152229070 giao-trinh-thiết-kế-kết-cấu

Giáo trình thiết kế kết cấu

Author: Nguyễn Đức Hóa

Mobile: 0906 121 726 1

BÀI MỞ ĐẦU

Bài viết này giới thiệu về phƣơng pháp học đƣợc áp dụng cho Khóa học thực hành

thiết kế Kết cấu Online. Các bạn sẽ tuần tự thực hiện 17 bài tập, ban đầu mỗi ngƣời chỉ

đƣợc quyền truy cập Bài mở đầu và Bài 1, sau khi bạn thực hiện xong mỗi bài tập và

chúng tôi xác nhận kết quả làm bài là đạt, thì bạn sẽ đƣợc cấp quyền truy cập để thực

hiện bài tập tiếp theo. Nhiệm vụ và yêu cầu của mỗi bài tập đƣợc nêu rõ trong từng bài.

Bạn cần thực hiện đúng các yêu cầu mới đƣợc xác nhận là đã đạt nội dung của bài đó.

Trong mỗi bài tập thƣờng có bổ sung các clip hƣớng dẫn, bạn nên theo dõi để thực hiện

bài tập tốt hơn.Hai bài đầu tiên là 2 bài đơn giản nhƣng tƣơng đối quan trọng. Bạn cần

thực hành một cách nghiêm túc để tạo đƣợc phong cách làm việc khoa học chặt chẽ.

Nội dung khóa học:

Trong quá trình tham gia khóa học, học viên sẽ có các bài thực hành vẽ theo bản vẽ

mẫu, và một bài tập xuyên suốt để thực hiện các bƣớc thiết kế kết cấu.

Chƣơng trình gồm 17 bài tập với nội dung nhƣ sau:

Bài 1: Thực hành bài vẽ mặt bằng kết cấu theo bản vẽ mẫu số 1

Bài 2: Thực hành bài vẽ mặt bằng kết cấu theo bản vẽ mẫu số 2

Bài 3: Chọn lựa sơ bộ kích thước tiết diện và dựng mặt bằng kết cấu cho bài tập

xuyên suốt

Bài 4: Thiết lập các khai báo trong Etabs

Bài 5: Dựng mô hình kết cấu

Bài 6: Xác định và khai báo tải trọng tĩnh (Tĩnh tải, hoạt tải)

Bài 7: Xác định và khai báo tải trọng Gió (thành phần động và tĩnh)

Bài 8: Xác định và khai báo tải trọng Động đất

Bài 9: Hoàn tất mô hình và phân tích nội lực

Bài 10: Vẽ bản vẽ chi tiết Dầm theo bản vẽ mẫu

Bài 11: Thiết kế và vẽ bản vẽ Dầm điển hình cho bài tập xuyên suốt

Bài 12: Vẽ bản vẽ chi tiết Sàn theo bản vẽ mẫu

Bài 13: Thiết kế và vẽ bản vẽ chi tiết Sàn cho bài tập xuyên suốt

Bài 14: Vẽ bản vẽ chi tiết Cột theo bản vẽ mẫu

Bài 15: Thiết kế và vẽ bản vẽ chi tiết Cột cho bài tập xuyên suốt

Bài 16: Vẽ bản vẽ chi tiết Đài cọc theo bản vẽ mẫu

Bài 17: Thiết kế và vẽ bản vẽ chi tiết Đài cọc cho bài tập xuyên suốt



Mobile: 0906 121 726 2

BÀI 1 VẼ MẶT BẰNG KẾT CẤU THEO BẢN VẼ SỐ 1

1. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG

2. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU

2.1. Nhiệm vụ:

Vẽ theo bản vẽ mẫu

Các bƣớc thực hiện:

+ Vẽ các đƣờng lƣới

+ Vẽ các cột (bao gồm Hatch Bê tông)

+ Vẽ các dầm

+ Hatch các ô sàn

+ Chọn tỉ lệ bản vẽ (theo khổ bản vẽ A4)

Xác lập các thông số liên quan đến tỉ lệ (Linetype Scale: lệnh LTS), TextHeight, Tạo

Dim tƣơng ứng

Vẽ các đƣờng gióng cho DIM

DIM và đặt tên trục

2.2. Yêu cầu:

Sử dụng các Style (Layer, Text, Dim) đƣợc quy định trong file Form.dwg; thể hiện

bản vẽ trong file Form.dwg, đơn vị mặc định của bản vẽ là Inches.Nét vẽ biên dầm không

đƣợc băng qua Cột (bắt đầu từ mép cột và kết thúc tại các mép cột). Các nét không đƣợc

chồng lên nhau. Tuân theo các quy định về thể hiện DIM (bao gồm đƣờng gióng bằng nét

KCS_KHONG_IN). Khoảng cách từ mép Text tới đối tƣợng đi kèm (ví dụ Text tên dầm

và mép dầm) không đƣợc bé hơn 0.8mm (khi in ra). Yêu cầu sử dụng loại chữ là DText

cho tất cả các đối tƣợng Text (có sẵn trong file Form.dwg)

Các lệnh AutoCAD cần sử dụng trong thực hành

- LINE: vẽ đoạn thẳng

- COPY: Lệnh copy đối tƣợng

- OFFSET: Lệnh offset đối tƣợng

- FILLET: Lệnh nối 2 đối tƣợng tại giao điểm

- TRIM: Lệnh cắt đối tƣợng tại giao điểm

- MATCHPROP: Lệnh sao chép thuộc tính của đối tƣợng

- LTS: Lệnh đặt Linetype Scale cho toàn bộ bản vẽ (giá trị nhập cho lệnh này là n*10

đối với hệ inchs trong đó n là tỉ lệ bản vẽ. Ví dụ tỉ lệ bản vẽ là 50 thì nhập giá trị là 500)

3. BÀI LÀM

Câu hỏi

+ Tại sao việc đặt tên dầm ví dụ D1 không đặt từ trục 1 đến trục 2 mà lại dài từ trục 1

đến trục 4;



Mobile: 0906 121 726 3

+ Khi bản vẽ có nhiều tỉ lệ thì lệnh LTS sẽ theo tỉ lệ nào? 10*n

+ Giá trị của lệnh LTS phụ thuộc vào kích thƣớc (tỉ lệ scale) của khung bản vẽ,

Trong trƣờng hợp 1 file cad có nhiều khung bản vẽ với các kích thƣớc khác nhau, thì

sử dụng giá trị LTS cho khung bản vẽ phổ biến nhất (ví dụ có 2 khung đƣợc scale 100 lần

và 1 khung đƣợc scale 25 lần thì 2 khung scale 100 lần gọi là khung phổ biến), các đối

tƣợng vẽ trong khung ít phổ biến đƣợc đặt Linetype Scale phù hợp - tự xác định giá trị

này (vì bản thân mỗi đối tƣợng có giá trị Linetype Scale riêng, chọn đối tƣợng và sử dụng

phí Ctrl+1 để thấy điều này). Tuy nhiên lời khuyên của mình là các khung bản vẽ có kích

thƣớc khác nhau thì đặt ở các file khác nhau, sẽ dễ dang hơn cho quản lý và thể hiện

+ Việc vẽ nét dầm chỉ tới mép cột nhƣ vậy thì khi tính toán chiều dài dầm thì vẫn

tính tới tim cột chứ anh? tại vị trí hai dầm giao nhau tại cột thì

Các bƣớc làm bài tập số 1

- Move file Form.dwg ra một folder khác, copy file Form.dwg ra một foler bài 1 và

đổi tên thành bài tập số 1.dwg

B1: Vẽ đƣờng lƣới

- Trƣớc khi vẽ đổi về layer KCS_AXIS

- Dùng lệnh line hay pline vẽ các đƣờng lƣới có chiều dài khoảng 12000 mm

- Chƣa cần tạo các đầu tên trục ngay khi nào phần chỉnh chiều cao chữ theo tỉ lệ bản

vẽ sẽ xử lý một thể

B2: Vẽ các cột (bao gồm Hatch Bê tông)

- Vẽ các cột bằng lệnh Line, Copy, Move, Offset, Mirror.

B3: Vẽ các dầm

B4: Hatch các ô sàn

B5: Chọn tỉ lệ bản vẽ (theo khổ bản vẽ A4)

4. Lỗi sửa

Nộp lần 1:

+ Những Lỗi đã gặp phải

- Tên các ghi chú là kiểu: KCS_MIDTEXT cao chữ 4mm

- Các mép dầm vùng hạ cốt mà KCS_BORDER

- Các mép dầm vùng thang là KCS_BORDER

- Mép lỗ thủng kiểu KCS_BORDER

- HATCH lỗ thủng kiểu KCS_HATCH

- LINE dầm dừng tại mép lỗ thủng, lỗ kỹ thuật

- Layer HATCH Cột chú ý

- Căn lề CENTER cho text Mặt bằng kết cấu VÀ đặt ở giữa mặt bằng

- Tạo các đƣờng dóng và dóng chân DIM theo hƣớng dẫn, chú ý khoảng cách giữa

các đƣờng dóng, không xóa các đƣờng dóng.



Mobile: 0906 121 726 4

( VẼ hình chữ nhật bo quanh mặt bằng theo layer không in, rồi sau đó offset ra 20*tỉ

lệ bản vẽ và đƣờng dim đầu tiên cách chân dim là 8*tỉ lệ bản vẽ)

- Dóng thẳng các text tên dầm theo lề bên trái

- Khi dim mà sát quá kéo text về phía bên trái hƣớng nhìn

- Tạo các đƣờng dóng chân DIM chú ý không xóa các đƣờng dóng



Mobile: 0906 121 726 5

BÀI 2 VẼ MẶT BẰNG KẾT CẤU THEO BẢN VẼ SỐ 2

1. Nhiệm vụ của bài tập số 2:

Vẽ Mặt bằng kết cấu sàn tầng 3 theo bản vẽ mẫu

Quan sát bản vẽ Kiến trúc để nhìn nhận về phƣơng pháp bố trí Dầm

Sử dụng file LayerSet KCS.lsp để thực hiện các lệnh vẽ nhanh

2. Yêu cầu:

Tuân thủ các yêu cầu của bài tập số 1

Chọn tỉ lệ bản vẽ dựa vào khung bản vẽ A3

Các lệnh sử dụng:

NT : KCS_BORDER

NS : KCS_STEEL

NM : KCS_CHI

ND : KCS_DIM

NC : KCS_COLUMN

NI : KCS_AXIS

NK : KCS_HIDDEN

NR : KCS_KHONG_IN



Mobile: 0906 121 726 6

BÀI 3 CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT DẦM SÀN

1. Nhiệm vụ của bài tập số 3

Chọn sơ bộ tiết diện các cấu kiện Cột, Dầm, Sàn

Vẽ mặt bằng kết cấu sàn tầng 3

2. Các bƣớc thực hiện

+ Chọn sơ bộ tiết diện Cột, Dầm và Sàn theo nguyên tắc đƣợc trình bày tại đây, tiết

diện và bố trí Vách thang máy đƣợc lấy theo bản vẽ Kiến trúc.

+ Vẽ lƣới cột

+ Bố trí Dầm theo nguyên tắc thỏa mãn các vai trò của Dầm.

Dầm đƣợc bố trí với các vai trò sau: (1) nối các Cột, Vách; (2) Chia nhỏ ô sàn; (3) bo

cho ô sàn (tại biên, tại các lỗ thủng ...); (4) Đỡ tƣờng nếu cần thiết.

+ Thể hiện hatch sàn với chú ý sàn khu vực vệ sinh đƣợc hạ cốt 5cm.

Chú ý: Bê tông cấp độ bền B30, công trình cao 10 tầng, mỗi tầng cao 4.2m

3. Yêu cầu:

Tuân thủ các nguyên tắc thể hiện bản vẽ trong Bài tập số 1, khổ giấy A2

+ Một số lƣu ý khi thực hiện bài tập:

- Đối với các lỗ kỹ thuật đã đƣợc định vị đầy đủ thì không cần thiết phải có ghi chú

nhƣ các bài tập trƣớc

- Đối với các dầm có bề rộng >= 200 thì cần bổ sung trục định vị tại tim dầm để định

vị cho dầm thông qua tim dầm (không áp dụng đối với các dầm chính đi qua cột vách đã

đƣợc định vị thông qua trục chính).

- Vách đƣợc thể hiện nhƣ Cột trên mặt bằng kết cấu (nét bo bởi layer

KCS_COLUMN, kiểu hatch BETONG).

- Lanh tô vách đƣợc thể hiện nhƣ Dầm trên mặt bằng kết cấu (KCS_BORDER hoặc

KCS_HIDDEN theo từng trƣờng hợp cụ thể). Không cần ghi chú lanh tô vách (tên, kích

thƣớc) nhƣ Dầm.

3.1. Quy định về các đƣờng DIM

- Mặt bằng thƣờng 3 tầng DIM chính với vai trò nhƣ sau:

Tầng DIM ngoài cùng để đo khoảng cách giữa các trục xa nhất

Tầng DIM ở giữa để đo khoảng cách giữa các trục chính (đƣợc đặt tên)

Tầng DIM trong cùng dùng để định vị các trục phụ, dầm phụ v.v...

Hình ảnh minh họa



Mobile: 0906 121 726 7

3.2. Hƣớng dẫn định vị dầm:

- Đối với các Dầm chính đi qua Cột, Vách - đã đƣợc định vị thông qua các trục chính.

- Đối với các Dầm phụ có bề rộng >= 200, cần bổ sung trục phụ đi qua tim dầm. Các

dầm phụ này sẽ đƣợc định vị thông qua trục phụ.

- Đối với các Dầm phụ có bề rộng < 200, việc định vị dầm đƣợc tiến hành thông qua

các đƣờng DIM từ trục (chính hoặc phụ) gần nhất tới mép dầm, và đƣờng DIM thể hiện

bề rộng Dầm.

- Chúng ta sẽ đặt tên (hay đánh số thứ tự) theo nguyên tắc ƣu tiên sau:

Đặt tên dầm chính trƣớc, dầm phụ sau

Theo phƣơng X trƣớc, phƣơng Y sau

Dầm phía dƣới trƣớc, phía trên sau (lần lƣợt từ trục A đến B, C, v.v..)

Dầm bên trái trƣớc, bên phải sau (lần lƣợt từ trục 1 đến 2, 3, v.v..)

Tên dầm đƣợc đặt với quy định nhƣ hình dƣới, nếu không có số tầng thì bỏ trống, ví

dụ: D1-20 (35x70) hoặc D-20 (35x70). Lƣu ý là chỉ có duy nhất 1 dấu cách trong tên dầm



Mobile: 0906 121 726 8

là giữa số 20 và dấu "(", hình ảnh phía dƣới chỉ mình họa để có thể thấy rõ ràng hơn. Chú

ý rằng dầm có kích thƣớc hình học khác nhau, cấu tạo cốt thép khác nhau thì cần đƣợc

đặt tên khác nhau!

3.3. Phƣơng pháp lựa chọn tiết diện dầm, cột, sàn

- Phƣơng pháp lựa chọn tiết diện dầm, cột, sàn đƣợc đề cập tƣơng đối kỹ trong các

giáo trình BTCT tập 1, 2 và cuốn hƣớng dẫn thiết kế sàn BTCT toàn khối (hƣớng dẫn đồ

án BT1). Nếu bạn có ý định tìm hiểu về KC thì nên sắm các cuốn này. Vì rất cơ bản và

cần thiết. Ngoài ra cần tìm hiểu các tiêu chuẩn nhƣ: Tải trọng và tác động (2737-1995) và

thiết kế kết cấu BTCT (356-2005)

- Có thể tóm tắt nguyên lý nhƣ sau:

Tải trọng (từ đó dẫn đến nội lực và chuyển vị) là yếu tố quyết định cho việc lựa chọn

tiết diện của cấu kiện. Tuy nhiên có các công thức sơ bộ cho việc lựa chọn tiết diện cấu

kiện đƣợc trình bày sau đây

Đối với dầm: h = (1/10 ~ 1/15)*L đối với dầm chính; h = (1/15 ~ 1/20) * L đối với

dầm phụ; b = (0.3 ~ 0.5)*h. Trong đó L là nhịp dầm. Khi h<600 thì lấy theo bội số của

50, khi h >600 lấy theo bội số 100

Đối với cột: b*h = (1.2 ~ 1.5)*N/Rb; b = (0.25 ~ 1)*h. Trong đó N là lực dọc, Rb

là cƣờng độ chịu nén tính toán của cột.

Lực dọc có thể lấy bằng = (diện chịu tải mỗi tầng) * (số tầng) * (tải trọng trên 1 mét

vuông sàn). Trong đó tải trọng trên 1 mét vuông sàn có thể lấy bằng 1.2T/m2.

Chọn tiết diện cột thì tính như sau:

(1.2->2)*S*1.3*1.1*n=N;F=N/Rn vậy là tạm xem tiết diện cột thính theo thế này để

nhập vào mô hình ; sau đó tăng giảm tiết diện cho hợp lý

Đối với sàn: d = (1/40 ~ 1/50)*L1

Đối với móng: Số cọc n = N / [P], trong đó N là lực dọc đã đề cập ở phần cột. [P]

là sức chịu tải của mỗi cọc.



Mobile: 0906 121 726 9

4. CÂU HỎI:

4.1. Câu 1

- Về việc lựa chọn sơ bộ kích thƣớc tiết diện

Đối với dầm thì L tính nhƣ thế nào? ví dụ L =9.6m thì h=(1/10-1/15)*9.6m= 0.96-

0.64m thì chọn h=?

Với cột: áp dụng công thức h = (1.2 ~ 1.5)*N/Rb; b = (0.25 ~ 1)*h , mong anh thử

tính một cột trong bài tập 3 để em tham khảo với anh nhé, vì phần tính cột cũng hơi khó

hiểu? Em thấy ở phần kiến trúc có bố trí cột rồi thì mặt bằng kết cấu cứ thế lấy sang có

đúng không anh?

4.2. Câu 2

- (Đây là hệ dầm phụ giao nhau (gọi là giao nhau vì hai dầm phụ này có chiều dài

nhịp (tính tới các dầm chính) tƣơng đối bằng nhau, có điều kiện chịu tải bằng nhau). Dầm

này ăn vào lỗ kỹ thuật cũng không sao, lỗ kỹ thuật đang rất to

5. TRẢ LỜI

5.1. Về nhịp tính toán của Dầm

Nhịp tính toán của Dầm đƣợc xác định là khoảng cách giữa các gối đỡ gần nhất

mà dầm truyền lực lên.Đối với dầm chính: là khoảng các giữa các cột, các vách, hoặc

giữa cột và vách. Đôi với dầm phụ: là khoảng cách giữa các dầm chính

Đối với hệ dầm phụ giao nhau mà kích thƣớc tiết diện các dầm giống nhau và nhịp

dầm gần giống nhau: là khoảng cách giữa các dầm chính

Đối với hệ dầm phụ giao nhau mà kích thƣớc tiết diện các dầm khác nhau (độ

cứng khác nhau): là khoảng cách giữa các dầm phụ có tiết diện lớn hơn (độ cứng đơn vị

lớn hơn)

Khái niệm tổng quát vẫn là khoảng cách giữa các gối đỡ mà dầm truyền lực lên.

Trong trƣờng hợp của bài tập, bạn xác định L = 9.6m đối là chính xác đối với dầm theo

phƣơng X

5.2. Đối với cột

Khi xác định diện tích tiết diện của Cột

Diện chịu tải của cột trên mỗi tầng đƣợc xác định theo nguyên tắc phía dƣới



Mobile: 0906 121 726 10

6. Lỗi bài 3

- Dầm A gác lên dầm B thì dầm B phải có kích thƣớc lớn hơn hoặc bằng dầm A

- Hệ dầm phụ giao nhau đƣợc thiết kế có cùng kích thƣớc

- Các dầm trên trục này đƣợc thiết kế đồng trục và có bề rộng bằng nhau (tham khảo

kiến trúc)

- Suy nghĩ để thể hiện lại cho đúng các layer của lanh tô vách



Mobile: 0906 121 726 11

Bài tập số 4 Thiết lập các khai báo trong Etabs

1. Các bƣớc thực hiện

Đặt đơn vị là T-m

Xây dựng hệ lưới

Chọn tiêu chuẩn thiết kế BS 8110-97

Khai báo vật liệu (bê tông B30, cốt thép dọc A-III, cốt thép đai A-I)

Khai báo các tiết diện Cột, chú ý các lưu ý về khai báo tiết diện cột.

Khai báo các tiết diện Dầm

Khai báo các tiết diện Sàn: chú ý các phòng chức năng khác nhau (hành lang,

phòng làm việc, kho, vệ sinh v.v..) cần được khai báo với các loại sàn khác nhau (mặc

dù có thể cùng chiều dày) để thuận tiện cho việc gán tải trọng về sau

Khai báo các tiết diện Vách: chú ý khai đầy đủ các loại Vách theo chiều dày.

2. Yêu cầu:

- Thực hiện theo các hƣớng dẫn (sau bài viết này). Lƣới cột đƣợc xây dựng theo công

trình ở bài tập số 3. Vật liệu đã đề cập ở trên.

- Gửi file Etabs (*.EDB và *.$ET) qua hòm thƣ [email protected]

2.1. Lƣu ý khi khai báo tiết diện Cột

- Chúng ta sử dụng Etabs để tính toán diện tích cốt thép Cột, khi đó cần chú ý rằng

việc phân bố cốt thép trọng cột ảnh hƣởng đến kết quả tính toán. Do đó khi khai báo tiết

diện cột, trong mục Reinforcement Data cần lƣu ý các điểm:

- Khoảng cách từ mặt ngoài của bê tông tới tâm cốt thép (Cover to rebar center),

thông thƣờng khoảng cách này bằng 25mm + D/2. Trong khai báo có thể đặt bằng 40mm

là hợp lý.

- Số lƣợng cốt thép phân bố càng đều càng tốt. Để đơn giản, trong thực hành nên lấy

nhƣ sau: số lƣợng cốt thép đặt trên cạnh nào thì bằng n = Kích thƣớc cạnh (theo mm)

/ 100

- Đƣờng kính cốt thép chỉ có ý nghĩa khi thực hiện bài toán kiểm tra, trong bài toán

diện tích cốt thép nên lấy bằng nhau, có thể lấy cùng bằng 20d.



Mobile: 0906 121 726 12

Một điểm nữa khi khai báo cốt thép là hướng đặt của tiết diện. Đối với tiết diện

vuông thì chúng ta không cần quan tâm nhưng đối với tiết diện chữ nhật thì cần lưu ý.

DEPTH là chiều cao làm việc khi uốn theo trục 3.

WIDTH là chiều cao làm việc khi uốn theo trục 2.

Mặc định trong etabs là: trục 2 trùng với trục X, trùng 3 trùng với trục Y.

Do đó, ví dụ khi cột có tiết diện 70x90 mà 90 là cạnh đài theo hƣờng trục Y thì cần

khai báo trong Etabs là DEPTH = 0.7m và WIDTH = 0.9m

2.2. Các thông số về vật liệu:

Khối lƣợng riêng: 0.25 T.s2/m3

Trọng lƣợng riêng: 2.5 T/m3

Modul đàn hồi: Tùy thuộc cấp độ bền, xem tiêu chuẩn

Cƣờng độ vật liệu: xem bảng dƣới



Mobile: 0906 121 726 13



Mobile: 0906 121 726 14

3. Các thông số bài 4

3.1. Tải trọng

- Văn phòng gồm: phòng viện phó, viện trƣởng, phòng làm việc : 200KG/m2

- Kho:

- Phòng họp có ghế gắn cố định : 500KG/m2

- Vệ sinh

- Phòng kỹ thuật

- Hành lang



Mobile: 0906 121 726 15

3.2. Lƣới trục

3.3. Các tầng

- Chiều cao mỗi tầng 4.2m, công trình cao 10 tầng

3.4. Vật liệu

Khối lƣợng riêng: 0.25 T.s2/m3

Trọng lƣợng riêng: 2.5 T/m3



Mobile: 0906 121 726 16

Modul đàn hồi: Tùy thuộc cấp độ bền, xem tiêu chuẩn

Cƣờng độ vật liệu: xem bảng dƣới

4. Quy đổi đơn vị

- 1MPa = 10^6Pa

1Pa=1N/m2

1KN=10^3N 1MPa=10^3KN/m2

- 1T=100KG (tấn lực)

1KN=10^3KG 1T=10KN

1MPa=100T/m2

- 1daN/m2=10N/m2

1KN/m2=1000N/m2

1daN/m2=10^-3T/m2

- Từ đó ta tính tải trọng lên ô sàn ví dụ sàn phòng làm việc q=200daN/m2=0.2T/m2

5. TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH CỐT THÉP BẰNG ETABS - THEO TCVN

(Bài viết này dựa trên nghiên cứu của tác giả về những điểm tƣơng đồng trong việc

tính toán cốt thép giữa hai tiêu chuẩn BS8110-97 và TCVN356-2005, độc giả có thể tìm

hiểu qua tài liệu sau: So sánh BS8110-97 và TCVN)

Cả BS8110-97 và TCVN356-2005 đều tính toán cấu kiện bê tông cốt thép dựa trên lý

thuyết về trạng thái giới hạn (về độ bền và trạng thái sử dụng). Đối với cấu kiện loại

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B2BuRB1d_9V4ODAxN2UxOGItMzA4YS00ZThiLTllZTItYTdiZDg2ODhhNzU4&hl=en_US



Mobile: 0906 121 726 17

Dầm, cả BS lẫn TCVN đều thiết lập phƣơng trình cân bằng lực ở trạng thái giới hạn, giải

phƣơng trình và tìm ra lƣợng cốt thép yêu cầu. Đối với cấu kiện loại Cột, cách truyền

thống đƣợc nêu ra trong BS là quy đổi về trƣờng hợp lệch tâm phẳng với hệ số quy đổi,

bên cạnh đó, BS cũng đƣa ra các biểu đồ tƣơng tác dùng để kiểm tra khả năng chịu lực

của tiết diện.

TCVN vẫn đang chật vật với việc tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên, tuy nhiên đã đƣa

ra điều kiện tổng quát, và công thức cho phép xác định ứng suất của cốt thép phụ thuộc

vào vị trí của đƣờng giới hạn vùng nén. Những năm gần đây, các nghiên cứu về việc xây

dựng biểu đồ tƣơng tác đã đạt đƣợc nhiều kết quả, bên cạnh đó là quy trình tính toán cốt

thép theo phƣơng pháp đúng dần dựa vào biểu đồ tƣơng tác. Chúng ta hoàn toàn giải

đƣợc bài toán khung BTCT theo TCXDVN 356-2005! Nhƣng trƣớc hết hãy tận dụng

Etabs cái đã.

Mặc dù Etabs không cung cấp lựa chọn tiêu chuẩn TCVN356 trong tính toán cốt thép,

nhƣng từ những điểm chung của hai tiêu chuẩn nhƣ đã nói ở trên, chúng ta hoàn toàn có

thể dùng Etabs + BS8110-97 + Tải trọng VN + Vật liệu VN -> Cốt thép theo TCVN356

5.1. Sử dụng tiêu chuẩn BS 8110-97, nhƣng sửa đổi 2 thông số giảm hoạt tải và giới

hạn sử dụng (tạm dịch)



Mobile: 0906 121 726 18

5.2. Khai báo tổ hợp thiết kế là tổ hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam



Mobile: 0906 121 726 19

5.3. Thay đổi đặc trƣng vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam Bạn cần biết, mặc dù BS yêu cầu bạn nhập hai thông số về cƣờng độ Vật Liệu là fcu

(cƣờng độ đặc trƣng của bê tông, tƣơng ứng với cấp độ bền. Ví dụ: B15 là 15MPa, B20 là

20MPa) và fy (giới hạn chảy của cốt thép) Tuy nhiên giá trị tính toán của vật liệu theo BS

đƣợc lấy nhƣ sau:

Đối với Bê tông: cƣờng độ tính toán = 0.67*fcu/1.5

Đối với Cốt thép: cƣờng độ tính toán = fy/1.05

Ở đây 1.5 và 1.05 là hệ số an toàn riêng cho Bê tông và Cốt thép

Suy ngƣợc lại, nếu bạn muốn khai báo vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam, bạn cần khai

báo cƣờng độ tính toán đã nhân với các hệ số trên. Ví dụ:

Với bê tông B15, R=85 kG/cm2 -> fcu khai báo sẽ bằng: 85*1.5/0.67 = 190.3

kG/cm3


kG/cm2


kG/cm2

Với cốt thép AII, R=2800 kG/cm2 -> fy khai báo sẽ bằng: 2800*1.05 = 2940

kG/cm2

Với cốt thép AIII, R=3650 kG/cm2 -> fy khai báo sẽ bằng: 3650*1.05 = 3832.5

kG/cm2

Ở đây fcu và fy đã đƣợc khai theo tiêu chuẩn Việt Nam quy đổi lên, không phải theo

con số đúng với ý nghĩa của nó nhƣ trong BS.



Mobile: 0906 121 726 20

Cần nói thêm rằng kết quả tính toán nhƣ trên chỉ đúng về mặt định tính (số liệu), mà

không phù hợp về mặt pháp lý. KetcauSoft cũng đã phát triển các phần mềm thiết kế kết

cấu bê tông cốt thép bằng cách sử dụng nội lực của Etabs và tính toán cốt thép theo tiêu

chuẩn Việt Nam.



Mobile: 0906 121 726 21

BÀI 5 Dựng mô hình kết cấu sàn tầng 2, cao độ +4.200 (Cột,

vách, dầm, sàn)


Dựng mô hình kết cấu sàn tầng 2, cao độ +4.200 (Cột, vách, dầm, sàn)

2. Cần chú ý khi thực hành:

Cột, Vách, Dầm đƣợc xây dựng đúng trục (tim cột, tim dầm và tim vách trùng với

trục) mặc dù trên mặt bằng kết cấu có thể trục của các cấu kiện này không trùng với hệ

lƣới.

Lanh tô thang máy đƣợc khai báo nhƣ 1 dầm thông thƣờng có chiều rộng bằng chiều

dày của vách, chiều cao bằng chiều cao tầng trừ chiều cao cửa thang máy, trong đó chiều

cao cửa thang máy là 2.2m

Sử dụng chức năng Draw Point của Etabs để tạo các điểm trung gian khi cần thiết để

bắt điểm

3. Yêu cầu:

Thực hiện theo các hƣớng dẫn phía dƣới

Các phòng có chức năng riêng (văn phòng, vệ sinh, hành lang ...) cần đƣợc khai báo

bởi các loại tiết diện sàn riêng

Cần tạo các Dầm ảo (Null Line, hay các Frame có loại tiết diện NONE) dƣới các vị

trí có tƣờng mà không có dầm thật. Tuy nhiên, khi tƣờng ở ngay cạnh dầm thật thì có thể

gán tải trọng lên dầm thật và không cần xây dựng dầm ảo.

4. Câu hỏi bài 5

- Tại sao khi vẽ dầm cột không đặt đúng theo Mặt bằng kết cấu luôn? Có phải để

thuận tiện cho vẽ không ạ? Khi vẽ sàn vệ sinh thì không offset xuống 5cm mà vẫn để

nguyên vị trí nhƣ vậy có ảnh hƣởng gì tới kết quả không?

- Trong đề bài bài tập số 5 là: vẽ mặt bằng kết cấu sàn tầng 2 ở cao độ 4.2m nhƣng

trong khi đó sàn ở bài tập số 3 là sàn tầng 3, công trình có 10 tầng cao độ mỗi tầng là

4.2m. Nên đổi lại đề là vẽ mặt bằng kết cấu sàn tầng 3 ở bài tập số 3, vì khi đó dễ nhầm.

- Những dầm cách trục một đoạn thì vẫn vẽ bình thƣờng chứ ạ? Nên lấy kích thƣớc

nào để khai báo dầm D10-25x40 nhƣ hình dƣới đây?



Mobile: 0906 121 726 22

- Cho nay co dam khong?



Mobile: 0906 121 726 23

BÀI 6 Xác định và khai báo tải trọng tĩnh (Tĩnh tải, hoạt tải)


- Xác định và khai báo tải trọng tĩnh (Tĩnh tải, hoạt tải)

2. Cần lƣu ý khi thực hành:

Cho đến bƣớc này chúng ta vẫn chỉ mới xây dựng mô hình cho kết cấu tầng 1. Chúng

ta vẫn sẽ chƣa thực hiện việc sao chép mô hình lên các tầng khác trong bài tập này.

Hoạt tải (HT) đƣợc xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995, các giá trị đƣợc quy

định riêng cho các phòng chức năng (văn phòng, hành lang, vệ sinh v.v..).

Tĩnh tải (TT) bao gồm: Tải trọng các lớp hoàn thiện của sàn, tải trọng tƣờng xây,

vách kính.

Vật liệu hoàn thiện sàn bao gồm: Lớp vữa trát dày 15mm, lớp vữa lót dày 20mm, lớp

gạch lát dày 10mm

Tƣờng xây bao gồm: 2 lớp trát hai bên - mỗi lớp dày 15mm; gạch xây dày 220mm

hoặc 110mm đối với từng loại tƣờng. Hệ số lỗ cửa (nếu có cửa) là 0.75

Vách kính dày 1cm, hệ khung nhôm có khối lƣợng tính theo mét vuông vách là

50kG/m2.

3. Yêu cầu:

- Khai báo các trƣờng hợp tải trọng TT và HT trong Mô hình Etabs (bài tập xuyên

suốt)

- Xác định các loại tải trọng TT và HT và thể hiện dƣới các bảng Word hoặc Excel

- Gán các tải trọng TT và HT vào vào mô hình

- Nộp bài tập bao gồm file xác định tải trọng và file Etabs.



Mobile: 0906 121 726 24

B 7 Bài tập số 7

1. Nhiệm vụ của bài tập số 7

- Xác định và khai báo tải trọng Gió (thành phần Tĩnh và Động)

2. Cần lƣu ý khi thực hành

- Sau khi hoàn thành xong bài tập số 6, hoàn thiện mô hình bằng cách sử dụng chức

năng nhân bản (replicate) của Etabs để nhân sàn tầng 1 lên các sàn khác

- Cần gán Diaphragm trƣớc khi phân tích mô hình (độc lập theo các phƣơng)

- Cần thiết lập khối lƣợng tham gia dao động (Mass Source) ở chế độ From Load,

và giá trị bằng: 1*TT + 0.5*HT

- Cần chia ảo sàn trƣớc khi phân tích nội lực (xem hƣớng dẫn phía dƣới)

- Cần gán liên kết ngàm cho các chân cột trƣớc khi phân tích nội lực

- Sử dụng phần mềm WDL để tính toán tải trọng gió. Chú ý rằng sau khi bạn import

file *.mdb, bạn cần nhập các giá trị Lx và Ly lần lƣợt là kích thƣớc theo phƣơng X và Y

của mặt bằng.

- Thành phần tĩnh, và các thành phần động đƣợc khai báo với các trƣờng hợp tải

trọng khác nhau. Ví dụ theo phƣơng X có: GTX - Gió tĩnh, GDX1 - Gió động của dạng

dao động thức nhất, GDX2 - Gió động của dạng dao động thứ 2; v.v..

- Công trình đƣợc xây dựng lại thành phố Bắc Ninh (Tên cũ theo TCVN 2737-1995

là: thị xã Bắc Giang, tỉnh Hà Bắc)

3. Yêu cầu

- Khai báo các trƣờng hợp tải trọng do Gió (các thành phần Tĩnh và Động)

- Gán các trƣờng hợp tải trọng do Gió vào mô hình

- Gửi file Excel xác định tải trọng gió (thành phần Tĩnh và Động), và file Etabs

4. Lƣu ý chia ảo sàn trƣớc khi chạy dao động

4.1. Bƣớc 1: Chọn toàn bộ mô hình

4.2. Bƣớc 2: Chọn menu Assign > Shell/Area > Area Object Mesh Options ..., thiết

lập nhƣ hình dƣới



Mobile: 0906 121 726 25



Mobile: 0906 121 726 26

CÁC BÀI VIẾT

1. BÀI 1 Tổ hợp tải trọng và tổ hợp nội lực

Các loại tải trọng (thƣờng xuyên, tạm thời, đặc biệt ...) đƣợc phân biệt dựa trên tính

chất tác động của nó lên công trình. Sự tác động của chúng lên công trình có thể đồng

thời hoặc không, do đó cần xét đến các trƣờng hợp tổ hợp để tìm ra trƣờng hợp có nội lực

bất lợi nhất. Và để xét đến xác suất xuất hiện đồng thời của các loại tải trọng, ngƣời ta đề

ra các hệ số tổ hợp.

Xét về hình thức, tổ hợp tải trọng là cộng tải trọng trƣớc (có kể đến hệ số tổ hợp) rồi

mới giải bài toán xác định nội lực; còn tổ hợp nội lực là giải bài toán xác định nội lực cho

các trƣờng hợp tải trọng riêng rẽ trƣớc rồi mới cộng nội lực lại với nhau (có kể đến hệ số

tổ hợp)

Xét về mặt giá trị, tổ hợp tải trọng và tổ hợp nội lực mang lại kết quả nội lực giống

nhau cho hệ đàn hồi tuyến tính (kết cấu thông thƣờng đƣợc giả thiết là đàn hồi tuyến tính)

TCVN 2737-1995 mục 2.4 chỉ đề cập đến tổ hợp tải trọng

Xét về mặt giá trị thì tổ hợp tải trọng và tổ hợp nội lực mang lại kết quả giống nhau,

nhƣng xét về góc độ tính toán thì có sự khác biệt về mặt hiệu quả.

Ví dụ, chúng ta chỉ có 4 trƣờng hợp tải trọng là Tĩnh tải (TT), Hoạt tải (HT), Gió

phƣơng X (GX), Gió phƣơng Y (GY) nhƣng lại có 5 trƣờng hợp tổ hợp:

TH1: TT + HT

TH2: TT + 0.9*HT + 0.9*GX

TH3: TT + 0.9*HT - 0.9*GX

TH4: TT + 0.9*HT + 0.9*GY

TH5: TT + 0.9*HT - 0.9*GY

Nhƣ vậy, nếu sử dụng tổ hợp nội lực thì chúng ta chỉ cần giải 4 bài toán nội lực cho 4

tải trọng riêng rẽ, trong khi cần phải giải 5 bài toán xác định nội lực nếu sử dụng tổ hợp

tải trọng. Số lƣợng bài toán còn tăng lên rất nhiều nếu sử dụng tiêu chuẩn nƣớc ngoài.

Do đó, chúng ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp tổ hợp nội lực thay cho tổ hợp tải

trọng (vì kết quả cuối cùng giống nhau)

2. BÀI 2 Những mâu thuẫn khi phân tích kết cấu làm việc đồng thời với nền đất sử

dụng phƣơng pháp mô hình cọc bằng liên kết đàn hồi

Việc phân tích kết cấu làm việc đồng thời với nền đất trong đó sử dụng phƣơng pháp

mô hình cọc bằng liên kết đàn hồi (mô hình spring) đang đƣợc sử dụng ngày một rộng

rãi. Một ƣu điểm của phƣơng pháp này là xét đến đƣợc sự làm việc mềm của đài cọc và

sự tham gia có hệ giằng móng trong sự phân phối mô men trong đài cọc. Mô hình spring

còn giải quyết một cách gọn gàng bài toán đài cọc phức tạp. Tuy nhiên bên cạnh những

ƣu điểm, mô hình spring chứa đựng trong đó những mâu thuẫn có thể dẫn tới sự sai lệch

trong kết quả tính toán.



Mobile: 0906 121 726 27

2.1. Ảnh hƣởng của mô hình spring tới kết quả phân tích kết cấu So với mô hình thông thƣờng (kết cấu liên kết ngàm với nền đất), mô hình spring dẫn

đến những thay đổi tƣơng đối rõ rệt trong kết quả phân tích kết cấu

2.1.1. Sự thay đổi tính chất động học

Hình 1: So sánh các đặc trưng của hệ kết cấu trong hai mô hình

Xét hệ kết cấu dạng công xôn chịu tải trọng F nhƣ hình 1.

Khi liên kết giữa hệ với mặt đất đƣợc giả thiết là ngàm, chuyển vị tại đỉnh Δ1 bằng

chuyển vị Δe do biến dạng đàn hồi, hệ có độ cứng K1 tƣơng ứng và chu kỳ dao động riêng

cơ bản T1

Trong mô hình liên kết spring, ngoài chuyển vị do biến dạng đàn hồi Δe, hệ còn bị chuyển

vị Δs do biến dạng của các liên kết spring dƣới tác dụng của mô men tại móng, tổng

chuyển vị tại đỉnh của hệ Δ2 = Δs + Δe > Δ1, hệ có độ cứng tƣơng ứng K2 < K1 và chu kỳ

dao động riêng cơ bản T2 > T1.

Nhƣ vậy, trong mô hình spring, độ cứng của hệ giảm so với mô hình ngàm và do đó

chu kỳ dao động của hệ lớn hơn so với chu kỳ dao động của mô hình ngàm.

2.1.2. Sự thay đổi giá trị của tải trọng

Do chu kỳ dao động riêng của hệ thay đổi nên các tải trọng bị ảnh hƣởng bởi chu kỳ

dao động của hệ cũng thay đổi. Cụ thể, đối với tải trọng động đất, khi chu kỳ dao động

của hệ tăng thì giá trị của tải trọng động đất có xu hƣớng giảm. Ngƣợc lại, đối với tải

trọng gió, khi chu kỳ dao động riêng của hệ tăng thì giá trị thành phần động của tải trọng

gió cũng tăng. Chƣa thể định lƣợng và so sánh mức độ tăng giảm giữa hai loại tải trọng,

tuy nhiên điều có thể khẳng định là sự thay đổi của chu kỳ dao động sẽ dẫn tới sự thay

đổi giá trị của tải trọng gió và tải trọng động đất tác dụng lên công trình.

1.3. Sự phân phối lại nội lực

Các phân tích sử dụng phần mềm Etabs cho thấy rằng sự phân phối lại tải trọng phụ

thuộc vào dạng tải trọng và suất huy động sức chịu tải của cọc (tỉ lệ giữa tải trọng đầu cọc

và sức chịu tải của cọc, ký hiệu Cp, giá trị Cp ≤ 1). Đối với tải trọng thẳng đứng, khi các

cọc có Cp xấp xỉ nhau, nghĩa là độ lún đồng đều trên toàn bộ công trình, thì sẽ không có



Mobile: 0906 121 726 28

sự phân phối lại tải trọng thẳng đứng cho dù hệ số đàn hồi spring đƣợc lựa chọn là bao

nhiêu. Khi các cọc có Cp tƣơng đối khác biệt dẫn tới sự chênh lệch độ lún trên mặt bằng

công trình, thì sẽ có sự phân phối lại tải trọng thẳng đứng giữa các cấu kiện, mức độ phân

phối phụ thuộc vào độ cứng của các cấu kiện ngang liên kết giữa các cấu kiện thẳng

đứng.

Đối với tải trọng ngang, sự phân phối lại nội lực (mô men và lực dọc tại chân cột)

phục thuộc vào mức độ giằng giữ giữa các đài cọc. Nếu tất cả các cột đều đứng trên một

đài cọc có độ cứng lớn, hoặc nằm trên các đài khắc nhau và đƣợc giằng bởi hệ giằng có

độ cứng lớn, thì sự phân phối lại nội lực là không đáng kể. Ngƣợc lại là sự phân phối lại

nội lực đáng kể đối với hệ giằng có độ cứng không đủ lớn hoặc hệ không bị giằng.

Hình 2: Sự phân phối lại nội lực trong hệ kết cấu trong các trường hợp

Hình 2 là biểu đồ mô men của khung trong 3 trƣờng hợp đối với khung chịu tải trọng

ngang, trong đó ta thấy sự phân phối lại mô men khi hệ đƣợc mô hình bằng liên kết

spring ở các mức độ giằng khác nhau. Lực dọc trong hệ cũng sẽ phân phối lại tƣơng ứng

với sự phân bố mô men.

2.2. Những mâu thuẫn khi sử dụng mô hình spring Mô hình spring dẫn tới sự thay đổi tính chất động học của công trình, thay đổi giá trị

của các tải trọng ngang nhƣ thành phần động của tải trọng gió và tải trọng động đất, và sự

phân phối lại nội lực trong các trƣờng hợp tải trọng ngang. Nhƣ vậy, việc phân tích kết

cấu theo mô hình spring có kết quả khác với mô hình kết cấu liên kết ngàm với nền đất,

đặc biệt đối với tải trọng ngang và các tải trọng động có phƣơng pháp tính toán phụ thuộc

vào chu kỳ dao động riêng của hệ. Tuy nhiên câu hỏi đặt ra là mô hình spring có phản

ánh đúng sự làm việc của hệ kết cấu trong các điều kiện thực tế?

Trong thực hành thiết kế, hệ số đàn hồi của liên kết spring đƣợc lấy phụ thuộc vào độ lún



Mobile: 0906 121 726 29

cọc dƣới điều kiện tải trọng sử dụng, tuy nhiên cần khẳng định rằng độ lún của cọc trên

thực tế là độ lún đạt đƣợc dƣới sự tác dụng lâu dài của tải trọng. Xem xét lại ví dụ trong

hình 1, để đạt đƣợc chuyển vị Δs, lực F cần dữ nguyên phƣơng và chiều tác dụng trong

một thời gian đủ lâu để cọc đạt đƣợc độ lún cần thiết. Trong khi đó, trái hẳn với thực tế,

biến dạng của liên kết spring trong Etabs là biến dạng tức thời, Etabs phân tích kết cấu có

kể đến biến dạng này mà không xem xét đến thời gian tác dụng cần thiết của tải trọng để

đạt đƣợc biến dạng này.

Do cọc cần có thời gian đủ lâu để đạt đƣợc độ lún cần thiết nhƣ mô hình spring, có thể

nói rằng dao động riêng của hệ kết cấu có các giá trị đặc trƣng giống với mô hình ngàm

hơn là mô hình spring. Bên cạnh đó, tải trọng gió và tải trọng động đất xảy ra trong một

thời gian ngắn, do đó có thể nói, sử dụng kết quả phân tích động học của hệ trong mô

hình spring để xác định giá trị của các tải trọng này sẽ không chính xác.

Một vấn đền nữa khi sử dụng mô hình spring là việc xác định hệ số đàn hồi của liên

kết spring. Nhƣ đã phân tích ở mục 1.3, việc lựa chọn giá trị spring không ảnh hƣởng tới

kết quả phân tích nội lực đối với hệ chỉ chịu tải trọng thẳng đứng và có hệ số huy động

sức chịu tải Cp đồng đều trên mặt bằng, tuy nhiên kịch bản sẽ hoàn toàn thay đổi trong

các trƣờng hợp còn lại.

2.3. Kết luận Tóm lại, việc phân tích kết cấu bằng mô hình spring có thể mang lại giá trị không

chính xác mà nguyên nhân chủ yếu là do mô hình này không phản ánh sự làm việc trên

thực tế của hệ kết cấu. Ngƣời kỹ sƣ khi sử dụng mô hình này cần lƣờng trƣớc đƣợc các

mâu thuẫn và cân nhắc sử dụng các giải pháp thay thế tốt hơn. Đối với trƣờng hợp phân

tích kết cấu trong Etabs bằng mô hình spring, tác giả khuyên rằng nên tính toán các tải

trọng động đất và tải trọng gió bằng bảng tính sử dụng thông số dao động từ mô hình kết

cấu ngàm với nền đất. Việc thiết kế móng cọc tốt nhất vẫn là sử dụng mô hình spring độc

lập (ví dụ trong SAFE) và với nội lực chân cột đƣợc lấy trong mô hình ngàm

3. BÀI 3 HỆ BIẾN DẠNG ĐỒNG ĐIỆU

Hai cấu kiện đƣợc gọi là biến dạng đồng điệu khi đƣờng biến dạng của chúng đồng

dạng với nhau. Khái niệm này thƣờng đƣợc sử dụng cho các cấu kiện thẳng đứng vì sự

biến dạng không đồng điệu giữa các cấu kiện thẳng đứng ảnh hƣởng tới sự phân phối của

tải trọng ngang và lực tác dụng lên cấu kiện giằng giữa các cấu kiện này.

Phân tích phƣơng trình biến dạng cho thấy hai cấu kiện thẳng đứng chỉ biến dạng

đồng điệu khi chúng có cùng chiều cao tiết diện theo phƣơng đang xét. Trong tính toán

gần đúng, có thể xem hai cấu kiện biến dạng đồng điệu khi chúng chỉ có biến dạng cắt

(E.I = ∞) hoặc chỉ có biến dạng uốn (G.A = ∞)



Mobile: 0906 121 726 30

4. BÀI 4 TÂM CỨNG, TÂM KHỐI LƢỢNG, TÂM HÌNH HỌC

Tâm cứng, tâm khối lƣợng, và tâm hình học là các đặc trƣng xác định trên mặt bằng

của kết cấu. Tâm cứng, tâm khối lƣợng và tâm hình học đƣợc xác định theo cách khác

nhau và có vai trò khác nhau trong quá trình phân tích kết cấu.

Tâm cứng Tâm cứng (CR - Center of Rigidity) là vị trí trên mặt bằng mà nếu đặt một lực ngang

vào đó thì mặt bằng chỉ chịu chuyển vị tịnh tiến, không có chuyển vị xoay.

Tâm cứng đƣợc xác định dựa trên đặc trƣng hình học của kết cấu (mô men quán tính

I) và đặc trƣng của vật liệu (mô đun đàn hồi E). Đối với hệ kết cấu có các cấu kiện thẳng

đứng biến dạng đồng điệu, vị trí của tâm cứng đƣợc xác định nhƣ sau:

X = ∑(Xi.E.Ixi)/∑(E.Ixi)

Y = ∑(Yi.E.Iyi)/∑(E.Iyi)

Công thức trên xác định dựa trên tính chất phân phối tải trọng ngang tỉ lệ thuận với

độ cứng đối với các cấu kiện biến dạng đồng điệu.

Trên thực tế, hệ kết cấu thƣờng tƣơng đối phức tạp và có sự kết hợp của các cấu kiện

thẳng đứng có biến dạng không đồng điệu với nhau. Trong những trƣờng hợp đó, cần xác

định vị trí tâm cứng thông qua định nghĩa của nó. Hình 1 thể hiện phƣơng pháp xác định

vị trí tâm cứng trong phần mềm Etabs

Hình 1: Xác định vị trí tâm cứng theo định nghĩa

Có thể tóm tắt phƣơng pháp này nhƣ sau:

Tại điểm A bất kỳ, đặt một lực đơn vị Fx = 1 theo phƣơng X, xác định đƣợc góc xoay

của sàn Rzx

Vẫn tại điểm A, đặt một lực đơn vị Fy = 1 theo phƣơng Y, xác định đƣợc góc xoay

của sàn Rzy

Đặt một mô men xoắn đơn vị Mz = 1 quanh trục Z, xác định đƣợc góc xoay của sàn

Rzz

Tọa độ (X, Y) của tâm cứng đƣợc xác định nhƣ sau: X = -Rzy/Rzz và Y = Rzx/Rzz

Khi một lực đặt lên sàn không đi qua tâm cứng, nó sẽ gây ra một mô men xoắn với

cánh tay đòn của lực đƣợc tính đến vị trí của tâm cứng.

Tâm khối lƣợng

http://www.thuvien.ketcausoft.com/pages/P12111501-he-bien-dang-dong-dieu



Mobile: 0906 121 726 31

Tâm khối lƣợng (CM - Center of Mass) của sàn chính là trọng tâm vật lý xét trên mặt

bằng của sàn. Tọa độ xác định bằng các công thức đơn giản nhƣ sau:

X = ∑(Xi.mi)/∑(mi) và Y = ∑(Yi.mi)/∑(mi).

Vị trí của tâm khối lƣợng chính là điểm đặt của các lực liên quan đến tác động quán

tính nhƣ: tải trọng động đất, thành phần động của tải trọng gió

Tâm hình học Tâm hình học đƣợc xác định thông qua khoảng cách trung bình từ một điểm tới các

biên của công trình theo phƣơng đang xét.

Tâm hình học có thể đƣợc lấy làm vị trí tác dụng của các tải trọng tác dụng trên bề

mặt nhƣ thành phần tĩnh của tải trọng gió

.

Ý nghĩa của việc xác định tâm cứng, tâm khối lƣợng và tâm hình học

Vị trí của tâm khối lƣợng và tâm hình học và các vị trí tác dụng của các lực liên quan

nhƣ tải trọng gió (thành phần tĩnh, thành phần động) và tải trọng động đất.

Vị trí của tâm cứng, tâm khối lƣợng và tâm hình học của một mặt bằng kết cấu

thƣờng không trùng nhau, do đó dƣới tác dụng của các tải trọng gió và động đất, công

trình thƣờng phải chịu thêm mô men xoắn do độ lệch của tải trọng so với tâm cứng.

Một số tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu hạn chế độ lệch giữa tâm cứng, tâm khối lƣợng và

tâm hình học ở mức cho phép.

5. BÀI 5 HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG CHO NHÀ CAO TẦNG BẰNG CÁCH

SỬ DỤNG OUTTRIGGER (DẦM GÁNH)

Một vấn đề thƣờng phải đối diện khi thiết kế nhà cao tầng là giải pháp để hạn chế

chuyển vị ngang. Các nhà cao tầng hiện nay tại Việt Nam thƣờng có bƣớc cột tƣơng đối

lớn trong khi chiều cao của dầm tƣơng đối nhỏ nhằm đảm bảo chiều cao thông thủy với

một chiều cao tầng thấp nhất. Điều này làm giảm tác dụng chịu tải trọng ngang của hệ

khung trong kết cấu khung – vách lõi (core wall). Nhà càng cao chuyển vị càng lớn trong

khi việc tăng kích thƣớc của vách lõi bị hạn chế bởi các điều kiện kiến trúc và kinh tế. Để

hạn chế chuyển vị ngang cho công trình, một giải pháp tƣơng đối đơn giản và hiệu quả là

sử dụng outtrigger và belt wall.

Khái niệm Outtrigger

Outtrigger (dầm gánh) là một cấu kiện theo phƣơng ngang có độ cứng lớn, nối giữa

vách lõi và các cột biên, nhằm sử dụng các cột biên để tăng khả năng chịu tải trọng ngang

của vách lõi, từ đó giảm chuyển vị của công trình. Thuật ngữ 'dầm gánh' mô tả đƣợc

nguyên lý hoạt động của Outtrigger. Tuy nhiên thực tế cho thấy Outtrigger có thể đƣợc

thiết kế với nhiều hình thức khác nhau và do đó thuật ngữ dầm gánh chƣa bao quát đƣợc

khía cạnh này.

Belt wall



Mobile: 0906 121 726 32

Outtrigger huy động các cột trực tiếp nối với nó để hạn chế chuyển vị ngang của

công trình. Khi cần huy động toàn bộ các cột biên, ngƣời ta sử dụng belt wall. Đó là hệ

vách có chiều cao bằng 1 hoặc 2 tầng chạy dài xung quanh công trình nối các cột biên với

nhau và với Outtrigger.

Hình 1: Outtrigger và Belt wall

Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của Outtrigger tƣơng đối đơn giản. Khi tải trọng ngang tác

dụng lên công trình, hệ vách lõi (chịu hầu hết tải trọng ngang) làm việc nhƣ một công

xôn và bị chuyển vị. Chuyển vị của vách lõi làm Outtrigger có xu hƣớng bị xoay, làm cho

cột ở phía đón tải trọng bị kéo và cột ở phía bên kia bị nén. Các lực kéo và nén ở cột hình

thành cặp ngẫu lực tác dụng lên Outtrigger và tạo nên một mô men có tác dụng làm giảm

mô men trong tổ hợp với tải trọng ngang và làm hạn chế chuyển vị của công trình. Có thể

làm đƣợc nhƣ vậy là nhờ độ cứng lớn của outtrigger.

Ngoài tác dụng hạn chế chuyển vị ngang, việc bố trí outtrigger cũng làm giảm đáng

kể chu kỳ dao động của công trình.



Mobile: 0906 121 726 33

Hình 2: Thực tế đa dạng của hệ kết cấu

Vị trí tối ƣu Outtrigger có thể đƣợc bố trí ở các vị trí khác nhau là do đó có tác dụng hạn chế

chuyển vị ngang khác nhau.

Hình 3 là ví dụ trƣờng hợp bố trí 1 outtriger với các cao độ khác nhau cho công trình.

Các tính toán cho thấy đối với trƣờng hợp chỉ bố trí 1 outtrigger, vị trí tối ƣu để hạn chế

chuyển vị là vị trí có cao độ xấp xỉ ½ chiều cao công trình.

Hình 3: Outtrigger phát huy hiệu quả khác nhau khi bố trí ở các cao độ khác nhau

Hình 4 là vị trí tối ƣu khi bố trí outtrigger cho công trình đƣợc kiến nghị trong cuốn

Reinforced Concrete Design of Tall Buildings



Mobile: 0906 121 726 34

Hình 4: Vị trí tối ưu tương ứng với số lượng outtrigger

Áp dụng Mặc dù có luận điểm tƣơng đối rõ ràng, trên thực tế không phải bao giờ chúng ta

cũng bố trí đƣợc các outtrigger ở vị trí tối ƣu nhƣ mong muốn. Bên cạnh đó, việc sử dụng

một outtrigger có dạng vách đặc mang lại các nhƣợc điểm:

Gây cản trở giao thông

Tốn vật liệu và thời gian xây dựng

Tính toán và thiết kế phức tạp

Hình 5 là một biến thể của outtrigger dƣới dạng dàn. Việc sử dụng thanh giằng chéo

khiến việc tính toán, thiết kế và thi công trở nên đơn giản. Sử dụng thanh giằng chéo

cũng tạo khoảng trống cho giao thông, giúp outtriger có thể bố trí linh hoạt hơn. Tuy

dạng dàn không mang lại hiểu quả lớn nhƣ dạng vách đặc, nhƣng những ƣu điểm của nó

lại giúp cho chúng ta có thể áp dụng outtrigger một cách phổ thông hơn.

Hình 5: Outtrigger có thể được thiết kế ở dạng dàn



Mobile: 0906 121 726 35

6. HỆ SỐ ỨNG XỬ

Hệ số ứng xử (tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 ký hiệu là q ; một số tiêu chuẩn ký hiệu là R) là một khái niệm được sử dụng trong kỹ thuật thiết kế kháng chấn hiện đại, biểu thị khả năng làm việc ngoài giới

hạn đàn hồi của kết cấu. Qua đó, thay vì khả năng chịu được tác động lớn nhất của động đất trong quá

trình làm việc đàn hồi, kết cấu sẽ có khả năng phân tán năng lượng của tác dụng động đất trong quá trình làm việc đàn hồi - dẻo. Điều này thể hiện quan niệm mới trong thiết kế công trình chịu tải trọng

động đất đó là cho phép công trình hư hỏng nhưng không được phép sụp đổ để bảo đảm sinh mạng con người.

6.1. Khái niệm hệ số ứng xử

Hệ số ứng xử q biểu thị một cách gần đúng tỉ số giữa lực động đất mà kết cấu sẽ phải chịu nếu phản

ứng của nó hoàn toàn đàn hồi và lực động đất có thể sử dụng khi thiết kế theo mô hình phân tích không đàn hồi thông thường mà vẫn tiếp tục đảm bảo cho hệ kết cấu một phản ứng thỏa mãn các yêu cầu đặt

ra.

Tùy vào hệ kết cấu, giá trị của hệ số ứng xử q có thể khác nhau theo theo các hướng nằm ngang của kết cấu.

Khái niệm hệ số ứng sử q gắn liền với quan niệm hiện đại trong thiết kế kháng chấn, giá trị của nó tương ứng với giá trị độ dẻo của công trình.

6.2. Quan niệm hiện đại trong thiết kế kháng chấn

Động đất là một hiện tượng tự nhiên có thời điểm xuất hiện và cường độ không thể báo trước. Việc thiết

kế công trình làm việc đàn hồi chịu được tải trọng động đất gây lãng phí và không hợp lý do xác suất xuất hiện những trận động đất mạnh thường rất thấp. Do đó, quan điểm thiết kế kháng chấn hiện nay là

chấp nhận tính không chắc chắn của hiện tượng động đất để có thể tập trung vào việc thiết kế các công

trình có mức độ an toàn chấp nhận được. Các công trình xây dựng được thiết kế theo quan điểm này phải có độ cứng, độ bền và độ dẻo thích hợp nào đó, nhằm bảo đảm trong trường hợp động đất xảy ra

sinh mạng con người được bảo vệ, các hư hỏng được hạn chế và những công trình quan trọng có chức năng bảo vệ cư dân vẫn có thể duy trì hoạt động. Đối với các trận động đất có cường độ yếu, độ cứng

nhằm tránh không xảy ra các hư hỏng ở phần kiến trúc của công trình. Đối với các trận động đất có

cường độ trung bình, độ bền cho phép giới hạn các hư hỏng nghiêm trọng ở hệ kết cấu chịu lực. Đối với các trận động đất mạnh hoặc rất mạnh, độ dẻo cho phép công trình có các chuyển vị đàn hồi lớn mà

không bị sụp đổ.

6.3. Khả năng làm việc ngoài giới hạn đàn hồi của kết cấu bê tông cốt thép

Trước khi hình thành quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại, các công trình vẫn được thiết kế kháng chấn với với độ cứng và độ bền đủ lớn để kết cấu vẫn đảm bảo không bị phá hoại và vẫn làm việc trong

giai đoạn đàn hồi. Tuy nhiên, một số công trình được thiết kế theo quan điểm này khi chịu tác động của động đất với cấp lớn hơn cấp động đất được thiết kế vẫn không bị sụp đổ hay hư hỏng trầm trọng. Điều

này có được là do khả năng làm việc ngoài giới hạn đàn hồi của kết cấu bê tông cốt thép. Xem xét vấn

đề này bằng ví dụ dưới đây.



Mobile: 0906 121 726 36

Hình 1. Phản ứng của các hệ kết cấu có một bậc tự do động khi chịu tác động động đất.

Ở sơ đồ a, hệ làm việc hoàn toàn đàn hồi. Dưới tác động của tải trọng F1, hệ có chuyển vị x1. Năng lượng

của hệ tập trung dưới dạng thế năng đàn hồi, định lượng bằng diện tích của hình tam giác OBF. Khi tải

trọng dừng tác dụng, do tính chất đàn hồi, công trình trở về trạng thái ban đầu, năng lượng được chuyển thành động năng. Nếu không xét đến lực cản, tổng năng lượng sẽ không đổi, và công trình sẽ dao động

xung quanh vị trí cân bằng. Ở sơ đồ b hệ làm việc đàn hồi dẻo, và chỉ chịu được tải trọng F2 khi làm việc trong giai đoạn đàn hồi với chuyển vị xy. Sau giai đoạn đàn hồi, hệ tiếp tục chuyển qua làm việc trong

giai đoạn dẻo và đạt đến biến dạng lớn nhất x2. Năng lượng tích lũy dược định lượng bằng diện tích hình

OADE. Dưới tác dụng của tải trọng đảo chiều, hệ sẽ quay trở lại điểm G, lúc này năng lượng tích lũy trong hệ chỉ là phần diện tích hình GDE, và một phần lớn năng lượng của hệ bằng diện tích của hình

OADG đã được phân tán do sự làm việc dẻo của kết cấu.

Tỉ lệ x2/xy được gọi là độ dẻo μ của kết cấu, và tỉ lệ F1/F2 chính là hệ số ứng xử q của kết cấu.

Như vậy, hệ số ứng xử q chính là hệ số giảm tải trọng, với độ dẻo thiết kế, công trình được thiết kế đàn

hồi với tải trọng F2 vẫn có thể không sụp đổ hoặc hư hại nghiêm trọng dưới tác dụng của tải trọng F1.



Mobile: 0906 121 726 37

6.4. Quan hệ giữa hệ số ứng xử q và độ dộ dẻo μ

Độ dẻo μ biểu thị khả năng làm việc trong miền dẻo của kết cấu, đó là tỉ số giữa biến dạng toàn phần của kết cấu tại trạng thái phá hoại và biến dạng của kết cấu lúc chuyển từ giai đoạn đàn hồi sang giai

đoạn dẻo. F2 được gọi là tải trọng động đất thiết kế trong khi F1 chính là lực động đất thực tế mà công trình phải chịu. Mối quan hệ giữa F1 và F2 có thể được xác định thông qua phương pháp cân bằng chuyển

vị (x1 = x2) hoặc cân bằng năng lượng (diện tích hình OBF bằng diện tích hình OADE). Khi được xác định

theo phương pháp cân bằng chuyển vị thì q1 = μ. Khi được xác định theo phương pháp cân bằng năng lượng thì q2 = √(2*μ - 1).

Các nghiên cứu cho thấy rằng, đối với công trình có chu kỳ dao động lớn hơn giá trị giới hạn (ví dụ giá trị

chu kỳ Tm ứng với đỉnh của phổ phản ứng), chuyển vị cực đại của hệ không đàn hồi xấp xỉ với giá trị

chuyển vị lớn nhất của hệ kết cấu đàn hồi có cùng độ cứng với độ cứng ban đầu của hệ không đàn hồi và có độ bền không hạn chế. Đối với hệ có chu kỳ bé hơn Tm, giả thiết cân bằng chuyển vị tỏ ra không

phù hợp.

Hệ số q trên thực tế được chọn giữa hai giá trị q1 và q2.

6.5. Tài liệu tham khảo [1]. TCXDVN 375:2006. Thiết kế công trình chịu động đất.

[2]. Nguyễn Lê Ninh. Động đất và thiết kế công trình chịu động đất. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội,

2009.

7. GIẢ THIẾT TIẾT DIỆN PHẲNG

Tác giả: Hồ Việt Hùng

Giả thiết tiết diện phẳng (các tên gọi khác: giả thiết mặt cắt phẳng, giả thiết biến dạng phẳng) là một giả

thiết tối quan trọng trong tính toán thiết kế kết cấu, thường được biết đến với tên giả thuyết Bernoulli.

Giả thiết tiết diện phẳng phát biểu rằng mặt phẳng của tiết diện vẫn phẳng sau biến dạng. Từ giả thiết này, người ta có thể đưa ra được sơ đồ ứng suất - biến dạng của tiết diện tại trạng thái giới hạn , và từ

đó thiết lập được các phương trình tính toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện.

7.1. THÍ NGHIỆM UỐN DẦM CỦA BERNOULLI

Nhà khoa học Bernoulli đã tiến hành thí nghiệm như sau:

Vẽ các đoạn thẳng theo hai phương dọc dầm và vuông góc với phương dọc dầm.

Dùng một lực tác dụng vào giữa dầm để cho dầm có xu hướng bị uốn dưới lực tác dụng.

http://www.thuvien.ketcausoft.com/cung_mot_tac_gia.php?author=H%E1%BB%93%20Vi%E1%BB%87t%20H%C3%B9ng

http://en.wikipedia.org/wiki/Daniel_Bernoulli

http://www.thuvien.ketcausoft.com/pages/P12110101-phuong-phap-thiet-ke-theo-trang-thai-gioi-han



Mobile: 0906 121 726 38

Hình 1. Thí nghiệm uốn dầm của Bernoulli

Quan sát thí nghiệm, ông phát hiện ra rằng với một biến dạng cho phép các đoạn thẳng theo phương

dọc dầm vẫn có xu hớng song song với nhau. Còn các đoạn thẳng vuông góc với phương dọc dầm thì vẫn có dạng đường thẳng sau khi dầm bị uốn.

Từ kết quả đó, ông nêu ra giả thiết tiết diện phẳng, theo đó các tiết diện vuông góc với phương dọc dầm vẫn vuông góc với trục dầm sau khi dầm bị uốn.

Giả thiết tiết diện phẳng tương đối phù hợp với các cấu kiện trong kết cấu thực.

7.2. ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU

Giả thiết tiết diện phẳng là cơ sở để xây dựng biểu đồ ứng suất - biến dạng ở trạng thái giới hạn. Dựa vào biến dạng giới hạn của bê tông, chiều cao vùng nén và vị trí của cốt thép có thể xác định được biến

dạng của cốt thép, và từ đó xác định được ứng suất của cốt thép. Đây là nguyên lý chung để giả quyết các bài toán tính toán và thiết kế các cấu kiện thông thưởng trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê

tông cốt thép.



Mobile: 0906 121 726 39

Hình 2. Sơ đồ ứng suất - biến dạng tại trạng thái giới hạn của dầm đặt cốt thép đơn theo Eurocode2

Tuy nhiên giả thiết tiết diện phẳng chỉ đúng trong những phạm vi ứng dụng nhất định.

Nguyên lý Saint-Venant (Saint-Venant's principle) chỉ ra rẳng giả thiết tiết diện phẳng chỉ đúng với những tiết diện có khoảng cách đủ xa so với các vị trí có đặt lực tập trung hoặc có sự thay đổi về kích thước tiết

diện (khoảng cách này thông thường bằng 1 lần chiều cao tiết diện).

Bungale S. Taranath [2] cho rằng đối với dầm, giả thiết tiết diện phẳng chỉ đúng khi chiều dài nhịp dầm

lớn hơn hoặc bằng 4 lần chiều cao tiết diện. Các dầm có chiều dài nhịp bé hơn 4 lần chiều cao tiết diện có thể được định nghĩa là dầm cao, có ứng suất phân bố phi tuyến trên tiết diện, được phân tích và thiết

kế bằng các phương pháp đặc biệt khác, ví dụ mô hình giàn ảo (Strut and Tie mothod).

7.3. Tài liệu tham khảo [1]. Lê Ngọc Hồng. Sức bền vật liệu. Nxb Khoa học Kỹ thuật, 1998, 2000.

[2]. Bungale S. Taranath. Reinforced Concrete Design of Tall Buildings

8. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN


Thiết kế theo trạng thái giới hạn (Limit State Design - LSD) là phương pháp chủ yếu và phổ biến để tính

toán kết cấu BTCT. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà nếu vượt quá thì kết cấu không còn đảm bảo khả năng chịu lực, mất ổn đỉnh hoặc không đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường. Thiết kế theo tại trạng

thái giới hạn được phân ra làm 2 nhóm, tương ứng là thỏa mã điều kiện chịu lực, ổn định (Ultimate Limit State); và thỏa mãn điều kiện sử dụng bình thường (Serviceability Limit State). Các nhóm này trong

TCXDVN 356:2005 được quy định lần lượt là Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH1) và Trạng thái giới hạn

thứ hai (TTGH2)

8.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ NHẤT (TTGH1)

Tính toán theo THGH1 nhằm đảm bảo cho kết cấu:

Không bị phá hoại dòn, dẻo

http://en.wikipedia.org/wiki/Saint-Venant's_principle

http://www.thuvien.ketcausoft.com/pages/P12102101-dam-cao-va-dam-chuyen




Mobile: 0906 121 726 40

Không bị mất ổn định về hình dạng hoặc về vị trí

Không bị phá hoại vì mỏi

Không bị phá hoại do tác động đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của

môi trường

Tính toán theo TTGH1 thường ở dưới dạng thỏa mãn các phương trình kiểm tra khả năng chịu lực. Ví dụ

phương trình (28) trong TCXDVN 356:2005 sử dụng cho cấu kiện chịu uốn:

M ≤ Rb.b.x.(ho - 0,5.x) + Rsc.As'.(ho - a')

8.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ HAI (TTGH2)

Tính toán theo TTGH2 nhằm đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu sao cho:

Không cho hình thành cũng như mở rộng vết nứt quá mức hoặc vết nứt dài hạn nếu điều kiện sử

dụng không cho phép hình thành hoặc mở rộng vết nứt

Không có những biến dạng vượt quá giới hạn cho phép (độ võng, góc xoay, góc trượt, dao

động).

Tính toán theo TTGH2 thường ở dưới dạng thỏa mãn các phương trình kiểm tra chuyển vị, độ võng, hoặc

độ lún.

TCXDVN 356:2005 cho phép không cần tính toán kiểm tra sự mở rộng vết nứt và biến dạng nế qua thực

nghiệm hoặc thực tế sử dụng các kết cấu tương tự đã khẳng định được: bề rộng vết nứt ở mọi giai đoạn không vượt qua giá trị cho phép và kết cấu có đủ độ cứng ở giai đoạn sử dụng (Mục 4.2.2).

Các tiêu chuẩn BS 8110:97, Eurocode2, ACI đều đưa ra được các côn số giới hạn về kích thước cấu kiện

(chiều dài nhịp dầm / chiều cao tiết diện dầm) mà nếu thiết kế thỏa mãn thì không cần thiết phải kiểm

tra theo TTGH2.

8.3. Tài liệu tham khảo [1]. TCXDVN 356:2005. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

9. CÁC ĐẶC TRƢNG CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG


Bài viết này đề cập đến các đặc trưng cường độ của bê tông được sử dụng trong tiêu chuẩn Việt Nam và

các hệ thống tiêu chuẩn khác.

9.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM 9.2. CẤP ĐỘ BỀN

Cấp độ bền chịu nén của bê tông: Ký hiệu bằng chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cường độ

chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không dưới 95% xác định trên các mẫu




Mobile: 0906 121 726 41

lập phương kích thước tiêu chuẩn (150mm x 150mm x 150mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện

tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày.

Cấp độ bền là khái niệm chủ yếu dùng để phân loại bê tông được sử dụng trong tiêu chuẩn TCXDVN

356:2005, thay thế cho tên gọi Mác. Bê tông theo TCXDVN 356:2005 có các cấp độ bền sau: B5; B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60.

9.3. MÁC BÊ TÔNG

Mác bê tông theo cường độ chịu nén: Ký hiệu bằng chữ M, là cường độ của bê tông, lấy bằng giá trị

trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị kG/cm2 xác định trên mãu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150mm x 150mm x 150mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu

chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày.

Mác là khái niệm chủ yếu dùng để phân loại bê tông được sử dụng trong tiêu chuẩn TCVN 5574:1991. Bê

tông theo TCVN 5574:1991 có các mác sau: M100; M150; M200; M250; M300; M350; M400; M450; M500; M600.

9.4. TƢƠNG QUAN GIỮA CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG

Tương quan giữa cấp độ bền B và mác M là:

B = αb.βb.M

Trong đó:

αb - hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang MPa; αb = 1/9,81 ≈ 0,1

βb - hệ số tương quan giữa cường độ đặc trưng và cường độ trung bình mẫu. Với σ = 0,135 thì

βb = 0,778

9.5. CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

9.6. Giá trị trung bình của cƣờng độ chịu nén: Rtb

Gọi tắt là cường độ trung bình. Đó là giá trị trung bình số học của cường độ một số mẫu thử:

Rtb = ∑Ri/n

Trong đó:

Ri - cường độ mẫu thử thứ i

n - Số mẫu thử

9.7. Giá trị đặc trƣng của cƣờng độ: Rc

Gọi tắt là cường độ đặc trưng. Đó là giá trị cường độ được lấy với xác suất đảm bảo 95%

Rc = Rtb.(1 - S.σ) = βb.Rtb

Trong đó:



Mobile: 0906 121 726 42

βb - hệ số đồng chất của bê tông (hệ số tương quan giữa Rc và Rtb)

σ - hệ số biến động cường độ các mẫu thử, xác định theo tính toán thống kê, σ = [√{∑(Ri -

Rtb)2}/{n - 1}]/Rtb

S - hệ số, phụ thuộc và xác suất đảm bảo. Với xác suất 95% có S = 1,64

TCXDVN 356:2005 sử dụng σ = 0,135

9.8. Giá trị tiêu chuẩn của cƣờng độ chịu nén: Rbn

Gọi tắt là cường độ tiêu chuẩn về chịu nén.

Khi thí nghiệm mẫu thử khối vuông thường đạt được cường độ cao hơn so với bê tông ở trong kết cấu thực. Đó là vì ảnh hưởng của một số yêu tố như ma sát giữa bàn máy nén và mẫu, kích thước mẫu, tốc

độ gia tải ... Để kể đến điều này người ta xác định cường độ tiêu chuẩn như sau:

Rbn = θkc.Rc

Trong đó θkc là hệ số kết cấu, chuyển đổi cường độ của mẫu thử sang cường độ bê tông của kết cấu. Thông thường θkc = 0,7 → 0,75

Khi thí nghiệm nếu dùng mẫu lăng trụ có chiều cao bằng 4 cạnh đáy thì thu được cường độ gần giống

như cường độ của bê tông trong kết cấu thực. Vì vậy, cường độ của bê tông (trung bình hoặc đặc trưng)

được nhân với θkc cũng thường được gọi là cường độ lăng trụ.

9.9. Giá trị tính toán của cƣờng độ chịu nén: Rb

Đó là giá trị được dùng để tính toán theo trạng thái giới hạn, được gọi tắt là cường độ tính toán. Nó được xác định với một mức độ an toán và kể đến các điều kiện làm việc.

Cường độ tính toán gốc Rb được xác định theo công thức:

Rb = Rbn/kb

Trong đó kb là hệ số độ tin cậy (hệ số an toàn), kb = 1,3.

Trong những trường hợp cần xét đến điều kiện làm việc của bê tông thì cần nhân Rb với hệ số điều kiện

làm việc γb

Bảng cường độ tính toán của bê tông theo TCXDVN 356:2005

Cấp độ bền B15 B20 B25 B30 B35 B40

Rb (MPa) 8,5 11,5 14,5 17 19,5 22

Rbt (MPa) 0,75 0,9 1,05 1,2 1,3 1,4

Eb (MPa) 23000 27000 30000 32500 34500 36000

TIÊU CHUẨN BS 8110



Mobile: 0906 121 726 43

Bê tông theo tiêu chuấn BS8110 được ký hiệu theo cấp độ bền, ví dụ cấp độ bền C30, trong đó 30 là

cường độ đặc trưng tính theo đơn vị MPa. Khái niệm cấp độ bền của BS8110 tương đồng với khái niệm cấp độ bền của TCXDVN 356:2005 ngoại trừ việc sử dụng ký hiệu C thay cho ký hiệu B

Cường độ đặc trưng fcu: là cường độ của mẫu thử lập phương (kích thước 150mm x 150mm x 150mm) ở tuổi 28 ngày với xác suất đảm bảo 95%.

Trong các quy trình tính toán của BS8110, cường độ bê tông sử dụng trong tính toán được nhân với hệ

số quy đổi (sang cường độ cho cấu kiện chịu uốn = 0,67) và chia cho hệ số điều kiện làm việc γm = 1,5;

cường độ sử dụng trong tính toán thường được lấy bằng: 0,45.fcu

TIÊU CHUẨN EUROCODE 2

Bê tông theo tiêu chuẩn Eurocode 2 được ký hiệu theo cấp độ bền của mẫu trụ và mẫu lập phương

tương ứng, ví dụ C20/25, trong đó 20 là cường độ đặc trưng của mẫu trụ fck và 25 là cường độ đặc trưng của mẫu lập phương fck,cube, fck và fck,cube tính theo đơn vị MPa

Giá trị cường độ đặc trưng của mẫu thử lập phương fck,cube tương ứng bằng giá trị cường độ đặc trưng fcu theo tiêu chuẩn BS 8110 và cường độ đặc trưng Rc (tương ứng là cấp độ bền) theo TCXDVN 356:2005

9.10. Tài liệu tham khảo [1]. TCXDVN 356:2005. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

[2]. Nguyễn Đình Cống. Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép (Tập 1). Nhà xuất bản xây

dựng.

[3]. BS 8110-1997. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (Bản dịch tiếng Việt). Nhà xuất bản xây dựng.

10. Shortening - Nguyên nhân, mâu thuẫn và phƣơng pháp hạn chế sai sót


Khi phân tích nội lực trong Etabs cho các nhà cao tầng theo cách thông thường (không sử dụng chức

năng phân tích theo giai đoạn thi công - Sequential Construction Case) chúng ta sẽ bắt gặp trường hợp

mô men của dầm tại các vị trí có liên kết với vách tăng lên đột biến, trong khi mô men của đầu kia giảm rất nhiều thậm chí đảo chiều (ở mép cột nhưng căng thớ dưới). Trong trường hợp này, diện tích cốt thép

tính toán sẽ rất lớn, hàm lượng thép đôi khi vượt quá hàm lượng lớn nhất theo khuyến cáo. Nếu quan sát kết quả nội lực trong các trường hợp tải trọng, chúng ta sẽ thấy tải trọng ngang (gió, động đất) không

phải là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này. Nguyên nhân chính gây lên tăng đột biến giá trị mô men của dầm tại điểm liên kết với vách là Tĩnh tải. Hiệu ứng mà như các kỹ sư kết cấu vẫn gọi -

Shortening - hay lún đàn hồi.

10.1. Khái niệm

Sự co ngắn không đồng đều dưới các nguyên nhân khác nhau của các cấu kiện thẳng đứng gây ra sự

phân phối nội lực trong toàn bộ kết cấu được gọi ngắn gọn là Shortening (lún đàn hồi). Hình ảnh dưới đây mô tả một cách sơ lược hệ quả của hiệu ứng này.




Mobile: 0906 121 726 44

10.2. Nguyên nhân

Về lý thuyết, sự co ngắn của các cấu kiện xảy ra do các nguyên nhân sau

Lực dọc

Từ Biến

Co ngót

Trong tính toán thông thường chỉ xét đến sự co ngắn do lực dọc, bởi vì ảnh hưởng của Lực dọc tới sự co

ngắn là rõ rệt nhất và có thể tính toán được một cách phổ thông.

Các cấu kiện thẳng đứng chịu lực dọc đều co ngắn, tuy nhiên mức độ co ngắn phụ thuộc vào tải trọng và

độ cứng dọc trục (modul đàn hồi và diện tích tiết diện), và do đó giữa các cấu kiện thẳng đứng có sự co

ngắn khác nhau. Sự chênh lệch về mức độ co ngắn diễn ra rõ rệt nhất là ở phần lõi (hệ vách) và các cột

xung quanh lõi, nguyên nhân là do độ cứng dọc trục của lõi thường rất lớn, vì lõi được thiết kế để chịu tải

trọng ngang, ứng suất nén trong lõi đối với tĩnh tải là rất nhỏ. Các dầm xung quanh lõi thường chịu mô

men uốn lớn do chịu chuyển vị cưỡng bức, và phần lõi thường chịu thêm một phần lực dọc do sự phân

phối lại theo chuyển vị.

Đối với nhà thấp tầng, khi tính toán trong mô hình Etabs thì hệ quả của hiệu ứng trên không đáng kể, do

sự chênh lệch chuyển vị tại các tầng là khá nhỏ.

Hệ quả của Shortening chỉ đáng kể khi tính toán cho nhà cao tầng, và diễn ra rõ rệt ở các tầng phía trên

do độ chênh lệch chuyển vị được cộng dồn. Dầm của các tầng trên thường phải chịu độ lún lệch của bản

thân tầng đó cộng với độ lún của các tầng phía dưới.

10.3. Mẫu thuẫn

Phân tích kỹ hơn cho thấy không chỉ làm thay đổi một cách kỳ dị nội lực trong dầm, Shortening còn phân

phối lại lực dọc trong cột và từ đó ảnh hưởng đến phần kết cấu móng. Lực dọc không còn được phân phối theo diện tích như cách thông thường, dưới tác dụng của chuyển vị không đều, cấu kiện cứng hơn

(chuyển vị ít hơn) sẽ phải chịu một tải trọng phân phối lớn hơn. Tuy nhiên Shortening không diễn ra một cách tự nhiên như thế. Tải trọng bản thân của kết cấu và khối

xây (chiếm hơn 80% tổng tải trọng thẳng đứng) được chất từ từ theo thời gian thi công. Việc thi công



Mobile: 0906 121 726 45

tuần tự các tầng theo dây chuyền đã triệt tiêu được một phần chênh lệch chuyển vị công dồn (do công

tác thi công đã hiệu chỉnh cao độ sàn phù hợp). Do đó, trên thực tế, hệ quả của Shortening không lớn như trong tính toán hệ kết cấu hoàn chỉnh. Việc tính toán hệ kết cấu không xét đến sự triệt tiêu của hiệu

ứng Shortening theo giai đoạn thi công sẽ dẫn đến một sự sai lệch rất lớn về kết quả của toàn bộ kết cấu từ phần móng đến phần thân.

Hệ kết cấu trên thực tế sẽ vẫn phải chịu hệ quả của Shortening, nhưng đã giảm đi đáng kể, và chỉ đáng

kể ở các tầng phía dưới (ngược với theo tính toán).

10.4. Phƣơng pháp hạn chế sai sót

Một số quan điểm cho rằng nên giải phóng liên kết (hóa khớp) các dầm liên kết với vách trong mô hình Etabs để khắc phục hiện tượng trên. Tuy nhiên cách làm này có những điểm không phù hợp, đó là:

Không phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của cấu kiện

Độ cứng của hệ kết cấu bị thay đổi do liên kết đã được chuyển từ nút cứng sang khớp

Để khắc phục những sai sót khi phân tích kế cấu, Etabs cung cấp chức năng tính toán nội lực của hệ kết

cấu theo giai đoạn thi công (Sequential Construction Case), bạn có thể tìm hiểu tại đây: http://www.youtube.com/watch?v=wTEuKAIhp-E

Tuy nhiên, việc phân tích nội lực theo giai đoạn thi công trong Etabs chiếm một lượng thời gian rất lớn. Một phương pháp khác để hạn chế sai sót do tính toán nội lực trong Etabs theo cách thông thường

(không sử dụng chức năng phân tích theo giai đoạn thi công - Sequential Construction Case) là sử dụng

nội lực của trường hợp tỉnh tải của các tầng dưới. Do các tầng dưới chịu ảnh hưởng ít của Shortening, chúng ta có thể lấy nội lực trong trường hợp tĩnh tải

của các tầng dưới để tính toán diện tích cốt thép cho các tầng phía trên. Tuy nhiên phương pháp này chỉ đạt được hiệu quả hạn chế, mà không đưa được kết quả chính xác như phân tích kết cấu theo giai đoạn

thi công.

11. SỰ SUY GIẢM ĐỘ CỨNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP


http://www.youtube.com/watch?v=wTEuKAIhp-E




Mobile: 0906 121 726 46

Bài viết này đề cập đến sự duy giảm độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép

Ngay cả dưới điều kiện làm việc thông thường, cấu kiện BTCT cũng bị nứt do ứng xuất của thớ kéo vượt

quá cường độ chịu kéo giới hạn vốn khá bé của bê tông. Cũng chính việc bị nứt tại thớ kéo làm xuất hiện

biến dạng tương đối của bê tông và cốt thép khiến cho cốt thép phát huy được khả năng chịu kéo của mình.

Trong giai đoạn làm việc bình thường, những vết nứt nằm trong giới hạn và không nhìn thấy được, tuy nhiên các nghiên cứu cho thấy rằng chúng đã ảnh hưởng một cách rõ rệt tới độ cứng của cấu kiện BTCT.

Sự suy giảm độ cứng của các cấu kiện BTCT sẽ dẫn tới sự thay đổi tính chất động học của hệ kết cấu trong đó có chu kỳ giao động riêng của kết cấu BTCT, và do đó tác động của gió và động đất lên công

trình cũng thay đổi so với hệ kết cấu khi chưa xét đến điều này.

Các tài liệu dưới đây sẽ khái quát vấn đề này: Download

Luận văn thạc sỹ của Hồ Việt Hùng về vấn đề này: Download

12. HÀM LƢỢNG TỐI ĐA CỦA CỐT THÉP DẦM


Bài viết này đề cập đến hàm lượng tối đa của cốt thép Dầm cho trong các tiêu chuẩn

http://www.mediafire.com/download.php?84c3f4yu1sbyyyy

http://www.ketcausoft.com/pages/ho-viet-hung

http://www.mediafire.com/download.php?p348wwm3f18zfgl




Mobile: 0906 121 726 47

Hàm lượng cốt thép ảnh hưởng đến dạng phá hoại của cấu kiện, hàm lượng cốt thép quá lớn không chỉ

ảnh hưởng đển khả năng chịu lực mà còn gây khó khăn cho công tác thiết kế và thi công. Dưới đây xin

trình bày các không chế về hàm lượng cốt thép trong Dầm được nêu trong tiêu chuẩn việt nam và một số

tiêu chuẩn khác:

Tiêu chuẩn Việt Nam

o TCXDVN 356-2005: Không quy định về giá trị hàm lượng tối đa của cốt thép cho cấu kiện chịu uốn. Giáo trình BTCT có dựa trên giá trị giới hạn của vùng nén để đưa ra hàm lượng

tối đa của cốt thép trong điều kiện đặt cốt thép đơn dựa trên giá trị giới hạn của vùng nén, tuy nhiên giá trị này không áp dụng được cho trường hợp đặt cốt thép kép

o TCXDVN 375-2006: Có quy định hàm lượng tối đa của cốt thép cho cấu kiện chịu uốn

trong chương 5, phụ thuộc vào cấp dẻo của công trình Tiêu chuẩn nước ngoài

o BS 8110-97: Quy định hàm lượng tối đa của cốt thép (chịu kéo hoặc chịu nén) cho cấu

kiện chịu uốn là 4% o EuroCode 2: Quy định hàm lượng tối đa của cốt thép (chịu kéo hoặc chịu nén) cho cấu

kiện chịu uốn là 4%

o ACI 318-08: Không quy định về giá trị hàm lượng tối đa của cốt thép cho cấu kiện chịu uốn.

o Phần mềm Etabs thiết kế cốt thép theo BS 8110-97: Tính toán cấu kiện với hàm lượng tối đa của cốt thép chịu kéo (kể cả trường hợp đặt cốt kép) là 4%

Mặc dù TCXDVN chưa quy định cụ thể về hàm lượng cốt thép tối đa, nhưng qua tham khảo các tiêu chuẩn nước ngoài, chúng ta thấy hàm lượng tối đa của cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén trong cấu kiện

chịu uốn có thể lên tới 4%

13. VẤN ĐỀ TỐI ƢU TRONG THIẾT KẾ MÓNG CỌC


Dù đang ở trong giai đoạn khó khăn, ngành xây dựng vẫn sẽ phát triển theo xu hướng phát triển chung

của đất nước. Chúng ta sẽ còn cần rất nhiều nhà cao tầng để phục vụ nhu cầu thực tế không nhỏ của đa

số người dân. Chính những khó khăn trong khủng hoảng đã đặt ra cho các công ty tư vấn thiết kế nói chung và các kỹ sư kết cấu nói riêng một nhiệm vụ mới: thiết kế tối ưu. Bởi ngoài những yếu tố khách

quan, một trong những nguyên nhân làm giá thành các sản phẩm xây dựng cao đó là sự chưa tối ưu của

các hồ sơ thiết kế. Thiết kế tối ưu thực chất là tìm ra phương án kết cấu thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và có giá thành thấp nhất. Bài viết này nêu lên những khả năng có thể giảm tối đa giá thành xây dựng

phần móng cọc, từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư cho công trình.

13.1. Cân nhắc lựa chọn sức chịu tải của Cọc

Sức chịu tải của cọc thay đổi phụ thuộc vào kích thước tiết diện và chiều sâu chôn cọc. Thực tế thiết kế cho thấy, khi cọc đã nằm trong vùng đất tốt, đôi khi tăng chiều dài cọc lên một đoạn không lớn, nhưng

có thể tăng khá nhiều sức chịu tải và do đó có thể giảm được một số lượng lớn các cọc. Để thực hiện được điều này, người thiêt kế cần có bước thiết kế sơ bộ và đánh giá phương án thông qua các hệ số an

toàn. Hệ số an toàn của môt đài cọc được xác định là tỉ số giữa sức chịu tải của cọc và tải trọng lớn nhất

tác dụng lên đầu cọc. Ví dụ, cọc ép 300x300 có sức chịu tải 40T ở chiều dài 36m, và 43T ở chiều dài 38m. Với tải trọng chân cột là 170T, nếu sử dụng cọc dài 36m thì chúng ta phải lựa chọn phương án 5

cọc (hệ số an toàn 1,17), trong khi nếu dùng cọc 38m thì chúng ta chỉ cần 4 cọc (hệ số an toán 1,01).




Mobile: 0906 121 726 48

Như vậy số lượng cọc giảm 20% trong khi chiều dài cọc chỉ tăng 6%. Về sơ bộ phương án 2 tiết kiệm

hơn phương án 1 là 28m cọc. Trong những trường hợp này, người thiết kế cần có phương án sơ bộ, đánh giá cụ thể và có cái nhìn tổng quát để đưa ra phương án thiết kế hợp lý nhất.

13.2. Cân nhắc sử dụng tải trọng tiêu chuẩn để tính toán

Sức chịu tải của cọc được quyết định dựa vào đất nền hoặc theo vật liệu cọc. Chỉ trong trường hợp được

cắm vào lớp đất rất tốt thì sức chịu tải của cọc mới được quyết định dựa vào sức chịu tải theo vật liệu cọc. Phá hoại của cọc lúc đó là phá hoại do ứng suất trong cọc vượt quá giới hạn bền của vật liệu cọc, tải

trọng dùng để kiểm tra lúc này là tải trọng tính toán. Trong trường hợp còn lại, sức chịu tải của cọc được

quyết định dựa vào sức chịu tải theo đất nền. Phá hoại của cọc lúc này là phá hoại do cọc bị lún quá độ lún giới hạn. Tải trọng dùng để kiểm tra lúc này là tải trọng tiêu chuẩn. Thống nhất được điều này, người

thiết kế cần xác định trường hợp phá hoại của cọc và lựa chọn tải trọng dùng để kiểm tra. Đối với trường hợp sức chịu tải của cọc được xác định dựa vào sức chịu tải theo nền đất, việc sử dụng tải trọng tiêu

chuẩn có thể đưa tới phương án thiết kế tiết kiệm 13% do hệ số vượt tải nói chung không thấp hơn 1,15.

13.3. Sử dụng hệ số giảm hoạt tải

Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 cho phép giảm tác dụng của hoạt tải do xét tới xác suất xuất hiện của yếu tố này. Việc giảm hoạt tải phụ thuộc vào chức năng và diện tích của phòng. Trong đa số trường hợp,

hoạt tải có thể giảm xuống chỉ còn 80%.

13.4. Tối ƣu hóa tiết diện các cấu kiện phần thân

Việc thiết kế tối ưu hóa tiết diện các cấu kiện phần thân sẽ dẫn tới tải trọng truyền xuống móng là nhỏ

nhất. Thực tế cho thấy các đơn vị thiết kế rất ngại phải điều chỉnh thiết kế, và thường thiết kế theo cách thức: chọn lựa sơ bộ tiết diện và ... chọn luôn tiết diện đó để bố trí cốt thép. Điều này sẽ dẫn tới không

chỉ lãng phí vật liệu bê tông mà còn lãng phí vật liệu cốt thép do phải bố trí để không nhỏ hơn hàm lượng tối thiểu cho phép. Việc thiết kế tối ưu tiết diện đem lại khá nhiều hiệu quả mang tính dây chuyền:

tiết kiệm chi phí vật liệu, tiết kiệm chi phí nhân công cho vật liệu và công tác lắp dựng ván khuôn, giảm tải trọng cho móng... Lựa chọn phương án kết cấu hợp lý trên thực tế không chỉ phát huy hiệu quả khả

năng chịu lực của hệ kết cấu, nó còn ảnh hưởng đến ứng xử động của công trình và do đó, ảnh hưởng

tới tác động của tải trọng gió và động đất tác dụng lên công trình.

13.5. Sử dụng vật liệu hoàn thiện nhẹ

Việc sử dụng vật liệu nhẹ sẽ trực tiếp làm giảm tải trọng tác dụng lên móng. Gạch nhẹ có trọng lượng xấp xỉ và nhỏ hơn trọng lượng của nước, so với gạch rỗng thì trọng lượng giảm 30%.

13.6. Sử dụng mô hình phân tích kết cấu có kể đến sự làm việc đồng thời giữa phần

móng và phần thân

Việc sử dụng mô hình làm việc đồng thời giữa phần móng và phần thân sẽ tận dụng được khả năng làm

việc của hệ giằng móng, đồng thời cũng phát huy được sự làm việc theo nhóm của hệ cọc, trong đó, sự phân phối lại tải trọng giữa các cọc sẽ làm giảm tải trọng tác dụng lên đầu cọc chịu lực lớn nhất.

13.7. Tăng 20% sức chịu tải của cọc đối với trƣờng hợp tổ hợp có tải trọng ngang

Một cách không chính thống như trong các tiêu chuẩn. Hiện nay các đơn vị thiết kế đang sử dụng sức

chịu tải cho phép lớn hơn 20% sức chịu tải cho phép tính toán để kiểm tra đối với tổ hợp có tải trọng



Mobile: 0906 121 726 49

ngang. Một căn cứ của việc áp dụng này là Chú thích 1, phụ lục A.1, tiêu chuân TCXD 205-1998. Tuy căn

cứ này không chặt chẽ, nhưng việc áp dụng cũng mang lại hiệu quả không nhỏ trong thiết kế móng cọc.

13.8. Cuối cùng

Việc thiết kế tối ưu đòi hỏi phải xem xét tỉ mỉ các phương án và lựa chọn ra phương án thiết kế đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong khi vẫn đảm bảo điều kiện kỹ thuật. Để làm được điều này, cần có sự hỗ trợ

của các phần mềm thiết kế kết cấu nhằm giảm khối lượng công việc, tạo điều kiện đi sâu vào đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

14. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCXDVN 375:2006

Bài viết này tóm tắt quy trình tính toán tải trọng động đất theo TCXDVN 375:2006

14.1. Xác định các thông số cơ bản

1. Xác định đỉnh gia tốc nền tham chiếu: agR, tra bảng phụ lục I. Chú ý rằng bảng tra này đã được

quy đổi theo gia tốc trọng trường g, agR bằng giá trị tra bảng nhân với g, ví dụ đối với địa điểm thành phố Hồ Chí Minh - quận 4, có đỉnh gia tốc nền tham chiếu là 0,0847*g.

2. Xác định hệ số tầm quan trọng, γI, tra bảng phụ lục F và G. Ví dụ với nhà cao từ 20 tầng đến 60

tầng có mức độ quan trọng là I, hệ số tầm quan trọng là γI = 1,25 3. Xác định gia tốc nền thiết kế, ag = agR*γI; theo mục 3.2.1 của tiêu chuẩn: nếu ag < 0,08*g -

trường hợp động đất yếu - thì có thể sử dụng các quy trình thiết kế chịu động đất được giảm nhẹ hoặc đơn giản hóa cho một số loại, dạng kết cấu; nếu ag < 0,04*g - trường hợp động đất rất yếu

- thì không cần phải tuân theo những điều khoản của tiêu chuẩn. Theo [2] thì việc thiết kế kháng

chấn cho các công trình xây dựng theo các quy định đề cập tới trong nội dung của tiêu chuẩn chỉ thực hiện chủ yếu cho các công trình xây dựng trong các vùng động đất mạnh có gia tốc nền

ag > 0,08*g. 4. Xác định loại kết cấu, đối với kết cấu bê tông cốt thép xác định theo mục 5.1.2. Loại kết cấu của

công trình có ảnh hưởng đến việc xác định hệ số ứng xử sẽ được đề cập ở mục 5. Một số trường hợp cần xác định bằng cách so sánh lực cắt (phản lực ngang tại liên kết với móng) mà các cấu

kiện (các cột và các vách) sẽ gánh khi chịu lực ngang giả thiết.

5. Xác định hệ số ứng xử q, đối với kết cấu bê tông cốt thép xác định theo mục 5.2.2.2, ví dụ hệ khung, nhiều tầng, nhiều nhịp, cấp độ dẻo trung bình (DCM) có: q = 3,0*1,3 = 3,9. Hệ số ứng

xử q có thể khác nhau theo hai phương chính tùy thuộc hệ kết cấu. 6. Xác định loại nền đất, theo mục 3.2.1, có thể sử dụng giá trị trung bình của chỉ số SPT của các

lớp đất trong chiều sâu 30m. Loại nền đất có vai trò xác định các tham số mô tả phổ phản ứng

gia tốc sẽ được nêu ở mục 7. 7. Xác định các tham số mô tả phổ phản ứng gia tốc S, TB, TC, TD, theo bảng 3.2 - mục 3.2.2.2.

14.2. Xác định khối lƣợng tham gia dao động

Khối lượng tham gia dao động ảnh hưởng đến chu kỳ, dạng dao động, và tải trọng động đất tác dụng lên

công trình. Khối lượng tham gia dao động được xác định theo các mục 3.2.4 và 4.2.4, phụ thuộc vào tĩnh tải, hoạt

tải và loại hoạt tải. Ví dụ công trình có các loại phòng như văn phòng (HTVP) và phòng họp (HTPH), thì công thức xác định khối lượng tham gia dao động sẽ bằng: TT + 0,5*0,3*HTVP + 0,5*0,6*HTPH (sử

dụng hệ số 0,5 do các tầng sử dụng độc lập, không phụ thuộc lẫn nhau).

http://www.mediafire.com/download.php?y9480gl4w2cqk2i



Mobile: 0906 121 726 50

14.3. Xác định chu kỳ và dạng của các dạng dao động

Trong một số trường hợp, tiêu chuẩn cho phép sử dụng công thức gần đúng để xác định chu kỳ và dạng dao động (xem mục 4.3.3.2.2)

Khi công trình thỏa mãn tính đều đặn trong mặt bằng, có thể phân tích dao động bằng hai mô hình

phẳng theo hai phương chính.

14.4. Xác định phổ phản ứng gia tốc thiết kế

Giá trị của phổ phản ứng gia tốc thiết kế của một hệ kết cấu Sd(Ti), xác định theo mục 3.2.2.5.(4), phụ

thuộc vào chu kỳ dao động riêng của hệ, hệ số ứng xử của kết cấu, gia tốc nền thiết kế, và loại nền đất.

14.5. Xác định tải trọng động đất

Khi công trình thỏa mãn các điều kiện cho trong mục 4.3.3.2.1.(2), có thể sử dụng phương pháp phân

tích tĩnh lực ngang tương đương, trong mọi trường hợp có thể sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động.

Nguyên tắc chung để xác định tải trọng động đất là xác định lực cắt đáy Fb ứng với mỗi dạng dao động và phân phối lên các tầng dưới dạng tải trọng ngang dựa vào dạng của các dạng dao động: Fi =

Fb*(mi.yi)/∑(mj.yj), trong đó mi và yi lần lượt là khối lượng và tung độ của dạng dao động của tầng thứ i.

14.6. Phƣơng pháp phân tích tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng (mục 4.3.3.2)

Điều kiện áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương:

1. Chu kỳ dao động cơ bản T1 theo hai hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau: 4.TC và 2 giây; với

TC là thông số xác định dạng của phổ phản ứng gia tốc 2. Thỏa mãn tính đều đặn theo mặt đứng

Lực cắt đáy được xác định theo công thức:

Fb = Sd(T1).m.λ

Trong đó: m là tổng khối lượng của công trình; λ là hệ số điều chỉnh, xét đến khối lượng hữu hiệu của

dạng dao động cơ bản đầu tiên, khi T1 < 2TC và nhà có trên 2 tầng thì λ = 0,85; các trường hợp khác λ

= 1.

14.7. Phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động

Xác định số dạng dao động cần xét đến theo mục 4.3.3.3.1. Có thể xác định theo điều kiện tổng khối

lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu. Khối lượng hữu hiệu của công trình ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức

Mtd,i = (∑mj.yj)2/(∑mj.yj

2)

Lực cắt đáy ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức: Fb = Mtd,i.Sd(Ti)

Khi các dạng dao động được xem là độc lập (Tj < 0,9*Ti), giá trị lớn nhất EE của hệ quả tác động động



Mobile: 0906 121 726 51

đất có thể lấy bằng: EE = √(∑EEi2), trong đó EEi là giá trị của hệ quả tác động động đất do dạng dao

động thứ i gây ra.

14.8. Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất

Các thành phần nằm ngang (thành phần theo phương X và thành phần theo phương Y) của tác động động đất phải được xem là tác động đồng thời. Các hệ quả tác động do tổ hợp các thành phần nằm

ngang của tác động động đất có thể xác định bằng cách sử dụng hai tổ hợp sau:

1. EEdx + 0,3*EEdy

2. 0,3*EEdx + EEdy

Trong đó, EEdx và EEdy là các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục X và trục Y.

14.9. Tổ hợp tác động động đất với các tác động khác

Tổ hợp nội lực có tải trọng động đất đối với trường hợp không có ứng suất trước được xác định theo

công thức:

TH = TT + k.HT + ĐĐ

Trong đó k là hệ số tổ hợp của hoạt tải, xác định theo bảng 3.4 của tiêu chuẩn, ví dụ đối với hoạt tải khu

vực văn phòng thì k = 0,3; hoạt tải của khu vực hội họp là k = 0,6.

14.10. Tính toán chuyển vị

Chuyển vị của một điểm của hệ kết cấu gây ra bởi tác động động đất thiết kế ds được xác định dựa trên chuyển vị của cùng điểm đó của hệ kết cấu được xác định bằng phân tích tuyến tính dc:

ds = qd*dc

Trong đó qd là hệ số ứng xử chuyển vị, giả thiết bằng hệ số ứng xử q trừ khi có các quy định khác.

15. Tính toán diện tích cốt thép cho Sàn BTCT dựa vào nội lực từ Etabs

Quy tắc thông thường để tính toán diện tích cốt thép cho sàn BTCT là xác định nội lực (mô men uốn) và giải bài toán tính toán diện tích cốt thép cho cấu kiện chịu uốn. Một phương pháp đã từng được áp dụng

một cách rộng rãi để xác định nội lực trong sàn là phương pháp tra bảng. Các bảng tra cung cấp nội lực

tại các điểm đặc trưng của ô bản khi biết loại liên kết của ô bản và tỉ lệ giữa các cạnh của ô bản. Việc áp dụng phương pháp này tương đối đơn giản, tuy nhiên trong thực tế thiết kế, sàn được kê lên các dầm có

độ cứng hữu hạn và xuất hiện chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng, điều đó nảy sinh hai vấn đề vượt quá phạm vi của phương pháp tra bảng: (a) liên kết của các ô bản không phải là liên kết lý tưởng được

giả thiết khi lập bảng tra, (b) chuyển vị của dầm dẫn đến sự phân phối lại nội lực của hệ kết cấu bao

gồm nội lực trong sàn. Những vấn đề trên được giải quyết một cách gọn gàng khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, và một phần mềm dựa vào phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong thực tế thiết

kế chính là phần mềm Etabs. Bài viết này sẽ đề cập đến việc tính toán cốt thép cho sàn sử dụng nội lực từ phần mềm Etabs



Mobile: 0906 121 726 52

15.1. Bài toán thực tế

Thực tế thường bắt gặp bài toán ô sàn kê lên các dầm chính và được chia nhỏ bởi các dầm phụ (hình 1). Như đã đề cập trong lời mở đầu, trong quá trình chịu tải, dầm chính và dầm phụ đều xuất hiện chuyển

vị, trong đó dầm phụ chuyển vị nhiều hơn dầm chính. Các ô sàn như thế không có điều kiện biên lý

tưởng và không thể sử dụng bảng tra để tính toán nội lực. Bởi vì cho dù sử dụng phương pháp tra bảng cho ô nhỏ AEFG hay ô lớn ABCD thì đều không đưa được kết quả có thể chấp nhận được. Nếu sử dụng ô

nhỏ AEFG, kết quả nội lực là quá bé so với thực tế, nếu sử dụng ô lớn ABCD, kết quả nội lực lớn hơn nhiều so với thực tế.

Hình 1: Sơ đồ sàn thường gặp trong thực tế

Thông thường, chiều dày sàn sẽ được xác định sơ bộ dựa vào nhịp ngắn hơn của ô sàn. Ví dụ nếu tính

toán theo sơ đồ ô nhỏ thì chiều dày sơ bộ của ô sàn xác định dựa vào khoảng cách AE, nếu tính toán theo sơ đồ ô lớn thì chiều dày sơ bộ được xác định dựa vào khoảng cách AB. Tuy nhiên trong bài toán

này, chiều dày sơ bộ của ô sàn cần xác định dựa vào khoảng cách AH là khoảng cách trung gian giữa chiều AB và AE, có thể lấy AH là trung bình giữa AB và AE.

15.2. Hệ tọa độ địa phƣơng và biểu diễn mô men uốn đối với phần tử shell trong

Etabs

Ký hiệu về các trục của hệ tọa độ địa phương và mô men uốn trong phần tử shell được quy định trong

Etabs như thể hiện trong hình 2.



Mobile: 0906 121 726 53

Hình 2: Quy định về trục tọa độ địa phương và mô men uốn.

Về màu sắc, trục 1 thể hiện bằng màu đỏ, trục 2 thể hiện bằng màu trắng, và trục 3 thể hiện bằng màu

xanh.

Đối với phần tử nằm ngang, theo mặc định trục 1 hướng theo trục X và trục 2 hướng theo trục Y. M11 là mô men uốn tác dụng lên bề mặt vuông góc với trục 1, và quay quanh trục 2.

M22 là mô men uốn tác dụng lên bề mặt vuông góc với trục 2, và quay quanh trục 1.

M11 và M22 là 2 giá trị được sử dụng để tính toán cốt thép cho ô sàn.

15.3. Áp dụng trong tính toán và thiết kế cốt thép sàn

Hình 3 biểu diễn các sơ đồ nội lực M11 và M22 cho ô sàn.

Hình 3: Sơ đồ nội lực theo kết quả phân tích của Etabs.

Các vùng đậm hơn thể hiện các vị trí có nội lực lớn. Ví dụ trong sơ đồ M11, các vùng có nội lực lớn được

đánh số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Ta cũng thấy dầm phụ có vai trò trong việc chia nhỏ ô sàn, thể hiện ở phần

nội lực khác biệt giữa vùng 5-7 và vùng 6-8. Tuy nhiên nội lực tại vùng này bé hơn nhiều so với nội lực tại các vùng biên 1-2 và 3-4, cho thấy rằng dầm phụ không đảm bảo được điều kiện biên là liên kết gối

tựa cố định. Khi tính toán diện tích cốt thép sẽ đặt theo phương trục X, chúng ta sử dụng biểu đồ M11. Để tính toán

cho cốt thép đặt tại gối (lớp trên), ta so sánh để lấy ra giá trị lớn nhất trong các giá trị đọc tại các điểm

1, 2, 3, 4. Để tính toán cho cốt thép tại nhịp (lớp dưới), ta so sánh để lấy ra giá trị lớn nhất trong các giá trị đọc tại các điểm 5, 6, 7, 8.



Mobile: 0906 121 726 54

Tương tự khi tính toán diện tích cốt thép sẽ đặt theo trục Y (sử dụng M22).

Lưu ý rằng các điểm nói trên là minh họa cho ví dụ cụ thể, bài toán thực tế có thể phức tạp hơn và các điểm chọn có thể khác đi.

Để phù hợp với biểu đồ mô men như trên. Cốt thép lớp trên thường được bố trí dưới dạng xen kẹp. Thanh cốt thép được kéo dài suốt sàn với khoảng rải lớn để chịu mô men tại dầm phụ, thanh thép bổ

sung sẽ được đặt xen kẽ giữa các thanh thép kéo dài và kết hợp với thanh thép kéo dài để chịu mô men

lớn hơn tại gối.

Hình 4: Bố trí cốt thép lớp trên phù hợp với sơ đồ nội lực.

16. MÓNG MỀM

Móng mềm là loại móng mà trong tính toán có xét đến biến dạng của móng. Thông thường móng vẫn được giả thiết là tuyệt đối cứng, và các bài toán về kiểm tra ứng suất, tính toán cốt thép vẫn dựa vào giả

thiết này. Tuy nhiên ở một số trường hợp, giả thiết này không còn phù hợp, gây lãng phí cốt thép cũng như mất an toàn cho móng do không xét đến sự phân bố lại ứng suất dưới nền đất theo biến dạng của

móng.

Móng được coi là mềm khi biến dạng của nó nếu được xét đến sẽ dẫn tới sự phân bố lại ứng suất một

cách đáng kể so với mô hình móng tuyệt đối cứng

Do có độ cứng hữu hạn, móng sẽ bị võng ngược dưới tác dụng của phản lực nền đất. Biến dạng của

móng dẫn tới sự lún không đều của nền đất và dẫn tới áp lực của nền đất lên móng không đều. Nội lực trong móng có xu hướng bé hơn so với mô hình tuyệt đối cứng, tuy nhiên ứng suất nền đất dưới các vị

trí tập trung tải trọng (chân cột, chân vách) lại lớn hơn khi tính toán móng theo mô hình tuyệt đối cứng.

Thông thường, khi móng có một kích thước khác biệt so với các kích thước còn lại (ví dụ chiều dài so với

tiết diện đối với móng băng, hoặc chiều dày so với mặt bằng đối với móng bè), cần tính toán móng theo sơ đồ có xét đến biến dạng (móng mềm) để đưa đến kết quả tiết kiệm hơn về cốt thép và an toàn hơn

về điều kiện ứng suất của nền đất



Mobile: 0906 121 726 55

Hình 1: So sánh mô hình tính toán móng tuyệt đối cứng và mô hình tính toán móng mềm

17. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN GIẰNG MÓNG

Nguyên tắc chung khi tính toán thiết kế bất kì một kết cấu nói chung hay một cấu kiện nào nói riêng cũng là phải tìm được quy luật về lực tác động - nội lực và quy luật về khả năng chịu lực của cấu kiện. Một cách ngắn gọn là phải xác định được các yếu tố tác động lên cấu kiện đó, nội lực phát sinh và thực

hiện bài toán thiết kế khi đã có nội lực.

Để tính toán giằng móng, hãy xét các yếu tố tác dụng hay vai trò của nó trong hệ kết cấu chung:

Chịu tác dụng của lún lệch. Giằng móng góp phần nhỏ trong tác dụng chịu lún lệch của cả hệ

kết cấu. Trước đây từng có quan điểm tính toán giằng móng dưới tác dụng hoàn toàn của lún lệch. Tuy nhiên giằng móng chỉ là bộ phận nhỏ của cả hệ kết cấu bao gồm dầm và sàn của phần

thân. Các nghiên cứu tính toán cũng chỉ ra rằng giằng móng chỉ góp một phấn nhỏ trong tác

dụng chịu lún lệch so toàn bộ phần thân. Tác dụng đỡ tường xây.

Tác dụng phân phối mô men chân cột. Cùng với kết cấu móng (móng cọc, móng đơn ...),

giằng móng chịu tác dụng phân phối mô men chân cột theo độ cứng

Tác dụng đẩy nổi của nền đất. Giằng móng đóng vai trò như Dầm trong hệ Sàn dầm khi làm

việc cùng với sàn tầng hầm chịu tác dụng đẩy nổi của nền đất. Giằng chân cột. Dưới tác dụng của tải trọng động (động đất, thành phần động của tải trọng

gió), giằng móng có vai trò giằng các chân cột dưới tác dụng của tải trọng của tải trọng động.

Để xác định nội lực, mô hình phù hợp nhất là mô hình làm việc đồng thời giữa kết cấu và nền đất.

18. TẠI SAO DIỆN TÍCH CỐT THÉP CỘT TẦNG MÁI LẠI LỚN HƠN Ở CÁC

TẦNG KHÁC ?

Một số kỹ sư đã băn khoăn khi thấy kết quả tính toán diện tích cốt thép cột ở tầng mái lại lớn hơn ở các

tầng khác. Điều này có vẻ mâu thuẫn bởi vì các cột tầng dưới thường phải chịu tải nhiều hơn. Tuy nhiên, khi xem xét vấn đề, cần chú ý rằng cột chịu tác động đồng thời bởi lực dọc và mô men và do đó không

thể chỉ dùng duy nhất yếu tố lực dọc để để đánh giá mức độ chịu lực của cột, và do đó, câu nói "cột tầng dưới phải chịu tải nhiều hơn" là chưa chính xác.

http://www.thuvien.ketcausoft.com/pages/P12102601-etabs-phan-tich-ket-cau-theo-mo-hinh-lam-viec-dong-thoi-voi-nen-dat



Mobile: 0906 121 726 56

Hình 1 là kết quả tính toán diện tích cốt thép của Etabs. Nửa bên trái là kết quả tính toán diện tích cốt

thép còn nửa bên phải là nội lực của cột.

Hình 1: Nội lực và diện tích cốt thép theo tính toán của Etabs

Có thể thấy diện tích cốt thép ở mái lớn hơn các tầng phía dưới, và mô men của cột ở tầng mái cũng lớn

hơn các tầng phía dưới. Nguyên nhân khiến mô men của cột tầng mái lớn hơn cột ở các tầng phía dưới là

do nút khung ở tầng mái chỉ có 2 cấu kiện là 1 cột và 1 dầm trong khi nút khung ở tầng dưới có 2 cột và 1 dầm. Bên cạnh đó, do cột ở tầng mái có độ cứng khá lớn, nên nút khung ứng xử như một nút cứng có

độ cứng chống xoay lớn, do đó mô men từ dầm phân phối vào nút khung là tương đối lớn (xấp xỉ với các

nút khung ở phía dưới). Do đó phần mô men phân phối vào cột tầng mái sẽ lớn hơn mô men phân phối vào cột ở tầng dưới.

Như đã để cập ở trên, cần xét tới lực dọc và mô men khi tính toán diện tích cốt thép cho cột. Hình 2 là ví

dụ về biểu đồ tương tác của cột.

http://www.thuvien.ketcausoft.com/pages/P12111301-bieu-do-tuong-tac



Mobile: 0906 121 726 57

Hình 2: Biểu đồ tương tác của cột và các điểm biểu diễn nội lực

Trên biểu đồ, đường cong và vùng giới hạn trong nó biểu thị khả năng chịu lực của cột ở một hàm lượng

cốt thép nhất định. Giả thiết là hàm lượng đó đảm bảo khả năng chịu lực của cột thỏa mãn nội lực của cột tầng dưới. Tuy nhiên khi xét nội lực của cột tầng mái, do có lực dọc bé hơn nhưng mô men lớn hơn

nên điểm biểu diễn nội lực của cột lại nằm ngoài biểu đồ. Như vậy, cột tầng mái cần một hàm lượng cốt thép lớn hơn cột tầng dưới mới đảm bảo khả năng chịu lực.

Hình 2 là hình ảnh rõ ràng về mối quan hệ giữa lực dọc và mô men trong đánh giá khả năng chịu lực của cột và đã lý giải được nguyên nhân khiến kết quả tính toán diện tích cốt thép cột tầng mái lớn hơn ở các

tầng phía dưới.

19. KHI NÀO THÌ CẤU KIỆN ĐƢỢC COI LÀ DẦM ?

Câu trả lời sẽ dẫn chúng ta tới bài toán tính toán cốt thép cho cấu kiện theo trường hợp chịu nén uốn (hoặc kéo uốn) như Cột hay chỉ tính cho mô men như đối với Dầm.

Dầm được định nghĩa là cấu kiện nằm ngang và chỉ chịu tác dụng của mô men uốn và lực cắt. Trên tiết diện thẳng góc, cốt thép chỉ được bố trí từ việc tính toán theo điều kiện kiểm tra khả năng chịu mô men

uốn. Tuy nhiên trong một số trường hợp, cấu kiện nằm ngang cũng có thể chịu thêm tác động của lực dọc (khung giằng). Khi đó chúng ta phải cân nhắc việc tính toán dầm chịu nén uốn (hoặc kéo uốn) đồng

thời như cột. Một trường hợp khác mà chúng ta cũng cần cân nhắc việc tính toán cấu kiện theo trường

hợp nào chính là giằng chéo (brace). Vậy, khi nào thì cấu kiện được coi là Dầm?

Một số tài liệu khuyên rằng chỉ cần tính toán với mô men uốn cho tiết diện khi tỉ số nén N / Rb.A ≤ 0,1 . Trong đó A là diện tích của tiết diện. Có thể lí giải điều này thông qua việc xem xét biểu đồ tương

tác theo phương uốn của tiết diện (hình 1)





Mobile: 0906 121 726 58

Hình 1: Biểu đồ tương tác

Biểu đồ tương tác thể hiện khả năng chịu lực trong trường hợp tổng quát của tiết diện. Điểm A của biểu

đồ chính là khả năng chịu lực trong trường hợp cấu kiện chịu uốn thuần túy (lực dọc bằng 0).

Từ điểm A, có 2 xu hướng có thể diễn ra:

Cấu kiện chịu thêm lực kéo, điểm biểu diễn nội lực đi xuống theo mũi tên màu đỏ

Cấu kiện chịu thêm lực nén, điểm biểu diễn nội lực đi lên theo mũi tên màu xanh

Có thể kết luận ngay rằng: khi đã bố trí cốt thép theo mô men uốn, nếu cấu kiện chịu thêm lực kéo thì

cấu kiện sẽ không đảm bảo khả năng chịu lực. Điểm biểu diễn nội lực lúc này nằm ngoài giới hạn của

biểu đồ tương tác.

Khi cấu kiện chịu thêm lực nén, điểm biểu diễn nội lực lên theo đường màu xanh, nó vẫn nằm trong giới hạn của biểu đồ tương tác, và cấu kiện sẽ vẫn đảm bảo khả năng chịu lực cho đến khi nó vượt ra ngoài

giới hạn của biểu đồ tương tác (phía trên của biểu đồ). Như vậy, có thể nói rằng lực dọc khi ở trong giới

hạn cho phép sẽ làm tăng khả năng chịu mô men uốn của tiết diện.

Do lực dọc làm tăng khả năng chịu mô men uốn của tiết diện, nên việc chỉ tính toán cho tiết diện chịu một mình mô men uốn sẽ là lãng phí. Bên cạnh đó, khi tiếp tục tăng lực dọc, tiết diện có thể không đảm

bảo khả năng chịu lực khi điểm biểu diễn nội lực vượt qua giới hạn của biểu đồ.

Từ các nhận xét trên, có thể kết luận rằng khi lực nén nằm trong giới hạn quy ước thì chỉ cần tính toán

cấu kiện chịu mô men uốn (cấu kiện được coi là Dầm), và khi lực nén vượt quá giới hạn quy ước thì phải tính toán cấu kiện chịu nén uốn đồng thời, điểu này làm cho kết quả tính toán tiết kiệm hơn và an toàn

khi cần thiết. Và giá trị giới hạn quy ước mà một số tài liệu đưa ra chính là tỉ số nén bằng 0,1



Mobile: 0906 121 726 59

20. BIỂU ĐỒ TƢƠNG TÁC

Bài viết này đề cập đến khái niệm và tác dụng của biểu đồ tương tác.

20.1. Khái niệm

Biểu đồ tương tác của một tiết diện là tập hợp các giá trị (N, Mx, My) thể hiện khả năng chịu lực của tiết diện.

Hình 1: Biểu đồ tương tác

Biểu đồ tương tác thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc và mô men trong đánh giá khả năng chịu lực của

tiết diện, lực dọc thay đổi thì khả năng chịu mô men thay đổi và ngược lại. Hình 1(a) là biểu đồ tương tác dạng ba chiều, đó là tập hợp các điểm thể hiện khả năng chịu lực trên các phương nằm trong góc 1/4

của tiết diện. Hình 1(b) là biểu đồ tương tác phẳng hay còn gọi là mặt cắt đứng của biểu đồ tương tác, là tập hợp các giá trị thể hiện khả năng chịu lực của tiết diện theo phương uốn cụ thể.

Biểu đồ tương tác là công cụ đánh giá khả năng chịu lực một cách tổng quát, có thể dùng để tính toán cả trường hợp chịu uốn thuần túy (dầm) hoặc chịu nén - uốn (cột). Biểu đồ tương tác cũng là một công cụ

trực quan để đánh giá xu hướng làm việc của tiết diện.

20.2. Nguyên lý xây dựng biểu đồ tƣơng tác

Nguyên lý xây dựng biểu đồ tương tác tương đối đơn giản. Quá trình bắt đầu từ việc giả thiết trước vị trí của đường giới hạn vùng nén quy ước (trong trường hợp sử dụng khối ứng suất chữ nhật cho bê tông)

hoặc trục trung hòa (trong trường hợp sử dụng mô hình ứng suất bê tông phức tạp hơn). Sau khi có đường giới hạn vùng nén quy ước hoặc trục trung hòa, tiến hành xác định ứng suất cốt thép dựa trên giả

thiết tiết diện phẳng và giả thiết về biến dạng cực hạn của bê tông khi phá hoại (TCXDVN 356-2005 đưa



Mobile: 0906 121 726 60

ra công thức trực tiếp xác định ứng suất cốt thép, tuy nhiên bản chất vẫn dựa trên giả thiết tiết diện

phẳng). Sau khi có ứng suất của các thành phần bê tông và cốt thép, tiến hành xác định khả năng chịu lực của tiết diện từ các thành phần bằng các phép toán thông thường. Thay đổi vị trí đường giới hạn

vùng nén quy ước hoặc trục trung hòa, ta có tập hợp của các giá trị tạo nên biểu đồ tương tác.

Nguyên lý xây dựng biểu đồ tương tác tương đối đơn giản, tuy nhiên việc thực hành đòi hỏi phải thực

hiện rất nhiều phép tính. Do đó cần thiết phải có sự tham gia của máy tính điện tử.

20.3. Tác dụng của biểu đồ tƣơng tác 20.4. Sử dụng biểu đồ tƣơng tác để kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện

Công dụng đầu tiên của biểu đồ tương tác là kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện.

Sau khi xây dựng xong được biểu đồ tương tác, tiến hành kiểm tra các điểm thể hiện nội lực. Nếu điểm thể hiện nội lực nằm trong giới hạn của biểu đồ thì tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực. Hệ số khả năng

chịu lực (khả năng vượt quá yêu cầu cần thiết) có thể được đánh giá qua tỉ số của mô men thể hiện khả

năng và mô men nội lực, hoặc tỉ số của chiều dài các tia từ điểm gốc tọa độ 0 tới điểm thể hiện khả năng chịu lực và từ điểm 0 tới điểm thể hiện nội lực

20.5. Sử dụng biểu đồ tƣơng tác để tính toán gần đúng diện tích cốt thép

Biểu đồ tương tác đã được sử dụng từ khá lâu trong các tiêu chuẩn nước ngoài như BS hay ACI. Tiêu

chuẩn các nước xây dựng sẵn các biểu đồ tương tác dưới dạng không thứ nguyên (không phụ thuộc trực tiếp vào tiết diện cột hay vật liệu sử dụng) với các hàm lượng cốt thép khác nhau. Kỹ sư tiến hành biểu

diễn các điểm thể hiện nội lực trên biểu đồ và nội suy để tìm ra được hàm lượng cốt thép thích hợp.

Trong lập trình thiết kế kết cấu, các kỹ sư đưa ra các thuật toán đúng dần bao gồm các vòng lặp để tìm

ra được hàm lượng cốt thép thỏa mãn tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực với hệ số khả năng chịu lực xấp xỉ bằng 1.

21. PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƢƠNG TÁC CHO CỘT TIẾT

DIỆN CHỮ NHẬT

Bài viết này trình bày phương pháp xấy dựng biểu đồ tương tác cho Cột tiết diện chữ nhật

21.1. Phƣơng pháp xây dựng mặt cắt đứng của biểu đồ tƣơng tác

Chúng ta xác định ứng suất cốt thép dựa trên vị trí của

đường giới hạn vùng nén. Với mỗi một vị trí đường giới hạn vùng nén được giả thiết, ta xác định được một

trạng thái ứng suất của tiết diện, bao gồm ứng suất của

các thanh cốt thép, và từ đó tìm ra được một cặp (N, Mx, My) biểu thị khả năng chịu lực của tiết diện.

Mặt cắt đứng của biểu đồ tương tác chính là đương biểu diễn khả năng chịu lực của tiết diện theo một phương

nào đó, là tập hợp của các điểm (N, Mx, My) thỏa mãn

góc hợp giữa Mx và My chính bằng góc của phương uốn đang xét.

Phương trình biểu diễn đường giới hạn vùng nén có

dạng: y=a.x + b, trong đó ‘a’ được xác định dựa vào

phương của điểm đặt lực (tính từ gốc của hệ trục quán



Mobile: 0906 121 726 61

tính chính trung tâm), ‘b’ là hệ số xác định vị trí của đường này – chính là điểm giao cắt giữa đường giới

hạn vùng nén và trục Y. Ứng với các giá trị khác nhau của ‘b’ chính là các trạng thái ứng suất khác nhau khi tiết diện bị uốn theo một phương nào đó.

Khi b = b1: Toàn bộ tiết diện chịu kéo (không xuất hiện vùng nén)

Khi b = b2: Toàn bộ tiết diện chịu nén (không xuất hiện vùng kéo) Khi b = bi: Các trạng thái trung gian.

Để dựng được biểu đồ tương tác, ta lần lượt cho ‘bi’ chạy từ ‘b1’ đến ‘b2’, quá trình này cho ta các cặp

(Ni, Mxi, Myi). Tập hợp tất cả các giá trị (Ni, Mxi, Myi) tạo thành mặt cầu biểu diễn khả năng chịu lực của tiết diện. Tập hợp tất cả các điểm (Ni, Mxi, Myi) thỏa mãn Mxi và Myi hợp thành 1 góc cho trước chính là

khả năng chịu lực của tiết diện theo một phương cho trước. Nối các điểm này lại ta được biểu đồ tương tác biểu diễn khả năng chịu lực của tiết diện theo một phương uốn nào đó.

Như vậy, quá trình kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện khi chịu ngoại lực (N, Mx, My) như sau:

Xác định phương của điểm đặt lực

Lần lượt giả thiết các đường giới hạn vùng nén (phương theo hệ số a, bị trí theo hệ số b), xác

định được các cặp (Ni, Mxi, Myi)

Tập hợp các điểm (Ni, Mxi, Myi) thỏa mãn Mxi/Myi = Mx/My, tạo thành mặt cắt đứng của biểu đồ

tương tác theo phương uốn đang xét Xác định hệ số an toàn

21.2. Cách xác định thành phần lực dọc và mô men do bê tông đóng góp

Việc xác định diện tích và trọng tâm vùng nén của tiết diện theo các phương trình hình học là rất khó khăn do số lượng trường hợp tương đối nhiều đặc biệt với các tiết diện có hình dạng phức tạp. Để giải

quyết vấn đề này, chúng ta sử dụng phương pháp gần đúng bằng cách chia nhỏ tiết diện (hình vẽ dưới).

Khi chia nhỏ tiết diện, mỗi phần tử bê tông có tọa độ trọng tâm (Xi,Yi) biết trước, trạng thái ứng suất

được xác định dựa vào vị trí của nó so với đường giới hạn vùng nén (chú ý: ứng suất của mỗi phần tử bê tông chỉ có thể là một trong hai giá trị: Rb hoặc bằng 0) Từ đó ta xác định được phần lực dọc và mô men

đóng góp của mỗi phần tử bê tông (Nbi,Mbi), tổng hợp tất cả các phần tử chúng ta sẽ có (Nb,Mb)

Tài liệu mới nhất của Hồ Việt Hùng về vấn đề này: download

http://www.mediafire.com/download.php?wi2222u2cd48blx



Mobile: 0906 121 726 62

22. TÍNH TOÁN CỐT THÉP KÉP THEO GIỚI HẠN ĐỊNH TRƢỚC - GIẢI

PHÁP CHO DẦM CHỊU MÔ MEN LỚN

Công thức tổng quát trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN 356-2005) cho phép kể đến vài trò của cốt thép chịu nén trong tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của Dầm. Tuy nhiên trong các giáo trình hướng

dẫn chỉ thực hiện ví dụ đối với giới hạn Ci = CiR. Thực tế cho thấy việc tính toán, thiết kế cốt thép kép ở

giới hạn sớm hơn sẽ làm giảm đáng kể cốt thép trong vùng chịu kéo, làm giảm hàm lượng cốt thép một cách hiệu quả và tăng khả năng bố trí cốt thép, thuận tiện cho thiết kế và thi công.

Lời đầu tiên, xin làm rõ khái niệm "mô men lớn" ở đây là để chỉ giá trị mô men mà vì nó chúng ra cần

phải bố trí một hàm lượng lớn cốt thép cho Dầm đang xét, nghĩa là cần phải xét thêm các yếu tố là vật

liệu và kích thước tiết diện dầm. Tiết diện đặt cốt thép kép là tiết diện được tính toán với cốt thép trong vùng kéo As và trong vùng nén

As'. Trên thực tế, dầm cũng thường được bố trí cốt thép trên cả hai mặt của tiết diện, nguyên nhân là do cấu tạo (đặc biệt là yêu cầu trong tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006 về cấu tạo thỏa mãn cấp dẻo của công

trình)

Trong giáo trình bê tông cốt thép của ĐHXD cũng như trong các tài liệu hướng dẫn thiết kế kết cấu theo TCVN, có đề cập đến việc tính toán cốt thép kép khi Ci > CiR , với CiR là hệ số giới hạn chiều cao vùng

nén - phụ thuộc vào vật liệu. Các tài liệu cũng đề cập đến quy trình tính toán cốt thép kép, bao gồm việc lựa chọn chiều cao vùng nén x = Cỉ.ho, từ đó tính toán As' và As dựa vào các phương trình cân bằng.

Rõ ràng rằng với dầm chịu mô men lớn, việc tính toán cốt thép kép và cần thiết. Tuy nhiên, trong tính toán thực tế, việc chọn chiều cao vùng nén như trên chưa mang lại hiệu quả về mặt hạn chế hàm lượng

cốt thép. Ví dụ:

Bê

tông

Cốt

thép b (cm) h (cm) a (cm) CiR M (Tm) Ci

As

(cm2)

As'

(cm2)

B25 AIII 50 50 6 0.703 67 0.787 63.63 2.16

Các tiêu chuẩn BS 8110-97 và EC2 đều đưa ra các giá trị giới hạn cho việc tính toán cốt thép đơn và cốt

thép kép, nhưng không mấy liên quan đến giá trị của hệ số giới hạn vùng nén. Cụ thể là quy định về giới

hạn của hệ số K (ý nghĩa tương đương với hệ số Anfa theo TCVN), BS 8110-97 quy định tính toán cốt thép kép khi K > 0.156 (tương đương hệ số Anfa = 0.35, và hàm lượng cốt thép gần bằng 1.8%). So

sánh một ví dụ tính toán diện tích cốt thép theo TCVN 356-2005 và theo Etabs (sử dụng tiêu chuẩn BS

8110-97 với vật liệu đã được quy đổi để phù hợp với TCVN), kết quả như sau:

Tiêu chuẩn Bê

tông

Cốt

thép

b

(cm)

h

(cm)

a

(cm) CiR

M

(Tm) Ci

As

(cm2)

As'

(cm2)

TCXDVN 356-2005 B25 AIII 50 50 6 0.703 67 0.787 63.63 2.16

BS 8110-97 (đã B25 AIII 50 50 6 67 52.83 14.13

http://www.ketcausoft.com/pages/etabs-tinh-toan-dien-tich-cot-thep-theo-tieu-chuan-viet-nam



Mobile: 0906 121 726 63

quy đổi vật liệu)

Tại trạng thái mà ở đó hàm lượng cốt thép tương đối lớn, thì sự phân biệt giá trị diện tích cốt thép giữa

63.63 và 52.83 rất có ý nghĩa trong việc bố trí cốt thép. Điều đó khiến chúng ta cân nhắc lại việc tính toán diện tích cốt thép cho dầm trong trường hợp tính cốt thép kép.

Xem xét lại quy trình tính toán cốt thép theo BS 8110-97, ta thấy giá trị giới hạn Ko = 0.156 có một ý

nghĩa hợp lý nhất định khi so sánh với TCVN và thực tế thiết kế. Giá trị Ko = 0.156 tương đương với giá trị Anfa = 0.35, và hàm lượng cốt thép tương ứng là 1.8% - hàm lượng mà việc bố trí cốt thép trong dầm

vẫn ở mức "thoải mái" - dễ bố trí. Mặt khác công thức tổng quát trong tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 có cả thành phần As'. Nghĩa là về mặt tiêu chuẩn tính toán, việc khống chế một giá trị Anfa_h tương ứng với

một giá trị Cih < CiR làm ranh giới cho việc tính toán cốt kép cho dầm là hoàn toàn hợp lý, và mang lại hiệu quả trong công tác thiết kế các dầm chịu mô men lớn.

Qua nghiên cứu tiêu chuẩn BS 8110-97 và sách Tính toán thực hành Cấu kiện BTCT theo tiêu chuẩn

TCXDVN 356-2005 (GS. Nguyễn Đình Cống), tác giả đề xuất quy trình tính toán cốt kép cho dầm như sau:

Chọn giới hạn giá trị Anfa_h = 0.35 (tương ứng hàm lượng cốt thép 1.8%)

Xác định giá trị hệ số giới hạn Cih = 0.5*(1-(1-Anfa_h)2)

Xác định giá trị mô men giới hạn Mgh = Anfa_h * Rb * b * ho2

Khi M < Mgh: Tính toán cốt đơn

Khi M > Mgh: Tính toán cốt kép. Giá trị As và As' được xác định như sau:

Kết quả tính toán cho ví dụ đã đề cập ở trên như sau:

Tiêu chuẩn Bê

tông

Cốt

thép

b

(cm)

h

(cm)

a

(cm) CiR

M

(Tm) Ci

As

(cm2)

As'

(cm2)

TCXDVN 356-2005

(thông thường) B25 AIII 50 50 6 0.703 67 0.787 63.63 2.16

BS 8110-97 (đã

quy đổi vật liệu) B25 AIII 50 50 6 67 52.83 14.13

TCXDVN 356-2005

(Anfa_h = 0.357) B25 AIII 50 50 6 0.703 67 0.787 52.84 12.18



Mobile: 0906 121 726 64

Biểu đồ dưới đây mô tả quan hệ M - As của dầm tiết diện 40x60 (cm), bê tông cấp độ bến B25, thép

nhóm AIII, a = a' = 6cm

Trong biểu đồ trên:

Đường liền nét là quan điểm tính toán truyền thống, Ah = Ar = 0.456 (ứng với CiR = 0.703)

Đường đứt nét là quan điểm tính toán sử dụng Ah = 0.35

Đường trục thẳng đứng là giới hạn của mô men theo quan điểm A <= 0.5

Đường trục nằm ngang là giới hạn của hàm lượng cốt thép theo quan điểm muy <= 4%

Từ biểu đồ ta thấy, nếu thừa nhận Mgh với A = 0.5, thì khả năng chịu lực tối đa của tiết diện là 85Tm,

với quan điểm tính toán thông thường (Ar = 0.456) thì As = 65cm2, với quan điểm tính toán theo giới

hạn Ah = 0.35 thì As = 54cm2. Diện tích cốt thép tại thớ kéo đã giảm một lượng đáng kể. Ở đây không xét đến tổng lượng cốt thép theo tính toán, bởi vì trên thực tế cốt thép vẫn được bố trí trong vùng nén

theo cấu tạo với một lượng tương đối lớn. Theo quan điểm thừa nhận giới hạn của hàm lượng cốt thép là 4%, thì khả năng chịu lực tối đa của dầm

được tính theo Ar sẽ là 122 Tm, trong khi khả năng chịu lực tối đa của dầm tính theo Ah sẽ là 142 Tm.



Mobile: 0906 121 726 65

23. DẦM CAO VÀ DẦM CHUYỂN (DEEP BEAM AND TRANSFER BEAM)

Dầm chuyển đƣợc sử dụng ngày càng nhiều hơn trong các công trình xây dựng ở

Việt Nam, do đặc điểm về phân bố ứng suất mà việc tính toán thiết kế các dầm này có

nhiều khác biệt so với việc tính toán và thiết kế dầm theo lý thuyết uốn thông thƣờng.

23.1. DẦM CAO Dầm đƣợc gọi là dầm cao (Deep Beam) khi mang một trong các đặc điểm sau đây:

Tỉ số giữa nhịp thông thủy và chiều cao dầm bé hơn hoặc bằng 4

Trên dầm xuất hiện tải trọng tập trung trong khoảng bé hơn 2 lần chiều cao dầm tính

từ mép gối đỡ

Dƣới tác dụng của tải trọng, trong dầm hình thành các thanh chống chịu nén nối giữa

vị trí đặt tải trọng và gối đỡ. Đối với các cấu kiện thông thƣờng, chúng ta thƣờng sử dụng

giả thiết biến dạng phẳng để lập sơ đồ ứng suất cho tiết diện và giải bài toán tính toán cốt

thép dựa trên các sơ đồ ứng suất tại trạng thái phá hoại. Tuy nhiên, đối với dầm cao giả

thiết về biến dạng phẳng trong lý thuyết uốn không còn đúng nữa. Để tính toán dầm cao,

hoặc sử dụng phƣơng pháp phân tích với phân bố biến dạng phi tuyến, hoặc sử dụng mô

hình giàn ảo (strut-and-tie method). Mô hình giàn ảo đƣợc đề cập trong các tiêu chuẩn

nhƣ ACI 308-08 - Phụ lục A, hoặc Eurocode 2 - Mục 6.5

Hình 1: Các trường hợp định nghĩa của Dầm cao

23.2. DẦM CHUYỂN Dầm chuyển (Transfer Beam) là cấu kiện dầm có tác dụng phân phối lại tải trọng

thẳng đứng. Do đặc điểm về tải trọng nên hầu hết dầm chuyển đều thuộc dạng dầm cao.

Trên thực tế dầm chuyển đƣợc sử dụng tƣơng đối linh hoạt. Trong một số công trình hỗn

hợp, do yêu cầu về không gian ở tầng phía dƣới (khối thƣơng mại) nên hệ cột ở các tầng

dƣới có khoảng cách tƣơng đối lớn, trong khi khối căn hộ phía trên yêu cầu kích thƣớc

cấu kiện thẳng đứng phải mỏng do đó hệ vách phía trên mỏng và dài. Trong những

trƣờng hợp nhƣ vậy, dầm chuyển có chức năng phân phối tải trọng từ các vách về tập

trung tại các đỉnh cột (Hình 2).



Mobile: 0906 121 726 66

Hình 2: Dầm chuyển được sử dụng để phân phối tải trọng về các cột

Trong một số công trình khác, ngƣời ta cũng bố trí dầm chuyển để dàn đều tải trọng

xuống móng (Hình 3). Với hệ kết cấu này, do tải trọng đƣợc dàn đều xuống các cột phù

hợp với sức chịu tải của cọc, do đó dƣới mỗi chân cột chỉ cần bố trí một cọc. Hiệu quả

của cách thức này là trong đài cọc không phát sinh lực chọc thủng và mô men uốn, dẫn

tới sẽ tiết kiệm đƣợc chi phí đài cọc và các chi phí liên quan đến công tác thi công đài

cọc.

Hình 3: Dầm chuyển được sử dụng để dàn đều tải trọng xuống móng

Xem xét vấn đề qua một ví dụ: khác với các dự án có quỹ đất hạn hẹp, dự án Hyundai

Hills State bao gồm các tòa nhà là khu chung cƣ đơn thuần, có sân chung rộng và một điểm

hoàn toàn khác biệt là khu gara đƣợc đặt ngầm dƣới sân. Thiết kế này tạo điều kiện giải

phóng chức năng phần ngầm của các tòa nhà chính, do đó phần ngầm của các tòa nhà này

http://www.hillstate.com.vn/

http://www.hillstate.com.vn/



Mobile: 0906 121 726 67

có mục đích phục vụ tối đa ý đồ kết cấu. Bản thiết kế của Hyundai Hills State cho thấy hệ

thống dầm chuyển dƣới 2 tầng hầm tạo nên khối đế vững chắc, phân phối tải trọng đứng

và tải trọng ngang đều đặn lên các cột, do đó không xảy ra hiện tƣợng cọc tập trung tại

đài vách thang máy. Các cọc đƣợc đặt ngay dƣới chân cột làm giảm tối đa nguy cơ chọc

thủng, dẫn đến chiều dày của đài cọc (đài bè) tƣơng đối nhỏ và thép đài cọc đƣợc tiết

kiệm tối đa.

23.3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN Về nguyên tắc dầm cao có thể đƣợc tính toán thiết kế bằng mô hình giàn ảo, tuy

nhiên việc ứng dụng mô hình này nhƣ thế nào trong các trƣờng hợp đa dạng kết cấu cần

đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng. Mặc dù đã xuất hiện một thời gian tƣơng đối dài, việc tính

toán dầm chuyển vẫn còn là một vấn đề khá mới mẻ và chƣa đƣợc giải quyết một cách

triệt để. Các kết quả phân tích về dầm cao nêu trong cuốn Reinforced Concrete Design of

Tall Buildings của Bungale S. Taranath cho thấy ứng suất trong giai đoạn làm việc khi chƣa

xuất hiện vết nứt lớn hơn gấp 2 lần so với phân thích theo lý thuyết uốn thông thƣờng (sử

dụng giả thiết tiết diện phẳng), kết luận này đƣợc lấy làm cơ sở cho một số bảng thuyết

minh tính toán sử dụng kết quả từ phân tích đàn hồi trong Etabs bằng cách nhân đôi giá

trị ứng suất thu đƣợc và tính toán diện tích cốt thép yêu cầu.

Trƣớc những hạn chế về lý thuyết tính toán, khắc phục bằng phƣơng án kết cấu rõ ràng

luôn là giải pháp tối ƣu nhất, một số chuyên gia khuyên rằng tốt nhất (thay vì thiết kế

giàn ảo) hãy thiết kế một hệ giàn thật làm nhiệm vụ phân phối tải trọng, lúc đó phƣơng án

kết cấu sẽ trở nên rất rõ ràng và dễ xử lý.

24. ETABS - HƢỚNG DẪN THIẾT KẾ VÁCH

Bài viết này hướng dẫn sử dụng chức năng kiểm tra và thiết kế Vách trong Etabs.

24.1. GIỚI THIỆU CHUNG

Bạn có thể sử dụng Etabs để kiểm tra khả năng chịu lực của một cấu kiện được bố trí sẵn cốt thép. Hình dưới đây minh họa một cột tiết diện chữ L, trên thực tế bạn có thể xây dựng một tiết diện phức tạp bất

kỳ. Chức năng này rất hiệu quả cho việc kiểm tra khả năng chịu tải của vách thang máy, cột vách, cột có tiết diện phức tạp (L, T ...)

Để sử dụng được chức năng này, bạn cần phân tích nội lực trước (Run Analysis), sau đó tiến hành các bước sau:

1. Đặt tên cho vách

2. Định nghĩa tiết diện bố trí cốt thép (tiết diện bê tông có thể lấy ngay từ mô hình hoặc tạo mới)

3. Gán tiết diện bố trí cốt thép cho vách 4. Kiểm tra khả năng chịu lực

Dưới đây là các hình ảnh minh họa:

Định nghĩa tiết diện Cốt thép



Mobile: 0906 121 726 68

Chức năng vẽ (bố trí) cốt thép. Bao gồm: bố trí cốt thép đơn, bố trí cột thép theo đường dân, bố trí cốt

thép theo đường dẫn vuông hoặc tròn

Khung điều chỉnh đặc trưng (vật liệu, ...) của bê tông



Mobile: 0906 121 726 69

Khung điều chỉnh đặc trưng (vật liệu, tọa độ, ...) của cốt thép

25. ETABS - PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO MÔ HÌNH LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI

VỚI NỀN ĐẤT

Bài viết này nêu lên ý tưởng của mô hình kết cấu làm việc đồng thời với nền đất và cách thức thực hiện trogn Etabs.

25.1. Ý TƢỞNG

Sự làm việc của nền đất có ảnh hưởng nhất định tới sự phân phối lại nội lực trong hệ kết cấu. Ví dụ đối

với móng cọc, dưới tác dụng của tải trọng các cọc sẽ bị lún xuống, kéo theo chuyển vị thẳng đứng của đài cọc, bên cạnh đó dưới tác dụng không đều của tải trọng lên các đầu cọc, đài cọc bị xoay do chuyển vị

của các đầu cọc không giống nhau. Như vậy, trong mô hình làm việc đồng thời với nền đất, giả thiết liên



Mobile: 0906 121 726 70

kết ngàm tại chân cột - vách không còn đúng với thực tế.

Mô hình làm việc đồng thời với nền đất, trong đó có kể đển chuyển vị tại chân cột - vách, cũng đồng thời giản quyết được bài toán giằng móng, do trên thực tế giằng móng phải chịu tác động của lún lệch (cũng

với hệ kết cấu bên trên), của mô men chân cột, của tải trọng tường xây, của áp lực đẩy nổi tác dụng lên sàn móng ...

Mô hình làm việc đồng thời với nền cũng giải quyết được bài toán móng chịu lực lệch tâm do kể đến ảnh

hưởng của giằng móng.

25.2. CÔNG CỤ

Etabs cung cấp khai báo điều kiện biên dưới dạng liên kết đàn hồi (spring). Công cụ này cho phép khai báo các liên kết chuyển vị và mô men dưới dạng đàn hồi, qua đó biến dạng (tịnh tiến, xoay) phụ thuộc

vào ngoại lực và độ cứng của liên kết

25.3. NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH HÓA NỀN ĐẤT

Nền đất được mô hình hóa bằng các liên kết đàn hồi, với độ cứng phụ thuộc vào quan hệ ngoại lực - biến dạng. Ví dụ với móng đơn, từ điều kiện nền đât chúng ta xác định được độ lún dưới tác dụng của tải

trọng chân cột sơ bộ (mô hình ngàm), từ đó xác định được độ cứng của liên kết đàn hồi.

25.4. ÁP DỤNG TRONG THIẾT KẾ MÓNG CỌC

Trong mô hình spring, cọc được mô hình hóa bằng các cột ngắn có chân cột liên kết đàn hồi. Đài cọc được mô hình hóa bằng các phần từ Shell.

Độ cứng của cọc phụ thuộc vào sự làm việc của cọc:

Cọc ma sát, cọc chống vào lớp đất cát, có sức chịu tải xác định phụ thuộc vào sức chịu tải của

nền đất. Thí nghiệm nén tĩnh cho thấy độ lún dưới tác dụng của tải trọng có dạng đường cong.

Sức chịu tải của cọc được xác định thông qua thí nghiệm nén tĩnh, được lấy ở độ lún quy ước S* = 0,2.[S], trong đó [S] = 8cm là độ lún giới hạn. Hệ số đàn hồi theo trục Z được lấy bằng k =

P/S*. Ví dụ với cọc có P = 40T, k = 40/0,016 = 2500 T/m



Mobile: 0906 121 726 71

Cọc chống vào lớp đất đá, sức chịu tải xác định bằng sức chịu tải theo vật liệu, độ lún chủ yêu là

biến dạng đàn hồi của cọc. Hệ số đàn hồi theo trục Z được lấy bằng độ cứng dọc trục EA/L của

cọc, trong đó E, A, L lần lượng là mô đun đàn hồi của vật liệu cọc, diện tích tiết diện cọc và chiều dài của cọc.

26.



Mobile: 0906 121 726 72

MỤC LỤC

BÀI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1

BÀI 1 VẼ MẶT BẰNG KẾT CẤU THEO BẢN VẼ SỐ 1 ...................................... 2

1. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG ............................................................................. 2

2. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ............................................................................ 2

3. BÀI LÀM ......................................................................................................... 2

4. Lỗi sửa ............................................................................................................. 3

BÀI 2 VẼ MẶT BẰNG KẾT CẤU THEO BẢN VẼ SỐ 2 ...................................... 5

1. Nhiệm vụ của bài tập số 2: .............................................................................. 5

2. Yêu cầu: ........................................................................................................... 5

BÀI 3 CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT DẦM SÀN ............................................... 6

1. Nhiệm vụ của bài tập số 3 ............................................................................... 6

2. Các bƣớc thực hiện .......................................................................................... 6

3. Yêu cầu: ........................................................................................................... 6

4. CÂU HỎI: ........................................................................................................ 9

5. TRẢ LỜI .......................................................................................................... 9

6. Lỗi bài 3 .........................................................................................................10

Bài tập số 4 Thiết lập các khai báo trong Etabs .......................................................11

1. Các bƣớc thực hiện ........................................................................................11

2. Yêu cầu: .........................................................................................................11

3. Các thông số bài 4..........................................................................................14



Mobile: 0906 121 726 73

4. Quy đổi đơn vị ...............................................................................................16

5. TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH CỐT THÉP BẰNG ETABS - THEO TCVN ....16

BÀI 5 Dựng mô hình kết cấu sàn tầng 2, cao độ +4.200 (Cột, vách, dầm, sàn) .....21

1. Nhiệm vụ của bài tập số 5: ............................................................................21

2. Cần chú ý khi thực hành: ...............................................................................21

3. Yêu cầu: .........................................................................................................21

4. Câu hỏi bài 5 ..................................................................................................21

BÀI 6 Xác định và khai báo tải trọng tĩnh (Tĩnh tải, hoạt tải) .................................23

1. Nhiệm vụ của bài tập số 6: ............................................................................23

2. Cần lƣu ý khi thực hành: ...............................................................................23

3. Yêu cầu: .........................................................................................................23

CÁC BÀI VIẾT .......................................................................................................26

1. BÀI 1 Tổ hợp tải trọng và tổ hợp nội lực ......................................................26

2. BÀI 2 Những mâu thuẫn khi phân tích kết cấu làm việc đồng thời với nền

đất sử dụng phƣơng pháp mô hình cọc bằng liên kết đàn hồi ...........................26

3. BÀI 3 HỆ BIẾN DẠNG ĐỒNG ĐIỆU .........................................................29

4. BÀI 4 TÂM CỨNG, TÂM KHỐI LƢỢNG, TÂM HÌNH HỌC ..................30

5. BÀI 5 HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG CHO NHÀ CAO TẦNG BẰNG

CÁCH SỬ DỤNG OUTTRIGGER (DẦM GÁNH) .........................................31

6. HỆ SỐ ỨNG XỬ ...........................................................................................35

7. GIẢ THIẾT TIẾT DIỆN PHẲNG ................................................................37

8. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN ................39

9. CÁC ĐẶC TRƢNG CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG ....................................40

10. Shortening - Nguyên nhân, mâu thuẫn và phƣơng pháp hạn chế sai sót ....43

11. SỰ SUY GIẢM ĐỘ CỨNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ......45

12. HÀM LƢỢNG TỐI ĐA CỦA CỐT THÉP DẦM ......................................46

13. VẤN ĐỀ TỐI ƢU TRONG THIẾT KẾ MÓNG CỌC ...............................47

14. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCXDVN 375:2006 .....49

15. Tính toán diện tích cốt thép cho Sàn BTCT dựa vào nội lực từ Etabs ........51

16. MÓNG MỀM ...............................................................................................54

17. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN GIẰNG MÓNG ............................................55



Mobile: 0906 121 726 74

18. TẠI SAO DIỆN TÍCH CỐT THÉP CỘT TẦNG MÁI LẠI LỚN HƠN Ở

CÁC TẦNG KHÁC ? ........................................................................................55

19. KHI NÀO THÌ CẤU KIỆN ĐƢỢC COI LÀ DẦM ? .................................57

20. BIỂU ĐỒ TƢƠNG TÁC .............................................................................59

21. PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƢƠNG TÁC CHO CỘT TIẾT

DIỆN CHỮ NHẬT ............................................................................................60

22. TÍNH TOÁN CỐT THÉP KÉP THEO GIỚI HẠN ĐỊNH TRƢỚC - GIẢI

PHÁP CHO DẦM CHỊU MÔ MEN LỚN ........................................................62

23. DẦM CAO VÀ DẦM CHUYỂN (DEEP BEAM AND TRANSFER

BEAM)...............................................................................................................65

24. ETABS - HƢỚNG DẪN THIẾT KẾ VÁCH .............................................67

25. ETABS - PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO MÔ HÌNH LÀM VIỆC ĐỒNG

THỜI VỚI NỀN ĐẤT .......................................................................................69

26. ......................................................................................................................71

152229070 giao-trinh-thiết-kế-kết-cấu

Technology