Một vài suy nghĩ về vấn đề tính toán cốt thép cho vách cứng nhà cao tầng hiện nay

Nội dung text: Một vài suy nghĩ về vấn đề tính toán cốt thép cho vách cứng nhà cao tầng hiện nay

1. Kỹ thuật và Công nghệ 179 MỘT VÀI SUY NGHĨ VỀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO VÁCH CỨNG NHÀ CAO TẦNG HIỆN NAY SOME THOUGHTS ON THE CURRENT CALCULATION FOR REINFORCED WALLS IN HIGH BUILDINGS Nguyễn Thành Công1 Tóm tắt Abstract Nội dung của bài báo là trình bày lý thuyết, This paper is to represent the theory, analysis, thực hiện phân tích, tổng hợp, tính toán cốt thép synthesis, calculation of reinforcement for walls in high buildings by converting to the equivalent cho vách cứng nhà cao tầng có dạng tiết diện đơn section in accordance with Vietnamese standards giản hay tiết diện phức tạp được quy đổi sang tiết and other countries’. The methods used to calculate diện tương đương theo quy phạm Việt Nam và các vertical reinforcement are: walls calculated as nước. Tính toán cốt thép dọc của vách cứng, các obliquely eccentric compression, elastic stress phương pháp được sử dụng là: tính như cấu kiện distribution, assuming the compressible boundary, chịu nén lệch tâm xiên, phân bố ứng suất đàn hồi, building interactive charts. First is to dispose reinforced and then check the bearing capacity. giả thiết vùng biên chịu nén, xây dựng biểu đồ The horizontal reinforcement of wall is calculated tương tác, bố trí cốt thép trước sau đó kiểm tra by Vietnamese standard no. 198 - 1997 and khả năng chịu lực. Cốt thép ngang của vách cứng ACI318M-08. The results indicated that the above tính theo TCVN 198 - 1997 và ACI318M-08. Kết calculation methods are quite accurate, highly quả phân tích, tính toán chứng tỏ rằng các phương reliable and easy to implement in the design plan. pháp tính nêu trên là khá chính xác và có độ tin The author proposes the calculation methods for the vertical reinforcement of wall by Vietnamese cậy cao, dễ thực hiện trong các đồ án thiết kế. Ở standards and the horizontal reinforcement by đây, tác giả kiến nghị giải pháp tính toán cốt thép Vietnamese Standards no. 198-1997. dọc cho vách cứng sử dụng lý thuyết cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên theo quy phạm Việt Nam, cốt Keywords: walls, equivalent section, vertical reinforcement, obliquely eccentric compression, thép ngang của cứng tính theo TCVN 198 - 1997. elastic stress distribution, assuming the Từ khóa: vách cứng, tiết diện tương đương, tính compressible boundary, building interactive toán cốt thép, nén lệch tâm xiên, phân bố ứng suất charts, horizontal reinforcement. đàn hồi, vùng biên chịu nén, biểu đồ tương tác. 1. Đặt vấn đề1 có quy đổi các thông số dữ liệu từ tiêu chuẩn Việt Việc tính toán cốt thép cho vách cứng nhà cao Nam qua tiêu chuẩn Anh (BS) và Mỹ (ACI) hoặc tầng hiện nay theo quy phạm Việt Nam là tính toán nội lực từ các phần mềm kết cấu rồi tính toán cốt thép theo các phương pháp: tính như và trên thế giới thì tuy tiết diện ngang đã được cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên, phân bố ứng suất chuẩn hóa (chữ nhật, chữ T, chữ I, ) nhưng cũng đàn hồi, giả thiết vùng biên chịu nén, xây dựng còn khá phức tạp, mức độ tùy từng quy phạm. biểu đồ tương tác, bố trí cốt thép trước sau đó Trong các quy phạm Việt Nam, Nga, Anh, Mỹ, Ấn kiểm tra khả năng chịu lực. Đối với cốt thép ngang Độ, việc tính toán cốt thép cho vách cứng chịu lực trong vách, chúng ta tính theo TCVN 198 - 1997 còn phức tạp, nếu có tiết diện chuẩn thì quy trình và ACI318M-08.Nếu tính cho vách cứng có hình tính toán khá rắc rối. Trong thực tế, nếu vách cứng dạng phức tạp không có trong thư viện phần mềm chịu lực có tiết diện đa dạng về dạng chịu lực và kết cấu thì quy đổi về các tiết diện tương đương. cả tiết diện ngang thì việc tính toán bằng cách nào cho đơn giản, tiết kiệm thời gian mà vẫn an toàn và Lê Hòa Bình (2001) đã xác định được các phần không lãng phí khá được quan tâm mềm hiện nay hoặc chưa tính toán được cốt thép, hoặc chỉ cho kết quả tính thép theo quy phạm các Theo Lê Hòa Bình (2001) và Lâm Mạnh Cường nước Mỹ (ACI), Anh (BS), cho các bài toán (2009), phương pháp tính toán cốt thép vách cứng dạng thanh (chưa có thanh cong) với một số tiết nhà cao tầng hoặc là tính toán trực tiếp trên phần diện tính toán nhất định. Trong các thư viện của các mềm thông dụng (SAP 2000, ETABS), trong đó phần mềm, tiết diện cấu kiện là chuẩn hóa, trường 1 Giảng viên, Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh Số 22, tháng 7/2016 179
2. 180 Kỹ thuật và Công nghệ hợp tiết diện hệ chịu lực là phức tạp bất kỳ cần phải Để chuyển các liên kết thành phân bố đều liên tục, quy đổi về dạng tiết diện tương đương. Quá trình số tầng nhà phải đủ lớn ( ≥10 tầng) đều có thể coi quy đổi tiết diện phức tạp về tiết diện đơn giản những tác động tập trung ở sàn, lanh tô và các liên tương đương phải hết sức hợp lý để giải quyết kết trượt khác là phân bố liên tục theo chiều cao được vấn đề đặt ra là tính toán cốt thép như thế của các kết cấu chịu lực. Phân tích các sơ đồ tính nào, bố trí cốt thép tập trung nhiều ở các vị trí nào thành hệ chịu lực phức tạp hoặc hệ chịu lực song trên tiết diện sao cho cốt thép bố trí trên tiết diện phẳng để tính toán. vách cứng tương đương sẽ áp dụng được đối với 2.3. Các phần mềm tính toán nội lực và tổ hợp tiết diện thực. nội lực Dõi theo tốc độ phát triển của công nghệ thông Ngày nay, sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung và công nghệ phần mềm nói riêng, tin nói chung và công nghệ phần mềm nói riêng vấn đề thực hiện tự động hóa các phép tính từ đó rút đang diễn ra rất mạnh mẽ và thường xuyên. Vấn ngắn thời gian tính toán, tăng độ chính xác của bài đề tính toán nội lực và tổ hợp nội lực cho hệ kết toán là hoàn toàn khả thi. cấu công trình thật sự trở nên đơn giản hơn với sự 2. Giải quyết vấn đề trợ giúp rất nhiều của các phần mềm thiết kế: Sap 86, Sap 90, Sap 2000, Microfeap, Etabs, Staad- 2.1. Sự cần thiết của vách cứng trong nhà III, Etabs, Một số phần mềm giải quyết các bài nhiều tầng toán không gian với độ phức tạp rất cao: phân tích Công dụng của vách cứng trong nhà cao tầng động, bài toán phi tuyến vật liệu, Nhìn chung, đã được công nhận từ lâu. Bố trí vách cứng tại vị các phần mềm mô phỏng giống như kết cấu vách trí hợp lý trên mặt bằng thì vách cứng sẽ chống đỡ cứng khi làm việc ngoài thực tế. Các phần mềm rất hiệu quả tải trọng ngang do gió hoặc động đất. hoặc không cho kết quả tính thép hoặc cho kết quả Hệ thống vách cứng sẽ làm cho sự dao động của tính thép nhưng chỉ theo các quy phạm trên thế công trình tối ưu nhất. Hiện nay, đa số các công giới và cũng chỉ tính được cốt thép cho các phần trình nhà cao tầng đều sử dụng các hệ vách cứng tử thanh với một số dạng tiết diện đơn giản có sẵn để chịu tải trọng ngang do gió và động đất. Hiện trong các thư viện phần tử. Đối với các vách cứng nay,các nhà cao tầng ngày càng cao hơn và mảnh có tiết diện phức tạp mà phần mềm không có các hơn nên các vách cứng càng quan trọng hơn trong tiết diện chuẩn sẵn trong thư viện, việc tính toán, hệ lực thẳng đứng. Sự cần thiết của vách cứng phân chia và qui đổi sang tiết diện tương đương trong hệ chịu lực nhà cao tầng đòi hỏi vấn đề thiết sao cho hợp lý nhất. kế vách cứng phải được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn cho công trình và giảm thiểu được tối 2.4. Nguyên lý tính toán cốt thép trong vách đa các thiệt hại do chấn động (động đất) với những cứng của nhà cao tầng tổn thất chi phí rất lớn. Quá trình thiết kế một công trình trải qua bốn giai đoạn: sơ đồ kết cấu → tính nội lực → tính tiết 2.2. Sơ đồ tính toán nội lực diện → kiểm tra bền, cứng, ổn định thì công đoạn Sơ đồ tính toán nhà cao tầng được thiết lập trên thiết kế tính toán cốt thép cho vách cứng (giai đoạn cơ sở lý tưởng hóa mô hình vật lý phức tạp (thực tính tiết diện) là một khâu cực kỳ quan trọng trong tế) của công trình. Phân loại sơ đồ tính chọn nhà thiết kế kết cấu nhà cao tầng có cấu kiện vách cứng cao tầng theo tích chất ẩn số, hệ chịu lực của nhà chịu lực. Tính toán cốt thép hợp lý để đảm bảo độ cao tầng có thể đưa về các dạng sơ đồ tính toán: an toàn, ổn định cho công trình, ít tốn kém chi phí sơ đồ tính toán liên tục, sơ đồ tính toán rời rạc, sơ vật liệu bê tông và cốt thép. Hiện nay, vấn đề tính đồ tính toán rời rạc kết hợp liên tục. Để tính toán toán cốt thép theo các quy phạm Việt Nam và trên hệ chịu lực của nhà cao tầng thì sơ đồ tính toán rời thế giới còn tương đối phức tạp do bản chất phức rạc kết hợp liên tục sẽ tổng quát hơn và tiện lợi hơn tạp của hệ dạng hệ chịu lực. Do vậy, nhiều trường các mô hình tính khác. hợp thực tế buộc phải tính gần đúng, thậm chí là Mô hình rời rạc kết hợp liên tục coi các kết cấu tạm tính. chịu lực thẳng đứng của ngôi nhà là rời rạc, còn nội Đặc trưng của các hệ kết cấu chịu lực bằng bê lực trong các liên kết giữa các kết cấu thẳng đứng tông cốt thép sử dụng phổ biến trong nhà cao tầng với nhau được coi như phân bố đều theo chiều cao. thường gồm hệ kết cấu khung, hệ kết cấu vách Số 22, tháng 7/2016 180
3. Kỹ thuật và Công nghệ 181 cứng đặc chịu lực, hệ kết cấu vách cứng có lỗ cửa xiên-xoắn, Tính toán cốt thép cho vách cứng nhà chịu lực, hay dạng kết hợp của chúng: hệ khung cao tầng theo các quy phạm trên thế giới thì quy - vách cứng hỗn hợp, hệ kết cấu hình ống, hệ kết trình đơn giản hơn, nhờ các bảng biểu lập sẵn hoặc cấu hình hộp. Các hệ này sẽ được liên kết với nhau các tính toán gần đúng. Tuy nhiên, nó cũng chỉ bằng những thanh hai đầu khớp, gắn tại mỗi cao cung cấp được các bảng, biểu đồ lập sẵn cho một trình sàn các tầng, chúng phân bố liên tục và đơn dạng tiết diện nhất định: chữ nhật, chữ T, I, L, với điệu theo chiều cao. tỉ lệ các kích thước hình học và cường độ vật liệu có giới hạn. Độ phức tạp và đa dạng về tiết diện - Tính toán vách cứng ngang (sàn ): tĩnh tải cấu kiện và dạng hệ chịu lực trong tính toán cốt và hoạt tải tính tương tự như tính với sàn ít tầng, thép khác nhau tùy từng quy phạm. tuy nhiên cần phải tăng chiều dày sàn để đảm bảo sàn là vách cứng ngang-đảm bảo truyền nhanh tải 2.5. Vấn đề quy đổi tiết diện tương đương trọng ngang (gió) cho các hệ chịu lực cùng chịu. Khi quy đổi tiết diện thực tế sang tiết diện tính Đối với các công trình có tính toán tải trọng động toán tương đương cần lưu ý vị trí của trọng tâm tiết đất, cốt thép sàn bắt buộc phải bố trí thành hai lớp diện có quan hệ quan trọng đến tải trọng đứng. Vị riêng lẻ, ở nước ta các sàn nhà cao hơn 30 tầng trí tâm cắt hay tâm độ cứng có quan hệ quan trọng thường do các đơn vị thiết kế quốc tế có nhiều kinh đến tải trọng ngang. Nếu lực đứng dọc trục không nghiệm thực hiện. đặt đúng tâm tiết diện thì cấu kiện sẽ bị uốn xung - Về cơ bản, vách cứng có thể xảy ra các dạng quanh trục nằm ngang (nén lệch tâm, nén lệch tâm chịu lực: chịu nén lệch tâm phẳng (tiết diện đối xiên). Nếu lực ngang không đặt đúng tâm độ cứng xứng bất kỳ), chịu nén lệch tâm xiên (tiết diện đối cấu kiện sẽ bị xoắn và uốn. xứng bất kỳ), uốn-xiên, uốn-xoắn, nén lệch tâm a) b) Hình 1: Các dạng vách cứng; a) Vách cứng đặc; b) Vách cứng có lỗ cửa. Ngoài ra, khi quy đổi tiết diện thật sang tiết có thể xảy ra cho các dạng tiết diện phức tạp của diện tính toán cần phải: đảm bảo phản ánh sự phân vách cứng là các dạng tiết diện đặc không có lỗ bố ứng suất và biến dạng trên tiết diện tính toán và cửa và tiết diện bị giảm yếu do lỗ cửa. tiết diện thật là gần như nhau, dựa trên cơ sở tương Lê Hòa Bình (2001) đã giải thích với bài toán đương về độ cứng chống uốn theo hai phương đi tính toán vách cứng có lỗ cửa sẽ trở thành tính ngang qua trọng tâm của tiết diện, đối xứng theo toán các vách cứng đặc thông qua quy đổi tiết diện từng phương, phản ánh được việc bố trí cốt thép tương đương. Việc quy đổi tiết diện tương đương trên tiết diện quy đổi (tiết diện sẽ sử dụng để tính về độ cứng cho vách cứng có lỗ cửa theo các cốt thép) lên tiết diện thật của vách cứng sau khi đã phương pháp tương tự như vách cứng đặc. tính toán được cốt thép. Các trường hợp điển hình Số 22, tháng 7/2016 181
4. 182 Kỹ thuật và Công nghệ A B A B Số 22, tháng 7/2016 182
5. Kỹ thuật và Công nghệ 183 Dạng 8 : vách cứng có lỗ cửa Hình 2: Một số cách quy đổi tiết diện tương đương - bố trí cốt thép A -Tiết diện thật, B -Tiết diện tương đương 2.6 Lý thuyết tính toán cốt thép của vách cứng 2.6.1 Cốt dọc Phương án 1d: Tính như cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên theo quy phạm Việt Nam (TCVN 5574 - 2012), tiết diện vách cứng hình chữ nhật (h ≤ 4b) Sơ đồ tính: Hình 3: Sơ đồ tính cốt thép theo phương án 1d  (1− x / h )  σ =  0 −  Với: s 2 1Rs  (1− ξ R )  Số 22, tháng 7/2016 183
6. 184 Kỹ thuật và Công nghệ Nguyễn Đình Cống (2006) xác định rằng vùng bê tông chịu nén có các dạng sau: Hình 4: Các dạng của vùng nén Phương án 2d: Phân bố ứng suất đàn hồi, tính theo tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 Các giả thiết: vật liệu đàn hồi, ứng suất kéo do thiết là phân bố trên toàn bộ chiều dài vách cứng. cốt thép chịu, ứng suất nén do bê tông và cốt thép Các bước tính toán: cùng chịu. Bước 1: giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu Mô hình: chia vách cứng ra thành những phần moment. Xét vách cứng chịu lực dọc trục N và tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm, coi như moment uốn M . Moment M tương đương với một ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử. Từ đó, ta x x cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách cứng. tính cốt thép cho từng phần tử. Các bước tính toán: Bước 1: xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm. Bước 2: chia vách thành những phần tử nhỏ. Bước 3: tính lực dọc tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và moment Mx gây ra. N M x Ni = ± 2 × yi n ∑ yi Bước 4: tính diện tích cốt thép chịu nén, kéo. Bước 5: kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu diện tích cốt thép chịu lực tính được < 0, đặt cốt thép Hình 5: Sơ đồ tính vách cứng theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment theo cấu tạo. Bước 2: xác định lực kéo hoặc nén trong Phương án 3d: giả thiết vùng biên chịu vùng biên. moment, tính theo tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 N M PA= ± x Các giả thiết: ứng suất kéo do cốt thép chịu, ứng lr, A b ( LB−−0.5 0.5 B) suất nén do bê tông và cốt thép cùng chịu. lr Mô hình: phương pháp này cho rằng cốt thép Bước 3: tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén. đặt trong vùng biên ở 2 đầu vách cứng được thiết Bước 4: kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu kế để chịu toàn bộ moment. Lực dọc trục được giả không thỏa điều kiện thì phải tăng kích thước B Số 22, tháng 7/2016 184
7. Kỹ thuật và Công nghệ 185 của vùng biên lên rồi tính lại như bước 1. Chiều hình học của vách, đó chính là một điểm của biểu dài của vùng biên B có giá trị lớn nhất là L/2, nếu đồ tương tác. vượt quá giá trị này cần tăng bề dày tường. Các điểm chính trên biểu đồ tương tác: biểu đồ Bước 5: kiểm tra phần vách còn lại giữa hai tương tác là một đường cong, mỗi điểm trên đường vùng biên như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm. này ứng với một vị trí của trục trung hòa trên tiết Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì diện vách (một giá trị của x). Do đó, việc thiết lập cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo biểu đồ tương tác bằng sự trợ giúp của máy tính. cấu tạo. Công việc này đòi hỏi khối lượng tính toán nhiều và để giảm bớt khối lượng tính toán có thể sử dụng Phương án 4d: xây dựng biểu đồ tương tác, biểu đồ tương tác gần đúng (tham khảo thêm ở các tính theo TCVN 5574 - 2012 tài liệu hiện hành). Nguyên tắc chung: dựa vào biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén và vị trí của trục trung hòa Phương án 5d: bố trí cốt thép trước rồi kiểm được thể hiện qua chiều cao vùng nén x, ta có thể tra khả năng chịu lực. xác định được trạng thái ứng suất trong bê tông và Bố trí cốt thép: theo TCVN 198 - 1997. cốt thép trong vách, các ứng suất này tổng hợp lại Kiểm tra khả năng chịu lực: tính các thông số thành một lực dọc và một moment tại trọng tâm λα+ N R f Rs f y n y s x a1 1 α = n = ; α x = ; α y = ; δ = ; λδ= − ; 1 γ γ γ λα+ 2 b .Rb .b.h b .Rb .b.h0 b .Rb .b.h0 h 2 y - Nếu αδ1 ≤ 2 thì: - Nếu αδ1 > 2 và thì: α - Nếu αα> tính n =+−αy () αδ và m =++0.125 0.5λα λα 1 gh 1 gh λ gh 1 yx e η m 1 o 1 2 + Khi > ; tính c1 = (ξ R − δ ) thì Neonη ≤ R bh[ m1 +− c 11 ( n n )] hn1 2 eoη m1 m1 + Khi ≤ ; tính n21=++0.8 2(ααy ) và c2 = thì hn1 nn21− 2.6.2 Cốt ngang Bước 4: độ bền danh nghĩa của bê tông lấy giá Phương án 1n: tính theo TCVN 198 - 1997 trị nhỏ hơn trong 2 giá trị sau: Đặt cấu tạo theo TCVN 198 - 1997, hàm lượng cốt thép lớn nhất trên một mét dài theo phương ngang ứng với cấp động đất trung bình và mạnh là ≤ 0.4% và không ít hơn 1/3 lượng cốt dọc. Phương án 2n: tính theo tiêu chuẩn ACI318 M - 08 Bước 1: xác định nội lực tác dụng Nu, Mu, Vu Bước 2: xác định độ bền danh nghĩa của bê + Công thức dưới không áp dụng khi tông và cốt thép tương ứng khi chịu cắt là V , V và M L c s u − < chiều cao làm việc d. 0 Vu 2 Bước 3: tính khả năng chịu cắt của tường: + Nếu VVuc< φ /2thì đặt cốt ngang theo cấu tạo. Vu≤+φ ( VV cs) với φ = 0.85 Số 22, tháng 7/2016 185
8. 186 Kỹ thuật và Công nghệ 2.7 Ví dụ tính cốt thép cho vách cứng nhà cao tầng 2 ' 2.7.1. Các trường hợp thực tế + Nếu VVuc≥ φ /2và Vs ftd cw thì để ngăn cản phá hoại 3 My = 83.517 kNm; Q = 82.25 kN. giòn xảy ra, cần phải tăng tiết diện vách cứng. Hình 6: Mặt bằng bố trí vách cứng của ví dụ tính toán *Tính cốt dọc: Phương án 1d: 2 Tầng N (kN) Mx (kNm) Ast (mm ) Chọn Bố trí 1200 a 200 13 564.64 63.457 1009 Ø12a200 300 Số 22, tháng 7/2016 186
9. Kỹ thuật và Công nghệ 187 Phương án 2d: M Ast (mm2) Chọn Tầng N(kN) x Bố trí (kNm) Biên Giữa Biên Giữa 1200 a 200 Cấu 13 564.64 63.457 174 Ø12a200 Ø12a200 tạo 300 Phương án 3d: chiều dài vùng biên chịu moment B = 300mm. N M Ast (mm2) Chọn Tầng x Bố trí (kN) (kNm) Biên Giữa Biên Giữa 6Ø16 4Ø12 6Ø16 a 100 a 200 a 100 Cấu 13 564.64 63.457 1007 Ø16a100 Ø12a200 300 tạo 300 600 300 1200 Phương án 4d: N M A Tầng x st Chọn và kiểm tra Bố trí (kN) (kNm) (mm2) fx = 4Ø18 a100 a200 a100 f = 4Ø12 f = y x N.e .η = 63.7kN.m < 1017.9 0 13 564.64 63.457 f = 300 y 2 λ α + α + λ 452.4 Rb .b.h [2. ( x y ) n. ] = 416.23kN.m 120 960 120 → Đủ khả năng chịu lực 1200 Phương án 5d: Theo phương cạnh b Theo phương cạnh h Hình 7: Biểu đồ tương tác theo phương cạnh b, h của bài toán thực nghiệm Số 22, tháng 7/2016 187
10. 188 Kỹ thuật và Công nghệ Với: N = 564.64 kN; Mx = 6 3 . 4 5 7 k N m ; Concrete Institule - ACI) (2013) đã thực hiện một My = 83.517kNm → Đủ khả năng chịu lực. ví dụ về tính cốt dọc của vách cứng theo phương án 4d - phương án xây dựng biểu đồ tương tác như sau: Viện Công nghệ Bê tông Hoa Kỳ (American Các đặc trưng về vật liệu: fcu = 45Mpa; fy = 500Mpa; Ec = 22161Mpa; Es = 200000Mpa; b = 300mm; h = 3000mm; Lớp bê tông bảo vệ =45mm; b' = 239mm; h' = 2250mm; Hàm lượng thép µ(%)= 3.75; Bố trí cốt thép 1 mặt vách 21 Ø32; Khoảng cách giữa 2 thanh thép 143.9mm; Các trường hợp nội lực: N M M N M M N M M Stt x y Stt x y Stt x y (kN) (kN.m) (kN.m) (kN) (kN.m) (kN.m) (kN) (kN.m) (kN.m) 1 25582 -467.2 -18.118 10 17141 251.31 -36.624 19 20951 -950.43 -38.568 2 17213 170.88 -12.084 11 27299 -1067 -51.1 20 12216 -5471.3 234.67 3 25921 -959.06 -24.492 12 18565 -5587.8 222.14 21 19527 4888.7 -297.33 4 18434 -4834.1 209.71 13 25876 4772.2 -309.86 22 11542 -2741.8 360.67 5 24700 4045.9 -246.29 14 17891 -2858.3 348.14 23 20201 2159.2 -423.33 6 17856 -2494.5 317.71 15 26549 2042.6 -435.86 24 17564 6558.7 -510.13 7 25278 1706.3 -354.29 16 23913 6442.2 -522.66 25 14179 -7141.3 447.47 8 23018 5477.4 -428.69 17 20527 -7257.9 434.94 9 20116 -6265.5 392.11 18 10792 367.83 -24.092 Kết quả biểu đồ tương tác thể hiện ở hình 8: Hình 8: Biểu đồ tương tác do American Concrete Institule (2013) thực hiện ở ví dụ bên trên (Nguồn: American Concrete Institule. 2013. Manual for design and detailing of reinforced concrete to the code of practice for structural use of concrete 2013. American Concrete Institule: New York. 340 trang) → Biểu đồ tương tác cho thấy vách cứng đủ khả năng chịu lực. *Tính cốt ngang: Phương án 1n: Đặt cấu tạo theo TCVN 198 - 1997. 2 2 Tầng b (mm) h (mm) Chọn thép ngang/1m đứng (mm ) Đặt thép As(mm ) μ (%) 13 300 1200 980 Ø12a150 1017.9 0.295 Số 22, tháng 7/2016 188
11. Kỹ thuật và Công nghệ 189 Phương án 2n: Đặt cốt đai theo cấu tạo là kết quả có được sau tính toán Tầng b (mm) h (mm) Hàm lượng cốt thép ngang Đặt thép A (mm2) μ (%) chịu cắt tối thiểu s 13 300 1200 0.25 Ø12a200 904.8 0.262 2.7.2. So sánh kết quả tính toán cốt thép cho vách toán cốt thép dọc cho vách cứng W1 ứng với 5 cứng W1 theo phương án 1d và 3d trường hợp theo phương án 1d và 3d của công trình Mục này trình bày bảng so sánh kết quả tính thực tế: “Khu nhà ở nghỉ ngơi giải trí” - Phường Tân Phong, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. T ổ n g d i ệ n t í c h 2 Chênh lệch ∆i (%) cốt thép Ast (mm ) Bxh N M tổng diện tích cốt thép Stt phương án 1d và 3d, với: (mmxmm) (kN) (kN.m) Phương án Phương (i) − ( j) 1d án 3d ∆ (%) = ×100% i i 1 300x1200 564.64 63.457 1009 1007 0.2 2 300x1200 925.81 57.9 2095 3092 -47.6 3 300x1200 1117.92 67.636 1771 1511 15.2 4 300x1200 1435 62.616 2055 1909 7.1 5 300x1200 1527.18 61.165 1818 2060 -13.3 Hình 9: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán cốt thép dọc cho vách cứng W1 ứng với 5 trường hợp theo phương án 1d và 3d Nhận xét: chịu nén lệch tâm xiên theo quy phạm Việt Nam + Chênh lệch giữa các cách tính từ 0.2% đến (TCVN 5574 - 2012) chỉ áp dụng đối với vách cứng 47.6%, chủ yếu là ở phương án 1d - tính như cấu có tiết diện chữ nhật (h ≤ 4b), khó áp dụng trong kiện chịu nén lệch tâm xiên theo quy phạm Việt tính toán thực tế cho các vách cứng có h > 4b do Nam (TCVN 5574 - 2012). hiện trong quy phạm chỉ có một số quy định về yêu + Tuy nhiên, ở trường hợp 1, 3, 4, cốt thép tính cầu bố trí và cấu tạo, cũng chưa xét tới các vách cứng theo phương án 1d sẽ lớn hơn, ngược lại ở trường có tiết diện phức tạp. hợp 2, 5, cốt thép tính theo phương án 3d sẽ lớn Tính toán bằng phương án giả thiết vùng biên hơn. Điều này tùy thuộc vào biểu đồ ứng suất trên chịu nén đơn giản, thích hợp với trường hợp vách tiết diện chủ yếu là ứng suất kéo hay ứng suất nén. cứng có tiết diện tăng cường ở hai đầu. Phương án + Như vậy, cần phải có một hệ số tỉ lệ để điều này thiên về an toàn do chỉ kể đến khả năng chịu chỉnh lại lượng cốt thép khi dùng các phương án moment của cốt thép. Tuy vậy, giả thiết cho rằng tính cho phù hợp. cốt thép trong vùng biên ở hai đầu vách cứng chịu 2.8. Nhận xét các kết quả tính toán moment là chưa chính xác, thực tế thì phần tử giữa 2.8.1. Đối với cốt dọc của vách cứng vách có tham gia chịu moment. Tính toán cốt thép cho vách cứng như cấu kiện Các phương án tính cho kết quả chênh lệch nhau Số 22, tháng 7/2016 189
12. 190 Kỹ thuật và Công nghệ không nhiều (trừ phương án phân bố ứng suất đàn cứng theo quy phạm Việt Nam và các quy phạm hồi). Phương án bố trí cốt thép trước theo TCVN trên thế giới là khá phức tạp, tốn nhiều thời gian, 198 – 1997, sau đó kiểm tra khả năng chịu lực dễ phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thiết thực hiện nhưng quá thiên về an toàn. Đồng thời, kế. Tính cốt thép dọc và ngang cho vách cứng theo các bài toán đưa ra ở dạng bài toán kiểm tra sẽ phụ quy phạm Việt Nam không áp dụng được cho vách thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế cứng có h > 4b, với các quy phạm trên thế giới thì để giảm bớt thời gian tính toán và làm cho bài toán áp dụng với tiết diện bất kỳ. có tính khả thi hơn. Mặt khác, phương án xây dựng - Tính cốt thép dọc theo phương án 1d, 2d, 3d, biểu đồ tương tác phản ánh kết quả tính khá chính 4d, 5d có mức độ phức tạp khác nhau, cho kết quả xác nhưng quá trình tính toán rất phức tạp. tính gần giống nhau, hầu hết đều áp dụng được 2.8.2. Đối với cốt ngang của vách cứng trong thiết kế kết cấu vách cứng. Mức độ phù hợp, Trong các trường hợp tính toán thực tế trên, cả chính xác của các điều kiện và các giả thiết áp hai phương án đều cho kết quả chênh lệch nhau dụng các phương án là khác nhau. Khi tính theo không nhiều. Nếu chúng ta tính theo TCVN 197 - phương án 1d, 4d cần phải tuân thủ các điều kiện 1998 thì an toàn hơn vì hàm lượng cốt thép đặt cấu như đã trình bày ở trên. Phương án 2d giả thiết vật tạo giới hạn lớn hơn theo ACI 318M-08. liệu đàn hồi là không đúng với vật liệu bê tông cốt 2.9. Vấn đề bố trí cốt thép cho vách cứng thép. Phương án 3d giả thiết rằng hai phần tử biên Cốt thép bố trí trong các vách cứng có tiết diện của vách chịu moment là không chính xác, thực tế phức tạp sẽ dựa trên nguyên tắc: các phần tử giữa vách cũng tham gia chịu moment. - Phù hợp với trạng thái ứng suất biến dạng trên Phương án 5d thiên về an toàn và phụ thuộc vào tiết diện. Khu vực có ứng suất, biến dạng lớn sẽ kinh nghiệm của người thiết kế. cần phải tập trung nhiều cốt thép và ngược lại, để - Tính cốt ngang theo phương án 1n, 2n đều vật liệu có thể phát huy tối đa khả năng chịu lực tại dễ áp dụng trong thiết kế, quy trình tính không trạng thái tới hạn. quá phức tạp. Hai phương án cho kết quả tính khá - Cánh tay đòn nội ngẫu lực là lớn nhất: như tương đồng nhau và đều thiên về an toàn. vậy phải bố trí cốt thép sao cho khoảng cách từ Kiến nghị giải pháp tính toán cốt thép dọc cho mép chịu nén nhiều nhất đến trọng tâm cốt thép vách cứng sử dụng phương án xem vách cứng như vùng chịu kéo hoặc vùng chịu nén ít là nhất. cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên theo quy phạm - Bố trí cốt thép cần đảm bảo sự làm việc liên Việt Nam kết hợp sử dụng phương án xây dựng tục của tiết diện ngang vách cứng. biểu đồ tương tác để kiểm tra kết quả tính. Đối - Một số cách bố trí cốt thép cho vách cứng điển với các vách cứng có tiết diện phức tạp cần quy hình (xem Hình 2) đổi tiết diện tương đương trước khi tính toán. Cốt 3. Kết luận thép ngang của cứng tính thì tính toán theo TCVN Vách cứng là cấu kiện có tiết diện và dạng chịu 198 - 1997. lực phức tạp. Quy trình tính toán cốt thép vách Tài liệu tham khảo American Concrete Institule. 2002. ACI 318 - 2002: Building code requirements for structural concrete, American Concrete Institule: New York American Concrete Institule. 2008. ACI 318M - 2008: Building code requirements for structural concrete, American Concrete Institule: New York American Concrete Institule. 2013. Manual for Design and Detailing of Reinforced Concrete to the Code of Practice for Structural Use of Concrete 2013, American Concrete Institule: New York Bộ Xây dựng. 2012. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây dựng. Bộ Xây dựng. 1997. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 198 - 1997 Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây dựng. Lâm, Mạnh Cường. 2009. “Khu Nhà ở nghỉ ngơi giải trí”. Luận văn tốt nghiệp Đại học - Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Lê, Hòa Bình. 2001. “Tính toán cốt thép cho vách cứng nhà cao tầng”. Luận văn thạc sĩ - Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Nguyễn, Đình Cống. 2006. Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây dựng. Số 22, tháng 7/2016 190