Bé Gi¸o dôc vµ §µo t¹o
Bé X©y dùng
Tr−êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi
Bïi TiÕn Dòng
Nghiªn cøu vµ so s¸nh c¸c ph−¬ng ph¸p
tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt
chuyªn ngµnh X©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp
Hµ Néi, 2011
Bé Gi¸o dôc vµ §µo t¹o
Bé X©y dùng
Tr−êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi
Bïi TiÕn Dòng
Nghiªn cøu vµ so s¸nh c¸c ph−¬ng ph¸p
tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
M· sè: 60. 58. 20
LuËn v¨n Th¹c sü Kü THUËT
chuyªn ngµnh X©y dùng c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc:
PGS. TS. v−¬ng ngäc l−u
Ts. nguyÔn ngäc nam
Hµ Néi, 2011
1
lêi nãi ®Çu
KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i kÕt cÊu ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt trong ngµnh
X©y dùng hiÖn nay. Lý thuyÕt tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ c¸c lo¹i cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp
c¬ b¶n nh− dÇm, cét, b¶n sµn ®−îc th¶o luËn trong rÊt nhiÒu tµi liÖu chuyªn ngµnh
vµ ®−îc quy ®Þnh trong Tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña ViÖt Nam còng nh− cña n−íc ngoµi.
DÇm cao bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i cÊu kiÖn xuÊt hiÖn ngµy cµng phæ biÕn trong
thiÕt kÕ nhµ cao tÇng. Lý thuyÕt tÝnh to¸n dÇm cao ®· ®−îc ®−a vµo tiªu chuÈn thiÕt
kÕ cña nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó tÝnh to¸n lo¹i cÊu kiÖn
nµy. LuËn v¨n dïng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n vµ ph−¬ng ph¸p sö dông m« h×nh
chèng gi»ng ®Ó tÝnh to¸n dÇm cao, mét lo¹i cÊu kiÖn c¬ b¶n cã ®Æc ®iÓm chÞu lùc
riªng mµ c¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ th«ng th−êng kh«ng ph¶n ¸nh ®óng t×nh tr¹ng
lµm viÖc vµ do vËy cho kÕt qu¶ kh«ng chÝnh x¸c. Qua ®ã cã nh÷ng so s¸nh nhËn xÐt
vµ c¸c ®Ò xuÊt khi sö dông tõng ph−¬ng ph¸p trong tÝnh to¸n.
Do tr×nh ®é vµ thêi gian cã h¹n, ch¾c ch¾n luËn v¨n cßn cã nh÷ng h¹n chÕ cÇn
®−îc hoµn thiÖn thªm. T¸c gi¶ mong muèn nhËn ®−îc sù quan t©m cña c¸c thÇy, c«
Bé m«n vµ nh÷ng ng−êi quan t©m ®Õn ®Ò tµi.
T¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¶m ¬n PGS. TS. V−¬ng Ngäc L−u, TS NguyÔn Ngäc
Nam ®· h−íng dÉn tËn t×nh trong thêi gian thùc hiÖn luËn v¨n.
2
lêi cam ®oan
T«i xin cam ®oan r»ng: LuËn v¨n: “ nghiªn cøu vµ so s¸nh c¸c ph−¬ng
ph¸p tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp ” lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng
m×nh t«i.
C¸c sè liÖu trong luËn v¨n ®−îc sö dông trung thùc, kh¸ch quan, cã tÝnh kÕ
thõa. KÕt qu¶ nghiªn cøu trong LuËn v¨n nµy lµ c¸c kÕt qu¶ ch−a tõng ®−îc c«ng bè
t¹i bÊt kú c«ng tr×nh nghiªn cøu nµo kh¸c tõ tr−íc tíi nay.
3
Môc lôc
Lêi c¶m ¬n
Lêi cam ®oan
Môc lôc
Danh môc c¸c kÝ hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t.
Danh môc c¸c b¶ng
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ.
PhÇn i:
PhÇn më ®Çu
PhÇn II:
néi dung luËn v¨n
Ch−¬ng 1:
Tæng quan hÖ thèng kÕt cÊu nhµ cao tÇng
Vµ dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
1.1. Tæng quan hÖ thèng kÕt cÊu nhµ cao tÇng.
13
1.1.1. C¸c cÊu kiÖn chÞu lùc c¬ b¶n:
13
1.1.2. C¸c hÖ kÕt cÊu nhµ cao tÇng.
13
1.1.2.1. HÖ kÕt cÊu c¬ b¶n:
13
1.1.2.2. HÖ kÕt cÊu hçn hîp.
20
1.1.2.3. HÖ kÕt cÊu t¹o kh«ng gian lín.
22
1.2. dÇm cao bª t«ng cèt thÐp.
25
1.2.1. §Þnh nghÜa dÇm cao:
25
1.2.1. Ph©n lo¹i vµ ph¹m vi sö dông dÇm cao BTCT trong x©y dùng.
26
1.2.2. Sù lµm viÖc cña dÇm cao bª t«ng cèt thÐp.
28
1.2.3. T×nh h×nh ph¸t triÓn nhµ cao tÇng cã hÖ thèng dÇm cao bª t«ng cèt thÐp 30
1.2.4. LÞch sö nghiªn cøu tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp.
31
4
Ch−¬ng ii:
C¸c Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dÇm cao Bª t«ng cèt thÐp
2.1. ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n
33
2.1.1. Ph©n tÝch øng suÊt - biÕn d¹ng trong dÇm cao b»ng ph−¬ng ph¸p PTHH 33
2.1.1.1. Kh¸i niÖm vÒ ph−¬ng ph¸p PTHH:
33
2.1.1.2. §−êng lèi chung gi¶i kÕt cÊu b»ng ph−¬ng ph¸p PTHH:
33
2.1.1.3. X©y dùng ma trËn ®é cøng phÇn tö [ K ]e .
34
2.1.2. Dïng ch−¬ng tr×nh Sap 2000 ®Ó ph©n tÝch tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng
cña dÇm cao bª t«ng cèt thÐp.
37
2.1.2.1. Giíi thiÖu:
37
2.1.2.2. Thùc hiÖn tÝnh to¸n dÇm cao b»ng Sap 2000.
38
2.2. ph−¬ng ph¸p sö dông m« h×nh chèng gi»ng
42
2.2.1. Ph©n vïng øng suÊt biÕn d¹ng cña c¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp
42
2.2.2. C¬ së cña m« h×nh chèng - gi»ng, c¸c gi¶ thiÕt ¸p dông .
43
2.2.2.1 C¬ së cña m« h×nh chèng - gi»ng.
43
2.2.2.2 C¸c gi¶ thiÕt ¸p dông
43
2.2.3. C¸c bé phËn cÊu thµnh cña m« h×nh chèng-gi»ng .
44
2.2.3.1. Thanh chèng bª t«ng chÞu nÐn
44
2.2.3.2. Thanh gi»ng cèt thÐp chÞu kÐo
44
2.2.3.3. Nót giµn
45
2.2.3.4. Qu¹t chÞu nÐn
47
2.2.3.5. Vïng chÞu nÐn xiªn
47
2.2.4. C¸c d¹ng ph¸ ho¹i cña m« h×nh chèng-gi»ng
48
2.2.5. Quy tr×nh thiÕt kÕ vïng D theo ph−¬ng ph¸p chèng-gi»ng.
48
2.2.6. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña thanh chèng
49
2.2.7. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña vïng nót
54
2.1.8. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña thanh gi»ng
57
2.1.9. TÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm cao sö dông m« h×nh chèng - gi»ng
58
5
Ch−¬ng iii:
vÝ dô tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
so s¸nh vµ kÕt luËn
3.1. vÝ dô tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
3.1.1. ThiÕt kÕ dÇm chÞu mét lùc tËp trung.
60
60
3.1.1.1 Theo ph−¬ng ph¸p PhÇn tö h÷u h¹n:
61
3.1.1.2 Theo ph−¬ng ph¸p chèng gi»ng
68
3.1.2 ThiÕt kÕ dÇm chÞu hai lùc tËp trung
73
3.1.2.1 Theo ph−¬ng ph¸p PhÇn tö h÷u h¹n:
73
3.1.2.2 Theo ph−¬ng ph¸p chèng gi»ng
80
3.2. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña hai ph−¬ng ph¸p.
PhÇn III :
85
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ
A. KÕt luËn:
87
1. NhËn xÐt chung vÒ hai ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dÇm cao.
87
a. VÒ s¬ ®å tÝnh to¸n:
87
b. VÒ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n:
87
c. VÒ kÕt qu¶ tÝnh to¸n:
88
2. Ph¹m vi ¸p dông
B. kiÕn nghÞ
89
1. KiÕn nghÞ khi vËn dông ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n.
89
2. KiÕn nghÞ khi vËn dông ph−¬ng ph¸p chèng gi»ng.
89
Tµi liÖu Tham Kh¶o
91
TiÕng ViÖt
91
TiÕng Anh
92
6
Danh môc c¸c kÝ hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t:
b, h, L
BÒ réng, chiÒu cao, nhÞp cña dÇm.
A, b
ChiÒu cao, chiÒu réng lç khoÐt.
P
T¶i träng tËp trung t¸c dông lªn dÇm.
q
T¶i träng ph©n bè t¸c dông lªn dÇm.
PTHH
PhÇn tö h÷u h¹n.
{δ }
Vecto chuyÓn vÞ nót.
{ε }
Vecto biÕn d¹ng.
{F}
Vecto lùc nót.
{σ }
Vecto øng suÊt.
{Φ}
Vecto chuyÓn vÞ.
{α }
BiÕn sè tæng qu¸t - h»ng Èn sè.
[N ]
Hµm d¹ng.
t
BÒ dµy cña phÇn tö dÇm.
∆
DiÖn tÝch cña phÇn tö dÇm.
[ K ] ;[ K ]
Ma trËn ®é cøng cña phÇn tö vµ cña toµn kÕt cÊu.
σ x ;σ y
C¸c thµnh phÇn øng suÊt theo ph−¬ng X, Y trong dÇm.
σ max ;σ min
C¸c thµnh phÇn øng suÊt kÐo chÝnh vµ nÐn chÝnh trong dÇm.
τ xy
Thµnh phÇn øng suÊt tiÕp trong dÇm.
E
Modun ®µn håi cña vËt liÖu.
T
Néi lùc kÐo trong thanh chÞu kÐo.
C
Néi lùc nÐn trong thanh chÞu nÐn.
e
Mét sè kÝ hiÖu theo ACI
fc'
C−êng ®é chÞu nÐn ®Æc tr−ng cña bª t«ng.
fce
C−êng ®é chÞu nÐn hiÖu qu¶ cña bª t«ng.
7
v
HÖ sè hiÖu qu¶ cña bª t«ng.
bw ; h; jh
ChiÒu dµy th©n dÇm, chiÒu cao dÇm, c¸nh tay ®ßn.
ln
NhÞp dÇm.
σ x ;σ y
Lùc c¾t vµ lùc c¾t g©y ra do c¸c t¶i träng nh©n hÖ sè
Fnt
C−êng ®é cña thanh gi»ng.
Ast
DiÖn tÝch cèt thÐp trong thanh gi»ng chÞu kÐo.
Fn
Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña thanh gi»ng hoÆc vïng nót thñy tÜnh.
Fu
Lùc t¸c dông t¹i thanh chèng, gi»ng hoÆc nót.
Fns
Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña thanh chèng.
Ac
DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang hiÖu qu¶ t¹i ®Çu mót cña thanh chèng theo
ph−¬ng vu«ng gãc víi trôc thanh.
As'
DiÖn tÝch cèt thÐp chÞu nÐn trong thanh chèng.
Danh môc c¸c b¶ng
B¶ng 2.1: C−êng ®é chÞu nÐn hiÖu qu¶ cña bª t«ng trong thanh chèng....................53
B¶ng 2.2: C−êng ®é chÞu nÐn hiÖu qu¶ cña bª t«ng trong vïng nót..........................56
B¶ng 3.1: øng suÊt σ x trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................................62
B¶ng 3.2: øng suÊt σ y trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................................63
B¶ng 3.3: øng suÊt σ x trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................................74
B¶ng 3.4: øng suÊt σ y trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................................75
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ
H×nh 1.1: S¬ ®å kÕt cÊu hÖ khung chÞu lùc................................................................14
H×nh 1.2.....................................................................................................................14
H×nh 1.4.....................................................................................................................15
H×nh 1.5: C¸c s¬ ®å t−êng chÞu lùc ...........................................................................15
H×nh 1.6: C¸c d¹ng t−êng cøng th«ng dông..............................................................16
8
H×nh 1.7.....................................................................................................................16
H×nh 1.8: Hép t−êng cã d¹ng m¹ng ..........................................................................18
H×nh 1.10...................................................................................................................19
H×nh 1.11...................................................................................................................21
H×nh 1.12...................................................................................................................22
H×nh 1.13...................................................................................................................23
H×nh 1.14: DÇm cao ®ì cét v¸ch ...............................................................................24
H×nh 1.15: DÇm cao ®ì c¸c tÇng nhµ bªn trªn ..........................................................24
H×nh 1.16: Mét d¹ng øng dông cña dÇm cao ............................................................25
H×nh 1.17: DÇm cao bª t«ng cèt thÐp th−êng............................................................26
H×nh 1.18: DÇm cao bª t«ng cèt thÐp dù øng lùc......................................................27
H×nh 1.19: DÇm cao b»ng kÕt cÊu thÐp .....................................................................27
H×nh 1.20: Quü ®¹o øng suÊt.....................................................................................28
H×nh 1.21: DÇm cao chÞu t¶i träng mÐp ®¸y .............................................................29
H×nh 2.1: M« h×nh dÇm cao khoÐt lç ch÷ nhËt chÞu t¶i tËp trung gi÷a nhÞp..............40
H×nh 2.2: M« h×nh dÇm cao kh«ng khoÐt lç chÞu 2 t¶i tËp trung. .............................40
H×nh 2.3: M« h×nh dÇm cao kh«ng khoÐt lç chÞu 2 t¶i tËp trung vµ ph©n bè............40
H×nh 2.4: M« h×nh dÇm cao khoÐt lç nhiÒu nhÞp.......................................................41
H×nh 2.5: Mét d¹ng biÓu ®å øng suÊt σ x ..................................................................41
H×nh 2.6: Mét d¹ng biÓu ®å øng suÊt σ y ..................................................................41
H×nh 2.7: C¸c vïng B vµ vïng D ...............................................................................42
H×nh 2.8: Thanh chèng h×nh l¨ng trô, h×nh qu¹t vµ h×nh chai...................................44
H×nh 2.9: Ph©n lo¹i nót..............................................................................................45
H×nh 2.10: Vïng nót thuû tÜnh (a) CCC vµ (b) CCT .................................................46
H×nh 2.11: Vïng nót më réng (a) mét líp cèt thÐp (b) nhiÒu líp cèt thÐp ............46
H×nh 2.12: Vïng chÞu nÐn vµ qu¹t chÞu nÐn..............................................................47
H×nh 3.1: DÇm cao chÞu mét lùc tËp trung ................................................................61
H×nh 3.2: S¬ ®å kÕt cÊu .............................................................................................61
H×nh 3.3: S¬ ®å kÕt cÊu trong Sap .............................................................................61
H×nh 3.4: BiÓu ®å σ x ................................................................................................62
9
H×nh 3.5: BiÓu ®å biÓu diÔn σ x trªn 1/2 nhÞp dÇm ...................................................62
H×nh 3.6: BiÓu ®å σ y ................................................................................................63
H×nh 3.7: BiÓu ®å biÓu diÔn σ y trªn 1/2 nhÞp dÇm ...................................................63
H×nh 3.8: BiÓu ®å quü ®¹o øng suÊt Smax ................................................................64
H×nh 3.9: BiÓu ®å quü ®¹o øng suÊt Smin .................................................................64
H×nh 3.10: BiÓu ®å biÓu diÔn τ xy ...............................................................................65
H×nh 3.11: Bè trÝ cèt thÐp cho dÇm cao chÞu mét lùc tËp trung
Tr−êng hîp thiÕt kÕ dÇm theo ph−¬ng ph¸p PTHH...................................................67
H×nh 3.12: S¬ ®å tÝnh to¸n.........................................................................................69
H×nh 3.13: M« h×nh chèng-gi»ng theo tû lÖ ..............................................................70
H×nh 3.14: Bè trÝ cèt thÐp cho dÇm cao chÞu mét lùc tËp trung
Tr−êng hîp thiÕt kÕ dÇm theo ph−¬ng ph¸p chèng-gi»ng.........................................72
H×nh 3.15: DÇm cao chÞu hai lùc tËp trung ...............................................................73
H×nh 3.16: S¬ ®å kÕt cÊu ...........................................................................................73
H×nh 3.17: S¬ ®å kÕt cÊu trong Sap ...........................................................................73
H×nh 3.18: BiÓu ®å σ x ..............................................................................................74
H×nh 3.19: BiÓu ®å biÓu diÔn σ x trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................74
H×nh 3.20: BiÓu ®å σ y ..............................................................................................75
H×nh 3.21: BiÓu ®å biÓu diÔn σ y trªn 1/2 nhÞp dÇm .................................................75
H×nh 3.22: BiÓu ®å quü ®¹o øng suÊt Smax ..............................................................76
H×nh 3.23: BiÓu ®å quü ®¹o øng suÊt Smin ...............................................................76
H×nh 3.24: BiÓu ®å biÓu diÔn τ xy ...............................................................................77
H×nh 3.25: Bè trÝ cèt thÐp cho dÇm cao chÞu mét lùc tËp trung
Tr−êng hîp thiÕt kÕ dÇm theo ph−¬ng ph¸p chèng-gi»ng.........................................80
H×nh 3.22: Chän m« h×nh chèng gi»ng cho dÇm ......................................................81
H×nh 3.23: S¬ ®å ®Æt lùc trong ®o¹n ®Çu dÇm cao ....................................................82
H×nh 3.24: Bè trÝ cèt thÐp cho dÇm cao chÞu hai lùc tËp trung
Tr−êng hîp thiÕt kÕ dÇm theo ph−¬ng ph¸p chèng-gi»ng.........................................84
10
PhÇn i:
PhÇn më ®Çu
1. Lý do chän ®Ò tµi ®Ò tµi:
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, viÖc thiÕt kÕ, thi c«ng nhµ cao tÇng kh«ng cßn míi
mÎ víi chóng ta. Tõ nh÷ng n¨m 1990, cïng víi sù ph¸t triÓn kinh tÕ, do nhu cÇu vÒ
nhµ ë, dÞch vô, c¸c c«ng tr×nh c«ng céng nªn vÊn ®Ò thiÕt kÕ, thi c«ng nhµ cao tÇng
®· b¾t ®Çu du nhËp vµo ViÖt Nam.
Qua gÇn 20 n¨m ph¸t triÓn, hiÖn nay cã thÓ nãi nhµ cao tÇng ®ang trong giai
®o¹n ph¸t triÓn rÇm ré ë n−íc ta. ë n−íc ta hiÖn nay quy m«, chiÒu cao cña nhµ cao
tÇng còng rÊt ®a d¹ng, nã phô thuéc vµo nhu cÇu sö dông, tæng møc ®Çu t− cña c¸c
nhµ ®Çu t−, quy ®Þnh cña Së quy ho¹ch kiÕn tróc c¸c ®Þa ph−¬ng…C¸c chung c−
thuÇn tuý cao tõ 15-30 tÇng nh− khu ®« thÞ míi Trung Hoµ Nh©n ChÝnh, khu ®« thÞ
míi Nam Trung Yªn , khu ®« thÞ míi B¾c Linh §µm ... C¸c hçn hîp v¨n phßng cho
thuª vµ chung c− th−êng cao tõ 20-34 tÇng nh− khu ®« thÞ míi Trung Hoµ Nh©n
ChÝnh, khu ®« thÞ míi Mü §×nh, toµ nhµ ThuËn KiÒu (Thµnh Phè Hå ChÝ Minh)...
ThËm chÝ cã c¸c toµ nhµ ®ang x©y dùng cao tíi 65 tÇng (toµ nhµ Landmark -LiÔu
Giai -Hµ Néi ), cao tíi 70 tÇng (toµ nhµ Keangnam - ®−êng Ph¹m Hïng - Hµ Néi)....
Tuy nhiªn mçi h×nh thøc kiÕn tróc hay mçi hÖ kÕt cÊu nã th−êng chØ phï hîp víi
mét d¹ng c«ng n¨ng, nhu cÇu sö dông cô thÓ.
Mét thùc tÕ ®ang tån t¹i ®ã lµ xu h−íng nhµ ë hçn hîp, ®ã lµ trong nhµ cao tÇng
sö dông c¸c tÇng hÇm lµm garage ®Ó xe, mét vµi tÇng tiÕp theo ®Ó lµm dÞch vô nhµ
hµng, siªu thÞ... cÇn nh÷ng kh«ng gian lín. MÆt kh¸c t¹i c¸c c¨n hé còng cÇn cã
nh÷ng kh«ng gian hiÖu qu¶ h¬n. Vµ nh− vËy kh«ng ph¶i hÖ kÕt cÊu nµo còng cã thÓ
phï hîp mét c¸ch hiÖu qu¶ víi vÊn ®Ò nãi trªn. HÖ kÕt cÇu cã sö dông dÇm cao ®ì
cét, ®ì v¸ch tá ra rÊt −u viÖt trong vÊn ®Ò nµy.
KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i kÕt cÊu ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt trong ngµnh
x©y dùng hiÖn nay. Lý thuyÕt tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ c¸c lo¹i cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp
c¬ b¶n nh− dÇm, cét, b¶n sµn ®−îc ®Ò cËp trong rÊt nhiÒu tµi liÖu chuyªn ngµnh vµ
®−îc quy ®Þnh trong Tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña ViÖt Nam còng nh− cña n−íc ngoµi.
11
ViÖc nghiªn cøu tÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn dÇm cã chiÒu cao lín víi nhiÒu m« h×nh
vµ ph−¬ng ph¸p ®· ®−îc thùc hiÖn, øng dông nhiÒu ë §øc vµ c¸c n−íc Ch©u ¢u.
Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n vµ øng dông m« h×nh
chèng-gi»ng ®· ®−îc ghi nhËn vµ tõng b−íc ®−a vµo tiªu chuÈn tÝnh to¸n kÕt cÊu bª
t«ng cèt thÐp cña ACI - Hoa Kú. Tuy nhiªn trong thùc tÕ, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ theo
ph−¬ng ph¸p nµy cßn Ýt ®−îc th¶o luËn trong c¸c tµi liÖu cña ViÖt Nam vµ ch−a ®−îc
®Ò cËp tíi trong tiªu chuÈn thiÕt kÕ c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp TCVN 5574:1991.
XuÊt ph¸t tõ nh÷ng lý do trªn mµ t¸c gi¶ lùa chän vµ nghiªn cøu ®Ò tµi nµy.
2. Môc ®Ých nghiªn cøu:
Tõ viÖc nghiªn cøu ®Ò tµi, t¸c gi¶ mong muèn bæ sung n©ng cao kiÕn thøc vµ
t×m hiÓu s©u h¬n vÒ kÕt cÊu dÇm cao trong nhµ cao tÇng. Qua ®ã cã c¸i nh×n ®Çy ®ñ
h¬n vÒ dÇm cao, tõ ph¹m vi sö dông, ®Õn lùa chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n cÊu t¹o sao
cho hiÖu qu¶ nhÊt.
3. §èi t−îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu:
§èi t−îng nghiªn cøu trong ph¹m vi luËn v¨n lµ dÇm cao BTCT mét nhÞp, chÞu
t¶i tËp trung. VÒ mÆt lý thuyÕt t¸c gi¶ sö dông c¸c nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p sè,
c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ kÕt cÊu theo tiªu chuÈn ACI. Cßn trong tÝnh to¸n thùc hµnh cã sö
dông phÇn mÒm tÝnh to¸n kÕt cÊu Sap-v9.03 ®Ó tÝnh to¸n cho c¸c cÊu kiÖn dÇm cao.
4. Néi dung nghiªn cøu:
Dïng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®Ó t×m tr¹ng th¸i øng suÊt, biÕn d¹ng cña
mét sè cÊu kiÖn dÇm cao mét nhÞp, nhiÒu nhÞp, kh«ng khoÐt lç, cã më lç. Sau ®ã vÏ
c¸c quy luËt ph©n bè øng suÊt - biÕn d¹ng. Tõ tr−êng øng suÊt - biÕn d¹ng cña dÇm
cao, tÝnh to¸n vµ cÊu t¹o thÐp hîp lý, so s¸nh, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶.
Trong ph−¬ng ph¸p chèng - gi»ng, ®−a ra m« h×nh m« t¶ chÞu lùc. TÝnh to¸n néi
lùc víi c¸c d¹ng dÇm cao nh− trong ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, sau ®ã tÝnh to¸n
vµ bè trÝ cèt thÐp.
So s¸nh −u nh−îc ®iÓm cña 2 ph−¬ng ph¸p trªn trong tõng tr−êng hîp, vµ nªu
nªn ph¹m vi øng dông cña tõng ph−¬ng ph¸p.
12
5. H−íng kÕt qu¶ nghiªn cøu:
Ph−¬ng ph¸p PhÇn tö h÷u h¹n lµ c¬ së ®Ó x©y dùng c¸c phÇn mÒm tÝnh to¸n kÕt
cÊu hiÖn nay nh− Sap, Etab, … VÒ lý thuyÕt tÝnh to¸n ph−¬ng ph¸p nµy rÊt cång
kÒnh, phøc t¹p vµ khã cã thÓ gi¶i quyÕt b»ng tay nÕu cã nhiÒu phÇn tö. Nh−ng ngµy
nay víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh, c¸c phÇn mÒm chuyªn ngµnh th× ®©y lµ ph−¬ng
ph¸p −u viÖt cã thÓ gi¶i quyÕt tÊt c¶ vµ trän vÑn c¸c bµi to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh.
Ph−¬ng ph¸p chèng gi»ng gióp cho c¸c kÜ s− kÕt cÊu cã mét c¸i nh×n ®Çy ®ñ vµ
toµn diÖn vÒ qu¸ tr×nh lµm viÖc cña dÇm cao. Tuy nhiªn ®©y lµ c¸ch tÝnh mang nhiÒu
tÝnh lý thuyÕt vµ chØ dõng ë møc ®é gi¶i quyÕt c¸c kÕt cÊu dÇm cao ®¬n gi¶n. §èi
víi c¸c tr−êng hîp phøc t¹p h¬n ( dÇm nhiÒu nhÞp, cã më lç, …) ph−¬ng ph¸p nµy
ch−a cã lêi gi¶i cô thÓ.
6. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi:
§Ò tµi tæng kÕt qu¸ tr×nh nghiªn cøu, tÝnh to¸n dÇm cao bª t«ng cèt thÐp. Qua
®ã phÇn nµo gióp ng−êi thiÕt kÕ cã c¸i nh×n ®−îc ®Çy ®ñ h¬n vÒ dÇm cao - mét lo¹i
cÊu kiÖn ngµy cµng xuÊt hiÖn nhiÒu h¬n trong gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vÒ nhµ cao
tÇng hiÖn nay. C«ng viÖc tÝnh to¸n c¸c kÜ s− chñ yÕu ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸c phÇn
mÒm chuyªn ngµnh (theo ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ), nh−ng khi triÓn khai trªn
b¶n vÏ thi c«ng th× nh÷ng néi dung cña ph−¬ng ph¸p chèng - gi»ng sÏ gióp cho viÖc
bè trÝ thÐp ®−îc râ rµng, kinh tÕ.
13
néi dung luËn v¨n
PhÇn II:
Ch−¬ng 1:
Tæng quan hÖ thèng kÕt cÊu nhµ cao tÇng
Vµ dÇm cao bª t«ng cèt thÐp
1.1. Tæng quan hÖ thèng kÕt cÊu nhµ cao tÇng.
1.1.1. C¸c cÊu kiÖn chÞu lùc c¬ b¶n: [1]
C¸c cÊu kiÖn chÝnh t¹o thµnh c¸c hÖ chÞu lùc nhµ cao tÇng bao gåm:
- CÊu kiÖn d¹ng thanh : cét, dÇm, thanh chèng, gi»ng.
- CÊu kiÖn d¹ng ph¼ng : TÊm t−êng, tÊm sµn (tÊm ph¼ng hoÆc tÊm cã s−ên).
- CÊu kiÖn d¹ng hép.
Trong nhµ cao tÇng, sµn c¸c tÇng, ngoµi kh¶ n¨ng chÞu uèn do t¶i träng th¼ng
®øng, cßn ph¶i cã ®é cøng lín ®Ó kh«ng bÞ biÕn d¹ng trong mÆt ph¼ng khi truyÒn t¶i
träng ngang vµo cét, v¸ch, lâi nªn cßn gäi lµ nh÷ng sµn cøng (tÊm cøng).
1.1.2. C¸c hÖ kÕt cÊu nhµ cao tÇng.
Tuú theo chiÒu cao cña c«ng tr×nh, hÖ kÕt cÊu chÞu lùc nhµ cao tÇng cã nhiÒu
ph−¬ng ¸n cÊu t¹o kh¸c nhau. NhiÖm vô thiÕt kÕ kÕt cÊu lµ lùa chän ra mét gi¶i ph¸p
kÕt cÊu hîp lý nh»m tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu nãi trªn, riªng vÒ tÝnh to¸n kÕt cÊu cÇn
b¶o ®¶m tr−íc hÕt lµ c−êng ®é vµ chuyÓn vÞ ngang t¹i ®Ønh c«ng tr×nh còng nh− c¸c
gia sè chuyÓn vÞ ngang gi÷a c¸c møc sµn tÇng. VÒ c¬ b¶n, hÖ kÕt cÊu nhµ cao tÇng
chia ra c¸c lo¹i chÝnh nh− sau:
1.1.2.1. HÖ kÕt cÊu c¬ b¶n: [1] , [8]
a. HÖ khung chÞu lùc:
HÖ kÕt cÊu khung ®−îc t¹o thµnh tõ c¸c cÊu kiÖn ®øng (cét) vµ c¸c cÊu kiÖn n»m
ngang (dÇm), chóng liªn kÕt cøng víi nhau t¹i ®iÓm giao nhau (nót) (h×nh 1.1.a).
Trong c¸c nhµ khung, c¸c khung ph¼ng l¹i liªn kÕt víi nhau qua c¸c dÇm ngang
t¹o thµnh khung kh«ng gian cã mÆt b»ng vu«ng, ch÷ nhËt, trßn hay ®a gi¸c...(h×nh
1.1.b, c, d, e)
14
nót
cét
b)
c)
dÇm
a)
d)
e)
H×nh 1.1: S¬ ®å kÕt cÊu hÖ khung chÞu lùc
D−íi t¸c dông cña t¶i träng (gåm t¶i träng ®øng vµ t¶i träng ngang) th× khung
chÞu lùc ®−îc nhê vµo kh¶ n¨ng chÞu c¾t vµ chÞu uèn cña c¸c thanh (h×nh 1.2) .
Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña khung phô thuéc kh«ng nh÷ng vµo kh¶ n¨ng chÞu t¶i riªng
biÖt cña c¸c cÊu kiÖn thanh mµ cßn phô thuéc vµo ®é cøng liªn kÕt nót khung.
ChuyÓn vÞ ngang tæng thÓ cña khung cøng gåm hai phÇn riªng biÖt:
- ChuyÓn vÞ ngang do uèn khung, khi ta coi khung nh− mét thanh c«ng son.
ChuyÓn vÞ ngang nãi trªn cã ®−îc lµ do sù d·n dµi vµ co ng¾n cña c¸c cét khi chÞu
momen lËt (nã chiÕm kho¶ng 20% tæng chuyÓn vÞ ngang cña toµn nhµ) (h×nh 1.3.b).
- ChuyÓn vÞ ngang do uèn c¸c thanh thµnh phÇn. ChuyÓn vÞ nµy cã ®−îc lµ do lùc
tr−ît ®øng, lùc tr−ît ngang t¸c dông lªn cét, dÇm g©y ra m« men uèn trong chóng
(nã chiÕm kho¶ng 80% tæng chuyÓn vÞ ngang cña toµn nhµ, trong ®ã 65% do biÕn
d¹ng dÇm, 15% do biÕn d¹ng cét) (h×nh 1.3.c).
a)
H×nh 1.2
b)
H×nh 1.3: ChuyÓn vÞ ngang cña khung
c)
15
VÒ tæng thÓ, biÕn d¹ng ngang cña khung cøng thuéc lo¹i biÕn d¹ng c¾t. §Ó t¨ng
®é cøng ngang cña khung, cã thÓ bè trÝ thªm c¸c thanh xiªn t¹i mét sè nhÞp trªn
suèt chiÒu cao cña nhÞp (h×nh 1.4.a) vµ thªm c¸c dµn ngang (h×nh 1.4.b) nÕu cÇn. §é
cøng cã thÓ t¨ng 30%.
a)
H×nh 1.4
b)
HÖ kÕt cÊu khung cã kh¶ n¨ng t¹o ra c¸c kh«ng gian lín, linh ho¹t, thÝch hîp víi
c¸c c«ng tr×nh c«ng céng. HÖ kÕt cÊu khung cã s¬ ®å lµm viÖc râ rµng dÔ kiÓm so¸t
trong kh©u tÝnh to¸n thiÕt kÕ.
Nh−îc ®iÓm chÝnh lµ ë chç do ®é cøng kh¸ng uèn thÊp theo ph−¬ng ngang dÉn
®Õn kÐm hiÖu qu¶ khi chiÒu cao cña c«ng tr×nh lµ lín. Trong thùc tÕ, kÕt cÊu khung
bª t«ng cèt thÐp ®−îc sö dông cho c¸c c«ng tr×nh cã chiÒu cao ®Õn 20 tÇng (®èi víi
®éng ®Êt cÊp 7); 15 tÇng (®èi víi ®éng ®Êt cÊp 8); 10 tÇng (®èi víi ®éng ®Êt cÊp 9).
b. HÖ t−êng chÞu lùc:
Trong hÖ kÕt cÊu nµy c¸c cÊu kiÖn th¼ng ®øng chÞu lùc cña nhµ lµ c¸c cÊu kiÖn
t−êng ph¼ng. C¨n cø vµo c¸ch bè trÝ c¸c tÊm t−êng chÞu t¶i träng ®øng (lµm gèi tùa
cho sµn) mµ nhµ ®−îc chia thµnh c¸c s¬ ®å sau:
T−êng däc chÞu lùc : HÖ t−êng ph¼ng ®Æt däc theo chiÒu dµi nhµ (H×nh 1.5.a)
T−êng ngang chÞu lùc: HÖ t−êng ph¼ng ®Æt theo ph−¬ng c¹nh ng¾n ng«i nhµ
T−êng ngang vµ t−êng däc cïng chÞu lùc : (H×nh 1.5.c)
a)
b)
H×nh 1.5: C¸c s¬ ®å t−êng chÞu lùc
c)
16
Trong nhµ cã t−êng chÞu lùc, khi cã t¶i träng ngang t¸c ®éng vµo ng«i nhµ th× c¸c
t−êng song song víi ph−¬ng t¸c dông cña t¶i träng ®−îc coi lµ c¸c t−êng cøng vµ
ngoµi viÖc chÞu t¸c dông cña t¶i träng th¼ng ®øng nã cßn chÞu lùc tr−ît do t¶i träng
ngang g©y ra.
C¸ch øng xö cña t−êng cøng khi chÞu t¶i träng ngang lín phô thuéc vµo d¹ng
mÆt b»ng cña t−êng, lùc qu¸n tÝnh xuÊt hiÖn khi t−êng bÞ uèn.
H×nh 1.6: C¸c d¹ng t−êng cøng th«ng dông
Trong hÖ kÕt cÊu t−êng chÞu lùc th× b¶n th©n c¸c t−êng hay bÞ khoÐt lç ®Ó phôc
vô cho giao th«ng (cöa thang m¸y, cöa ®i, cöa sæ). ChÝnh kÝch th−íc, vÞ trÝ c¸c lç
cöa nµy nã ¶nh h−ëng tíi sù lµm viÖc cña t−êng. Nh−ng nÕu nh− khèi l−îng lç cöa,
kÝch th−íc lç cöa lµ kh«ng lín l¾m th× cã thÓ coi nh− t−êng ®Æc. Vµ c¸c lç cöa nªn
t¹o ra trªn mét ®−êng th¼ng.
c. HÖ cã lâi cøng chÞu lùc:
Lâi cã vá hép rçng, tiÕt diÖn kÝn hoÆc hë. ë s¬ ®å nµy, nã lµ bé phËn duy nhÊt
nhËn toµn bé t¶i träng ®øng vµ ngang t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh vµ truyÒn chóng xuèng
nÒn. PhÇn kh«ng gian bªn trong lâi sÏ bè trÝ c¸c thiÕt bÞ vËn chuyÓn theo ph−¬ng
®øng ( thang m¸y, cÇu thang...), c¸c ®−êng èng kü thuËt: cÊp tho¸t n−íc, ®iÖn...
H×nh d¹ng, sè l−îng, c¸ch bè trÝ c¸c lâi cøng chÞu lùc trong mÆt b»ng nhµ rÊt ®a
d¹ng. Sau ®©y lµ mét vµi lo¹i bè trÝ lâi cøng (H×nh 1.7).
Nhµ cã thÓ lâi trßn, h×nh ch÷ nhËt, tam gi¸c vµ cã thÓ kÝn hay hë. Nhµ cã mét lâi
hay nhiÒu lâi, lâi n»m trong nhµ, theo chu vi nhµ hoÆc ngoµi nhµ.
H×nh 1.7
17
Lâi cøng cã thÓ xem nh− mét c«ng son lín th¼ng ®øng. Trong lâi sÏ ph¸t sinh ra
c¸c øng suÊt do uèn, c¾t vµ xo¾n t−¬ng tù nh− ë thµnh hép kÝn.
Ph¶n øng ë lâi khi chÞu t¶i träng ngang phô thuéc vµo h×nh d¸ng, ®é cøng vµ møc
®é ®ång nhÊt cña nã còng nh− h−íng t¸c ®éng cña t¶i träng. Th−êng th× däc theo
chiÒu cao cã nhiÒu lç cöa, biÕn d¹ng tæng thÓ cña lâi cøng phô thuéc vµo kÝch th−íc
vµ sè l−îng c¸c lç cöa.
§èi víi nhµ chØ cã mét lâi cøng, tuú thuéc vµo c¸ch truyÒn t¶i sµn vµo lâi mµ cã
thÓ chia thµnh c¸c s¬ ®å sau ®©y: C«ng son, ª ke, gi¸ ®ì vµ treo.
ë s¬ ®å c«ng son, b¶n sµn ®−îc ngµm trùc tiÕp vµo lâi tùa hoÆc treo vµo c¸c dÇm
c«ng son nh« ra tõ lâi cã chiÒu cao ®óng b»ng mét tÇng. Nh÷ng øng suÊt xuÊt hiÖn
trong lâi do uèn vµ tr−ît g©y ra t−¬ng tù nh− øng suÊt trong hép kÝn kh«ng bÞ biÕn
d¹ng trong mÆt ph¼ng cña cÊu kiÖn.
ë s¬ ®å eke kh¸c víi s¬ ®å c«ng son, c¸c dÇm ®ì sµn liªn kÕt l¹i víi nhau t¹o
thµnh c¸c dÇm t−êng c«ng son lín. Do ®é cøng lín cña c¸c dÇm nµy nªn s¬ ®å ªke
lµm viÖc tèt h¬n s¬ ®å tr−íc. §èi víi nhµ cã nhiÒu lâi, tuú theo c¸ch gi¶i quyÕt gèi
tùa sµn mµ ph©n thµnh c¸c s¬ ®å sau: dÇm c«ng son, cÇu vµ gi¸ ®ì.
HÖ kÕt cÊu lâi cøng ®−îc dïng cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng trong vïng cã ®iÒu
kiÖn ®Þa chÊt phøc t¹p (xö lý nÒn mãng trong ph¹m vÞ hÑp). Ngoµi ra khi cã ®éng
®Êt, do nhµ cã ®é cøng ngang bÐ nªn t¶i träng do ®éng ®Êt g©y ra cã ®é lín nhá h¬n
so víi c¸c c«ng tr×nh thuéc c¸c hÖ kÕt cÊu kh¸c cã cïng kÝch th−íc.
d. HÖ hép chÞu lùc:
Hép trong nhµ còng gièng nh− lâi, hîp thµnh tõ c¸c t−êng ®Æc hoÆc cã lç cöa.
Hép ngoµi biªn cã diÖn tÝch mÆt ph¼ng lín, ®−îc t¹o thµnh tõ c¸c cét cã kho¶ng
c¸ch nhá liªn kÕt víi nhau bëi c¸c thanh ngang hoÆc thanh chÐo cã chiÒu cao lín
theo ph−¬ng ngang hoÆc chÐo t¹o nªn nh÷ng mÆt nhµ d¹ng khung - l−íi, cã h×nh
d¸ng phï hîp víi c¸c gi¶i ph¸p kiÕn tróc mÆt ®øng.
Trong phÇn tÝnh to¸n ng−êi ta gi¶ thiÕt r»ng: khi chÞu t¶i träng ngang, nh÷ng kÕt
cÊu phÝa bªn ngoµi ®−îc xem nh− mét thanh c«ng son kÝn hoµn chØnh cã mÆt c¾t
18
h×nh hép. PhÇn hép ngoµi chÞu toµn bé hay phÇn lín t¶i träng giã t¸c ®éng vµo c«ng
tr×nh. VÒ kÕt cÊu hép ®−îc chia ra lµm c¸c lo¹i kÕt cÊu chÝnh.
Hép cã d¹ng l−íi kh«ng gian kh«ng thanh chÐo:
HÖ kÕt cÊu nµy thùc chÊt ®−îc ph¸t triÓn tõ hÖ kÕt cÊu cæ ®iÓn khung cøng trong
nhµ cao tÇng. Hép phÝa ngoµi ®−îc t¹o ra bëi hÖ thèng l−íi cét vµ dÇm rÊt dµy (h×nh
1.8). S¬ ®å lo¹i nµy n©ng cao ®−îc ®é cøng theo ph−¬ng ngang vµ ®é cøng khi chÞu
xo¾n còng nh− h¹n chÕ ®−îc ®é vâng theo mÆt b»ng phÝa trong nhµ.
Tuy nhiªn ®Æc tr−ng lµm viÖc thùc tÕ cña hÖ kÕt cÊu nµy n»m trung gian gi÷a s¬
®å biÕn d¹ng cña ng«i nhµ nh− c«ng son chÞu uèn vµ hÖ khung ®¬n gi¶n. C¸c mÆt
cña hép song song víi h−íng giã, cã t¸c dông lµm viÖc nh− nh÷ng khung cøng
nhiÒu nhÞp, nã lµm viÖc ®éc lËp øng víi ®é vâng nhÊt ®Þnh cña dÇm ®ì. §é vâng nµy
g©y ra do mÐo hÖ v× tr−ît hay cßn gäi lµ sù vªnh khi tr−ît. Khi ®ã c¸c cét vµ dÇm bÞ
uèn. Thùc chÊt nã lµm viÖc gièng nh− ®èi víi kÕt cÊu khung cøng (®é vâng theo
ph−¬ng ngang ®−îc x¸c ®Þnh bëi hai thµnh phÇn gåm mét phÇn do uèn khung khi ta
xem chóng lµm viÖc nh− mét thanh c«ng son, phÇn thø hai lµ do dÇm vµ cét bÞ uèn).
¶nh h−ëng cña sù vªnh tiÕt diÖn ®Õn sù lµm viÖc cña hép kÝn chÝnh lµ cã sù ph©n
phèi phi tuyÕn t¶i träng däc trôc ®Õn c¸c cét, chÝnh v× vËy mµ cét gãc chÞu t¶i träng
~1,5m
nhiÒu h¬n cét gi÷a (h×nh 1.9).
~1,5m
H×nh 1.8: Hép t−êng cã d¹ng m¹ng
l−íi kh«ng cã thanh chÐo.
H×nh 1.9
- Xem thêm -
.PDF 
94 
217 
135 
