Tài liệu Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông cốt thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHẠM VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẢI TRONG TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHẠM VĂN HÙNG KHÓA: 2014-2016 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẢI TRONG TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp với đề tài “Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông cốt thép” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Tiến Chương đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ đạo cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, do điều kiện có hạn về thời gian và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Hùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn của GS. TS Nguyễn Tiến Chương. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Hùng MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các biểu bảng Danh mục các hình ảnh MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn ................................................................... 1 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................ 2 Cấu trúc luận văn ........................................................................................... 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ........................... 3 1.1. Khái quát về sàn bê tông cốt thép ............................................. 3 1.2. Phân loại sàn bê tông cốt thép ................................................... 3 1.2.1. Theo phương pháp thi công [4] .................................................... 3 1.2.2. Theo sơ đồ kết cấu: Sàn BTCT được chia làm 2 loại: [5] ............. 9 1.2.3. Theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: [10] .................................. 10 1.2.4. Theo trạng thái đặc tính cấu tạo: ................................................ 11 1.3. Các phương pháp tính toán nội lực của sàn bê tông cốt thép 13 1.3.1. Phương pháp tính toán đàn hồi:.................................................. 14 1.3.2. Phương pháp tính toán dẻo:........................................................ 16 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn ......................................... 18 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SÀN THEO PHƯƠNG PHÁP DẢI .................. 20 2.1. Lịch sử phương pháp dải trong tính toán sàn BTCT [13] .... 20 2.2. Nguyên lý tính toán sàn BTCT theo phương pháp dải [13] ... 21 2.3. Lựa chọn phân bố tải trọng [13] ............................................. 22 2.3.1. Tải trọng phân bố đều theo hai phương ...................................... 22 2.3.2. Tải trọng phân bố theo đường chéo ............................................ 23 2.3.3. Tải trọng phân bố vào gối tựa gần nhất ...................................... 24 2.4. Áp dụng phương pháp dải cho một số dạng bản sàn [13]...... 27 2.4.1. Tải trọng phân bố vào gối tựa gần nhất ...................................... 27 2.4.2. Bản sàn có cạnh ngàm và cạnh gối tựa ....................................... 29 2.4.3. Bản sàn có cạnh tự do ................................................................ 32 2.4.4. Bản sàn có lỗ mở........................................................................ 36 CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN ................................................... 44 3.1. Tính toán bản sàn bê tông cốt thép hình chữ nhật ................. 44 3.1.1. Tính toán theo phương pháp trực tiếp theo lý thuyết đàn hồi:..... 44 3.1.2. Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 47 3.1.3. Nhận xét: ................................................................................... 52 3.2. Tính toán bản sàn bê tông cốt thép có 1 cạnh tự do ............... 53 3.2.1. Tính toán theo phương pháp đàn hồi: ......................................... 53 3.2.2. Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 57 3.2.3. Nhận xét: ................................................................................... 63 3.3. Tính toán bản sàn bê tông cốt thép có lỗ mở .......................... 64 3.3.1. Tính toán theo phương pháp trực tiếp theo lý thuyết đàn hồi:..... 64 3.3.2. Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 68 3.2.4. Nhận xét: ................................................................................... 79 Kết luận và kiến nghị ................................................................................. 81 Tài liệu tham khảo DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ BTCT Bê tông cốt thép PP Phương pháp PTHH Phần tử hữu hạn DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Sàn bê tông cốt thép toàn khối Hình 1.2 Sàn toàn khối có bản kê 2 cạnh Hình 1.3 Dầm sàn toàn khối có bản kê 4 cạnh Hình 1.4 Sàn ô cờ kiểu bản kê 4 cạnh Hình 1.5 Sàn kiểu ô lưới nhỏ Hình 1.6 Sàn nấm Hình 1.7 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép Hình 1.8 Sàn bê tông cốt thép nửa lắp ghép Hình 1.9 Ô bản chịu uốn 1 phương Hình 1.10 Ô bản chịu uốn 2 phương Hình 1.11 Sàn BTCT thường Hình 1.12 Sàn BTCT ứng suất trước Hình 1.13 Sàn xốp BTCT Hình 1.14 Sàn panel Hình 1.15 Sàn BubbleDeck Hình 1.16 Sàn bê tông cốt thép đặc Hình 1.17 Sơ đồ khung tương đương Hình 2.1 Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều theo hai phương Hình 2.2 Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều theo đường chéo Hình 2.3 Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều vào gối tựa gần nhất Hình 2.4 Sàn hình chữ nhật với tải trọng phân bố đều theo đường xuất phát từ góc Hình 2.5 Sàn hình chữ nhật với tải trọng phân bố đều theo các đường song song với cạnh Hình 2.6 Dải sàn với vùng giữa bản không có tải Hình 2.7 Sàn hình chữ nhật với hai cạnh ngàm, 2 cạnh kê đơn giản Hình 2.8 Sàn có một cạnh ngắn tự do Hình 2.9 Sàn có một cạnh dài tự do Hình 2.10 Sàn hình chữ nhật có lỗ mở ở giữa sàn Hình 3.1 Bản sàn ngàm 4 cạnh Hình 3.2 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh Hình 3.3 Mặt bằng phân bố tải cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải Hình 3.4 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải (phương X) Hình 3.5 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải (phương Y) Hình 3.6 Bản sàn có một cạnh tự do Hình 3.7 Dựng sơ đồ trên phần mềm safe cho sàn có một cạnh tự do Hình 3.8 Mômen trên các dải theo sơ đồ safe cho sàn có một cạnh tự do Hình 3.9 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có 1 cạnh tự do theo PP đàn hồi Hình 3.10 Mặt bằng phân bố tải trọng cho sàn có 1 cạnh tự do Hình 3.11 Mặt bằng bố trí cốt thép lớp dưới cho sàn có 1 cạnh tự do theo PP dải Hình 3.12 Mặt bằng bố trí cốt thép lớp trên cho sàn có 1 cạnh tự do theo PP dải Hình 3.13 Bản sàn có lỗ mở ở giữa sàn Hình 3.14 Sơ đồ sàn có lỗ mở trên phần mềm Safe Hình 3.15 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có lỗ mở theo PP đàn hồi Hình 3.16 Mặt bằng bố trí tải trọng cho sàn có lỗ mở theo PP dải Hình 3.17 Mômen cho dải sàn A-A theo PP dải Hình 3.18 Mômen cho dải sàn B-B theo PP dải Hình 3.19 Mômen cho dải sàn C-C theo PP dải Hình 3.20 Mômen cho dải sàn D-D theo PP dải Hình 3.21 Mômen cho dải sàn E-E theo PP dải Hình 3.22 Mômen cho dải sàn F-F theo PP dải Hình 3.23 Mômen cho dải sàn G-G theo PP dải Hình 3.24 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có lỗ mở theo phương pháp dải DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng, biểu Bảng 1.1 Tên bảng, biểu Xác định mômen dựa vào tỷ số hai cạnh theo phương pháp trực tiếp 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài luận văn Hiện nay, trong tính toán thiết kế sàn bê tông cốt thép cho các công trình dân dụng và công nghiệp thường áp dụng theo lý thuyết đàn hồi, sơ đồ khớp dẻo và bằng file excel hoặc bằng các phần mềm tính toán dựa trên các tiêu chuẩn Việt Nam như TCVN 5574:2012 hoặc các tiêu chuẩn nước ngoài như ACI, ACI-318, BS-8110. Trên thế giới hiện nay, người ta đã bổ sung thêm một số phương pháp vào trong tính toán thiết kế sàn bê tông cốt thép cho một số trường hợp và đã được áp dụng phổ biến qua các tài liệu ở khu vực Bắc Mỹ và Châu âu, điển hình là phương pháp dải. Ở Việt Nam, việc tính toán sàn bê tông cốt thép theo phương pháp dải chưa có tài liệu hướng dẫn cụ thể. Về mặt lý thuyết, phương pháp dải rất ít được áp dụng và chỉ được áp dụng để tính toán một số ô sàn nhất định như: sàn hình chữ nhật, sàn kê 4 cạnh khớp, sàn kê 4 cạnh ngàm, dải biên liên tục. Các trường hợp khác chưa có tài liệu hướng dẫn sử dụng. Phương pháp dải là một cách tiếp cận giới hạn thấp hơn, dựa trên việc đáp ứng ứng suất của mọi điểm của sàn BTCT để phân bố cốt thép một cách hợp lý và chính xác hơn. Phương pháp dải cho kết quả an toàn, sát với thực tế và tiết kiệm hợp lý trong việc đặt cốt thép trong bản sàn. Vì vậy việc “Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn BTCT” là rất cần thiết, làm phong phú thêm trong việc tính toán sàn bê tông cốt thép. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và đưa ra các hướng dẫn tính toán sàn theo phương pháp dải. 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Sàn bê tông cốt thép. - Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp dải trong tính toán sàn BTCT. Nội dung nghiên cứu Thu tập tài liệu, phân tích và đánh giá về phương pháp tính toán sàn BTCT theo phương pháp dải. Ứng dụng phương pháp dải để tính toán cụ thể cho một số ô sàn BTCT. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài luận văn gồm: - Nghiên cứu lịch sử hình thành qua các tài liệu và áp dụng cho các trường hợp cụ thể; - Dùng công thức tính toán, phần mềm để tính toán sàn BTCT một cách thông thường rồi so sánh với phương pháp dải. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Luận văn này sẽ làm rõ thêm một phương pháp tính toán sàn BTCT mới mà có ứng dụng trong tính toán thiết kế. Luận văn sẽ là tài liệu tham khảo cho các đơn vị, tổ chức liên quan đến công tác thiết kế thi công kết cấu BTCT. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về sàn bê tông cốt thép Chương 2: Tính toán sàn theo phương pháp dải Chương 3: Các ví dụ tính toán THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 81 Kết luận và kiến nghị Kết luận: Luận văn đã nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông cốt thép. Các kết quả chính của luận văn bao gồm: - Luận văn tổng quan lại các phương pháp tính toán sàn bê tông cốt thép. - Đã nghiên cứu áp dụng phương pháp dải để tính toán sàn bê tông cốt thép. - Đã áp dụng phương pháp dải để tính toán cho một số trường hợp cụ thể. Kết quả áp dụng cho thấy phương pháp dải thuận lợi để tính toán sàn BTCT kể cả một số trường hợp đặc biệt như: sàn có lỗ mở, sàn có cạnh tự do,… - Qua so sánh việc tính toán sàn BTCT theo phương pháp dải và phương pháp đàn hồi, nhận thấy rằng: phương pháp dải cho bố trí cốt thép hợp lý hơn và tiết kiệm hơn. Kiến nghị: Phương pháp dải là một phương pháp tính toán sàn có nhiều ưu điểm nhưng chưa được giảng dạy cũng như đưa vào các tài liệu hướng dẫn bằng tiếng Việt. Chúng tôi kiến nghị cần đưa phương pháp này vào giảng dạy và biên soạn các tài liệu hướng dẫn các kỹ sư trong việc áp dụng thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: 1. TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế. 2. TCXDVN 5574: 2012. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế. 3. TCXDVN 9386: 2012. Thiết kế công trình chịu động đất. 4. Nguyễn Đình Cống, GS.TS Ngô Thế Phong, PGS. Phan Quang Minh - Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép - phần cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 2011. 5. Nguyễn Đình Cống - Sàn sườn bê tông toàn khối. Nhà xuất bản Xây dựng. 6. TS Vũ Mạnh Hùng - Sổ tay kết cấu công trình. Nhà xuất bản Xây dựng. 7. Hoàng Như Sáu - Tính kết cấu xây dựng bằng phương pháp sai phân hữu hạn, biến phân, và hỗn hợp sai phân hữu hạn – biến phân. Nhà xuất bản Xây dựng 1982. 8. Nguyễn Mạnh Yên - Phương pháp số trong cơ học kết cấu. Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội, 2008 9. Phạm Phú Tình - Phân tích sàn theo phương pháp dải. Tuyển tập công trình khoa học - chào mừng 40 năm truyền thống đào tạo trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội. 10. Phan Quang Minh - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước Tiếng Anh: 11. ACI 318-02. American standard. Building code requirements for concrete. 12. BS 8110: 1997 British standard. Structural use of concrete. 13. Arthur H. Nilson, David Darwin, Charles W. Dolan – Design of Concrete Structures. Keywords: luận văn thạc sĩ quy hoạch vùng và đô thị;Tổ chức không gian;Quản lý kiến trúc;Kiến trúc cảnh quan;Cảnh quan;Khu du lịch;Cải tạo chỉnh trang;Thiết kế đô thị - Cảnh quan;Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội;Quy hoạch;Du lịch sinh thái;Phát triển bền vững;Sinh Thái;bài luận kho học;Chuyên ngành Quy hoạch vùng và Đô thị;Chuyên ngành Xây dựng;Công trình dân dụng;Quản lý hạ tầng kỹ thuật;luận văn thạc sĩ kiến trúc;Quản lý dự án;Công trình công cộng;Xây dựng;Quản lý xây dựng;Ngân sách;Tạo hình kiến trúc;Lý thuyết kiến trúc;Biện pháp kỹ thuật;An toàn lao động;Thi công xây dựng;Điêu khắc;Di sản kiến trúc;Giải pháp quản lý;Kết cấu khung thép;Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật;Giải pháp xây dựng;Công tác đấu thầu;Chất lượng đấu thầu;Dự án đầu tư;Dự án xây dựng;Chất lượng xây dựng;Phương pháp tính toán;Tính toán xây dựng;Cọc;Chất lượng công trình;Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN;Thi công neo đất;Thi công;Tầng hầm;Nhà cao tầng;Nhà công nghiệp;Nhà ở công nhân;Chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp;Thạc Sỹ Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp;Phương pháp phần tử hữu hạn;Cảnh quan tự nhiên;Khu du lịch sinh thái;Quản lý chất thải rắn;Đô thị loại I;Chuyên ngành Kinh tế và Quản lý đô thị;Luận văn thạc sỹ Quản lý đô thị và công trình;Luận văn thạc sĩ Quản lý đô thị và công trình;Bê tộng cốt thép;Bê tông chịu xoắn;Nghiên cứu xây dựng;Phương pháp thi công;Chất lượng công trình;Móng nông;Công nghệ thi công;Panel tường rỗng;Công trình xây dựng;Phương pháp kích đẩy;