Bài viết này so sánh cốt thép chịu lực của bản sàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 với Tiêu chuẩn Châu Âu EC - 2. Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, cốt thép trong sàn chỉ được thiết kế để chịu mômen uốn ngang. Còn theo Tiêu chuẩn Châu Âu, cốt thép sàn ngoài việc chịu mômen uốn như trên, nó còn phải tham gia chịu ứng suất cắt giữa phần vươn của cánh và sườn khi dầm được thiết kế theo tiết diện chữ T hoặc I.
Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, ISSN: 1859-0357, Tập 10, SốTập 4, 2016, 10, SốTr.4,69-78 2016 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC XÉT ĐẾN ỨNG SUẤT TIẾP GIỮA PHẦN CÁNH VÀ SƯỜN TIẾT DIỆN CHỮ T ĐỐI VỚI CỐT THÉP SÀN TRONG SÀN SƯỜN BÊTƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI PHẠM THỊ LAN*, NGÔ TĂNG TUÂN Khoa Kỹ thuật Cơng nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn TĨM TẮT Bài báo so sánh cốt thép chịu lực sàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 với Tiêu chuẩn Châu Âu EC - Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, cốt thép sàn thiết kế để chịu mơmen uốn ngang Cịn theo Tiêu chuẩn Châu Âu, cốt thép sàn ngồi việc chịu mơmen uốn trên, cịn phải tham gia chịu ứng suất cắt phần vươn cánh sườn dầm thiết kế theo tiết diện chữ T I Kết khảo sát từ ví dụ cụ thể cho thấy cốt thép thiết kế theo EC - lớn nhiều so với TCVN 5574 - 2012 Và sàn dày (tức ứng suất tiếp lớn) chênh lệch việc thiết kế theo hai Tiêu chuẩn cao Từ khóa: Thiết kế cốt thép sàn theo TCVN 5574:2012 ; Thiết kế cốt thép sàn theo Tiêu chuẩn Châu Âu EU - ; Dầm tiết diện chữ T ; Ứng suất tiếp cánh sườn tiết diện chữ T ABSTRACT Effects of shear stress between web and langes of T- section beams on slab reinforcement This paper presents a comparison between the slab reinforcement designed by the TCVN 5574-2012 standards and the one by the Eurocode-2 standards In the Vietnamese standards, slab reinforcement is designed for its bending moment only, while the European standards require that the slab reinforcement must be designed for both the bending moment in slab and the shear stress between the flanges and the web of the T- and I-section beams The investigated results show that the slab reinforcement per Eurocode-2 standards is significantly larger than that per TCVN 5574 – 2012 standards The thicker the slab is, the larger discrepancy there is between the designs under the two standard systems Keywords: The slab reinforcement designed by the TCVN 5574-2012 standards; The slab reinforcement designed by the Eurocode-2 standards ; The T - section beams ; shear stress between web and langes of T - section beams Đặt vấn đề Bắt đầu từ khoảng đầu năm 60, với phát triển nhanh chóng khoa học thực tiễn xây dựng, việc thiết kế kết cấu bêtơng cốt thép ngày địi hỏi kỹ sư có nhiều kiến thức sâu rộng Các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép hầu trở nên ngày rắc rối, phức tạp máy tính sử dụng để tính tốn vẽ chi tiết cấu kiện bêtơng nhà thiết kế phải học hỏi thêm *Email: ptlan@ftt.edu.vn Ngày nhận bài: 27/4/2016; ngày nhận đăng: 16/6/2016 69 Phạm Thị Lan, Ngô Tăng Tuân Hầu hết sách kết cấu bêtông cốt thép biên soạn dựa nội dung Tiêu chuẩn Việt Nam mà thực chất dựa Tiêu chuẩn Liên Xô cũ Tuy nhiên, nhiều dự án xây dựng giao thông nhà cao tầng đại vốn vay nước năm gần nước ta lại thiết kế xây dựng theo Tiêu chuẩn Châu Âu (EC - 2), Hoa Kỳ (ACI) Vì vậy, việc hiểu biết Tiêu chuẩn thiết kế nước tiên tiến người thiết kế cần thiết Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, thiết kế cốt thép sàn không xét tới ảnh hưởng ứng suất tiếp điểm tiếp giáp cánh sườn tiết diện chữ T [1-4] Trong số trường hợp ứng suất đủ lớn làm tách rời hai phần hiệu ứng chữ T khơng cịn Tiêu chuẩn Châu Âu (EC - 2) có kể đến ứng suất thiết kế cốt thép sàn, mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào giá trị ứng suất tiếp [5-7] Bài bào khảo sát kết thiết kế theo hai quan điểm hai tiêu chuẩn cho kết cấu sàn cụ thể Thiết kế cốt thép chịu lực sàn 2.1 Thiết kế cốt thép chịu lực sàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574–2012 [1-4] Tính: = αm M ≤ αR Rbbh02 Với: h0= h − a Giả thiết: = mm ÷ 15mm a 10 ⇒ (1) ξ =− 1 − 2α m Diện tích tiết diện cốt thép As trêm 1m chiều dài bản: ξ R bh As = b Rs (2) (3) Trong biểu thức trên: Rb , Rs - cường độ tính tốn nén bê tơng kéo cốt thép; M - mômen tải trọng tính tốn gây ra; αm , ξ - hệ số tính tốn; αR - hệ số tính tốn (tra bảng phụ lục E) [3]; b, h - kích thước tiết diện (b=1m, h = chiều dày sàn) h0 - chiều cao làm việc tiết diện; a - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép chịu kéo bêtông 2.2 Thiết kế cốt thép chịu lực sàn theo Tiêu chuẩn Châu Âu EC - [5-7] 2.2.1 Thiết kế cốt thép chịu lực sàn theo Tiêu chuẩn Châu Âu chưa xét đến ảnh hưởng ứng suất tiếp phần cánh sườn M ≤ Kbal K Xác định hệ số: = (4) bd fck 70 Tập 10, Số 4, 2016 Kbal - hệ số tính tốn: Kbal = 0.167; d - chiều cao làm việc tiết diện: d = h - a; fck - cường độ chịu nén đặc trưng mẫu trụ bêtông 28 ngày tuổi; ⇒ Cánh tay đòn z: K z =d 0.5 + 0.25 − 1.134 (5) Diện tích tiết diện cốt thép trêm 1m chiều dài As: As = M f yd z (6) fyd - cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép 2.2.2 Thiết kế cốt thép chịu lực sàn theo Tiêu chuẩn Châu Âu xét đến ảnh hưởng ứng suất tiếp phần cánh sườn Khả chịu cắt phần cánh tính toán cách xem phần cánh hệ thống dải chịu nén phối hợp với giằng dạng cốt thép ngang chịu kéo vEd + Ứng suất cắt lớn theo chiều dọc phần nối sườn cánh: ∆Fd (7) vEd = h f ∆x Trong đó: ∆Fd - thay đổi lực theo chiều dọc phần cánh; = ∆Fd b ∆M × fo d − 0.5h f bf (8) Hình Lực cắt cánh sườn 71 Phạm Thị Lan, Ngô Tăng Tuân hf - chiều cao cánh; bf - chiều rộng tính tốn phần cánh: bf = beff; b fo = b f − bw + Để bêtông không bị nén vỡ dải chịu nén cánh phải thỏa mãn điều kiện sau: Với: vEd ≤ ν f ck 1.5 ( cot θ f + tan θ f ) (9) (11) f 250 (12) ν= 0.6 − ck Góc có θ f thể xác định sau: vEd 0.2 (1 − f ck / 250 ) f ck θ f = 0.5sin −1 (13) θ f lấy giới hạn: o cánh nằm vùng nén 26.5 ≤ θ f ≤ 45o Góc o cánh nằm vùng kéo 38.6 ≤ θ f ≤ 45o Cốt thép ngang đơn vị chiều dài cánh xác định sau: Asf sf ≥ vEd h f (14) 0.87 f yk cot θ f Với: S f - khoảng cách cốt thép ngang cánh + Trong trường hợp lực cắt cánh sườn phối hợp với mômen uốn ngang, yêu cầu cốt thép ngang cánh phải bố trí thỏa mãn biểu thức (14) không nhỏ tổng nửa diện tích thép tính theo (14) cộng với diện tích thép tính tốn để chịu mơmen uốn ngang cánh + Diện tích cốt thép ngang tối thiểu là: Asf ,min ≥ 0.26bd f f ctm f yk mm2 > 0.0013bd f m (15) Trong đó: b = 1000mm d f - chiều cao làm việc cánh f ctm - giá trị trung bình cường độ chịu kéo bêtông f yk - cường độ chịu kéo đặc trưng cốt thép * Nhận xét: Theo tiêu chuẩn thiết kế Châu Âu tiết diện chữ I hay chữ T ứng suất cắt lớn 72 Tập 10, Số 4, 2016 theo chiều dọc phần nối sườn cánh vEd > 0.4 f ctd ảnh hưởng đến kết việc tính tốn cốt thép sàn Lúc diện tích cốt thép sàn tính theo mơmen uốn ngang phải cộng thêm lượng tối thiểu nửa diện tích thép tính theo (14) đồng thời diện tích thép sàn phải thỏa mãn biểu thức (14) Ví dụ khảo sát Để xét ảnh hưởng ứng suất tiếp cánh sườn tiết diện chữ T thép sàn, tiến hành tính toán cốt thép mũ nhịp (2 - 3) trục C sàn chịu tải trọng phân bố hình Hình Sơ đồ mặt sàn Số liệu: - Chiều cao sàn: hs = hf - Kích thước dầm: h = 600mm ; b = 300mm - Tải trọng phân bố đều: q = 12kN / m2 - Bêtơng cấp độ bền B20, cốt thép nhóm CI có: Hình Mặt cắt -1 Rb = 11.5MPa ; Rbt = 0.9MPa ; f ck = 16MPa ; f ctm = 1.9MPa ; f ctd = 0.87 MPa R= 235MPa 225MPa ; f= fctk ,0.05 = 1.3MPa ; f yd= R= yk sn s 73 Phạm Thị Lan, Ngơ Tăng Tn Cắt dải có chiều rộng 1m (hình 2) Sơ đồ tính tốn sàn dầm liên tục, nhịp, chịu tải trọng phân bố đều, kích thước (bs x hs) = (1000x hs) mm Hình Sơ đồ tính sàn 8.03 5.36 8.03 Phân tích phần mềm SAP2000, ta biểu đồ mơmen hình M (kNm) Hình Biểu đồ mơmen dải với hs = 100mm 3.1 Tính tốn cốt thép sàn theo tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam TCVN 5574 - 2012 Với trường hợp hs =100mm, mômen gối C: M = 5.36kNm Giả thiết: a = 15mm ⇒ h0 = h - a = 100 - 15 = 85mm Tiến hành tính tốn với chiều cao hs thay đổi, cịn thơng số khác giữ ngun Kết tính tốn diện tích cốt thép sàn As,1 tổng hợp bảng Bảng Tổng hợp kết diện tích cốt thép sàn theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 Thông số thay đổi hs(mm) Giá trị mômen M(kNm) As = As,1 (mm2) 80 5.36 389 90 5.36 332 100 5.36 290 110 5.37 258 120 5.37 232 3.2 Tính tốn cốt thép sàn theo tiêu chuẩn thiết kế Châu Âu * Tính tốn cốt thép chịu mơmen uốn ngang: Với trường hợp hs =100mm: M = 5.36kNm ; d = h0 = 85mm Kết diện tích cốt thép tính tốn để chịu mômen uốn ngang As,1 ứng với trường hợp chiều cao hs thay đổi, thông số khác giữ nguyên tổng hợp bảng 74 Tập 10, Số 4, 2016 * Tính tốn cốt thép chịu ứng suất tiếp cánh sườn dầm D1: Sơ đồ tính tốn dầm D1 dầm liên tục, nhịp, chịu tải trọng phân bố qd =12x2.5 = 30kN/m, (bỏ qua trọng lượng thân dầm) kích thước tiết diện hình Hình Sơ đồ tính dầm D1 Phân tích phần mềm SAP2000, ta biểu đồ mơmen hình Hình Biểu đồ mơmen dầm D1 Với beef = bf chiều rộng tính tốn phần cánh dựa khoảng cách l0 điểm mơmen hình Hình Định nghĩa l0 để xác định chiều rộng tính tốn phần cánh 0.85l1 =0.85 × 6000 =5100mm 0.15 ( l= 0.15 ( 6000 + 6000 = ) 1800mm + l2 ) Lấy: l0 = 1800mm ; b= eef Trong đó: beef ,i = 0.2si + 0.1l0 ≤ 0.2l0 ∑b eff ,i + bw ≤ s beef ,i ≤ si Với thông số xác định hình s1 = s2 = 1100mm ; s = 2500mm beef ,i = 0.2 ×1100 + 0.1×1800 = 400 > 0.2l0 = 360 lấy: beef ,i = 360mm 75 Phạm Thị Lan, Ngơ Tăng Tn Hình Các thơng số chiều rộng tính tốn phần cánh beef = × 360 + 300 = 1020mm < s = 2500mm ⇒ Khoảng cách từ vị trí có mơmen đến vị trí có mơmen uốn lớn 1.487m ⇒ = ∆x 1.487 = 0.743m Tiến hành tính tốn bước ta thu kết diện tích cốt thép sàn As,1 As tổng hợp bảng Bảng 2: Tổng hợp kết diện tích cốt thép sàn theo tiêu chuẩn Châu Âu As,1 (mm2) As,2 (mm2) As (mm2) 80 397 240 517 90 336 243 458 100 293 245 415 110 260 247 383 120 233 250 358 Thông số thay đổi hs(mm) 3.3 So sánh kết Kết tính tốn cốt thép sàn theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn Châu Âu EC - tổng hợp bảng 76 Tập 10, Số 4, 2016 Bảng Bảng tổng hợp diện tích cốt thép sàn tính theo tiêu chuẩn Thơng số thay đổi Chiều cao sàn hs (mm) 80 Khi không xét đến ảnh hưởng lực cắt cánh sườn tiết diện chữ T dầm As(mm2) As (mm2) Chênh lệch theo Châu theo TCVN (%) Âu 389 397 2.1% Khi xét đến ảnh hưởng lực cắt cánh sườn tiết diện chữ T dầm As (mm ) As(mm2) Chênh theo theo Châu lệch (%) TCVN Âu 389 517 32.9% 90 332 336 1.2% 332 458 38.0% 100 290 293 1.0% 290 415 43.1% 110 258 260 0.8% 258 383 48.4% 120 232 233 0.4% 232 358 54.3% Chênh lệch trung bình 1.10% 43.34% * Nhận xét: Khi tính cốt thép sàn chịu mơmen uốn ngang khơng xét đến ảnh hưởng lực cắt diện tích cốt thép chịu mơmen âm tính theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn Châu Âu chênh lệch không nhiều Mức độ chênh lệch trung bình qua ví dụ khoảng 1.10% Khi có xét đến ảnh hưởng lực cắt cánh sườn diện tích cốt thép mũ yêu cầu tính theo tiêu chuẩn có chênh lệch lớn Mức độ chênh lệch trung bình qua ví dụ lên tới 43.34% Như vậy, việc xét đến ảnh hưởng lực cắt cánh sườn làm tăng đến 43.34% diện tích cốt thép mũ sàn Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận: Từ kết nghiên cứu tính tốn đây, rút kết luận sau: theo tiêu chuẩn Châu Âu EC - tiết diện chữ I hay chữ T xét đến ứng suất cắt lớn theo chiều dọc vEd > 0.4 fctd ảnh hưởng đến kết việc tính tốn cốt thép phần nối sườn cánh sàn Từ thí dụ khảo sát ta thấy lực cắt cánh sườn có ảnh hưởng lớn đến cốt thép sàn, làm tăng đến 43.34% diện tích cốt thép chịu lực sàn 4.2 Kiến nghị: Cần xét đến ảnh hưởng lực cắt cánh sườn dầm tính tốn cốt thép cho sàn, tránh việc sàn bị phá hoại ứng suất cắt phần nối dầm TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bêtơng cốt thép - phần cấu kiện Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, (2008) 77 Phạm Thị Lan, Ngô Tăng Tuân 78 GS TS Nguyễn Đình Cống, Tính tốn thực hành cấu kiện bêtơng cốt thép, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2007) Bộ xây dựng, TCVN 5574-2012: Kết cấu bêtông bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, Hà Nội, (2012) Tủ sách khoa học công nghệ xây dựng, Hướng dẫn thiết kế Kết cấu bêtông bêtông cốt thép theo TCXDVN 356:2005, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2007) PGS TS Phan Quang Minh, GS TS Ngô Thế Phong, Kết cấu bêtông cốt thép thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2010) TS Nguyễn Trung Hòa (dịch giải), Tiêu chuẩn Châu Âu - Eurocode EN 1992 - - Thiết kế kết cấu bêtông bêtông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2006) Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu, Eurocode 2: Design of concrete structures, London, (2006) ... - ti? ?t diện chữ I hay chữ T x? ?t đến ứng su? ?t c? ?t lớn theo chiều dọc vEd > 0.4 fctd ảnh hưởng đến k? ?t việc t? ?nh t? ??n c? ?t thép phần nối sườn cánh sàn T? ?? thí dụ khảo s? ?t ta thấy lực c? ?t cánh sườn. .. Theo Tiêu chuẩn Vi? ?t Nam, thi? ?t kế c? ?t thép sàn không x? ?t t? ??i ảnh hưởng ứng su? ?t tiếp điểm tiếp giáp cánh sườn ti? ?t diện chữ T [1-4] Trong số trường hợp ứng su? ?t đủ lớn làm t? ?ch rời hai phần. .. sườn có ảnh hưởng lớn đến c? ?t thép sàn, làm t? ?ng đến 43.34% diện t? ?ch c? ?t thép chịu lực sàn 4.2 Kiến nghị: Cần x? ?t đến ảnh hưởng lực c? ?t cánh sườn dầm t? ?nh t? ??n c? ?t thép cho sàn, tránh việc sàn bị