Tóm tắt Luận án Nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa bằng thực nghiệm

1 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG BỘ XÂY DỰNG 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 
NGUYỄN ĐỨC VIỆT 
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP 
CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA BẰNG THỰC NGHIỆM 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và Công 
nghiệp 
Mã số: 62.58.02.08 
HÀ NỘI - 2016 
2 
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – BỘ XÂY DỰNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS. TS NGUYỄN VÕ THÔNG 
2. GS. TS PHẠM VĂN HỘI 
Phản biện 1: GS.TS. ĐOÀN ĐÌNH KIẾN 
Phản biện 2: PGS.TS. NGÔ VĂN XIÊM 
Phản biện 3: PGS.TS. VŨ QUỐC ANH 
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện theo 
Quyết định số . ngày .tháng năm. của Giám đốc Viện 
Khoa học công nghệ xây dựng, họp tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng 
vào hồi  giờ . ngày tháng. năm 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Viện Khoa học công nghệ xây dựng. 
- Thư viện Quốc gia
3 
PHẦN MỞ ĐẦU 
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 
Ở nước ta hiện nay, kết cấu thép chịu lực được sử dụng một cách phổ biến.Trong các 
công trình nhà có kết cấu thép chịu lực, khi xảy ra cháy, các kết cấu thép sẽ nhanh 
chóng bị biến dạng gây sập đổ công trình. Kết cấu thép khi không được bảo vệ 
chống cháy, thời gian chịu lửa chỉ từ 15 phút đến 24 phút. Do đó, giải pháp bảo vệ 
kết cấu thép chịu tác động của lửa nhằm tăng giới hạn chịu lửa là vấn đề hết sức 
quan trọng trong xây dựng. Khi nghiên cứu về giải pháp bọc thạch cao bảo vệ chống 
cháy đối với kết cấu thép, các vấn đề sau cần phải được làm sáng tỏ cả lý thuyết và 
thực nghiệm. Đó là: 
- Việc sử dụng hệ số dẫn nhiệt của các tấm thạch cao do các nhà sản xuất cung cấp 
để tính toán có phù hợp với điều kiện làm việc và có đảm bảo an toàn cho kết cấu 
được bảo vệ không. 
- Các tham số ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao bảo vệ chống cháy 
khi các tấm này bị ẩm, do độ ẩm của không khí và tác động gia nhiệt để làm thoát 
hết nước trong tấm. 
- Ảnh hưởng khi tác động đồng thời của lửa lên số mặt của cấu kiện được bảo vệ 1, 
2, 3, hoặc 4 mặt. 
- Ảnh hưởng của chiều dày lớp không khí giữa tấm thạch cao và cánh của cột thép. 
- Ảnh hưởng của chiều dày tấm thạch cao đến khả năng thoát nước do ẩm trong tấm 
thạch cao, làm ảnh hưởng gián tiếp đến hệ số truyền nhiệt trong giai đoạn thoát nước 
- Các yếu tố ảnh hưởng khác. 
Hiện nay, kết cấu thép chịu lực chính dùng phổ biến là kết cấu khung. Trong kết cấu 
này, cột đóng vai trò quan trọng, do vậy nghiên cứu sinh chọn hướng nghiên cứu của 
luận án là “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa bằng 
thực nghiệm”. Phạm vi của luận án tập trung nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc 
của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc 
dạng hộp chịu tác động của lửa. 
1. Mục đích của luận án 
Nghiên cứu xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống cháy và sự làm việc 
của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc 
dạng hộp chịu tác động của lửa. 
2. Đối tƣợng nghiên cứu 
Cột thép chịu nén đúng tâm được bọc tấm thạch cao dạng hộp chịu tác động của lửa. 
 3. Nội dung nghiên cứu 
- Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa, 
từ đó lựa chọn giải pháp bảo vệ phù hợp. Xác định được những vấn đề cần làm sáng 
tỏ cho giải pháp đó để phù hợp với thực tiễn tác động của một đám cháy và điều kiện 
khí hậu ẩm của Việt Nam. 
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống 
cháy trong điều kiện khí hậu ẩm của Việt Nam. 
- Cách xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao cho phù hợp với điều kiện thực tế, 
đó là khi đám cháy xảy ra thì trong các tấm thạch cao vẫn có một lượng nước nhất 
4 
định do tác động của không khí ẩm và quá trình thoát nước này có ảnh hưởng đến hệ 
số dẫn nhiệt của tấm thạch cao. 
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình truyền nhiệt trong vật rắn, sau đó truyền 
qua môi trường không khí khi hệ số dẫn nhiệt trong vật rắn thay đổi. Từ đó xây dựng 
mô hình tính toán sự truyền nhiệt trong kết cấu được bọc tấm thạch cao chống cháy, 
có kể đến ảnh hưởng của hiện tượng đối lưu và bức xạ khi truyền nhiệt qua lớp 
không khí. 
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ứng xử cơ học của kết cấu khi chịu tác động của tải 
trọng và tác động của lửa cho cấu kiện cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm 
thạch cao chống cháy. Từ đó xây dựng quy trình thuật toán tính kết cấu cột có và 
không có lớp bọc bảo vệ bằng thạch cao chống cháy dạng hộp chịu tác động của đám 
cháy tiêu chuẩn. 
- Từ các mô hình đã lập, so sánh và phân tích ảnh hưởng của các tham số chính đến 
sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa. 
- Thí nghiệm kiểm chứng ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt 
và khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc 
dạng hộp dưới tác dụng của lửa. 
4. Phƣơng pháp nghiên cứu 
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định giá trị của hệ số dẫn nhiệt của tấm 
thạch cao biến thiên theo quá trình mất nước do tác động của đám cháy tiêu chuẩn 
gây ra. 
- Sử dụng hệ số dẫn nhiệt đã xác định được để nghiên cứu sự làm việc của cột thép 
chịu nén đúng tâm, được và không được bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy 
chịu tác động của lửa. 
- Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, rút ra các kết quả nghiên cứu 
của luận án. 
 5. Phạm vi nghiên cứu: 
Cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc dạng 
hộp chịu tác động của lửa. 
 6. Những đóng góp mới của luận án 
- Đưa ra được giải pháp bảo vệ cột thép chịu tác động của lửa phù hợp với điều kiện 
Việt nam. 
- Xây dựng được quy trình xác định hệ số dẫn nhiệt có kể đến quá trình mất nước 
trong tấm thạch cao do tác động của đám cháy tiêu chuẩn phục vụ cho việc tính toán 
thời gian chịu lửa của kết cấu thép. 
- Đã xét được các tham số ảnh hưởng chính liên quan trực tiếp đến các thông số thiết 
kế, đánh giá cho giải pháp bảo vệ kết cấu chịu tác động của lửa bằng bọc tấm thạch 
cao dạng hộp gồm: kích thước hình học của cột thép; chiều dày lớp thạch cao bảo 
vệ; hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao lấy theo thông số do nhà sản xuất cung cấp và 
theo thông số xác định từ thực nghiệm; tác dụng nhiệt theo 3 mặt và theo 4 mặt; 
khoảng cách thông thủy giữa tấm thạch cao và bề mặt cột thép; ảnh hưởng của giải 
pháp bảo vệ; tải trọng nén đúng tâm đến sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực cho 
mô hình cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy 
5 
dạng hộp dưới tác dụng của lửa. 
- Đã thí nghiệm kiểm chứng, so sánh với kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm 
cho trường hợp cột chịu nén đúng tâm được bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống 
cháy và trường hợp không bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy. 
 7. Cấu trúc luận án 
Ngoài các phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục các tài liệu tham khảo, các 
công trình khoa học đã công bố, các phụ lục hình vẽ, bảng biểu, luận án được bố cục 
trong 4 chương: Chƣơng 1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác 
động của lửa và lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chƣơng 
2:Nghiên cứu các yếu tố gián tiếp ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao 
trong quá trình xảy ra cháy. Chƣơng 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số đến 
sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa Chƣơng 4: 
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt và 
khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc 
dạng hộp dưới tác dụng của lửa. 
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU 
THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP 
VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 
Đã tiến hành tổng quan theo các nội dung 1) Các giải pháp bảo vệ cột thép khỏi tác 
dụng của lửa như Xây gạch ốp bên ngoài; Tạo lớp bê tông, cốt lưới thép bao xung 
quanh cấu kiện; Ốp bên ngoài bằng vật liệu không cháy có hệ số dẫn nhiệt thấp (tấm 
thạch cao chống cháy); Phun lớp vữa bảo vệ bên ngoài cấu kiện; Sơn chống cháy; 2) 
Đã làm rõ các quy định và nghiên cứu trong và ngoài nước về bảo vệ cột thép chịu 
tác động của lửa trong nước và trên thế giới; 3) Đã đưa ra các nghiên cứu về ứng xử 
của cột thép được và không được bảo vệ trong điều kiện cháy trên thế giới và trong 
nước. Từ tổng quan đã nhận xét rút ra: để nghiên cứu về giải pháp bảo vệ kết cấu 
thép bằng bọc tấm thạch cao chống cháy bọc dạng hộp thì cần làm rõ các nội dung 
sau: 
- Sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao theo mức độ mất nước dưới tác 
động của một đám cháy tiêu chuẩn. 
- Các yếu tố thực tiễn có ảnh hưởng đến mức độ tổn hao nước trong tấm thạch cao: 
gia nhiệt (cháy) 1 mặt hay ở cả 2 mặt của tấm thạch cao; chiều dầy tấm thạch cao; 
cường độ (tốc độ) gia nhiệt; số lượng tấm để tạo chiều dầy ốp... 
4) Đã nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa phù hợp với 
điều kiện Việt Nam dựa trên các điều kiện kinh tế - kỹ thuật; điều tra khảo sát tại 
một số thành phố lớn ở Việt nam. 
Từ các nghiên cứu tại chương 1, tác giả luận án đã rút ra một số kết luận như sau: 
- Đối với kết cấu thép không được bảo vệ khi chịu tác động của nhiệt độ cao thì tính 
chất cơ học của thép giảm dần và nhiệt độ giới hạn của thép là trong khoảng từ 
500°C đến 550°C. Với nhiệt độ giới hạn này thì thời gian chịu tác dụng của lửa mà 
kết cấu không bị sụp đổ là tương đối thấp trong khoảng từ 15 đến 24 phút. 
- Các tiêu chuẩn trên thế giới có quy định về việc bảo vệ kết cấu thép để kết cấu đảm 
bảo được thời gian chịu lửa theo quy định đối với từng loại công trình cụ thể. Trong 
6 
QCVN 06:2010/BXD có quy định thời gian chịu lửa tối thiểu là 90 phút đối với các 
kết cấu chịu lực có bậc chịu lửa II, III thậm chí lên đến 150 phút đối với kết cấu có 
bậc chịu lửa I. Vì vậy, cần phải có giải pháp bảo vệ kết cấu thép để phù hợp với các 
quy định về bậc chịu lửa của kết cấu thép chịu lực như là dầm thép và cột thép. 
- Hiện nay, có nhiều giải pháp bảo vệ kết cấu thép khỏi tác động của lửa như xây 
gạch ốp bên ngoài, tạo lớp bê tông, lớp xi măng có cốt là lưới thép bao xung quanh 
cấu kiện, ốp bên ngoài bằng vật liệu chống cháy như tấm thạch cao, phu lớp vữa bảo 
vệ bên ngoài, sử dụng sơn chống cháy. Luận án đã tiến hành khảo sát việc sử dụng 
các giải pháp bảo vệ tại một số thành phố và tiến hành so sánh về kinh tế giữa giải 
pháp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc dạng hộp và bằng sơn phủ. Các kết quả so sánh 
đã chỉ ra trong các giải pháp bảo vệ, việc sử dụng tấm thạch cao hiện là phổ biến hơn 
cả và có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tốt hơn, đáp ứng điều kiện kinh tế và quy định kỹ 
thuật của Việt Nam. 
- Các nghiên cứu về ứng xử của cột thép được bảo vệ bởi tấm thạch cao bọc dạng 
hộp cũng đã được đề cập đến trong một số nghiên cứu trong nước và trên thế giới. 
Tuy nhiên các công trình đã nghiên cứu này chưa đề cập đến ảnh hưởng của độ ẩm 
thực tế có trong các tấm thạch cao đến khả năng cách nhiệt của nó khi có đám cháy 
xảy ra. Việc tính toán khả năng bảo vệ của tấm thạch cao chống cháy vẫn dựa trên cơ 
sở hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao là hằng số ứng với tấm thạch cao đã mất nước 
hoàn toàn, do hãng sản xuất cung cấp, trong khi tại thời điểm bị cháy, trong các tấm 
thạch cao vẫn có một lượng nước do tác động của không khí ẩm. Tác động của nhiệt 
trong quá trình cháy sẽ làm cho lượng nước này mất dần, làm cho hệ số dẫn nhiệt 
thay đổi. Vì vậy việc tính toán thời gian cách nhiệt an toàn cho kết cấu được bảo vệ 
khi sử dụng giá trị của hệ số dẫn nhiệt thay đổi do kể đến ảnh hưởng của quá trình 
mất nước sẽ cho kết quả sát với thực tiễn, đảm bảo an toàn cho kết cấu. 
- Định hướng nội dung nghiên cứu chính của luận án ở các chương tiếp theo là: 
+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ mất nước trong tấm thạch cao, qua 
đó tìm mối liên hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng này đến sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt 
trong điều kiện chịu tác động của quy luật đám cháy tiêu chuẩn. 
+ Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao theo 
mức độ mất nước trong tấm dưới tác động của đám cháy tiêu chuẩn. 
+ Nghiên cứu thực nghiệm bằng mô hình để kiểm chứng tổng hợp các kết quả đã 
nghiên cứu trên. 
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ GIÁN TIẾP ẢNH HƢỞNG 
ĐẾN HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA TẤM THẠCH CAO TRONG QUÁ TRÌNH 
XẢY RA CHÁY 
Nội dung chương 2 trình bày phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt phục vụ công tác 
thiết kế bảo vệ kết cấu khi bị cháy và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về ảnh 
hưởng của các tham số đến khả năng mất nước trong tấm thạch cao, gồm: (1) Trạng 
thái gia nhiệt; (2) Chiều dày tấm thạch cao chống cháy; (3) Tốc độ gia nhiệt. Do tác 
động của không khí ẩm, các tấm thạch cao thường không ở trạng thái mất nước hoàn 
toàn mà có một lượng nước nhất định. Lượng nước này trong tấm thạch cao sẽ giảm 
dần đến trạng thái mất nước hoàn toàn do tác động của đám cháy. Cùng với quá trình 
7 
mất nước này, hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao cũng sẽ biến thiên giảm dần theo 
thời gian bị tác động do cháy. 
2.1. Phƣơng pháp thí nghiệm để xác định hệ số dẫn nhiệt 
a. Phƣơng pháp thí nghiệm do nhà sản xuất thực hiện 
Trong các công trình nghiên cứu trước đây, việc xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu 
cách nhiệt được thực hiện trong điều kiện gia nhiệt ổn định và tác động nhiệt cả hai 
mặt, không tính đến ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt, tốc độ khô của tấm thạch cao và 
độ mở vết nứt khi tấm chịu tác động của nhiệt độ. Giá trị độ dẫn nhiệt của tấm thạch 
cao được lấy bằng hằng số, ứng với trạng thái tấm thạch cao bị mất nước hoàn toàn. 
Căn cứ vào phương pháp để xác định hệ số dẫn nhiệt nêu trên cho thấy có một số 
yếu tố chưa phù hợp với điều kiện làm việc của tấm thạch cao khi bị tác động của lửa 
do đám cháy gây ra, cụ thể: 
- Khi đám cháy xảy ra, do tác động của không khí ẩm trong môi trường tấm thạch 
cao làm việc nên tồn tại một lượng nước nhất định trong tấm. Lượng nước này sẽ 
làm cho hệ số dẫn nhiệt ở trạng thái ban đầu lớn hơn hệ số dẫn nhiệt mà nhà sản xuất 
đã cung cấp theo phương pháp xác định như trên. 
- Việc thoát hết lượng nước còn tồn tại trong tấm thạch cao phụ thuộc vào nhiều yếu 
tố như: (1) trạng thái gia nhiệt (tác động gia nhiệt của đám cháy chỉ tác động lên một 
mặt của tấm thạch cao); (2) chiều dầy của tấm thạch cao; (3) cường độ gia nhiệt. 
Như vậy, trong thời gian bảo vệ kết cấu khi chịu tác động của đám cháy, hệ số dẫn 
nhiệt của tấm thạch cao sẽ thay đổi theo hướng giảm dần cùng quá trình mất nước có 
trong tấm. Khi lượng nước trong tấm mất hết thì hệ số dẫn nhiệt mới ổn định và có 
giá trị bằng hằng số. 
b. Phƣơng pháp thí nghiệm đề xuất trong luận án 
Để xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao bảo vệ kết cấu thép trong điều kiện bị 
cháy, trong luận án đã tiến hành xác định hệ số dẫn nhiệt bằng cách gia nhiệt theo 
một mặt bằng lò điện. Nhiệt độ được gia nhiệt tại mặt nóng (trong lò) theo đường 
cong gia nhiệt ... ột thép chịu nén đúng tâm, tải trọng nén 25 
tấn/ cột được bọc thạch cao chống cháy dạng hộp và trường hợp không bọc thạch cao 
chống cháy dạng hộp. 02 thông số chính mà luận án cần xác định gồm: 
- Xác định nhiệt độ tại các điểm khác nhau theo chiều cao của cột thép. 
- Xác định chuyển vị theo hai phương x, y tại 04 vị trí dọc theo chiều cao của cột 
thép. 
a – Đo nhiệt độ: Các đầu đo nhiệt độ được bố trí ở 03 mặt cắt dọc theo chiều cao cột 
21 
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
CH¸Y
T
x
y
2
1 8 9
Các điểm đo nhiệt độ tại MC 1-1 và 2 – 2 
Tổng số: 9 vị trí 1,2,3,4,5,6,7,8,9 
Các điểm đo nhiệt độ tại MC 3-3 
Tổng số: 4 vị trí 1,2,8,9 
Hình 4.1. Các vị trí đo nhiệt độ của cột thép được bọc thạch cao bảo vệ 
CH¸Y
x
y
4 8
1
2
3
5
6
7
CH¸Y
x
y
4 8
1
2
3
5
6
7
Các điểm đo nhiệt độ tại MC 1-1 và 2 – 2 
Tổng số: 8 vị trí 1,2,3,4,5,6,7,8 
Các điểm đo nhiệt độ tại MC 3-3 
Tổng số: 8 vị trí 1,2,3,4,5,6,7,8 
Hình 4.2. Các vị trí đo nhiệt độ của cột thép không bọc thạch cao bảo vệ 
b – Đo chuyển vị: Các vị trí cần xác định ở 04 vị trí dọc theo chiều cao cột 
4.1. Quy trình thí nghiệm xác định chuyển vị và nhiệt độ đối với 02 cột thép 
đƣợc bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc dạng hộp 
- Lắp dựng 02 cột được bọc bảo vệ vào lò đốt, mỗi cột được bọc bằng thạch cao 
chống cháy dầy 12.7mm và 15.8 mm. 
- Lắp dựng các vách (tấm) bằng thép được bọc thủy tinh cách nhiệt vào các vị trí hở 
mặt lò đảm bảo 03 mặt của cột chịu tác động của lửa, 01 mặt không chịu tác động 
của lửa. 
- Lắp dựng các thanh thép ngang, giữ các tấm thép trên mặt lò 
- Đưa gối tạo liên kết khớp vào mặt trên của cột thép 
- Lắp dựng các kích gia tải 
- Lắp dựng cột để gắn các đầu đo chuyển vị 
- Lắp đặt các đầu đo chuyển vị 
- Tiến hành gia tải, tải trọng nén 25 tấn / cột. 
- Chèn bịt bông thủy tinh vào các vị trí hở 
- Tiến hành thí nghiệm 
- Kết thúc thí nghiệm 
4.2. Quy trình Thí nghiệm xác định chuyển vị và nhiệt độ đối với 01 cột thép 
không đƣợc bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc dạng hộp 
- Lắp dựng 01 cột thép không được bọc bảo vệ vào lò đốt; đưa gối tạo liên kết khớp 
vào mặt trên của cột thép; lắp dựng các kích gia tải 
- Lắp dựng cột để gắn các đầu đo chuyển vị; lắp đặt các đầu đo chuyển vị 
22 
- Tiến hành gia tải, tải trọng nén 25 tấn / cột. 
- Chèn bịt bông thủy tinh vào các vị trí hở 
- Tiến hành thí nghiệm 
- Kết thúc thí nghiệm 
4.3. Kết quả thí nghiệm 
a. Nhiệt độ: 
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 1 (1) Điểm 1 (2) Nhiệt độ lò
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 3 (1) Điểm 7 (1) Điểm 3 (2)
Điểm 4 (1) Điểm 6 (1) Điểm 7 (2)
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
Hình 4.3. Nhiệt độ tại các điểm đo trên tấm 
thạch cao tiếp xúc với lửa(cột H150 được 
bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao GYPROC 
12,7mm) 
Hình 4.4. Nhiệt độ tại các điểm đo trên cột 
thép (cột H150 được bọc bảo vệ bằng tấm 
thạch cao GYPROC 12,7mm) 
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 9 (1) Điểm 9 (2) Nhiệt độ lò
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 9 (1) Điểm 1 (1)
Điểm 5 (1) Điểm 9 (2)
Nhiệt độ lò
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
Hình 4.5. Nhiệt độ tại các điểm đo trên tấm 
thạch cao tiếp xúc với môi trường 
(cột H150 được bọc bảo vệ bằng tấm thạch 
cao GYPROC 12,7mm) 
Hình 4.6. Nhiệt độ tại các điểm đo (cột H150 
được bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao 
GYPROC 15,8mm) 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 10 20 30 40 50
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 4 (1) Điểm 5 (1) Điểm 7 (1) Điểm 8 (1)
Điểm 2 (1) Điểm 5 (1) Điểm 6 (1) Điểm 7 (2)
Điểm 8 (2) Điểm 1 (1) Điểm 2 (2) Điểm 3 (1)
Điểm 6 (2) Điểm 7 (3) Điểm 8 (3) Nhiệt độ lò
CH¸Y
x
y
4 8
1
2
3
5
6
7
Hình 4.7. Nhiệt độ tại các điểm đo trên cột 
thép (cột H150 được bọc bảo vệ bằng tấm 
thạch cao GYPROC 15,8mm) 
23 
b. Chuyển vị: 
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian (phút)
Thí nghiệm - Giữa cột (1)
Thí nghiệm - Giữa cột (2)
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian (phút)
TN - Giữa cột (1)
TN - Giữa cột (2)
TN - Giữa cột (3)
TN - Giữa cột (4)
Hình 4.8. Chuyển vị cột thép H150 được 
bảo vệ bằng tấm thạch cao 12,7 mm 
Hình 4.9. Chuyển vị cột thép H150 
được bảo vệ bằng tấm thạch cao 15,8 
mm 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 10 20 30 40 50 60
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian (phút)
Chuyển vị tại giữa cột
Hình 4.10. Chuyển vị cột thép H150 khi 
không được bảo vệ 
4.4. So sánh với kết quả tính toán 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t đ
ộ
 (C
)
Thời gian (phút)
TN-Điểm 1 (1)
TN-Điểm 1 (2)
Tính toán
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 3 (1) Điểm 7 (1)
Điểm 3 (2) Điểm 4 (1)
Điểm 6 (1) Điểm 7 (2)
Tính toán - Điểm 4
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
Hình 4.11. So sánh nhiệt độ tại tấm thạch 
cao tiếp xúc với lửa 
Hình 4.12. So sánh nhiệt độ tại các điểm 
trên cột thép 
24 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 9 (1)
Điểm 9 (2)
Tính toán - Điểm 9
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian (phút)
Thí nghiệm - Giữa cột (1)
Thí nghiệm - Giữa cột (2)
Tính toán - Giữa cột
Hình 4.13. So sánh nhiệt độ tại tấm thạch 
cao tiếp xúc với môi trường 
Hình 4.14. So sánh chuyển vị ngang của cột 
thép được bảo vệ bằng tấm 12,7mm giữa 
tính toán và thí nghiệm 
Bảng 4.1: So sánh nhiệt độ, chuyển vị và thời gian chịu lửa của cột thép được bảo vệ bằng 
tấm thạch cao GYPROC 12,7mm 
Nhiệt độ cột thép thí nghiệm (0C) tại 
70 phút 
Chuyển vị ngang lớn nhất 
(mm) 
Thời gian chịu lửa 
(phút) 
Tính toán Thí nghiệm Tính toán Thí nghiệm Tính toán 
Thí 
nghiệm 
550 580 10 8 70 60 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 9 (1)
Điểm 1 (1)
Điểm 5 (1)
Điểm 9 (2)
Tính toán - Điểm 9
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian (phút)
TN - Giữa cột (1)
TN - Giữa cột (2)
TN - Giữa cột (3)
TN - Giữa cột (4)
Tính toán
Hình 4.15. So sánh nhiệt độ cột thép được 
bảo vệ bằng tấm 15,8 mm giữa tính toán và 
thí nghiệm 
Hình 4.16. So sánh chuyển vị ngang của cột 
thép được bảo vệ bằng tấm 15,8mm giữa 
tính toán và thí nghiệm 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 10 20 30 40 50
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 (
C
)
Thời gian (phút)
Điểm 4 (1) Điểm 5 (1) Điểm 7 (1) Điểm 8 (1)
Điểm 2 (1) Điểm 5 (1) Điểm 6 (1) Điểm 7 (2)
Điểm 8 (2) Điểm 1 (1) Điểm 2 (2) Điểm 3 (1)
Điểm 6 (2) Điểm 7 (3) Điểm 8 (3) Tính toán
CH¸Y
T
x
y
2 4
1 8 9
7
5
3 6
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50
C
h
u
y
ể
n
 v
ị 
n
g
a
n
g
 l
ớ
n
 n
h
ấ
t 
(m
m
)
Thời gian (phút)
Thí nghiệm
Tính toán
Hình 4.17. So sánh nhiệt độ cột thép H150 Hình 4.18. So sánh chuyển vị ngang của cột 
25 
không được bảo vệ giữa tính toán và thí 
nghiệm 
thép H150 không được bảo vệ bằng giữa 
tính toán và thí nghiệm 
Bảng 4.2: So sánh nhiệt độ, chuyển vị và thời gian chịu lửa của cột thép không được bảo vệ 
giữa tính toán và giá trị thí nghiệm 
Nhiệt độ cột thép thí nghiệm 
(
0
C) tại 45 phút 
Chuyển vị ngang lớn nhất 
(mm) 
Thời gian chịu lửa (phút) 
Tính toán Thí nghiệm Tính toán Thí nghiệm Tính toán 
Thí 
nghiệm 
850 600 6,4 4 17 37 
Từ các nghiên cứu tại chƣơng 4, tác giả luận án đã rút ra một số kết luận nhƣ 
sau: 
Đã nghiên cứu lập quy trình thí nghiệm và đã tiến hành thí nghiệm kiểm chứng kết 
quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm với trường hợp bọc bảo vệ bằng tấm thạch 
cao chống cháy và trường hợp không bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy phù 
hợp với điều kiện Việt Nam. Các kết quả thí nghiệm và kiểm chứng kết quả tính toán 
cho một số trường hợp thí nghiệm có đầy đủ kết quả đo cho thấy: 
+ Ở nhiệt độ lớn hơn 550oC, tấm thạch cạo vẫn bảo tồn tính nguyên vẹn, các liên kết 
(vít, bu lông..) vẫn còn, vì vậy giải pháp cấu tạo sử dụng vít liên kết khoan sâu từ 3 - 
5mm, bên ngoài phủ vữa thạch cao chống cháy đáp ứng được yêu cầu về chịu lửa 
trong thời gian tối thiểu 60 phút; 
+ Đối chiếu giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán về chuyển vị và nhiệt độ 
trong cột thép với một số trường hợp có đầy đủ kết quả đo, độ sai số về nhiệt độ và 
thời gian chịu lửa là trên dưới 5% trong khi độ sai số về chuyển vị là tương đối lớn, 
vì vậy hệ số dẫn nhiệt xác định bằng thực nghiệm theo quy trình đã kiến nghị trong 
luận án là phù hợp với thực tiễn, có thể được sử dụng. 
+ Thời gian chịu lửa của kết cấu thép phụ thuộc kích thước tiết diện cột thép. Thực tế 
cho thấy khi tính toán chuyển vị và nhiệt độ của cột thép, có thể sử dụng nhiệt độ ở 
phía trong cánh đến 550oC là giá trị giới hạn về chịu lửa. 
KẾT LUẬN CHUNG 
I. Các kết quả chính đạt đƣợc 
1- Trên cơ sở các kết quả điều tra và nghiên cứu về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép 
chịu tác động của lửa đã được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam, tác giả luận án 
đã minh chứng và đưa ra được kiến nghị về giải pháp bảo vệ có hiệu quả, phù hợp 
với điều kiện kỹ thuật - kinh tế của Việt Nam. Đó là sử dụng giải pháp bọc tấm thạch 
cao chống cháy dạng hộp. 
2- Đã xây dựng được quy trình thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch 
cao bằng thực nghiệm phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam và tác 
động thực tế của đám cháy, cụ thể là: 
+ Điều kiện tác động nhiệt lên một mặt của tấm thạch cao. Tác động này phù hợp với 
thực tiễn khi đám cháy xảy ra hơn so với phương pháp xác định khi gia nhiệt 02 mặt 
mà các nhà sản xuất sử dụng. 
26 
+ Đã kể đến ảnh hưởng của lượng nước có trong tấm thạch cao, do tác động của 
không khí ẩm ở môi trường tấm thạch cao làm việc, trong quá trình xảy ra đám cháy. 
Ảnh hưởng này làm cho giá trị của hệ số dẫn nhiệt khi xác định bằng phương pháp 
thực nghiệm khác với giá trị hệ số dẫn nhiệt do nhà sản xuất cung cấp kể cả về quy 
luật và giá trị. 
+ Đã kể được ảnh hưởng của các tham số như chiều dầy; số lượng tấm để tạo chiều 
dầy lớp bảo vệ; tốc độ gia nhiệt bất lợi cho hệ số dẫn nhiệt; môi trường độ ẩm và 
nhiệt độ tương ứng làm cơ sở để tiến hành thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt. 
3- Tác giả luận án đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết và lập các mô hình tính toán quá 
trình truyền nhiệt trong tấm thạch cao và tính toán cơ học mô phỏng ứng xử của cột 
thép được và không được bảo vệ bằng tấm thạch cao chịu tác dựng của lửa bằng 
phương pháp phần tử hữu hạn. Các kết quả tính toán từ các mô hình này đã kể được 
ảnh hưởng của các tham số cơ bản như: (1) Tác động của lửa theo 3 mặt, 4 mặt ; (2) 
Hệ số dẫn nhiệt xác định bằng thực nghiệm và của nhà sản xuất; (3) Khoảng cách từ 
tấm thạch cao đến thép; (4) Chiều dày tấm thạch cao; (5) Số lớp bảo vệ ; (6) Kích 
thước tiết diện cột. Đồng thời tác giả luận án cũng đã làm tường minh được các thuật 
toán để đưa các giá trị của hệ số thực nghiệm vào chương trình tính toán ANSYS 
trong bài toán truyền nhiệt trong tấm thạch cao, cũng như các thuật toán để đưa các 
kết quả đã tính được này vào quá trình tính toán ở bài toán cơ - nhiệt. 
4- Các kết quả nghiên cứu và tính toán trong luận án cho giải pháp bảo vệ bằng tấm 
thạch cao chống cháy loại GYPROC và BORAL đã chỉ ra rằng thời gian bảo vệ kết 
cấu thép chịu tác động của lửa được tính toán với hệ số dẫn nhiệt xác định bằng thực 
nghiệm sẽ đảm bảo an toàn hơn cho kết cấu thép so với việc tính toán bằng hệ số dẫn 
nhiệt mà nhà sản xuất cung cấp. 
5- Luận án đã thiết lập được quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm 
chứng cho 03 mô hình cột thép có và không có bảo vệ tấm thạch cao chống cháy 
chịu tác động của tải trọng nén đúng tâm với tỷ lệ thực, đồng thời so sánh với các kết 
quả tính toán theo lý thuyết. Đối chiếu giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán 
cho thấy độ sai số về nhiệt độ và thời gian chịu lửa của kết cấu là nhỏ (khoảng 5%), 
đây là cơ sở để có thể áp dụng hệ số dẫn nhiệt bằng thực nghiệm và thuật toán đã nêu 
trong luận án khi tính toán thiết kế giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của 
lửa trong thực tiễn. 
II. Hƣớng phát triển của luận án 
- Nghiên cứu ứng xử của cột thép có và không có lớp bảo vệ chịu tác dụng của các 
dạng tải trọng khác dưới tác dụng của lửa; 
- Nghiên cứu ứng xử của các cột có dạng liên kết khác ở 02 đầu cột; 
- Ứng xử của dầm hoặc hệ khung thép chịu tải trọng đứng, ngang có và không có lớp 
bảo vệ dưới tác dụng của lửa. 
27 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN 
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 
1. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Đức Việt, Trần Hùng (2015), “Mô phỏng ảnh 
hưởng của các tham số đến khả năng truyền nhiệt của kết cấu cột thép được bảo 
vệ bằng tấm thạch cao bọc dạng hộp trong điều kiện cháy”, Hội nghị khoa học 
toàn quốc cơ học vật rắn biến dạng lần thứ XII, TP Đà nẵng, 6-7/8. ISBN 978-
604-911-432-8, tr1364-1371. 
2. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Đức Việt, Trần Hùng (2015), “Mô phỏng ứng 
xử cơ - nhiệt của kết cấu cột thép được bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc dạng hộp 
trong điều kiện cháy”, Hội nghị khoa học toàn quốc cơ học vật rắn biến dạng lần 
thứ XII, TP Đà nẵng, 6-7/8. ISBN 978-604-911-432-8, tr1372-1379. 
3. Nguyen Vo Thong, Nguyen Duc Viet, Tran Hung (2014), “Study to select 
the fire protection methods for steel structures in Vietnam conditions”, 
International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA 3) 
Hanoi, October 15-16, ISBN: 978–604–913–367-1, tr163-170. 
4. Nguyen Vo Thong, Nguyen Duc Viet, Tran Hung (2014), “Study of the 
parameters influencing the thermal conductivity of gypsum plasterboard under 
fire action in Vietnam conditions”, International Conference on Engineering 
Mechanics and Automation (ICEMA3) Hanoi, October 15-16, ISBN: 978–604–
913–367-1, tr171-178. 
5. Nguyễn Đức Việt, Phan Anh (2012), Mối quan hệ ứng suất – Biến dạng của 
Thép ở nhiệt độ cao do cháy theo tiêu chuẩn Châu Âu, tạp chí Phòng cháy & 
chữa cháy, số 32, trang 34 – 35. 
6. Nguyễn Đức Việt (2012), Một số bất cập trong quy chuẩn QCVN 
06:2010/BXD- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho Nhà và công 
trình, tạp chí Phòng cháy & chữa cháy, số 34, trang 38 – 41. 
7. Trịnh Thế Dũng, Nguyễn Đức Việt (2006), giáo trình Phòng cháy trong xây 
dựng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.