BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGÔ MẠNH TOÀN NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGÔ MẠNH TOÀN KHÓA: 2014-2016 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng công nghiệp 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 HỒNG SƠN Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn, người thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn khoa học giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa sau đại học nhà trường thầy cô giáo, người trang bị kiến thức cho suốt trình học tập Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ nhiệt tình đóng góp nhiều ý kiến quý báu để hoàn thành luận văn TÁC GIẢ LUẬN VĂN Ngô Mạnh Toàn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Ngô Mạnh Toàn MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài * Mục đích nghiên cứu * Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu * Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG VÀ KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN 1.1 Lịch sử phát triển kết cấu giàn mái không gian 1.1.1 Trong nước 1.1.2 Ngoài nước 1.2 Một số hệ giàn không gian tiếng giới 1.2.1 Hệ giàn MERO 1.2.2 Hệ giàn UNISTRUT 10 1.2.3 Hệ giàn OKTAPLATT 11 1.2.4 Hệ giàn HARLAY 12 1.3 Tổng quan kiểm định kết cấu giàn mái không gian 12 1.3.1 Quy định chung kiểm định kết cấu Việt Nam 13 1.3.2 Quy định chung kiểm định kết cấu nước 14 1.3.3 Nhận xét chung 17 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN 19 2.1 Cơ sở pháp lý kiểm định kết cấu giàn mái không gian 19 2.1.1 Nghị định 46/2015/NĐ-CP 19 2.1.2 Các tiêu chuẩn hành Việt Nam 21 2.1.3 Các tiêu chuẩn hành nước 22 2.1.4 Tổng quan quy định thử nghiệm thử tải tĩnh 26 2.2 Quy trình thử nghiệm phòng 28 2.2.1 Thử nghiệm kéo tổ hợp giàn 29 2.2.2 Kiểm định nút cầu 35 2.2.3 Kiểm định bu lông 36 2.2.4 Kiểm định giàn 37 2.3 Quy trình thử nghiệm kiểm định trường 38 2.3.1 Thu thập hồ sơ kết cấu giàn mái không gian 38 2.3.2 Kiểm tra sau lắp dựng 39 2.3.3 Tính toán kết cấu giàn mái không gian 40 2.3.4 Thử nghiệm thử tải tĩnh kết cấu giàn mái không gian 46 2.4 Trình tự thực kiểm định kết cấu giàn mái không gian 51 CHƯƠNG ÁP DỤNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN 56 3.1 Giàn mái Nhà thi đấu thể dục thể thao đa Tỉnh Bắc Kạn 56 3.1.1 Giới thiệu kết cấu giàn mái 56 3.1.2 Công tác kiểm định phòng 56 3.1.3 Công tác kiểm định trường 62 3.1.4 Đánh giá kết kiểm định 66 3.2 Giàn mái Nhà tập đa Trường THPT chuyên Nguyễn Huệ Hà Đông 68 3.2.1 Giới thiệu kết cấu giàn mái 68 3.2.2 Công tác thu thập hồ sơ trước thử tải trường 68 3.2.3 Công tác thử tải tĩnh trường 69 3.2.4 Đánh giá kết kiểm định 72 3.3 Giàn mái Nhà thi đấu thể thao đa Hải Phòng 73 3.3.1 Giới thiệu kết cấu giàn mái 73 3.3.2 Công tác thu thập hồ sơ trước thử tải trường 73 3.3.3 Công tác thử tải tĩnh trường 74 3.3.4 Đánh giá kết kiểm định 77 3.4 Giàn mái Nhà hát Ca, Múa, Nhạc Dân gian Việt Bắc 78 3.4.1 Giới thiệu kết cấu giàn mái 78 3.4.2 Công tác thu thập hồ sơ trước thử tải trường 78 3.4.3 Công tác thử tải tĩnh trường 79 3.4.4 Đánh giá kết kiểm định 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 83 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 2.1 Bảng phân cấp tải trọng thử nghiệm 32 Bảng 2.2 Sai số cho phép phương pháp kiểm tra nút cầu 35 Bảng 2.3 Hàm lượng nguyên tố, % thép C45 36 Bảng 2.4 Sai số cho phép phương pháp kiểm tra giàn 38 Bảng 3.1 Kết thử nghiệm cường độ mô đun đàn hồi vật liệu ống 57 Bảng 3.2 Kết thử nghiệm bu lông 57 Bảng 3.3 Kết thử nghiệm thành phần hóa vật liệu thép 58 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm kéo tổ hợp bu lông – cầu – bu lông 58 Bảng 3.5 Giá trị tải trọng thử nghiệm giàn 59 Bảng 3.6 Kết thử nghiệm kéo tổ hợp giàn 61 Bảng 3.7 Các cấp tải trọng thử nghiệm 64 Bảng 3.8 Kết so sánh chuyển vị đứng tính toán thử nghiệm 66 Bảng 3.9 Kết đánh giá hồ sơ quản lý chất lượng 69 Bảng 3.10 Các cấp tải trọng thử nghiệm 70 Bảng 3.11 Kết so sánh chuyển vị đứng tính toán thử nghiệm 72 Bảng 3.12 Kết đánh giá hồ sơ quản lý chất lượng 74 Bảng 3.13 Các cấp tải trọng thử nghiệm 74 Bảng 3.14 Kết so sánh chuyển vị đứng tính toán thử nghiệm 75 Bảng 3.15 Kết đánh giá hồ sơ quản lý chất lượng 78 Bảng 3.16 Các cấp tải trọng thử nghiệm 79 Bảng 3.17 Kết so sánh chuyển vị đứng tính toán thử nghiệm 81 Bảng A.1 Kết đo chuyển vị trình thử tải tĩnh DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Giàn mái nhà thi đấu thể thao đa Hình 1.2 Giàn mái công trình CLB Bơi lặn Đà Nẵng Hình 1.3 Giàn mái công trình Nhà biểu diễn đa Đà Nẵng Giàn mái Nhà hát Ca, Múa, Nhạc Dân gian Việt Bắc Hình 1.4 Kết cấu giàn mái công trình công cộng Hình 1.5 Kết cấu giàn mái công trình công nghiệp Hình 1.6 Nút giàn kiểu MERO 10 Hình 1.7 Nút giàn kiểu UNISTRUT 11 Hình 1.8 Nút kết cấu giàn kiểu OKTAPLATT 11 Hình 1.9 Nút giàn kiểu HARLAY 12 Hình 2.1 Chi tiết liên kết với nút giàn MERO 28 Hình 2.2 Cấu tạo giàn thép ống 30 Hình 2.3 Sơ đồ thử nghiệm kéo 32 Hình 2.4 Nút cầu bu lông 42 Hình 2.5 Cấu tạo đầu ống 44 Hình 2.6 Sơ đồ mặt mặt cắt kết cấu giàn mái 46 Hình 2.7 Sơ đồ khối quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian với công trình có tính đặc thù xây dựng 53 Hình 2.8 Sơ đồ khối quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian với công trình có tính đặc thù xây dựng xong 54 Hình 2.9 Sơ đồ khối quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian với công trình tính đặc thù 55 Hình 3.1 Sơ đồ thử nghiệm kéo thép ống 59 Hình 3.2 Biều đồ quan hệ P- *T (L ) kéo thép ống 62 Số hiệu hình Tên hình Hình 3.3 Mặt tổng thể kết cấu giàn mái 64 Hình 3.4 Mặt vị trí chất tải cánh 65 Hình 3.5 Mặt cắt thể vị trí gia tải điểm đo thử nghiệm 65 Hình 3.6 Mặt bố trí điểm đo cánh 66 Hình 3.7 Mặt tổng thể kết cấu giàn mái 70 Hình 3.8 Mặt bố trí điểm đo cánh 71 Hình 3.9 Mặt cắt thể vị trí gia tải điểm đo thử nghiệm 71 Hình 3.10 Mặt tổng thể kết cấu giàn mái 75 Hình 3.11 Mặt vị trí chất tải cánh 76 Hình 3.12 Mặt bố trí điểm đo cánh 76 Hình 3.13 Mặt cắt thể vị trí gia tải điểm đo thử nghiệm 77 Hình 3.14 Mặt vị trí chất tải cánh 80 Hình 3.15 Mặt bố trí điểm đo cánh 80 Hình 3.16 Mặt cắt thể vị trí gia tải điểm đo thử nghiệm 81 Hình A.1 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị Hình A.2 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị Hình A.3 Sai số kích thước theo trục đường chéo Hình A.4 Sai số cao độ đáy cầu Hình A.5 Vị trí kiểm tra mối hàn gối đỡ Hình A.6 Thử nghiệm kéo bu lông – nút cầu – bu lông Hình A.7 Thử nghiệm kéo tổ hợp giàn Hình A.8 Thử nghiệm kiểm tra lực xiết bu lông Hình A.9 Thử nghiệm thử tải tĩnh Hình A.10 Thử nghiệm thử tải tĩnh 1 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Kết cấu giàn mái không gian, loại nút liên kết theo kiểu MERO – loại nút cầu, năm gần áp dụng làm kết cấu chịu lực cho mái nhiều công trình nước ta Các công trình có sử dụng kết cấu giàn mái không gian Việt Nam, kết cấu giàn mái sử dụng tiêu chuẩn nước để thiết kế Khi nghiệm thu công tác gia công, lắp dựng loại kết cấu trước đưa vào sử dụng việc chứng nhận đảm bảo an toàn chịu lực ưu tiên hàng đầu đặc thù loại kết cấu phủ mặt rộng, phía bên tập trung đông người Các tiêu chuẩn hành kiểm định kết cấu công trình Việt Nam áp dụng cho kết cấu thép nói chung kết cấu giàn không gian nói riêng, chủ yếu tập trung quy định việc thử nghiệm thành phần lý, thành phần hóa học phận chi tiết kết cấu, gồm vật liệu thép bu lông, đường hàn liên kết Các đơn vị kiểm định nước thực phép thử hạng mục kết cấu giàn mái không gian Còn kết cấu giàn mái không gian công trình dân dụng có tính chất đặc thù (công trình quan trọng, tập trung đông người) với điều kiện như: vượt nhịp lớn, diện tích phủ mặt rộng tùy loại dự án, công tác kiểm định có thêm phần đánh giá trường thử tải tĩnh Tiêu chuẩn thử nghiệm thử tải tĩnh loại kết cấu chưa có Việt Nam, đơn vị kiểm định áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài, thường dùng tiêu chuẩn Trung Quốc Bản thân tác giả Luận văn thực thử nghiệm thử tải tĩnh nhiều kết cấu giàn mái không gian trước đưa vào sử dụng Khi so sánh kết đo chuyển vị, thấy kết thu thực nghiệm lớn so với kết tính toán lý thuyết thông thường (khoảng 10%) 2 Từ phân tích nêu trên, đề tài “Nghiên cứu quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian” có tính cấp thiết tính thực tiễn cao * Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu pháp lý quy định công tác kiểm định kết cấu giàn mái không gian Nghiên cứu, tìm hiểu số tiêu chuẩn Việt Nam nước để đề xuất quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian, phù hợp với điều kiện Việt Nam * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: kết cấu giàn mái không gian, nút liên kết loại MERO với cấu tạo theo mô đun cho giàn MERO, gồm ống, côn, ống lồng, bu lông, cầu liên kết - Phạm vi nghiên cứu: cách kiểm định phận cấu thành kết cấu giàn mái không gian, phương pháp đánh giá khả chịu lực thực tế kết cấu giàn mái không gian chịu tĩnh tải hoạt tải sửa chữa * Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu tài liệu kết cấu giàn mái không gian Tìm hiểu tiêu chuẩn kiểm định kết cấu giàn mái không gian, ưu tiên tiêu chuẩn hành Việt Nam Thu thập số liệu thử nghiệm phòng trường mà đơn vị kiểm định nước thực với kết cấu giàn mái không gian * Cấu trúc luận văn Luận văn có phần mở đầu, ba chương, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, kèm phụ lục Ba chương luận văn viết theo trình tự sau: Chương Tổng quan sử dụng kiểm định kết cấu giàn mái không gian Chương Nghiên cứu quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian Chương Áp dụng quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian THÔNG BÁO Để xem phần văn 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: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu tài liệu pháp lý Việt Nam nước kiểm định kết cấu giàn mái không gian, luận văn đạt kết sau: - Nghiên cứu tổng quan kiểm định kết cấu giàn mái không gian; - Đã đề xuất quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian phù hợp với điều kiện lực đơn vị kiểm định Việt Nam; - Kiểm chứng đề xuất quy trình kiểm định với số kết cấu giàn mái không gian đơn vị nước thực kiểm định Từ kết nghiên cứu, rút số nhận xét sau: - Kiểm định kết cấu giàn mái không gian trình từ việc tính toán lý thuyết lấy mẫu thử nghiệm phòng thử nghiệm trường; - Các thử nghiệm thành phần lý, thành phần hóa phận chi tiết kết cấu giàn mái không gian, gồm vật liệu thép bu lông, đường hàn liên kết quy định rõ tiêu chuẩn kiểm định kết cấu thép Việt Nam; - Thử nghiệm kéo bu lông – nút cầu – bu lông thử nghiệm kéo tổ hợp giàn công việc cần thiết giúp đơn vị thiết kế lựa chọn hợp lý phận giàn; - Công tác thử tải tĩnh trường cần thiết kết giàn mái không gian công trình có tính đặc thù phục vụ công tác chứng nhận an toàn chịu lực; lại phải thực công tác đo võng tải trọng hệ thống mái sau lắp dựng xong kết cấu giàn không gian 88 Kiến nghị Kết luận văn lập quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian loại Mero thử tải với tải trọng tĩnh, cần có nghiên cứu thêm cho kết cấu thép vượt nhịp lớn, tháp, trụ chịu tải trọng gió nhiệt độ Hiện nay, theo liệt kê kết thực luận văn, có nhiều tiêu chuẩn phương pháp thử mà Việt Nam chưa có, cần có kế hoạch nghiên cứu, biên soạn ban hành tài liệu chuẩn để làm sở cho việc triển khai phép thử liên quan Quy trình kiểm định lập thành Tiêu chuẩn thử tải tĩnh kết cấu giàn mái không gian, trước cần phải có Tiêu chuẩn thiết kế loại kết cấu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Tiến Chương (2007), Kết cấu giàn lưới không gian kim loại Chỉ dẫn thiết kế, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Công ty Tư vấn Kiểm định Thái Nguyên (2008), Báo cáo kết kiểm định kết cấu giàn mái công trình Nhà thi đấu thể dục thể thao đa Tỉnh Bắc Kạn Nghị định Chính phủ 46/2015/NĐ-CP ngày 12 tháng 05 năm 2015, Quản lý chất lượng bảo trì công trình xây dựng Nguyễn Văn Liên, Nguyễn Tiến Chương, Lê Thanh Huấn, Ngô Mạnh Toàn (2001), Báo cáo tổng kết đề tài khoa học giàn lưới kim loại Mã số RD 37-98, Viện KHCN Xây dựng, Bộ Xây dựng Nguyễn Hồng Sơn, Nguyễn Lệ Thủy (2014), Báo cáo tổng kết kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Nghiên cứu cấu tạo tính toán giàn thép có mái lợp nhẹ theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Võ Văn Thảo (1996), Phương pháp khảo sát – nghiên cứu thực nghiệm công trình, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 197: 2002, Vật liệu kim loại – Thử kéo nhiệt độ thường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765: 1975, Thép cacbon – kết cấu thông thường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1766: 1975, Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1916: 1995, Bu lông, vít, vít cấy đai ốc - yêu cầu kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 : 1995, Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575 : 2012, Kết cấu thép – Tiêu chuẩn xây dựng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Viện KHCN Xây dựng (2010), Báo cáo kết kiểm định kết cấu giàn mái công trình Nhà tập đa Trường THPT chuyên Nguyễn Huệ Hà Đông 14 Viện KHCN Xây dựng (2015), Báo cáo kết kiểm định kết cấu giàn mái công trình Nhà hát Ca, Múa, Nhạc Dân gian Việt Bắc 15 Viện Địa kỹ thuật (2009), Báo cáo kết kiểm định kết cấu giàn mái công trình Nhà thi đấu thể thao đa Hải Phòng Tiếng Anh: 16 ASTM E 73:83 (1983) Standard practice for static load testing of truss assemblies 17 ASTM E165: 2002, Liquid Penetrant Examination 18 ICC (2009), International Building Code 19 JGJ 7: 91 (1991), Specification for design and construction of space frame structure, Nhà xuất công nghiệp xây dựng Bắc Kinh 20 JGJ 78: 91 (1991), Standard for quality inspection and appraisal of space frame structure, Nhà xuất Công nghiệp xây dựng Bắc Kinh Tiếng Nga: 21 СП 70.13330.2012, Несущие и ограждающие конструкции, Moscow  ... Tổng quan sử dụng kiểm định kết cấu giàn mái không gian Chương Nghiên cứu quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian Chương Áp dụng quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian THÔNG BÁO... tĩnh kết cấu giàn mái không gian 46 2.4 Trình tự thực kiểm định kết cấu giàn mái không gian 51 CHƯƠNG ÁP DỤNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU GIÀN MÁI KHÔNG GIAN 56 3.1 Giàn mái Nhà... Nghiên cứu quy trình kiểm định kết cấu giàn mái không gian có tính cấp thiết tính thực tiễn cao * Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu pháp lý quy định công tác kiểm định kết cấu giàn mái