Dầm bê tông cốt thép chịu uốn._2

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 M rp Mômen uốn do co ngót gây ra Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông Rs, Rsc Cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén tính toán của cốt thép x C

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hải Phòng, ngày tháng năm 2015

Tác giả

KS Phạm Thị Quỳnh Nhƣ

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn của tôi, PGS.TS

Hà Xuân Chuẩn đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã tận tình hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những kết quả và kinh nghiệm quý báu

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Công trình, Viện đào tạo sau đại học Trường đại học Hàng hải Việt Nam đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm tôi học tập Với vốn kiến thức tiếp thu được trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng trong quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang quý báu phục vụ cho công việc sau này

Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ động viên để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn

Cuối cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 3

1.1 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3

1.1.1 Kết cấu bê tông cốt thép 3

1.1.2 Phương pháp tính toán .4

1.2 CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .4

1.2.1 Cấu tạo của dầm 5

1.2.2 Vai trò của cốt thép trong dầm 6

1.2.3 Sự làm việc của dầm 7

1.2.4 Các trường hợp phá hoại của dầm 7

1.3 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN HÀNH TẠI VIỆT NAM 8

1.4 NHẬN XÉT 11

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 12

2.1 TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012  3 , 6 .12

2.1.1 Cấu kiện đặt cốt đơn 12

2.1.2 Cấu kiện đặt cốt kép 16

2.2 TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 2  2 , 4 , 10 20

2.2.1 Cấu kiện đặt cốt đơn 20

2.2.2 Cấu kiện đặt cốt kép 24

2.3 TIÊU CHUẨN MỸ ACI 318- 2002  7 , 11 28

2.3.1 Cấu kiện đặt cốt đơn 28

2.3.2 Cấu kiện đặt cốt kép 35

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 42

3.1 VÍ DỤ 1 42

3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 42

3.1.2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 44

3.1.3 Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 45

3.2 VÍ DỤ 2 47

3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 48

3.2.2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 49

3.2.3 Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 50

3.3 VÍ DỤ 3 51

3.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 51

3.3.2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 52

3.3.3 Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 53

3.4 VÍ DỤ 4 55

3.4.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 55

3.4.2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 55

3.4.3 Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 56

3.5 MỘT SỐ NHẬN XÉT RÚT RA TỪ CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN 57

3.5.1 Nhận xét sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn 57

3.5.2.Ưu, nhược điểm và đề xuất phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012

M rp Mômen uốn do co ngót gây ra

Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

Rs, Rsc Cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén tính toán của cốt thép

x Chiều cao của vùng bê tông chịu nén

B Bề rộng của tiết diện

ho Chiều cao làm việc của tiết diện

h Chiều cao của tiết diện

a, a' Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt

thép chịu kéo và chịu nén

 Hệ số phụ thuộc vào chiều cao vùng bê tông chịu nén và chiều cao

của tiết diện

R

 Hệ số phụ thuộc vào chiều cao giới hạn vùng bê tông chịu nén và

chiều cao của tiết diện

 Hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu

Rn Độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép

As, A‟s Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén

2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2

M Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán

gây ra

Mbal Mômen uốn giới hạn của cấu kiện

Es Mô đun đàn hồi của cốt thép

Ecm Mô đun đàn hồi của bê tông

F Tải trọng ( tác động)

Fc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén ( trường hợp đặt cốt đơn)

Fcc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén( trường hợp đặt cốt kép)

Fcbal Khả năng chịu lực giới hạn của bê tông

Fst Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo

Fsc Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén

 Biến dạng giới hạn của cốt thép

fck Cường độ chịu nén của mẫu trụ bê tông ở 28 ngày tuổi

fcd Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

fsc Ứng suất trong cốt thép chịu nén

fyk Cường độ chịu kéo đặc trưng của cốt thép

fyd Ứng suất trong cốt thép chịu kéo

fctm Giá trị trung bình cường độ chịu kéo của bê tông

s

 hệ số an toàn riêng của cường độ cốt thép

c

 hệ số an toàn riêng của cường độ bê tông

x Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa

x bal Khoảng cách giới hạn từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa

z Cánh tay đòn

b Bề rộng của tiết diện ngang

d Chiều cao làm việc của tiết diện

ho Chiều cao làm việc của tiết diện

h Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn

K Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen theo trục dầm

bal

K Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen giới hạn theo trục dầm

MRd Khả năng chịu lực của tiết diện

s Chiều cao khối ứng suất nén quy đổi

a, a‟ Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt

thép chịu kéo và chịu nén

As, A‟s Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén

3 Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002

Mu Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính toán

Mn Khả năng chịu lực của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể của

Es Mô đun đàn hồi của cốt thép

Ec Mô đun đàn hồi của bê tông

C Tải trọng động (tác động )

Cc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén

T Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo

Cs Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén

f Cường độ chịu kéo của cốt thép

a Chiều cao vùng bê tông chịu nén

d Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài cùng d‟ Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngoài cùng

c : Độ cao vùng bê tông chịu nén trong trường hợp cân bằng

b Bề rộng của tiết diện ngang

 Hệ số giảm độ bền của cấu kiện

h Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn

As, A‟s Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén

1.4 Phối cảnh công trình khu thương mại Vĩnh Trung Plaza 9 1.5 Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower 10 2.1 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( TCVN 5574 : 2012) 12 2.2 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép ( TCVN 5574 : 2012) 17 2.3 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( Eurocode 2) 20 2.4 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (Eurocode 2) 24 2.5 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( ACI 318 - 2002) 28 2.6 Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (ACI 318 - 2002) 34

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và khoa học xây dựng nói riêng ngày càng tạo thêm nhiều thách thức mới cho các chuyên gia xây dựng, đặc biệt trong giai đoạn phát triển của các ứng dụng công nghệ thông tin và các loại vật liệu mới Nhiều công trình xây dựng được thiết kế theo các dạng kiến trúc mới, đáp ứng yêu cầu sử dụng đa dạng của xã hội, sử dụng các tiến bộ của khoa học vật liệu, thi công nhanh, giảm giá thành, đòi hỏi nhiều hiểu biết không chỉ về lý thuyết tính toán mà cả thực tế xây dựng nữa

Các tiêu chuẩn thiết kế công trình bê tông cốt thép cũng ngày càng được nghiên cứu, áp dụng rộng rãi ở nhiều nước với nội dung và hình thức có nhiều điểm rất khác nhau Mỗi phương pháp có những ưu điểm, nhược điểm và phạm vi

áp dụng riêng, việc nắm vững và lựa chọn phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế là điều kiện cần thiết để có thể hợp tác trao đổi và hội nhập trong các lĩnh vựa khoa học kỹ thuật Đề tài thực hiện với mục đích sẽ làm rõ sự khác biệt đó và giúp cho các nhà

tư vấn thiết kế áp dụng được phương pháp tính toán phù hợp để đạt hiệu quả kỹ thuật và kinh tế

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu tính toán cốt thép trong dầm bê tông cốt thép chịu uốn theo các tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012 ; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002;

- Làm sáng tỏ sự khác biệt giữa các Tiêu chuẩn;

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

+ Đối tượng: Dầm bê tông cốt thép chịu uốn

+ Phạm vi: Cốt thép chịu uốn

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu kế thừa, chuyên gia;

- Áp dụng tính toán thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

+ Ý nghĩa khoa học: Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích các Tiêu chuẩn tính toán, đề tài đã đưa ra được các nhận xét tổng quan, so sánh các phương pháp tính toán cốt thép chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đề xuất phạm vi áp dụng của các tiêu chuẩn

+ Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích trong đào tạo, nghiên cứu và áp dụng tính toán thiết kế dầm bê tông

cốt thép để đạt hiệu quả cao về kinh tế kỹ thuật

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

1.1.1 Kết cấu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, giao thông, cơ sở hạ tầng và công trình thủy lợi Kết cấu bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm so với các dạng kết cấu làm bằng các loại vật liệu khác như thép, gỗ, đá… Kết cấu bê tông sử dụng các loại vật liệu có sẵn như thép thanh, thép sợi, xi măng, cốt liệu sỏi, đá, cát có giá hợp lý, công nghệ xây dựng đơn giản và có khả năng chịu lực tốt, độ bền cao, lâu dài, dễ dàng tạo dáng kiến trúc và ít phải bảo dưỡng như các loại vật liệu khác

Kết cấu bê tông cốt thép được tạo nên từ các cấu kiện cơ bản như dầm, cột, bản , tường Tùy theo cấu tạo và điều kiện chịu lực mà công trình sẽ được tính toán theo các sơ đồ kết cấu khác nhau: các cấu kiện độc lập hoặc hệ kết cấu tổng thể

Trong quá trình thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép, các yếu tố sau đây cần được xem xét để có thể đạt được giải pháp hiệu quả nhất:

+ Trước hết giá thành công trình phải kinh tế nhất, rẻ hơn các phương án sử dụng vật liệu khác Ngoài vật liệu, cần phải tiết kiệm các chi phí xây dựng khác bằng cách áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến, rút ngắn thời gian thi công + Đảm bảo điều kiện sử dụng, khai thác thuận lợi, phù hợp yêu cầu kiến trúc

và kết cấu Kết hợp các dạng kết cấu đúc sẵn và tại chỗ, tạo tính đa dạng cho công trình bê tông cốt thép

+ Đảm bảo chi phí bảo dưỡng thấp và sử dụng nguồn nguyên vật liệu tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển

+ Giảm thiểu những hạn chế đặc thù của vật liệu bê tông cốt thép như khả năng chịu kéo kém, có thể xuất hiện khe nứt ở vùng chịu kéo; chi phí cho thiết kế, lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn, giàn giáo; hạn chế do trọng lượng bản thân khá

lớn, hạn chế mở rộng nhịp công trình và các yếu tố biến dạng do thay đổi nhiệt độ,

hệ số tải trọng (tải trọng tính toán)

b) Trạng thái giới hạn về biến dạng (thực chất là chuyển vị của kết cấu) trong thời gian sử dụng, dưới tác dụng của tải trọng sử dụng (tải trọng tiêu chuẩn) và các yếu tố khác (co ngót, nhiệt độ thay đổi…), xuất hiện các vết nứt và mở rộng các vết nứt ở vùng bê tông chịu kéo; kể cả các dạo động bất lợi cho quá trình vận hành,

sử dụng công trình

c) Ngoài ra, công trình còn phải được tính toán theo trạng thái giới hạn đặc biệt về khả năng chống lại các tải trọng đặc biệt như lực động đất, nổ, va chạm của các kết cấu di động, ăn mòn vật liệu trong các môi trường xâm thực

Điều kiện an toàn cho kết cấu được biểu diễn theo biểu thức sau:

Trong đó :

U là tải trọng tác dụng được tính toán từ các tổ hợp lực;

Rn là độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép;

 là hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu (theo các Tiêu chuẩn từ 1999 trở về,  phụ thuộc vào các dạng chịu lực của cấu kiện)

1.2 CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.2.1 Cấu tạo của dầm

Dầm là cấu kiện mà chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với chiều dài của nó Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp…Thường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T

Hình 1.1.Các dạng tiết diện dầm

Gọi chiều cao h của tiết diện là cạnh nằm theo phương của mặt phẳng uốn thì

tiết diện hợp lý là tiết diện có tỷ số h b/   2 4 Chiều cao h thường được chọn

trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm

Khi chọn kích thước b và h cần phải xem xét đến yêu cầu kiến trúc và việc định

1

a) Cốt đai hai nhánh ; b) Cốt đai một nhánh ; c) Cốt đai bốn nhánh ;

1 - cốt dọc chịu lực ; 2 - cốt cấu tạo ; 3 - cốt xiên ; 4 - cốt đai

Hình 1.2 Các loại cốt thép trong dầm

1.2.2 Vai trò của cốt thép trong dầm

+ Cốt thép chịu lực bao gồm: cốt thép chịu uốn và cốt thép chịu cắt

- Thép chịu uốn là thép chịu mômen âm và mômen dương của dầm Thép này đặt theo phương song song với chiều dài dầm

Diện tích tiết diện ngang của chúng được xác định theo trị số mômen uốn

Đường kính cốt dọc chịu lực thường từ 10 đến 32 mm và 1

10

 chiều rộng dầm Số thanh trong tiết diện thường phụ thuộc vào diện tích yêu cầu và chiều rộng tiết diện Trong dầm có chiểu rộng từ 15 cm trở lên cần phải có ít nhất hai cốt dọc, khi

bề rộng nhỏ hơn có thể đặt một cốt Cốt dọc chịu lực có thể đặt thành một hoặc nhiều lớp và phải tuân theo các nguyên tắc cấu tạo Khoảng hở giữa các cốt dọc phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện thi công và lực dính bám giữa bê tông và cốt thép

- Thép chịu cắt: chính là cốt đai dùng để chịu lực cắt Q, cốt đai gắn vùng bê tông chịu kéo với vùng bê tông chịu nén để đảm bảo cho tiết diện chịu được mômen Góc nghiêng  của cốt xiên thường là 45o đối với dầm có chiều cao trên

80 cm thì = 60o, đối với dầm thấp hoặc bản thì = 30o Đường kính cốt đai

thường lấy từ 6 đến 10 mm Khi h dầm đạt 80 cm phải dùng đai  8, hoặc lớn hơn Cốt đai có thể có thể hai nhánh, có một nhánh hoặc nhiều nhánh Khoảng cách, diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định theo tính toán

Tổng diện tích của cốt cấu tạo nên lấy khoảng 0,1% đến 0,2% diện tích của sườn dầm

1.2.3 Sự làm việc của dầm

Đem thí nghiệm một dầm đơn giản với tải trọng tăng dần, ta thấy khi tải trọng nhỏ, dầm còn nguyên vẹn chưa có khe nứt Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khe nứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mômen lớn và những khe nứt nghiêng ở khu vực gần gối tựa là nơi có lực cắt lớn Khi tải trọng khá lớn thì dầm

có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng Cốt thép dọc được tính toán và bố trí để tăng khả năng chịu lực của dầm, cốt xiên được tính toán và bố trí để chống lại ứng suất kéo xiên tại vùng có lực cắt lớn

Việc tính toán dầm theo cường độ chính là đảm bảo cho dầm không bị phá hoại trên tiết diện thẳng góc – tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc và không

bị phá hoại trên tiết diện nghiêng – tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

Khe nøt th¼ng gãc Khe nøt nghiªng

Hình 1.3 Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản

1.2.4 Các trường hợp phá hoại của dầm

Tùy theo đặc trưng hình học của mặt cắt, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu và tải trọng tác dụng, dầm bê tông cốt thép có thể bị phá hoại trong các trường hợp sau: a) Phá hoại dẻo: Cốt thép bị biến dạng chảy dẻo và bị kéo đứt trước khi bê tông bị phá hủy, đạt đến giới hạn  Dầm bê tông cốt thép như vậy được xem là có

ít cốt thép ( hàm lượng cốt thép nhỏ,   min)

b) Phá hoại dòn: Bê tông vùng nén bị ép vỡ trước khi cốt thép ở vùng chịu kéo đạt đến giới hạn chảy và bị kéo đứt Dầm bê tông như thế được xem là có quá nhiều thép ( hàm lượng cốt thép lớn,   m ax)

c) Phá hoại cân bằng: Trường hợp kinh tế nhất trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép là khi phá hoại, bê tông chịu nén bị phá hủy đồng thời với cốt thép vùng bị

kéo đứt Đây là trường hợp phá hoại cân bằng và dầm bê tông cốt thép như thế gọi

là có hàm lượng cốt thép vừa phải ( hàm lượng cân bằng)

1.3 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN HÀNH TẠI VIỆT NAM

Năm 1995, lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô đã đưa ra lý thuyết tính bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn Đó là trạng thái mà kết cấu không còn đáp ứng được những yêu cầu người ta đã đề ra cho nó (bị hỏng, bị phá hoại do mỏi, bị mất

ổn định hoặc bị võng, bị nứt quá mức…) Các nước khác nhau sẽ thiết lập tiêu chuẩn tính toán kết cấu bê tông khác nhau dựa trên nền tảng có thể là tiêu chuẩn của các nước khác hoặc khu vực Hiện nay tại Việt Nam phổ biến một số tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép như sau: Tiêu chuẩn ACI 318- 2002; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2; Tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012; Tiêu chuẩn Anh Quốc BS

Một số công trình nhà cao tầng có dầm bê tông cốt thép thiết kế theo các Tiêu chuẩn tại Việt Nam

* Khối căn hộ - khu thương mại Vĩnh Trung plaza

- Địa điểm xây dựng: Số 255- 257 đường Hùng Vương, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng

- Chủ đầu tư: Công ty TNHH Đức Mạnh DMC

- Đơn vị thiết kế: Công ty tư vấn Gama ( thiết kế kiến trúc), Trung tâm tư vấn

kỹ thuật Xây dựng Đà Nẵng – Sở Xây dựng ( thiết kế kết cấu)

Khối căn hộ là nhà 18 tầng và 1 tầng hầm, chiều cao 71,4m Móng bè đặt trên nền gia cố cọc vữa xi măng Kết cấu chính của công trình có hệ kết cấu kết hợp khung và vách cứng bê tông cốt thép Vách lõi cứng bê tông cốt thép có chiều dày 200mm Bước cột chính 9x9 m Sàn được thiết kế ứng lực trước Dầm gia cường

có kích thước 800x 500, 800x400, 700x400 mm

Hình 1.4 Phối cảnh công trình khu thương mại Vĩnh Trung Plaza

* Công trình Indochina Riverside Tower

- Địa điểm xây dựng: Số 74 đường Bạch Đằng (tiếp giáp 3 mặt tiền đường

Bạch Đằng – Phan Đình Phùng – Trần Phú), Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng

- Chủ đầu tư: Công ty TNHH Indochina Riverside tower

- Đơn vị thiết kế: Kiến trúc sư Ben Wood và công ty Gravity Partnership (thiết kế kiến trúc)

Công trình là khu thương mại, dịch vụ, giải trí, văn phòng cho thuê và căn hộ, gồm 3 khối: Khối chân đế Podium, khối văn phòng và khối căn hộ Công trình có 1 tầng hầm

- Khối văn phòng là nhà có 12 tầng, chiều cao 66m Móng cọc khoan nhồi Kết cấu công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực Vách lõi

có chiều dày 200, 300, 450mm Bước cột chính 8,4 x 8,4 m Sàn thiết kế theo phương án sàn sườn toàn khối dày 220 mm; hệ dầm bẹt theo phương ngang nhà có kích thước 1500x500, 1200x500 mm

Hình 1.5 Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower

- Khối căn hộ là nhà có 24 tầng, chiều cao 95,3m Móng cọc khoan nhồi Kết cấu công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực Bước cột chính 6,6 x6,9m Vách, lõi có chiều dày 200, 300, 450 mm Sàn thiết kế theo phương án sàn sườn toàn khối dày 220mm, hệ dầm bẹt theo phương ngang nhà có kích thước

Chương 2 sẽ nghiên cứu về lý thuyết tính toán cốt thép chịu uốn dầm BTCT theo ba tiêu chuẩn thông dụng trong thiết kế kết cấu: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU

CHUẨN THIẾT KẾ

2.1 TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012  3 , 6

2.1.1 Cấu kiện đặt cốt đơn

dạng hình chữ nhật, cùng bê tông chịu kéo không được tính toán chịu lực vì đã nứt

R R

  là hàm lượng cốt thép của tiết diện sẽ là:

b

s

RR

Song nếu cốt thép ít quá sẽ xảy ra phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau khi bê tông bị nứt (toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu) Để tránh điều đó cần đảm bảo:

min

  

Giá trị min được xác định từ điều kiện khả năng chịu mô men của dầm bêtông cốt thép không nhỏ hơn khả năng chịu mô men của dầm bê tông không có cốt thép Thông thường lấy min 0,05% đối với cấu kiện chịu uốn

2.1.1.4 Tính toán tiết diện

Đặt

o

xh

a Bài toán thiết kế

Biết mô men M, kích thước tiết diện b x h, cấp độ bền chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép

Yêu cầu xác định kích thước tiết diện b x h; tính diện tích cốt thép As ?

* Xác định kích thước tiết diện

+ Căn cứ và cấp độ bền của bêtông và nhóm cốt thép, tra bảng và tính được

Rb ; Rs;  R; R

Tính ho = h – a, trong đó a được giả thiết:

a = 1,5 2 cm đối với bản có chiều dày 6  12 cm

  và phải đảm bảo   min

Chọn và bố trí cốt thép

- Nếu     m R R(1 0,5 R) thì phải tăng kích thước tiết diện hoặc tăng cấp

độ bền để đảm bảo điều kiện hạn chế     m R R(1 0,5 R) Cũng có thể đặt cốt kép

b Bài toán kiểm tra cường độ

Biết kích thước tiết diện b x h, diện tích cốt thép As, cường độ chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép

Yêu cầu tính khả năng chịu lực Mgh?

Đây là bài toán với 2 phương trình và 2 ẩn số là x và Mgh

Khả năng chịu lực của dầm được tính theo công thức :

2.1.2.1 Sơ đồ ứng suất

Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt kép được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ ứng suất của tiết điện có cốt kép

Cơ sở tính toán là trạng thái giới hạn thứ nhất (phá hoại dẻo) Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn lấy như sau: ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt tới cường độ chịu kéo tính toán Rs, ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ tính toán chịu nén Rb và sơ đồ ứng suất có dạng

hình chữ nhật , cùng bê tông chịu kéo không được tính toán chịu lực vì đã nứt

  ;   m (1 0,5 ) ;   (1 0,5 ) thì (2.13), (2.14) có dạng

R

o

xh

Bài toán 1: Tính diện tích cốt thép As và A‟s

Biết mô men M, kích thước tiết diện b x h, cấp độ bền chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép

Để lợi dụng hết khả năng chịu nén của bê tông ta có thể chọn   R, tức là

Bài toán 2 : Tính diện tích cốt thép As ?

Biết mô men M, kích thước tiết diện b x h, cấp độ bền chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép, A‟s

+ Nếu   m Rthì hoặc tra bảng ra 

- Nếu x  ho 2a ' thì As được tính theo công thức:

Mgh = RsAs (ho – a‟)

Từ điều kiện M = Mgh ta tính được :

b Bài toán kiểm tra cường độ

Biết kích thước tiết diện b x h, diện tích cốt thép As, A‟s, cường độ chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép

Yêu cầu tính khả năng chịu lực Mgh?

Đây là bài toán với 2 ẩn số là  và Mgh

o

2a 'h

  , khả năng chịu lực của dầm được tính theo công thức:

2.2 TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 2  2 , 4 , 10

2.2.1 Cấu kiện đặt cốt đơn

2.2.1.1 Sơ đồ ứng suất

thành dạng hình chữ nhật Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến đến cường

Vì hệ lực gồm có các lực song song nên chỉ có hai phương trình cân bằng có ý nghĩa độc lập

- Tổng hình chiếu các lực lên phương của trục dầm phải bằng không, do đó:

Fc Fst 0,567 fckbs = f A yd s (2.24)

- Tổng mô men của các lực đối với điểm đặt hợp lực của cốt thép chịu kéo và thẳng góc với mặt phẳng uốn phải bằng không do đó:

MRd = Fcz = 0,567fckbsz (2.25) Với z = d – 0,5s Ta có:

MRd = 1,134 fckb(d - z)z (2.26) Điều kiện cường độ khi tính toán theo trạng thái giới hạn như sau:

bảo cốt thép chịu kéo đạt đến biến dạng chảy thì x 0,617d

Với bê tông có cấp độ bền không quá C50/60, tiêu chuẩn Châu âu EC- 2 quy định:

x 0,45d

Khi x= x bal = 0,45 d; s = 0,8 xbal = 0,36d;

bd f ; Điều kiện hạn chế tương đương với:

yk

fmax(0, 26 ,0,0013)

f

Với fctm – cường độ chịu nén trung bình của mẫu trụ bê tông

2.2.1.4 Tính toán tiết diện

a Bài toán tính cốt thép

Biết mô men M, kích thước tiết diện b x h , cấp độ bền chịu nén của bê tông

và nhóm cốt thép

Yêu cầu xác định diện tích cốt thép AS?

+ Căn cứ và cấp độ bền của bê tông và nhóm cốt thép,tra phụ lục 8 ta có fck và

fyk.

+ Tính d = h – a, trong đó a được giả thiết:

a = 1,5  2 cm đối với bản có chiều dày 6  12 cm

b Bài toán kiểm tra cường độ

Biết kích thước tiết diện b x h, diện tích cốt thép, cấp độ bền của bê tông và nhóm cốt thép

Yêu cầu tính khả năng chịu lực của tiết diện MRd?

Căn cứ vào việc bố trí cốt thép để tính a và d = h –a

Tính s:

s = yd s

ck

f A0,567f b Nếu x = s/0,8 0,45d , mô men chịu uốn của tiết diện là:

nén Trong tiết diện vừa có cốt thép chịu kéo As, vừa có cốt thép chịu nén '

s

A nên gọi là tiết diện có đặt cốt kép

Trên cơ sở của sơ đồ ứng suất, ta viết được hai phương trình cân bằng:

- Tổng hình chiếu các lực lên phương của trục dầm phải bằng không, do đó:

Fcc Fsc Fst 0,567 fckbs + fscA‟s= f Ayd s (2.35)