Tài liệu Xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung vách bê tông cốt thép

LỜI CẢM ƠN Qua quá trình nghiên cứu và học tập của bản thân, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, luận văn thạc sĩ ứng dụng “Xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép” đã được học viên hoàn thành. Để có được kết quả này, học viên xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo TS. Trần Anh Thiện đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn này. Đồng thời xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo của khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, gia đình, bạn bè đã động viên để học viên hoàn thành xong luận văn này. Dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân còn hạn hẹp nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Học viên mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành để học viên hoàn thiện hơn đề tài này Xin trân trọng cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng 9 năm 2019 Học viên thực hiện Hồ Ngọc Văn Chí XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG-VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên: Hồ Ngọc Văn Chí, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 85.80.201 Khóa: 35. Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt- Kết cấu khung vách đang được sử dụng rất phổ biến trong các nhà cao tầng ở Việt Nam. Hiện nay, việc thiết kế kết cấu khung vách đa phần đang dùng các phần mềm thương mại (Etabs, Sap2000…) để phân tích, tính toán mô hình, xác định nội lực, chuyển vị của kết cấu; còn việc lọc, xử lý số liệu xuất ra từ các phần mềm để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu khung- vách đang được làm thủ công thủ công dễ gây nhầm lần, sai xót, và mất khá nhiều thời gian cho quá trình thử sai trong thiết kế. Chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung-vách bê tông cốt thép được phát triển trên nền tảng ngôn ngữ lập trình VBA để tạo ra các module tính toán giúp công tác xử lý dữ liệu nhanh chóng hơn. Chương trình kết nối dữ liệu xuất ra từ các phần mềm thương mại để thực tiện tính toán thiết kế các cấu kiện dầm, cột và vách, sau đó kiểm tra khả năng chịu lực trên tiết diện bằng cách xây dựng biểu đồ tương tác mô men-lực dọc theo các tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 và ACI 318-14. Từ khóa: bê tông cốt thép, kết cấu khung-vách, nhà cao tầng DEVELOPMENT OF A COMPUTER PROGRAM TO SUPPORT THE DESIGNOF REINFORCED CONCRETE WALL-FRAME STRUCTURES Abstract- Wall-frame structure is very commonly used in high-rise buildings in Vietnam. At present, commercial structural softwares (Etabs, Sap2000 ...) are used to develop structural models and determine internal forces and displacements of the structures; while the filtering and processing of data exported from the software in order to design the structures are manually done, which cause confusion, mistakes, and take a lot of time for trial and error process in design. A computer program based on VBA programing language was developed in order to create modules to support data processing. The program uses data exported from commercial softwares to design beams, columns and shear walls, and then check the strength capacity of these structural elements according to TCVN 5574-2012 and ACI 318-14. Key word: reinforced concrete, wall-frame structure, high-rise building MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 1 4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2 5. Kết quả dự kiến............................................................................................................ 2 6. Bố cục đề tài ................................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1 3TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG VÁCH ................... 3 1.1. Tổng quan về cấu tạo khung-vách ............................................................................ 3 1.1.1. Kết cấu vách ......................................................................................................... 3 1.1.2. Kết cấu khung ........................................................................................................ 5 1.1.3. Kết cấu khung - vách ............................................................................................ 5 1.2. Tổng quan về các chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung–vách........................ 7 1.2.1. Quy trình thiết kế kết cấu khung - vách ................................................................ 7 1.2.1. Chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung - vách ................................................ 7 CHƯƠNG 2. 9XÂY DỰNG CÁC MODULE THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG-VÁCH9 2.1. Module thiết kế kết cấu dầm .................................................................................... 9 2.1.1. Lý thuyết tính toán................................................................................................. 9 2.1.2. Xây dựng module tính toán dầm ......................................................................... 10 2.2. Module thiết kế kết cấu cột .................................................................................... 15 2.2.1. Lý thuyết tính toán cốt thép dọc .......................................................................... 15 2.2.2. Xây dựng module tính toán ................................................................................. 18 2.3. Module thiết kế kết cấu vách .................................................................................. 25 2.3.1. Lý thuyết tính toán cốt thép dọc .......................................................................... 25 2.3.2. Xây dựng module tính toán vách......................................................................... 30 2.4. Ví dụ tính toán kết cấu khung vách ........................................................................ 35 2.4.1. Thiết kế dầm của công trình ................................................................................ 36 2.4.2. Thiết kế cột của công trình .................................................................................. 38 2.4.3. Thiết kế vách của công trình ............................................................................... 46 2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 49 CHƯƠNG 3. 50XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC CỘT, VÁCH ....................... 50 3.1. Xây dựng biểu đồ tương tác cột lệch tâm phẳng theo tiêu chuẩn việt nam ........... 50 3.1.1. Lý thuyết tính toán............................................................................................... 50 3.1.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột theo tiêu chuẩn Việt Nam .............. 50 3.2. Xây dựng biểu đồ tương tác cột lệch tâm xiên theo phương pháp gần đúng theo tiêu chuẩn việt nam 5574-2012, kết hợp với kiểm tra bằng phương pháp nghịch đảo tải trọng ............................................................................................................................... 51 3.2.1. Lý thuyết tính toán............................................................................................... 51 3.2.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột......................................................... 55 3.3. Module xây dựng biểu đồ tương tác P-M của cột theo tiêu chuẩn ACI ................. 56 3.3.1. Lý thuyết tính toán............................................................................................... 56 3.3.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột......................................................... 61 3.4. Xây dựng biểu đồ tương tác vách theo tiêu chuẩn ACI ......................................... 62 3.4.1. Lý thuyết tính toán............................................................................................... 62 3.4.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác vách ...................................................... 67 3.5. Ví dụ kiểm tra biểu đồ tương tác cột, vách ............................................................ 70 3.5.1. Xây dựng biểu đồ tương tác cột .......................................................................... 70 3.5.2. Xây dựng biểu đồ tương tác vách ........................................................................ 71 3.6. Đóng gói, hoàn chỉnh chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép.. 73 3.7. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 75 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VBA TCVN Visual Basic Application Tiêu chuẩn Việt Nam f'c Cường độ chịu nén của bêtông fy Giới hạn chảy của cốt thép Ec Môđun đàn hồi của bêtông Es Môđun đàn hồi của cốt thép Bw Chiều rộng của vách Lw Chiều dài của vách DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng biểu Trang biểu 2.1 Bảng xét uốn dọc theo 2 phương 17 2.2 Bảng hàm lượng cốt thép nhỏ nhất ứng với độ mảnh của cột 19 2.3 Bảng hỗ trợ lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối của cột 23 2.4 Bảng hỗ trợ lấy nội lực nguy hiểm ở tiết diện - đầu cuối của vách 34 2.5 Kết quả thiết kế cột trục 2-B của công trình 41 2.6 Kết quả thép của vách trục 3A (vách V4STORY1) của công trình 45 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 1.1 Vách cứng bê tông cốt thép 3 1.2 Vách cứng phẳng 4 1.3 Lõi cứng 4 1.4 Kết cấu khung - vách 6 1.5 Sự làm việc kết cấu khung - vách 7 2.1 Chọn nội lực dầm xuất ra từ phần mềm Etabs 12 2.2 Nội lực các dầm xuất ra từ Etabs 13 2.3 Một phần đoạn Code VBA áp dụng xây dựng bảng tính dầm 13 2.4 Lọc lấy các tổ hợp nội lực ở tiết diện 2 gối và giữa nhịp dầm 14 2.5 Giao diện lựa chọn tiết diện thiết kế của dầm 14 2.6 Giao diện thiết kế cốt thép dầm 15 2.7 Một phần đoạn Code VBA áp dụng xây dựng bảng tính cột 16 2.8 Cột chịu lực theo 2 phương [3] 16 2.9 Cửa sổ xuất nội lực cột từ Etabs 21 2.1 Đoạn code VBA hỗ trợ tự dộng nhập nội lực cột vào bảng tính 21 2.11 Lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối của cột 22 2.12 Code VBA hỗ trợ lọc các tổ hợp nội lực ở tiết diện đầu- cuối của cột 24 2.13 Giao diện bảng tính thiết kế cột 25 2.14 Một phần Code VBA hỗ trợ thiết kế cốt thép cột 25 2.15 Các thành phần nội lực vách 26 2.16 Các thành phần nội lực vách 27 2.17 Xuất thành phần nội lực vách 32 2.18 Code VBA hỗ trợ tự động nhập dữ liệu vách 33 2.19 Các tổ hợp nội lực ở tiết diện đầu –cuối của vách 33 2.20 Giao diện thiết kế vách 35 2.21 Mặt bằng điển hình của công trình 36 2.22 Mô hình không gian của công trình 36 Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 2. 23 Khung trục B của công trình 37 2. 24 Xuất nội lực dầm từ phần mềm Etabs 37 2. 25 Dữ liệu nội lực dầm được nhập vào bảng tính dầm 38 2. 26 Kết quả thép dầm được thiết kế từ bảng tính dầm [10] 39 2. 27 Xuất nội lực cột từ phần mềm Etabs 40 2. 28 Dữ liệu nội lực cột được nhập vào bảng tính cột 40 2. 29 Bố trí thép trong cột trục 2-B ở tầng một của công trình 43 2. 30 Xuất nội lực vách từ phần mềm Etabs 44 2. 31 Dữ liệu nội lực vách được nhập vào bảng tính vách 44 2. 32 Bố trí thép của vách được lựa chọn thiết kế 45 3. 1 Biểu đồ tương tác lệch tâm phẳng của cột theo tiêu chuẩn 5574-2012 47 3. 2 Sơ đồ tính toán cốt thép lệch tâm phẳng đặt theo chu vi [11] 48 3. 3 Tiết diện có 12 thanh thép dọc đặt theo chu vi [11] 49 3. 4 Họ biểu đồ tương tác khi a/h=0.1 [3] 52 3. 5 Họ biểu đồ tương tác khi a/h=0.06 [3] 52 3. 6 Sơ đồ xác định điểm cân bằng của tiết diện 53 3. 7 Sơ đồ dầm chịu uốn thuần túy 54 3. 8 Sơ đồ quy đổi tiết diện cốt thép chịu lực sang tiết diện bê tông tương 55 đương 3. 9 Sơ đồ tính biến dạng của mỗi lớp thép cột 56 3. 10 Giao diện module kiểm tra biểu đồ tương tác 57 3. 11 Đoạn code VBA hỗ trợ module vẽ biểu đồ tương tác 58 3. 12 Sơ đồ tính biến dạng của mỗi lớp thép trong vách 59 3. 13 Biểu đồ ứng suất biến dạng của bê tông confined và unconfined [17] 63 3. 14 Giao diện thiết kế biểu đồ tương tác vách 64 3. 15 Biểu đồ tương tác không xét bê tông confined 64 3. 16 Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông confined và unconfined 65 3. 17 So sánh biểu đồ tương tác bê tông unconfined và confined (SBD) 65 3. 18 Biểu đồ tương tác xét bê tông confined (DBD) 66 Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 3. 19 Kết quả biểu đồ tương tác của một cột 67 3. 20 Biểu đồ tương tác của một vách không xét bê tông confined 68 3. 21 Biểu đồ tương tác vách khi chưa xét đến confined của bê tông 69 3. 22 Kết quả so sánh biểu đồ tương tác không xét confined và xét 69 confined 3. 23 Giao diện chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép 70 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, dân số ở các thành phố lớn tăng rất nhanh, nhu cầu chiếm lĩnh không gian sống rất cần thiết hiện nay, tuy nhiên quỹ đất có giới hạn. Do đó để giải quyết nhu cầu về không gian sống, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, cộng với sự phát triển về khoa học công nghệ trong lĩnh vực xây dựng thì việc số lượng các tòa nhà cao tầng tăng nhanh là một xu thế tất yếu. Có rất nhiều sơ đồ kết cấu nhà cao tầng, nhưng kết cấu khung- vách cứng (hoặc khung-lõi) là sơ đồ được lựa chọn nhiều để thiết kế kết cấu của các nhà cao tầng hiện nay. Thực tế, sinh viên và người thiết kế sử dụng các phần mềm thương mại (chẳng hạn như ETABS, SAP2000…) để tính toán nội lực và chuyển vị của kết cấu, sau đó mất khá nhiều thời gian xử lý số liệu xuất ra từ các phần mềm để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu khung- vách. Việc xử lý số liệu thủ công dễ gây nhầm lần, sai sót, và mất khá nhiều thời gian cho quá trình thử sai trong thiết kế. Đồng thời, việc thiết kế kiểm tra trên mỗi tiết diện của cấu kiện (biểu đồ tương tác, các đặc trưng hình học của tiết diện…) cũng được xây dựng các module để việc tính toán trên từng tiết diện nhanh chóng hơn. Do đó, một chương trình thiết kế khung- vách tự động lọc xử lý nội lực xuất ra từ kết cấu khung – vách nhằm tăng hiệu quả công việc thiết kế là rất cần thiết. Chương trình lấy số liệu từ các phần mềm, sau đó tự động lọc số liệu để tính toán, thiết kế kết cấu khung vách. Vì vậy, học viên đã chọn đề tài “Xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung – vách bê tông cốt thép” 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thiết kế kết cấu khung-vách; xây dựng các module thiết kế được hỗ trợ bằng ngôn ngữ VBA; kết nối các module để tạo ra một chương trình tính toán hoàn chỉnh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Kết cấu khung-vách bê tông cốt thép. 3.2. Phạm vi nghiên cứu 2 Thiết kế kết cấu khung vách theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 và Hoa kỳ ACI 318-14. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tính toán kết cấu khung vách kết hợp việc xây dựng các module tính toán được hỗ trợ bằng ngôn ngữ VBA. 5. Kết quả dự kiến - Xây dựng các module thiết kế kết cấu cột, dầm, vách cứng trong nhà cao tầng. - Xây dựng các module kiểm tra tiết diện cột-vách bằng biểu đồ tương tác P-M. 6. Bố cục đề tài Mở đầu: 1. Lý do chọn đề tài. 2. Mục tiêu đề tài. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 4. Phương pháp nghiên cứu. Chương 1: Tổng quan về tình hình thiết kế kết cấu khung vách Chương 2: Xây dựng các module thiết kế kết cấu khung-vách Chương 3: Xây dựng biểu đồ tương tác cột, vách Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG VÁCH 1.1. Tổng quan về kết cấu khung-vách 1.1.1. Kết cấu vách a. Định nghĩa vách Vách cứng BTCT là một cấu kiện thẳng đứng chịu lực chính trong công trình. Cấu kiện vách cứng có chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với chiều cao và chiều rộng của vách. Vách có độ cứng và khả năng chịu lực lớn trong mặt phẳng nên vách cứng BTCT thường được sử dụng trong kết cấu nhà cao tầng, khi mà tải trọng ngang là yếu tố quyết định đến nội lực, độ ổn định cũng như biến dạng của công trình. Hệ vách cứng làm việc như tấm công xôn được ngàm vào móng và được bố trí liên tục suốt chiều cao nhà. Hình 1. 1.Vách cứng bê tông cốt thép 4 Nếu hệ vách cứng chỉ là một tấm tường BTCT, tiết diện ngang hình chữ nhật được gọi là vách cứng phẳng. Hình 1. 2. Vách cứng phẳng Nếu tiết diện ngang của vách cứng có dạng chữ T, L, U, E… và vách không khép kín thì gọi là hệ vách cứng hở. Nếu tiết diện ngang của vách cứng có dạng đa giác khép kín, được gọi là lõi cứng. Hình 1. 3. Lõi cứng 5 Ngoài ra vách cứng cũng thường được phân loại theo kích thước hình học như sau: - Vách cao (Slender Walls): có tỷ số Hw / Lw > 2,5 biến dạng chủ yếu là biến dạng do uốn. - Vách trung bình (Moderate Aspect Ratio Walls): có tỷ số 1,5 ≤ Hw / Lw ≤ 2,5 biến dạng cả do uốn và do cắt. - Vách ngắn (Squat Walls): có Hw / Lw < 1,5, biến dạng chủ yếu là biến dạng do cắt. b. Sự làm việc của vách cứng BTCT chịu tải trọng ngang Tùy thuộc vào tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng, vách cứng có thể ứng xử như một vách cao (slender walls), hay như một vách ngắn (squat walls) hoặc có thể là sự kết hợp của cả 2 loại. Vách cao thường có tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng lớn hơn 2,5. Sự làm việc của vách giống như một dầm công xôn dài thẳng đứng, biến dạng chủ yếu của vách khi chịu uốn, biến dạng cắt của vách nhỏ và có thể bỏ qua. Cường độ chịu uốn của vách là yếu tố quyết định cho việc thiết kế dạng vách này. Vách ngắn thường có tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng nhỏ hơn 1,5. Biến dạng do cắt ảnh hưởng lớn hơn nhiều so với biến dạng do uốn. Cường độ chống cắt là yếu tố quyết định cho việc thiết kế dạng vách này. 1.1.2. Kết cấu khung Hệ kết cấu khung được tạo thành từ các cấu kiện đơn như cột, dầm liên kết cứng tại các nút tạo thành các hệ khung phẳng hoặc khung không gian theo các nút cột trên mặt bằng công trình [5]. Hệ khung chịu lực thuần túy có độ cứng theo phương ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng của khung theo phương thẳng đứng, do đó kết cấu khung chịu tải trọng thẳng đứng rất tốt nhưng có chuyển vị lớn khi chịu tác dụng của tải ngang nên kết cấu khung chỉ thích hợp với các công trình có chiều cao nhỏ hơn 40 mét. 1.1.3. Kết cấu khung - vách Các hệ kết cấu Bê tông cốt thép toàn khối được sử dụng phổ biến trong các nhà cao tầng bao gồm: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, hệ khung vách hỗn 6 hợp, hệ kết cấu hình ống và hệ kết cấu hình hộp. Việc lựa chọn hệ kết cấu dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao của ngôi nhà và độ lớn của tải trọng ngang (động đất, gió). Hình 1. 4. Kết cấu khung - vách Kết cấu khung vách được sử dụng khá phổ biến trong kết cấu các nhà cao tầng hiện nay. Kết cấu khung vách bao gồm các dạng: 7 a. Hệ kết cấu khung - vách cứng Hệ kết cấu khung vách được sử dụng phổ biến hiện nay, bởi vì hệ kết cấu này phù hợp với hầu hết các giải pháp kiến trúc của nhà cao tầng, giúp ứng dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau như vừa có thể lắp ghép vừa đổ tại chỗ các kết cấu bê tông cốt thép, có thể đổ tại chỗ các vách cứng bằng công nghệ ván khuôn trượt. b. Hệ kết cấu khung - lõi Lõi công trình được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương hoặc có thể liên kết lại thành các hệ không gian gọi là lõi cứng. Đặc điểm quan trọng của loại kết cấu này là khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng. Kết cấu khung (cột- dầm) thường chịu tải trọng thẳng đứng của công trình rất tốt, khi chịu tải trọng ngang thì kết cấu khung thường có sự chuyển vị lớn. Trong quá trình làm việc các nút khung thường có biến dạng cắt gây nguy hiểm cho nút khung. Để khắc phục nhược điểm của kết cấu khung, ta tiến hành sử dụng kết hợp sự làm việc chung của khung – vách. Kết cấu vách chịu tải trọng ngang tốt, hạn chế chuyển vị ở các tầng của công trình, kết cấu vách thường được bố trí ở biên các công trình hoặc ở khung vực bố trí thang máy (lõi cứng). Do đó, sự kết hợp kết cấu khung – vách giúp cho kết cấu công trình làm việc hài hòa và khả năng chịu lực tốt hơn Hình 1. 5. Sự làm việc kết cấu khung - vách 1.2. Tổng quan về các chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung–vách Hiện nay, việc hỗ trợ thiết kế kết cấu khung vách cũng có một số chương trình hỗ trợ, một số chương trình được viết với hình thức thương mại như: chương trình RCC 2018 –Phần mềm tính toán diện tích cốt thép cột, chương trình này là từng 8 module đơn lẻ, yêu cầu người thiết kế phải nhập các tổ hợp nội lực thủ công, chương trình chỉ có tính năng kiểm tra, mất khá nhiều thời gian để hoàn thành việc kiểm tra tiết diện cột. Chương trình KCS KTV – Phần mềm kiểm tra khả năng chịu lực của vách được viết trên nền tảng Visual basic autocad, Autolisp cad, zw cad của tác giả Hồ Việt Hùng giúp người thiết kế xây dựng tiết diện vách có bố trí cốt thép vách, lựa chọn vật liệu, nhập nội lực vách. Học viên nhận thấy, chương trình KCS KTV cũng chỉ hỗ trợ việc kiểm tra tiết diện vách, chưa hỗ trợ thiết kế vách, việc nhập nội lực cũng được tổ hợp thủ công trước khi nhập vào phần mềm. Công việc lọc nội lực mất nhiều thời gian, dễ sai sót. Đối với các bạn sinh viên đang học ngành xây dựng, việc lọc nội lực ở từng tiết diện của từng cấu kiện trong toàn bộ kết cấu khung vách của công trình bằng thủ công thì khối lượng công việc rất lớn, mất khá nhiều thời gian. Khi lọc nội lực xong, tiến hành tổ hợp nội lực thủ công dễ sai sót vì xử lý rất nhiều nội lực của nhiều cấu kiện trong công trình. Đồng thời, việc các tổ hợp nội lực sẽ được nhập thủ công vào bảng tính được tạo theo các tiêu chuẩn tính toán để tiến hành quá trình thử sai trong thiết kế là mất nhiều thời gian và dễ nhầm lẫn. Các bạn sinh viên và các tân kĩ sư mới bắt đầu làm công việc thiết kế cần có một chương trình để hỗ trợ việc lọc, xử lý nội lực nhanh chóng hơn so với việc làm thủ công để người dùng có thể hiểu quy trình thiết kế và áp dụng hiệu quả vào công việc học tập và làm việc. Vì vậy, học viên đã thực hiện xây dựng một chương trình tự động lọc nội lực, tổ hợp nội lực, tính toán, thiết kế, kiểm tra kết cấu khung- vách; đồng thời xây dựng module kiểm tra kết cấu cột- vách bằng biểu đồ tương tác (P-M Diagram). 9 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CÁC MODULE THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG-VÁCH 2.1. Module thiết kế kết cấu dầm Các trường hợp tải trọng được xét đến trong quá trình tính toán nội lực của phần mềm Etabs là: Tĩnh tải (TT); Hoạt tải (HT); Gió tĩnh và động theo phương X (GX); Gió tĩnh và động ngược phương X (GXX), gió tĩnh và động ngược phương Y (GYY); động đất theo phương X (QX); động đất ngược phương X (QXX); động đất theo phương Y (QY); động đất ngược phương Y (QYY). 2.1.1. Lý thuyết tính toán a. Tiết diện chịu mômen âm [10] Cánh nằm trong vùng chịu kéo nên ta tính toán với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn. - Giả thiết trước khoảng cách trọng tâm cốt thép đến mép dầm tương ứng là a = 50 mm. - Tính  m  M Rb .b.h02 (2.1)  + Nếu  m   R : thì tính   0,5. 1  1  2. m  Diện tích cốt thép yêu cầu: ASTT  M (cm 2 ) RS . .h0 (2.2) + Nếu  m   R : thì tăng kích thước tiết diện hoặc tăng cấp độ bền nén của bêtông hoặc đặt cốt kép. b. Với tiết diện chịu mômen dương [10] Cánh nằm trong vùng chịu nén nên ta tính toán với tiết diện chữ T. Bề rộng cánh b 'f dùng để tính toán lấy từ điều kiện: bề rộng mỗi bên cánh, tính từ mép bụng dầm không được lớn hơn 1/6 nhịp cấu kiện, không lớn hơn 1/2 khoảng cách thông thuỷ của các sườn dọc và 6hf. Xác định vị trí trục trung hoà: Mf = Rb. b 'f . h 'f .(h0 – 0,5. h 'f ) Trong đó: (2.3) 10 b 'f : bề rộng cánh chữ T. h 'f : chiều cao cánh. ho : chiều cao làm việc của dầm. Mf: giá trị mômen ứng với trường hợp trục trung hoà đi qua mép dưới của cánh. * Nếu M  Mf thì trục trung hoà qua cánh, việc tính toán như đối với tiết diện chữ nhật b 'f xh = 2.5x0.4 m2. * Nếu M > Mf thì trục trung hoà qua sườn. Tính m  M  Rb .(b 'f  b).h 'f .(h0  0,5.h 'f ) Rb .b.h02 (2.4) + Nếu  m   R : thì từ  m tra phụ lục ta được  Diện tích cốt thép yêu cầu: ASTT    Rb  .b.h0  (b 'f  b).h 'f (cm 2 ) RS (2.5) + Nếu  m   R : thì ta tính với trường hợp tiết diện chữ T đặt cốt kép. * Kiểm tra hàm lượng cốt thép.  min   t  AS   max . bho Hợp lí: 0,8%   t  1,5%.Thông thường với dầm lấy  min =0,15%. Đối với nhà cao tầng  max = 5%. 2.1.2. Xây dựng module tính toán dầm a. Các nút công cụ tính toán dầm Xây dựng các nút công cụ được lập trình bằng VBA nhằm thực hiện quá trình nhập dữ liệu, lọc và xử lý số liệu nội lực, thiết kế cốt thép. Mỗi phần tử dầm được tính toán với nội lực M max , M min ở 3 tiết diện (gối trái, gối phải, vùng giữa). Module được thiết kế với các nút công cụ hỗ trợ tự động quy trình lọc, xử lý số liệu nội lực, thiết kế cốt thép dầm theo quy trình các bước (tương ứng với các nút công cụ sau): 11 Bước 1: Nút công cụ “Beam Forces” Được viết bằng ngôn ngữ VBA để lấy dữ liệu nội lực cột từ phần mềm Etabs bằng nút công cụ “beam Forces” hoặc copy dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Etabs. Bước 2: Nút công cụ “Assign section” - Nút công cụ giúp người dùng thiết kế tiết diện cho các phần tử dầm - Lọc và lựa chọn các nội lực nguy hiểm cho tiết diện dầm Bước 3: Nút công cụ “Design beam” - Tự động nhập các tổ hợp nội lực vào bảng tính dầm - Tự động gắn các tiết diện ở bước 2 cho các phần tử dầm - Tiến hành lựa chọn tiết diện và tính toán cốt thép cho dầm Bước 4: Redesign (thiết kế lại) - Cập nhật lại tiết diện và tiết hành thiết kế lại theo bước 2, bước 3 Bước 5: Delete Data (xóa toàn bộ dữ liệu) Tự động xóa toàn bộ dữ liệu đã nhập từ Etasbs và các kết quả đã tính. b. Nhập tự động dữ liệu từ Etabs Lấy nội lực beam Forces từ phần mềm Etabs theo trình tự : Display -> Show table -> Frame Output -> Frame Forces -> beam Forces -> xuất hiện cửa sổ “choose Tables for Display” Hình 2. 1 Chọn nội lực dầm xuất ra từ phần mềm Etabs