xây dựng phần mềm tính toán cốt thép cho các cấu kiện btct theo tcvn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Rb : Cường độ chịu nén tính toán của bê tông Mpa Rbt : Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông Mpa Rs : Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép Mpa Rsc : Cường độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CÁC CẤU KIỆN BTCT THEO TCVN

Mã số: T2011-80

Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Phương Bình

TP HCM, Tháng 11/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CÁC CẤU KIỆN BTCT THEO TCVN

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Tình hình nghiên cứu: 2

1.2.1.Nghiên cứu của các tác giả nuớc ngoài: 2

1.2.2.Nghiên cứu của các tác giả trong nuớc: 2

1.3 Đặt vấn đề 2

1.4 Mục tiêu của đề tài 3

Chương 2 THIẾT KẾ DẦM TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT 4

2.1 Tính toán dầm chịu uốn có tiết diện chữ nhật theo cường độ trên tiết diện thẳng góc 4

2.2.1 Bài toán cốt đơn 4

2.2.2 Bài toán cốt kép 5

2.2 Khả năng chịu uốn của dầm có tiết diện chữ nhật theo cường độ trên tiết diện thẳng góc 6

2.2.1 Bài toán cốt đơn 6

2.3.2 Bài toán cốt kép 7

2.3 Tính toán theo cường độ trên tiết diện nghiêng của dầm có tiết diện chữ nhật

7

2.3.1 Sự phá hoại theo tiết diện nghiêng 7

2.3.2 Khả năng chịu cắt của bê tông 8

2.3.3 Điều kiện về ứng suất nén chính ở bụng dầm 8

2.3.4 Tính toán theo cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt 8

2.3.5 Tính toán cốt đai khi không đặt cốt xiên 9

Chương 3 THIẾT KẾ CỘT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT 11

3.1 Tính toán cốt thép cho cột tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng 11

3.1.1 Tính toán cốt thép dọc 11

3.1.2 Thiết kế cốt thép đai cho cột 15

3.2 Tính toán cốt thép cho cột tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 15

3.1.1 Tính toán cốt thép dọc 15

3.1.2 Thiết kế cốt thép đai cho cột 18

3.3 Biểu đồ tương tác cho cột tiết diện chữ nhật 19

3.4 Kiểm tra khả năng chịu lực cho cột tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng bằng biểu đồ tương tác 20

3.5 Kiểm tra khả năng chịu lực cho cột tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên bằng phưong pháp Boris Bresler 22

3.5.1 Trường hợp lực nén khá lớn 22

3.5.2 Trường hợp momen lớn 22

Chương 4 THIẾT KẾ VÁCH PHẲNG 24

4.1 Tính toán cốt thép cho vách bằng phương pháp vùng biên chịu mômen 24

4.2 Biểu đồ tương tác cho vách phẳng 24

4.3 Kiểm tra khả năng chịu lực cho vách bằng phương pháp biểu đồ tương tác 27

Chương 5 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 29

5.1 Giới thiệu chung 29

5.2 Sơ đồ thuật toán 29

5.3 Các chức năng chính của chương trình 29

5.4 Một số giao diện chính của chương trình 30

5.4.1 Thiết kế dầm 30

5.4.2 Kiểm tra dầm 31

5.4.3 Thiết kế và kiểm tra cột 2D 31

5.4.4 Thiết kế và kiểm tra cột 3D 32

5.4.5 Thiết kế và kiểm tra vách phẳng 32

Chương 6 VÍ DỤ MINH HỌA 34

6.1 Thiết kế dầm tiết diện chữ nhật 34

6.2 Thiết kế cột tiết diện chữ nhật 35

6.3 Thiết kế cốt thép cho vách phẳng 37

Chương 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC A 42

PHỤ LỤC B 44

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Rb : Cường độ chịu nén tính toán của bê tông (Mpa)

Rbt : Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông (Mpa)

Rs : Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (Mpa)

Rsc : Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép (Mpa)

Rsw : Cường độ chịu cắt của cốt thép làm cốt đai (Mpa)

N : Lực dọc tính toán của cấu kiện (kN)

M : Mômen tính toán của cấu kiện (kN.m)

Q : Lực cắt tính toán của cấu kiện (kN)

Mx : Mômen tính toán của cấu kiện uốn trong mặt phẳng trục x (kN.m)

My : Mômen tính toán của cấu kiện uốn trong mặt phẳng trục y (kN.m)

b : Bề rộng tiết diện dầm (mm)

h : Chiều cao tiết diện dầm (mm)

Cx : Kích thước tiết diện cột theo phương trục x (mm)

Cy : Kích thước tiết diện cột theo phương trục y (mm)

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Đất nước Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xã hội đã tạo động lực cho tất cả các lĩnh vực phát triển, đặc biệt là sự bùng nổ mạnh mẽ trong lĩnh vực xây dựng Nhu cầu về xây dựng nhà cao tầng và siêu cao tầng ngày càng nhiều, nhất là tại khu đô thị lớn như Hà Nội và Thành Phố Hồ Chí Minh Nếu chỉ sử dụng giải pháp kết cấu bê tông cốt thép thông thường cho các nhà cao tầng thì đòi hỏi kích thước cấu kiện có thể rất lớn, nặng nề, giảm không gian sử dụng và giảm tính thẩm mỹ cho công trình Để khắc phục nhược điểm đó thì giải pháp kết cấu thép – bê tông liên hợp, thép – bê tông cốt thép liên hợp được sử dụng Giải pháp này tích hợp được các ưu điểm lớn về đặc trưng cơ lý của vật liệu thép và

bê tông để tạo ra kết cấu liên hợp có khả năng chịu lực và độ tin cậy cao, đồng thời tăng cường khả năng chống cháy Bên cạnh đó, công trình sử dụng giải pháp kết cấu liên hợp sẽ đáp ứng được công năng sử dụng cao, hiệu quả về kinh tế và đảm bảo tính thẩm mỹ

Để có thể đáp ứng được nhu cầu xây dựng cao như vậy đòi hỏi trong lĩnh vực thiết kế cũng phải có được những thay đổi sao cho phù hợp với sự phát triển của xã hội Và một trong những thay đổi cần tiến hành là cải thiện tốc độ thiết kế công trình thông qua những chương trình tính toán đáng tin cậy và tốc độ tính toán nhanh, hiệu quả Đánh giá điều kiện làm việc và khả năng chịu lực của cấu kiện chính xác và hiệu quả hơn

Các phần mềm thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nổi bật như ETABS, SAP,… Mang lại hiệu quả thiết kế rất cao Tuy nhiên những phần mềm này thường chỉ sử dụng các tiêu chuẩn nước ngoài như ACI, BS, EURO CODE,… để tính toán cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép và thường những qui phạm này không phù hợp khi sử dụng cho các công trình ở Việt Nam

Chính vì vậy cần tiến hành xây dựng một chương trình sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam trong tính toán thiết kế cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép nhưng phải có tính tự động hóa cao

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.2.1 Nghiên cứu của các tác giả nước ngoài:

Cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào của tác giả nước ngoài về để tài xây dựng phần mềm tính toán cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN)

2.2 Nghiên cứu của các tác giả trong nước:

Các nghiên cứu về lập bảng tính nhằm tính toán cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép ở nước ta đã có một số nghiên cứu, tuy nhiên các nghiên cứu đó chủ yếu tập trung vào việc lập bảng tính cho các cấu kiện riêng lẻ, không lập được giao diện

Các nghiên cứu đã có chủ yếu chỉ dùng để tính toán cốt thép cho các cấu kiện với khối lượng tính toán nhỏ, không kết nối được với phần mềm ETABS để lấy dữ liệu Dẫn đến tính toán còn mang tính chất thủ công, hiệu quả chưa cao

1.3 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay , trong thờ i kỳ phát triển kinh tế xã hô ̣i thì nhu cầu xây dựng các công trình ngày nhiều , đă ̣c biê ̣t là các công trình cao tầng Trong tính toán thiết kế các công trình nhà dân dụng nói chung và các công trình cao tầng nói riêng thì người thiết kế thường sử dụng các phần mềm như phần mềm ETABS, SAP, SAFE,…để mô hình tính toán Sau khi đã có được giá trị nội lực thì sẽ dùng các bảng tính nhỏ để tính toán thiết kế cốt thép theo TCVN, vì các phần mềm nêu trên chỉ có thể thiết kế cốt thép theo các tiêu chuẩn của Mỹ và các nước Châu Âu, trong khi các tiêu chuẩn này thì không thích hợp khi dùng để thiết kế các công trình ở Việt Nam vì cho ra kết quả cốt thép quá lớn Còn các bảng tính đều mang tính chất thủ công nên khi sử dụng sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức nhưng hiệu quả công việc lại không cao

Chính vì vậy việc xây dựng một phần mềm tính toán thiết kế cốt thép cho các cấu kiện BTCT có thể liên kết với các phần mềm ETABS là hết sức thiết thực

1.4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu chính của đề tà i là xây dựng chương trình tính toán có thể kết hợp với phần mềm ETABS để tự đô ̣ng hóa công tác tính toán thiết kế cốt thép cho cấu kiê ̣n BTCT theo TCVN nhằm nâng cao hiê ̣u quả trong công tác thiết kế

Đánh giá khả năng chịu lực của các cấu kiện bê tông cốt thép như cột 2D, cột 3D và vách phẳng một cách chính xác, khoa học thông qua biểu đồ tương tác

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ DẦM TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT

2.1 TÍNH TOÁN DẦM CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT THEO CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC

2.1.1 Bài toán cốt đơn:

a Sơ đồ ứng suất:

Hình 2.1 Sơ đồ ứng suất cho dầm đặt cốt đơn

Lấy trường hợp phá hoại thứ nhất làm cơ sở để tính toán Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn thứ nhất được lấy như sau: ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt đến cường độ chịu kéo tính toán Rs, ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán Rb

và sơ đồ ứng suất có dạng chữ nhật, bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông

b Các công thức tính toán cơ bản :

       

Trong các công thức trên:

1 0.5 

  

2.1.2 Bài toán cốt kép:

a Sơ đồ ứng suất:

Hình 2.2 Sơ đồ ứng suất cho dầm đặt cốt kép

b Các công thức tính toán cơ bản :

Điều kiện hạn chế : R m R R1 0.5 R

o

x h

2 s

Khả năng chịu lực của dầm: M =gh A R ho a s s  '

2.3 TÍNH TOÁN THEO CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN NGHIÊNG CỦA DẦM CÓ TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT

2.3.1 Sự phá hoại theo tiết diện nghiêng:

Ở những đoạn dầm có lực cắt lớn, ứng suất tiếp do lực cắt và ứng suất pháp do mômen sẽ gây ra những ứng suất kéo chính nghiêng với trục dầm một góc nào đó và có thể làm xuất hiện những khe nứt nghiêng Các cốt thép dọc, cốt đai và cốt xiên đi ngang qua khe nứt nghiêng sẽ chống lại sự phá hoại theo tiết diện nghiêng

Hình 2.3 Mô tả sự phá hoại trên tiết diện nghiêng

Một số đặc điểm của sự phá hoại theo tiết diện nghiêng:

 Mômen có xu hướng làm quay 2 phần dầm

 Lực cắt có xu hướng làm tách 2 phần dầm theo 2 phương vuông góc với trục dầm

 Cốt dọc, cốt đai và cốt xiên có tác dụng chống lại sự quay của 2 phần dầm

 Cốt đai và cốt xiên có tác dụng chống lại sự tách rời 2 phần dầm

 Cốt dọc cũng tham gia chịu cắt nhưng không được kể đến trong tính toán khả năng chống cắt của dầm

2.3.2 Khả năng chịu cắt của bê tông:

Khả năng chịu cắt của bê tông khi không đặt cốt đai được xác định theo

2.3.3 Điều kiện về ứng suất nén chính ở bụng dầm:

Cường độ chịu nén của dải nghiêng ở bụng nằm giữa các khe nứt sẽ được đảm bảo khi thỏa mãn điều kiện: Q0.3 1 b1R bh b o

Trong đó:

φw1 : hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với cấu

2.3.4 Tính toán theo cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt:

Điều kiện đảm bảo trên tiết diện nghiêng như sau: Q  Q +Q +Q

Trong đó:

Qmax : lực cắt lớn nhất

Qb : khả năng chịu cắt của bêtông

Qsw : khả năng chịu cắt của cốt đai

Qs.inc: khả năng chịu cắt của cốt xiên

2 1

b f n bt o b

R bh Q

c

  



Trong đó:

φb2 : φb2=2 hệ số xét đến ảnh hưởng của loại bê tông

φf : hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I

φb3=0.6 hệ số đối với bê tông nặng

2.3.5 Tính toán cốt đai khi không đặt cốt xiên:

Điều kiện đảm bảo trên tiết diện nghiêng như sau: Q max  Q +Q b sw

Trong đó:

Qmax : lực cắt lớn nhất

Qb : khả năng chịu cắt của bêtông

Qsw : khả năng chịu cắt của cốt đai

Qbsw có giá trị cực tiểu khi w b

M c q

o b

12

1

m

R bh s

Khi h >300 sct=min(3h/4, 500mm) Suy ra khoảng cách cốt đai s≤min(stt, sct, smax)

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ CỘT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT

3.1 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CỘT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT NÉN LỆCH TÂM PHẲNG:

Giá trị môment ban đầu: M o  Ne o

Giá trị môment lúc sau: M'o M o  N f N e o f

Tương đương độ lệch tâm eo tăng lên thành e'o với giá trị như:

Với η >1: hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc: 1

1

cr

N N

 



Hình 3.2 Sơ đồ cột chịu nén ảnh hưởng của uốn dọc

cr

E SI N

Is : môment quán tính của cốt thép lấy đối với trục đã nêu ở trên

S : hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm: 0.11

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải tác dụng dài hạn :

Điều kiện dùng hết khả năng chịu lực của cốt thép là : 2 'a  x R h o

c Trình tự tính toán cốt thép nén lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng: Bước 1: Chuẩn bị số liệu

 Xác định Rb (khi cần thì kể thêm điều kiện làm việc γb) của bê tông

 Xác đinh Rs và Rsc của cốt thép

 Tìm hệ số ξR

 Giả thiết các đại lượng a, a ' suy ra ho = h-a và Za=ho-a'

 Xét ảnh hưởng của uốn dọc

 Xét độ lệch tâm ngẫu nhiên ea

 Tính độ lệch tâm tĩnh học e1

 Suy ra eo và e theo công thức

 Tính toán cốt thép bắt đầu từ việc xác định chiều cao vùng nén x:

1

b

N x

 Xác định lại giá trị của x

 Diện tích cốt thép được xác định theo công thức:

 0.5 

sc a

Ne R bx h x A

R Z



 Cốt thép đối xứng nên lấy As=A's

Trường hợp đặc biệt khi x1< 2a'

 Diện tích cốt thép được xác định theo công thức:

 Khi tính được cốt thép âm thì tiến hành xử lý số liệu theo một trong hai cách sau:

o Giảm kích thước tiết diện hiện tại hoặc dùng loại vật liệu cường độ thấp hơn

o Đặt cốt thép theo cấu tạo

 Khi tính được cốt thép dương thì tiến hành kiểm tra hàm lượng cốt thép : Hàm lượng cốt thép phải thỏa mãn điều kiện

min t max

  

3.1.2 Thiết kế cốt đai cho cột:

Cốt thép ngang trong cột có nhiệm vụ liên kết với các thanh thép dọc thành hệ khung chắc chắn, giữ đúng vị trí cốt thép khi thi công, giữ ổn định cho cốt thép dọc chịu nén Khi chịu nén cốt thép dọc có thể bị cong, phá vở lớp bê tông bảo vệ và bậc ra khỏi bê tông Cốt đai giữ cho cốt dọc không bị cong và bậc ra ngoài, lúc này cốt thép đai chịu kéo và nếu nó không được neo chắc chắn thì có thể bị bung ra hoặc cốt đai quá bé thì có thể bị kéo đứt

Đường kính thép đai dai 0.25docmaxKhoảng cách giữa các thép đai tại

vị trí nối buộc thép khoảng cách đặt thép đai không quá 10docm in Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc phải có ít nhất 4 cốt thép đai

Khoảng cách giữa các thép đai trong các đoạn còn lại







)(400

10min

mm

n docmi

được đặt theo chu vi phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn

Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn M x,M y độ lệch tâm ngẫu nhiên ax

và ay Sau khi xét uốn dọc theo hai phương, tính được hệ số  x, y Mômen đã gia tăng Mx1 và My1

C  C tính theo phương x Khi đó hC b x; C y

C  C tính theo phương y Khi đó hC b y; C x

R h

Lo h

e

01 0 01 0 5 0 max

x

L xC

0

0.228

y y

y

L C

   tính toán gần như nén đúng tâm

Hệ số uốn dọc thêm khi xét đúng tâm : (1 )

b e e

st

R R

bh R N A

   đồng thời x1 R o h Tính toán theo trường hợp lệch tâm bé

Xác định chiều cao vùng nén x theo công thức gần đúng như sau:

st

Ne R bx h x A

   đồng thời x1R h o Tính toán theo trường hợp lệch tâm lớn

 1 

0.50.4

st

N e x ho A

R h a





3.2.2 Tính toán cốt đai cho cột :

Cốt thép ngang trong cột có nhiệm vụ liên kết với các thanh thép dọc thành hệ khung chắc chắn, giữ đúng vị trí cốt thép khi thi công, giữ ổn định cho cốt thép dọc chịu nén Khi chịu nén cốt thép dọc có thể bị cong, phá vở lớp bê tông bảo vệ và bậc ra khỏi bê tông Cốt đai giữ cho cốt dọc không bị cong và bậc ra ngoài, lúc này cốt thép đai chịu kéo và nếu nó không được neo chắc chắn thì có thể bị bung ra hoặc cốt đai quá bé thì có thể bị kéo đứt

Đường kính thép đai dai 0.25docmaxKhoảng cách giữa các thép đai tại

vị trí nối buộc thép khoảng cách đặt thép đai không quá 10docm in Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc phải có ít nhất 4 cốt thép đai

Khoảng cách giữa các thép đai trong các đoạn còn lại







)(400

10min

mm

n docmi



3.3 BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC CHO CỘT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT:

Sau khi tính toán cốt thép như cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên thu được kết quả là diện tích thép cần thiết Bố trí thép và tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của cột ứng với lượng thép vừa tính được théo phương pháp biểu đồ tương tác

Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất, biến dạng và tiết diện có cốt thép đặc theo chu vi

Nguyên tắc tính toán để lặp biểu đồ tương tác như sau:

sc u i

Hình 3.5 Biểu đồ tương tác của cột tiết diện chữ nhật bxh=250x400mm bố trí cốt

thép 5Ø22 & 5Ø22

Nếu một cặp nội lực M và N nằm bên trong vùng biểu đồ tương tác thì tiết diện cột đó đảm bảo được khả năng chịu lực

Hình 3.6 Đảm bảo khả năng chịu lực

Nếu cặp nội lực M và N nằm bên ngoài vùng biểu đồ tương tác thì tiết diện cột không đảm bảo khả năng chịu lực

Hình 3.7 Không đảm bảo khả năng chịu lực

3.5 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT NÉN LỆCH TÂM XIÊN THEO PHƯƠNG PHÁP BORIS BRESLER:

Tiết diện cho trước với cốt thép đã được bố trí, yêu cầu kiểm tra xem tiết diện

có đủ khả năng chịu được một bộ ba nội lực bao gồm N, Mx và My

Có thể chia bài toán thành 2 trường hợp:

Trường hợp mômen lớn (lực nén bé) xảy ra khi thỏa mãn điều kiện 0.5 b x y

N  R C C

Tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện cột chịu nén lệch tâm hai phương theo điều kiện

oy ox

ee

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ VÁCH PHẲNG

4.1.TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO VÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP VÙNG BIÊN CHỊU MÔMEN:

Phương pháp này quan niệm rằng toàn bộ mômen trong vách sẽ do vùng biên

ở hai bên vách chịu Lực dọc sẽ được phân bố trên toàn bộ mặt cắt tiết diện cột Do

đó cốt thép chịu lực sẽ được bố trí tập trung ở hai bên vùng biên của vách Còn ở vùng giữa vách sẽ được bố trí cốt thép theo cấu tạo (nếu như bê tông vùng giữa vách

Các bước tính toán thiết kế cốt thép vách được tiến hành như sau:

Bước 1: Giả thiết chiều dài của vùng biên chịu mômen Bl Br Tp 

Suy ra BmLpBlBr

Diện tích vùng biên trái: Aleft Bl Tp 

Diện tích vùng biên phải: Aright Br Tp

Diện tích vùng giữa vách: Amid Bm Tp

Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên

Bước 3: Tính diện tích của cốt thép chịu kéo hoặc nén theo công thức:

Diện tích cốt thép cho cấu kiện chịu nén đúng tâm: st

Bước 4: Kiểm tra hàm lượng của cốt thép

Nếu hàm lượng của cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén không thỏa thì sẽ tiến hành tăng bề rộng Bl hoặc Br hoặc cả hai tùy thuộc vào từng trường hợp

cụ thể Giá trị của mỗi bước tăng bề rộng là Tp/2 Bề rộng vùng biên tối đa là

Lp/2 Nếu Bl hoặc Br tăng đến Lp/2 mà không thỏa hàm lượng cho phép của cấu kiện chịu kéo hoặc nén thì phải tiến hành tăng bề dày Tp của vách

Bước 5: Kiểm tra khả năng chịu nén của phần tường giữa của vách

Nếu phần tường giữa của vách đã đủ khả năng chịu lực thì tiến hành đặt cốt thép theo cấu tạo Nếu phần giữa của vách không đủ khả năng chịu lực thì tiến hành tính toán cốt thép như cấu kiện chịu nén đúng tâm

4.2 BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC CHO VÁCH PHẲNG:

Sau khi tính toán cốt thép như cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên thu được kết quả là diện tích thép cần thiết Bố trí thép và tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của cột ứng với lượng thép vừa tính được théo phương pháp biểu đồ tương tác

Hình 4.2 Sơ đồ ứng suất, biến dạng và tiết diện có cốt thép đặc theo chu vi

Nguyên tắc tính toán để lặp biểu đồ tương tác như sau:

Lập công thức hình chiếu : N R b bxi A i

Công thức momen: M*N e o 0.5R bx h b   x i A y i i

Công thức thực nghiệm để xác định i : , 1

11.1

sc u i

Hình 4.3 Biểu đồ tương tác của vách tiết diện chữ nhật LpxTp=4300x250mm bố trí

cốt thép 15Ø22 & 28Ø10&15Ø22

Nếu một cặp nội lực M và N nằm bên trong vùng biểu đồ tương tác thì tiết diện cột đó đảm bảo được khả năng chịu lực

Hình 4.4 Đảm bảo khả năng chịu lực

Nếu cặp nội lực M và N nằm bên ngoài vùng biểu đồ tương tác thì tiết diện cột không đảm bảo khả năng chịu lực

Hình 4.5 Không đảm bảo khả năng chịu lực

CHƯƠNG 5

CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

5.1.GIỚI THIỆU CHUNG:

Trên cơ sở lý thuyết tính toán được trình bày ở các chương 2, 3 và 4 tác giả đã xây dựng chương trình có giao diện để tiến hành tính toán cốt thép (bao gồm cốt thép dọc chịu uốn và cốt thép đai chịu cắt) cho các cấu kiện dầm, cột 2D, cột 3D, vách phẳng

Chương trình là có thể tiến hành tính toán, cũng như kiểm tra khả năng chịu lực của từng cấu kiện riêng lẻ như dầm, cột 2D, cột 3D một cách dễ dàng thông qua các bảng tính có giao diện vô cùng thân thiện và dễ sử dụng

Chương trình cũng có khả năng kết hợp với phần mềm ETABS để tiến hành tính toán cốt thép cho toàn bộ các cấu kiện dầm, cột trong bài toán khung 2D, khung 3D với dữ liệu đầu vào là nội lực và tiết diện được lấy trực tiếp từ phần mềm ETABS thông qua file dữ liệu có định dạng (.xls) một cách dễ dàng và nhanh chóng

Điểm nổi bật của chương trình:

Kết quả tính thép cho một cấu kiện dầm được tiến hành tính toán cho 6 giá trị nội lực tại 3 vị trí nguy hiểm bao gồm: vị trí gối trái, giữa nhịp và gối phải Tại mỗi

vị trí tiến hành xuất kết quả cốt thép cho phía trên và phía dưới của dầm

Khả năng chịu lực của cột và vách được tiến hành kiểm tra một cách chính xác thông qua phương pháp biểu đồ tương tác Đây là phương pháp phản ánh đúng đắn nhất và đầy đủ nhất về khả năng chịu lực của cấu kiện

Kết quả tính toán cốt thép của bài toán khung 2D và khung 3D được xuất trực tiếp sang file có định dạng (.doc hoặc docx) giúp quá trình thiết kế được nhanh chóng vì không phải mất thời gian để xuất bảng tính cho phần thuyết minh tính toán

5.2 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN:

(Xem các chương 2, 3, và 4)

5.3 CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH:

 Tính toán cốt thép dọc và cốt đai cho cấu kiện dầm đơn lẻ

 Kiểm tra khả năng chịu uốn và chịu cắt của cấu kiện dầm đơn lẻ

 Tính toán và kiểm tra cột tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng dùng biểu đồ tương tác

 Tính toán và kiểm tra cột tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng dùng biểu đồ tương tác

 Tính toán và kiểm tra cột tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên đặt thép theo chu vi bằng phương pháp Boris bresler

 Tính toán cốt thép cho vách phẳng bằng phương pháp vùng biên chịu mômen

và kiểm tra khả năng chịu lực của vách bằng biểu đồ tương tác

 Tính toán cốt thép cho tất cả các cấu kiện dầm và cột trong bài toán phan tích khung 2D

 Tính toán cốt thép cho tất cả các cấu kiện dầm và cột trong bài toán phân tích khung 3D

5.4 MỘT SỐ GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH:

5.4.1 Chương trình chính:

5.4.2 Thiết kế dầm:

5.4.3 Kiểm tra dầm:

5.4.4 Thiết kế và kiểm tra cột 2D:

5.4.5 Thiết kế và kiểm tra cột 3D:

5.4.6 Thiết kế và kiểm tra vách phẳng:

5.4.7 Thiết kế khung:

Sai số (%)

Bài toán 2: Tính cốt thép As và A's cho dầm có tiết diện chữ nhật với kích

thước bxh=250x500mm, bê tông có cường độ chịu nén là B20, nhóm thép AII, mômen uốn tính toán M=277 kN.m

Bài toán 1: Thiết kế cốt đai không dùng cốt xiên cho dầm tiết diện chữ nhật

với kích thước bxh=200x450mm, bê tông có cường độ chịu nén là B15, nhóm thép

6.1.3.Tính toán khả năng chịu lực:

Bài toán 1: Tính khả năng chịu lực của dầm có tiết diện chữ nhật với kích

thước bxh=200x450mm, cốt thép chịu kéo 3Ø20 thép nhóm AII, bê tông có cường

độ chịu nén là B20 Lớp bê tông bảo vệ ao được giả thiết là 20mm