tính tương tự như dầm có
tiết diện loại 1.
Mục 8.5.8 [2] có đề cập dầm có tiết diện loại 2 và 3 thỏa mãn điều kiện bền, ổn định tổng thể và
không có ứng suất cục bộ, điều kiện cục bộ sẽ đảm bảo nếu thỏa mãn công thức (11):
M
Ry f · γc · h2e f · tw ·
(
r · α f + α
) ≤ 1; r = Ry f
Ryw
≥ 1 (11)
trong đó α là hệ số, phụ thuộc vào độ mảnh của bản bụng và tỷ số ứng suất tiếp với cường độ chịu cắt.
Giá trị α được tra trong Bảng 18 [2].
- Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh dầm: được trình bày ở mục 7.6.3.1 [1] và mục 8.5.18 [2].
Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh được đưa ra trong Bảng 7.
44
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Bảng 6. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
+ Khi chịu tải trọng tĩnh, độ mảnh của bản bụng
λw ≤ 3,2;
+ Khi không có ứng suất cục bộ, bản bụng được
hàn 2 bên với bản cánh λw ≤ 3,5;
+ Khi chịu tải trọng động, độ mảnh của bản
bụng λw ≤ 2,2;
+ Khi không có ứng suất cục bộ, bản bụng được
hàn 1 bên với bản cánh λw ≤ 3,2;
+ Khi có ứng suất cục bộ, bản bụng được hàn 2
bên với bản cánh λw ≤ 2,5;
λw =
hw
tw
√
f
E
λw =
he f
tw
√
f
E
Bảng 7. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh dầm
TCVN 5575:2012 [1] SP 16.13330.2017 [2]
+ Trong giới hạn đàn hồi
b0/t f ≤ 0,5 ·
√
E/ f
+ Dầm có tiết diện loại 1 và dầm làm từ hai
loại thép
λ f =
(
be f /t f
) √
Ry f /E ≤ 0,5 ·
√
Ry f /σc
trong đó σc = M/Wxnc · γc
+ Kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo
b0/t f ≤ min
(
0,11 · (hw/tw) ; 0,5 ·
√
E/ f
)
Khi hw/tw ≤ 2,7 ·
√
f /E thì b0/t f = 0,3 ·
√
E/ f
+ Dầm có tiết diện loại 2 và 3 có bố trí sườn gia
cường cho bản bụng thỏa mãn 2,2 ≤ λw ≤ 5,5
λ f ≤ 0,5 ·
√
Ry f /σc
3. Ví dụ xác định độ võng cho phép của dầm có xét đến yếu tố sinh lý học
Tính toán dầm cần kiểm tra trạng thái giới hạn 2 về điều kiện sử dụng bình thường, TCVN
5575:2012 không đề cập đến kiểm tra độ võng của dầm có xét đến yếu tố sinh lý học (dao động ảnh
hưởng tới con người). Ví dụ bằng số trong phần này sẽ kiểm chứng độ võng cho phép của dầm khi
tính theo [1] và [8].
Bảng 8. Số liệu tính độ võng cho phép của dầm theo SP 20.13330.2016
Gia tốc trọng trường g (m/s2) 9,80 Tải trọng thường xuyên q (kN/m2) 2,5
Giá trị TC do người sinh ra p (kN/m2) 0,25 Giá trị tải trọng suy giảm p1 (kN/m2) 0,525
Hệ số α phụ thuộc sơ đồ tính 1 Tần số dao động của dầm n (Hz) 1,5
Trọng lượng người Q (kN) 0,8 Hệ số b 47,14
Độ võng cho phép của dầm theo yêu cầu
sinh lý học fu (mm)
32,0 Độ võng cho phép của dầm không phụ
thuộc vào rung động fu (mm)
45,0
Xét dầm thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn, nhịp l = 9 m, bước dầm a = 2,5 m, dầm đỡ sàn bê tông
cốt thép dày 100 mm. Các giá trị tính toán được cho trong Bảng 8. Theo TCVN 5575:2012 độ võng
cho phép của dầm là l/250, tương ứng với dầm nhịp 9 m thì độ võng cho phép là 36,0 mm. Như vậy
ở ví dụ trên độ võng cho phép của dầm có xét đến yếu tố sinh lý học khắt khe hơn so với độ võng cho
phép thông thường. So sánh giá trị độ võng cho phép của dầm thép theo [8] với [1] thì nhận thấy độ
võng cho phép của dầm theo [1] nhỏ hơn, có nghĩa là dầm thép thiết kế theo hệ thống TCVN sẽ cần
độ cứng lớn hơn, đồng nghĩa sẽ tốn vật liệu hơn.
45
Hà, N. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
4. Kết luận
Tiêu chuẩn “Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế” được dựa trên tiêu chuẩn của Liên Xô trước đây là
SNiP-II-23-81* (1982), đến nay đã có phiên bản cập nhật mới nhất là SP 16.13330.2017. Nhìn chung,
nguyên tắc thiết kế dầm thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn của [1] khá tương đồng với [2]. Sự phân loại
tiết diện đã cho thấy sự thay đổi rõ nhất của tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép LB Nga đã có sự định
hướng điều chỉnh theo hướng hội nhập với các tiêu chuẩn tiên tiến trên thế giới. Kiểm tra theo trạng
thái giới hạn thứ hai, bên cạnh yêu cầu về độ võng, [2] đã có sự bổ sung thêm điều kiện về rung động
của dầm. Cho phép kiểm tra dầm thép khi bản bụng và bản cánh được tổ hợp hai mác thép khác nhau.
Khi kiểm tra dầm theo điều kiện bền [2] đã kể đến bản bụng dầm có giảm yếu do lỗ bu lông bằng
hệ số α khi kiểm tra với lực cắt và hệ số β khi kể đến ảnh hưởng của ứng suất tiếp đến sự hình thành
của khớp dẻo. Với điều kiện ổn định tổng thể, [2] có cung cấp công thức để xác định lực tác dụng lên
thanh chống ở cánh nén của dầm. Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng và bản cánh của hai tiêu
chuẩn [1] và [2] tương đồng; với điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng [2] đưa ra giá trị giới hạn phụ
thuộc vào số lượng đường hàn liên kết bản bụng với bản cánh. Như vậy bên cạnh việc soát xét, hiệu
đính, bổ sung [1] cho đồng bộ, phù hợp và tiệm cận với các tiêu chuẩn quốc tế trong quá trình hội
nhập thì khi thiết kế dầm thép tổ hợp hàn có tiết diện chữ I hoàn toàn có thể sử dụng các phần mềm
với mô đun thiết kế kết cấu thép dựa trên [2] để đẩy mạnh quá trình tự động hóa thiết kế.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ của trường Đại học Xây dựng thông qua Đề tài Khoa
học và Công nghệ cấp trường mã số 98-2019/KHXD.
Tài liệu tham khảo
[1] TCVN 5575:2012. Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[2] SP 16.13330.2017. Code of rules-steel structures revised edition SNiP II-23-81* official edition. Ministry
of Construction, Housing and Utilities of the Russian Federation, Moscow.
[3] Long, L. M. (2019). Định hướng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và kết cấu thép. Hội thảo khoa
học toàn quốc lần thứ 31 về Định hướng phát triển hệ thống tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, 7–22.
[4] Long, L. M. (2019). Định hướng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia ngành xây dựng, danh mục tiêu chuẩn cốt
lõi, lộ trình thực hiện. Hội thảo định hướng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia ngành xây dựng, Bộ Xây dựng.
[5] Tuấn, V. A., Hòa, N. Đ., Hiếu, N. T. (2019). Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575:2012 - Thực
tế và định hướng. Hội thảo khoa học toàn quốc lần thứ 31 về Định hướng phát triển hệ thống tiêu chuẩn
Xây dựng Việt Nam, 74–84.
[6] Tuấn, V. A., Hòa, N. Đ. (2017). Thiết kế cột thép tổ hợp hàn có tiết diện chữ H theo TCVN 5575:2012 và
SP.16.13330.2011. Tạp chí Xây dựng, (8):216–218.
[7] TCVN 2737:1995. Tải trọng và tác động-Tiêu chuẩn thiết kế, bộ xây dựng, việt nam edition.
[8] SP 20.13330.2016. Code of practice-loads and actions, updated version SNiP 2.01.07-85* official edition.
Ministry of Construction, Housing and Utilities of the Russian Federation, Moscow.
[9] EN 1993-1-1 (2005). Eurocode 3: Design of steel structures, part 1.1: General rules and rules for build-
ing.
[10] ANSI/AISC 360-16 (2016). Specification for structural steel buildings. American Institute of Steel
Construction, Illinois.
[11] Karpilovsky, V., et al. (2018). SCAD office. Implementation of SNiP in computer-aided design applica-
tions. SCAD SOFT.
[12] SAP2000 v19. Steel frame design manual SP 16.13330.2011. Truy cập ngày 19/8/2019.
46