Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết đã nghiên cứu tính toán diện tích cốt thép dầm BTCT có tiết diện hình chữ nhật theo các Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 và Tiêu chuẩn BS:811097 sau đó qui đổi các thông số vật liệu sao cho phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN:5574-2012 và tính toán trực tiếp trên phần mềm ETABS.
104 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC Ứng dụng phần mềm ETABS để tính tốn diện tích cốt thép dầm bê tơng cốt thép tiết diện hình chữ nhật phù hợp với TCVN 5574:2012 Lê Chí Phát Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng chiphatxd@gmail.com Tóm tắt ETABS phần mềm chuyên dụng để thiết kế kết cấu công trình xây dựng dân dụng Ở Việt Nam, phần mềm ETABS sử dụng rộng rãi khẳng định tính xác, ưu việt thiết kế kết cấu cơng trình đặc biệt nhà cao tầng Tuy nhiên, phần mềm ETABS hỗ trợ việc thiết kế theo Tiêu chuẩn số nước phương Tây Châu Mỹ, Do việc sử dụng phần mềm ETABS để thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 gặp nhiều khó khăn phải sử dụng thêm phần mềm trung gian Nội dung báo so sánh việc tính tốn cốt thép dầm BTCT theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Canada CSA-A23.3-94, Tiêu chuẩn Anh BS8110-97 nhằm tìm kiếm tương đồng Tiêu chuẩn thiết kế đưa khuyến cáo điều chỉnh tham số tính tốn để sử dụng Tiêu chuẩn nước phần mềm ETABS tính trực tiếp cốt thép kết cấu BTCT phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Từ khóa: TCVN 5574:2012, CSA-A23.3-94, BS:8110-97, phần mềm ETABS, dầm bê tông cốt thép Đặt vấn đề ETABS phần mềm chun dụng thiết kế kết cấu cơng trình xây dựng dân dụng Ở Việt Nam, phần mềm ETABS sử dụng rộng rãi khẳng định tính xác, ưu việt thiết kế kết cấu cơng trình đặc biệt nhà cao tầng Tuy nhiên, phần mềm ETABS hỗ trợ việc thiết kế theo Tiêu chuẩn số nước phương Tây Châu Mỹ, … [3] Do để thiết kế kết cấu BTCT theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, sử dụng phần mềm ETABS để phân tích tổ hợp nội lực, sau xuất kết nội lực để đưa vào chương trình thiết kế riêng theo TCVN 5574:2012 Việc gây nhiều khó khăn việc sử dụng, quản lý số liệu thiết kế dễ gây sai sót Hình Sử dụng phần mềm ETABS để tính thép dầm BTCT theo TCVN5574:2012 Do nhóm tác giả đề xuất sử dụng phần mềm ETABS để tính tốn trực tiếp cốt thép dầm BTCT theo TCVN 5574:2012 cách sử dụng số Tiêu chuẩn nước như: CSAA23.3-94, BS8110-97 quy đổi số tham số thiết kế cho phù hợp Việc thiết kế hoàn toàn sử dụng phần mềm ETABS mà không sử dụng thêm phần mềm khác nên hoàn toàn dễ quản lý số liệu tránh sai sót Lê Chí Phát 105 Hình Đề xuất tính thép dầm BTCT theo TCVN5574:2012 trực tiếp phần mềm ETABS Cơ sở lý thuyết tính tốn 2.1 so sánh cơng thức tính tốn diện tích cốt thép cho dầm tiết diện chữ nhật theo BS: 8110-97 Và TCVN: 5574-2012 Cơng thức tính tốn cốt thép dầm BTCT theo TCVN 5574-2012 [5,8] - m - M Rb b.h02 (1) 2. m - As (2) M Rs h0 (3) Với: - M: Momen tính tốn dầm; - Rb: Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng theo TCVN 5574:2012; - Rs: Cường độ chịu kéo tính toán cốt thép theo TCVN 5574:2012; - b, h0: bê rộng chiều cao làm việc tiết diện dầm BTCT hình chữ nhật Cơng thức tính cốt thép dầm BTCT theo BS:8110-97 [6,7] - K M f cu bh02 (4) - z h0 ( 0,5 0, 25 - As K ) ,9 (5) M ,95 f y z (6) Với: - fcu: Cường độ chịu nén bê tông theo BS:8110-97; - fy: Cường độ chịu kéo cốt thép theo BS:8110-97; So sánh (1), (2), (3) (4), (5), (6) ta thấy có điểm chung phương trình xác định thơng số tính tốn Do đó, sử dụng hệ số để quy đổi cường độ tính tốn vật liệu, đem đến cơng thức tương đương Đặt f u 1 Rb vào (4), (5) có: z h0 ( 0,5 0, 25 Thay m M ) 1 Rb b.h02 0,9 M 2. m ) vào (7) ta có: z h0 ( 0,5 0, 25 2.1 ,9 Rb b.h0 - z h0 ( 0,5 2.1 0,9 (7) (8) 0, 25.2.1 0,9 2 m ) Do cường độ tính tốn bê tơng theo BS:8110-97 lấy 0, 67 nên ta giả thiết 1 1,5 vào (9): 0, 67 (9) f cu ; với m 1,5 m 106 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC - z h0 ( 0,5 1,5 .0,9 0,67 0, 25.2 1,5 0,9 2 m ) 0,67 (10) - z h0 ( 0,5 0, 498 1,007 2 m ) - z h0 2 m (11) h0 Thay (12) vào (6) ta có: As (12) M ,95 f y h0 Đặt f y Rs vào (13): As (13) M 0,95. .Rs h0 (14) Giả thiết 1, 05 , (14) viết lại thành - As M cơng thức tính thép theo TCVN 5574:2012 Rs h0 * Nhận xét: Giữa cơng thức tính tốn cốt thép đơn dầm BTCT theo BS:811-97 TCVN 5574-2012 có tương đồng Nếu đặt f u 1 R b f y R s ta qui đổi cơng 1,5 1, 05 Do sử dụng 0, 67 Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 giá trị qui đổi 1 cho cường độ bê tông cho cường độ thức hai tiêu chuẩn tương đương 1 cốt thép khai báo vật liệu để tính tốn cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 phần mềm ETABS Bảng Quy đổi giá trị fcu theo BS:8110-97 khai báo phần mềm ETABS Cấp bền Mác chịu nén tương ứng Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 nén BT (MPa) M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 TCVN 5574:2012 Rb 8,5 11,5 14,5 17 19,5 22 25 BS:8110-97 fcu (quy đổi) 19,03 25,75 32,46 38,06 43,66 49,25 55,97 Bảng Quy đổi giá trị fy theo BS:8110-97 khai báo phần mềm ETABS Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu kéo CI CII CIII CIV TCVN 5574:2012 Rs (MPa) 225 280 365 510 BS:8110-97 fy (MPa) 236 294 383,25 535,5 2.2 So sánh cơng thức tính tốn diện tích cốt thép cho dầm BTCT tiết diện chữ nhật theo CSA23.3-94 TCVN: 5574-2012 Cơng thức tính cốt thép dầm BTCT theo CSA23.3-94 [1,4,6] Chiều cao vùng nén: a d d 2.M 1 fc '.c b Chiều cao cân vùng nén ab 1.cb As M a (15) (16) (17) s f y (d ) Với: - c 0, ; 1 0,85 0, 0015 fc ' ; - d, b: chiều cao bề rộng làm việc tiết diện - f’c, f y : cường độ chịu nén bê tông chịu kéo cốt thép theo CSA23.3-94 Lê Chí Phát - cb 107 700 ; s 0,85 ; 700 f y Công thức (15) tương tự cơng thức tính h0 theo TCVN 5574:2012 thay 1 fc '.c Rb Công thức (17) tương tự cơng thức tính As theo TCVN 5574:2012 thay s f y Rs Từ ta rút giá trị cường độ bê tông cốt thép f c ' , f y theo Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 tương ứng với giá trị cường độ bê tông Rb cốt thép Rs theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 sau: - f'c.α1.φc= Rb (Với φc= 0,6; α1= 0,85 – 0,0015.f'c) - fy.φs= Rs (Với φs= 0,85) Bảng Quy đổi giá trị fc’ theo CSA-A 23.3-94 khai báo phần mềm ETABS Cấp bền Mác chịu nén tương ứng Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu nén B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 BT (MPa) M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 TCVN 5574:2012 Rb 8.5 11.5 14.5 17 19.5 22 25 CSA-A 23.3-94 f'c 17.19 23.53 30.02 35.57 41.24 47.04 54.2 Bảng Quy đổi giá trị fy theo CSA-A 23.3-94 khai báo phần mềm ETABS Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu kéo CI CII CIII TCVN 5574:2012 Rs (MPa) 225 280 365 CSA-A 23.3-94 fy (MPa) 264.71 329.41 429.41 CIV 510 600.0 Kết nghiên cứu khảo sát Bài báo trình bày kết tính tốn diện tích cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật cho cơng trình Khách sạn SWETT HOME, Lô 33-B1, khu dân cư Phường Bắc Mỹ An, Quận Ngũ Hành Sơn Thành phố Đà Nẵng kết cấu BTCT tầng có mặt kết cấu tầng sau: Hình Mặt kết cấu cơng trình tầng 108 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC Hình Mặt kết cấu cơng trình tầng điển hình Hình Mặt kết cấu cơng trình tầng mái 3.1 Số liệu phân tích Vật liệu: Bêtông cốt thép (bêtông cấp bền B25), cốt thép nhóm CII Tiến hành khai báo vật liệu phần mềm ETABS theo tiêu chuẩn thiết kế BS:8110-97, CSA-A 23.3-94 Tải trọng: - Tĩnh tải trọng lượng thân kết cấu: sàn, dầm, cột, vách, … khai báo để phần mềm ETABS VER 9.7.1 tự tính - Tĩnh tải lớp cấu tạo sàn (khơng tính phần bê tông): gtt= 1,02 (kN/m2) - Hoạt tải sàn: hành lang (ptt= 1,2.3= 3,6 kN/m2); ô sàn khác (ptt= 1,2.2= 2,4 kN/m2); Lê Chí Phát 3.2 109 Kết phân tích Tiến hành phân tích tính cốt thép cho cơng trình theo tiêu chuẩn BS:8110-97, CSA-A 23.3-94 với thông số vật liệu quy đổi cho phù hợp với TCVN 5574:2012 ta kết tính cốt thép dầm khung trục 1’ sau: a) Mô hình cơng trình b) Kết theo BS:8110-97 c) Kết theo CSA-A 23.3-94 Hình Kết tính thép dầm khung trục 1’ ETABS Bảng Kết tính thép dầm D1 khung 1’ theo TCVN 5574:2012 phần mềm Excel Mttoán b h a ho AsTT μTT Tiết Cốt Dầm αm ζ diện thép (kN.m) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm2) (%) Gối Trên -86,20 60 36 0,08 0.96 8,91 0,41% 40 trái Dưới 0,00 60 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% Trên 0,00 60 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% D1 Nhịp 40 Dưới 102,50 60 36 0,09 0.95 10,68 0,49% Gối Trên -115,80 60 36 0,10 0.95 12,15 0,56% 40 phải Dưới 0,00 60 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% 3.3 Tổng hợp kết Tổng hợp kết tính cốt thép dầm theo TCVN 5574:2012 sử dụng Tiêu chuẩn BS:811097, CSA-A 23.3-94 phần mềm ETABS sau quy đổi thông số vật liệu ta kết sau Bảng So sánh kết tính cốt thép dầm theo Tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, BS:8110-97 CSAA 23.3-94 Kết tính thép (cm2) theo So sánh So sánh Dầm BS:8110CSA-A TCVN (3) & (5) (4) & (5) 97 23.3-94 5574:2012 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Gối trái 9,1 8,1 8,91 2,13% 10,00% D1 11,3 10,1 10,68 5,81% 5,74% khung Nhịp Gối K1’ 12,6 11,3 12,15 3,70% 7,52% phải Tiết diện Ghi (5)/(4) (8) 1,10 1,06 1,08 110 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC Kết luận Bài báo nghiên cứu tính tốn diện tích cốt thép dầm BTCT có tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 Tiêu chuẩn BS:811097 sau qui đổi thơng số vật liệu cho phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN:5574-2012 tính toán trực tiếp phần mềm ETABS Trong phạm vi nghiên cứu báo nhóm tác giả rút số kết luận sau: - Kết tính cốt thép dọc dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 sau quy đổi cường độ vật liệu bêtông, cốt thép cho kết gần giống (Sử dụng Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 quy đổi cho kết lớn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 khoảng 5%) Trong kết tính cốt thép theo Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 cho kết chênh lệch lớn (Sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 quy đổi cho kết nhỏ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 sai số lên đến 10%) - Có thể sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 quy đổi phần mềm ETABS để tính trực tiếp cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 cách điều chỉnh thông số vật liệu như: cường độ chịu nén bê tông, cường độ chịu kéo cốt thép (xem bảng 1,2,3,4) - Tuy nhiên, kết tính thép sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 quy đổi nhỏ so với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 nên để an toàn thiết kế với Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 cần phải nhân hệ số điều chỉnh α = 1,1 vào kết tính tốn Tài liệu tham khảo Arthur H Nilson: Design of Concrete Structures, The McGraw-Hill Companies Inc (1997) Bộ Xây dựng: TCVN 2737-1995 Tải trọng tác động (soát xét lần 2), NXB Xây dựng, Hà Nội (1996) Computers and Structures Inc, ETABS v9.7 Concrete Design manual (2017) Nguyễn Thạc Vũ: Một số điều chỉnh thiết kế kết cấu bê tông cốt thép phần mềm SAP2000 để phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam, Tạp chí KHCN Đại học Đà Nẵng số 5/7 (2000) Ngô Thế Phong: Kết cấu Bê tông cốt thép Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội (1995) Nguyễn Viết Trung: Thiết kế kết cấu Bê tông cốt thép đại, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội (2000) Quy phạm Anh Quốc, BS:8110-97 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội (1997) Tiêu chuẩn Quốc gia, TCVN 5574:2012 Bê tông thiết kế cơng trình Bê tơng cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội (2012) ... Phát 105 Hình Đề xuất tính thép dầm BTCT theo TCVN5 574:2012 trực tiếp phần mềm ETABS Cơ sở lý thuyết tính tốn 2.1 so sánh cơng thức tính tốn diện tích cốt thép cho dầm tiết diện chữ nhật theo... nén tính tốn bê tơng theo TCVN 5574:2012; - Rs: Cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép theo TCVN 5574:2012; - b, h0: bê rộng chiều cao làm việc tiết diện dầm BTCT hình chữ nhật Cơng thức tính cốt thép. .. hợp kết Tổng hợp kết tính cốt thép dầm theo TCVN 5574:2012 sử dụng Tiêu chuẩn BS:811097, CSA-A 23.3-94 phần mềm ETABS sau quy đổi thông số vật liệu ta kết sau Bảng So sánh kết tính cốt thép dầm