1 lời nói đầu Kết cấu bê tông cốt thép loại kết cấu đợc dùng phổ biến ngành Xây dựng Lý thuyết tính toán thiết kế loại cấu kiện bê tông cốt thép nh dầm, cột, sàn đợc thảo luận nhiều tài liệu chuyên ngành đợc quy định Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam nh nớc Dầm cao bê tông cốt thép loại cấu kiện xuất ngày phổ biến thiết kế nhà cao tầng Lý thuyết tính toán dầm cao đợc đa vào tiêu chuẩn thiết kế nhiều nớc giới Có nhiều phơng pháp để tính toán loại cấu kiện Luận văn dùng phơng pháp phần tử hữu hạn phơng pháp sử dụng mô hình chống giằng để tính toán dầm cao, loại cấu kiện có đặc điểm chịu lực riêng mà phơng pháp thiết kế thông thờng không phản ánh tình trạng làm việc cho kết không xác Qua có so sánh nhận xét đề xuất sử dụng phơng pháp tính toán Do trình độ thời gian có hạn, chắn luận văn có hạn chế cần đợc hoàn thiện thêm Tác giả mong muốn nhận đợc quan tâm thầy, cô Bộ môn ngời quan tâm đến đề tài Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS Vơng Ngọc Lu, TS Nguyễn Ngọc Nam hớng dẫn tận tình thời gian thực luận văn lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng: Luận văn: nghiên cứu so sánh phơng pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép công trình nghiên cứu riêng Các số liệu luận văn đợc sử dụng trung thực, khách quan, có tính kế thừa Kết nghiên cứu Luận văn kết cha đợc công bố công trình nghiên cứu khác từ trớc tới Mục lục Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Phần i: Phần mở đầu Phần II: nội dung luận văn Chơng 1: Tổng quan hệ thống kết cấu nhà cao tầng Và dầm cao bê tông cốt thép 1.1 Tổng quan hệ thống kết cấu nhà cao tầng 13 1.1.1 Các cấu kiện chịu lực bản: 13 1.1.2 Các hệ kết cấu nhà cao tầng 13 1.1.2.1 Hệ kết cấu bản: 13 1.1.2.2 Hệ kết cấu hỗn hợp 20 1.1.2.3 Hệ kết cấu tạo không gian lớn 22 1.2 dầm cao bê tông cốt thép 25 1.2.1 Định nghĩa dầm cao: 25 1.2.1 Phân loại phạm vi sử dụng dầm cao BTCT xây dựng 26 1.2.2 Sự làm việc dầm cao bê tông cốt thép 28 1.2.3 Tình hình phát triển nhà cao tầng có hệ thống dầm cao bê tông cốt thép 30 1.2.4 Lịch sử nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép 31 Chơng ii: Các Phơng pháp tính toán dầm cao Bê tông cốt thép 2.1 phơng pháp phần tử hữu hạn 33 2.1.1 Phân tích ứng suất - biến dạng dầm cao phơng pháp PTHH 33 2.1.1.1 Khái niệm phơng pháp PTHH: 33 2.1.1.2 Đờng lối chung giải kết cấu phơng pháp PTHH: 33 2.1.1.3 Xây dựng ma trận độ cứng phần tử [ K ]e 34 2.1.2 Dùng chơng trình Sap 2000 để phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng dầm cao bê tông cốt thép 37 2.1.2.1 Giới thiệu: 37 2.1.2.2 Thực tính toán dầm cao Sap 2000 38 2.2 phơng pháp sử dụng mô hình chống giằng 42 2.2.1 Phân vùng ứng suất biến dạng cấu kiện bê tông cốt thép 42 2.2.2 Cơ sở mô hình chống - giằng, giả thiết áp dụng 43 2.2.2.1 Cơ sở mô hình chống - giằng 43 2.2.2.2 Các giả thiết áp dụng 43 2.2.3 Các phận cấu thành mô hình chống-giằng 44 2.2.3.1 Thanh chống bê tông chịu nén 44 2.2.3.2 Thanh giằng cốt thép chịu kéo 44 2.2.3.3 Nút giàn 45 2.2.3.4 Quạt chịu nén 47 2.2.3.5 Vùng chịu nén xiên 47 2.2.4 Các dạng phá hoại mô hình chống-giằng 48 2.2.5 Quy trình thiết kế vùng D theo phơng pháp chống-giằng 48 2.2.6 Khả chịu lực chống 49 2.2.7 Khả chịu lực vùng nút 54 2.1.8 Khả chịu lực giằng 57 2.1.9 Tính toán thiết kế dầm cao sử dụng mô hình chống - giằng 58 Chơng iii: ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép so sánh kết luận 3.1 ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép 3.1.1 Thiết kế dầm chịu lực tập trung 60 60 3.1.1.1 Theo phơng pháp Phần tử hữu hạn: 61 3.1.1.2 Theo phơng pháp chống giằng 68 3.1.2 Thiết kế dầm chịu hai lực tập trung 73 3.1.2.1 Theo phơng pháp Phần tử hữu hạn: 73 3.1.2.2 Theo phơng pháp chống giằng 80 3.2 So sánh kết tính toán hai phơng pháp Phần III : 85 Kết luận kiến nghị A Kết luận: 87 Nhận xét chung hai phơng pháp tính toán dầm cao 87 a Về sơ đồ tính toán: 87 b Về phơng pháp tính toán: 87 c Về kết tính toán: 88 Phạm vi áp dụng B kiến nghị 89 Kiến nghị vận dụng phơng pháp phần tử hữu hạn 89 Kiến nghị vận dụng phơng pháp chống giằng 89 Tài liệu Tham Khảo 91 Tiếng Việt 91 Tiếng Anh 92 Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt: b, h, L Bề rộng, chiều cao, nhịp dầm A, b Chiều cao, chiều rộng lỗ khoét P Tải trọng tập trung tác dụng lên dầm q Tải trọng phân bố tác dụng lên dầm PTHH Phần tử hữu hạn { } Vecto chuyển vị nút { } Vecto biến dạng {F} Vecto lực nút { } Vecto ứng suất {} Vecto chuyển vị { } Biến số tổng quát - ẩn số [N ] Hàm dạng t Bề dày phần tử dầm Diện tích phần tử dầm [ K ] ;[ K ] Ma trận độ cứng phần tử toàn kết cấu x ; y Các thành phần ứng suất theo phơng X, Y dầm max ; Các thành phần ứng suất kéo nén dầm xy Thành phần ứng suất tiếp dầm E Modun đàn hồi vật liệu T Nội lực kéo chịu kéo C Nội lực nén chịu nén e Một số kí hiệu theo ACI fc' Cờng độ chịu nén đặc trng bê tông fce Cờng độ chịu nén hiệu bê tông v Hệ số hiệu bê tông bw ; h; jh Chiều dày thân dầm, chiều cao dầm, cánh tay đòn ln Nhịp dầm x ; y Lực cắt lực cắt gây tải trọng nhân hệ số Fnt Cờng độ giằng Ast Diện tích cốt thép giằng chịu kéo Fn Khả chịu lực giằng vùng nút thủy tĩnh Fu Lực tác dụng chống, giằng nút Fns Khả chịu lực chống Ac Diện tích mặt cắt ngang hiệu đầu mút chống theo phơng vuông góc với trục As' Diện tích cốt thép chịu nén chống Danh mục bảng Bảng 2.1: Cờng độ chịu nén hiệu bê tông chống 53 Bảng 2.2: Cờng độ chịu nén hiệu bê tông vùng nút 56 Bảng 3.1: ứng suất x 1/2 nhịp dầm 62 Bảng 3.2: ứng suất y 1/2 nhịp dầm 63 Bảng 3.3: ứng suất x 1/2 nhịp dầm 74 Bảng 3.4: ứng suất y 1/2 nhịp dầm 75 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ khung chịu lực 14 Hình 1.2 14 Hình 1.4 15 Hình 1.5: Các sơ đồ tờng chịu lực 15 Hình 1.6: Các dạng tờng cứng thông dụng 16 Hình 1.7 16 Hình 1.8: Hộp tờng có dạng mạng 18 Hình 1.10 19 Hình 1.11 21 Hình 1.12 22 Hình 1.13 23 Hình 1.14: Dầm cao đỡ cột vách .24 Hình 1.15: Dầm cao đỡ tầng nhà bên 24 Hình 1.16: Một dạng ứng dụng dầm cao 25 Hình 1.17: Dầm cao bê tông cốt thép thờng 26 Hình 1.18: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực 27 Hình 1.19: Dầm cao kết cấu thép .27 Hình 1.20: Quỹ đạo ứng suất 28 Hình 1.21: Dầm cao chịu tải trọng mép đáy .29 Hình 2.1: Mô hình dầm cao khoét lỗ chữ nhật chịu tải tập trung nhịp 40 Hình 2.2: Mô hình dầm cao không khoét lỗ chịu tải tập trung 40 Hình 2.3: Mô hình dầm cao không khoét lỗ chịu tải tập trung phân bố 40 Hình 2.4: Mô hình dầm cao khoét lỗ nhiều nhịp .41 Hình 2.5: Một dạng biểu đồ ứng suất x 41 Hình 2.6: Một dạng biểu đồ ứng suất y 41 Hình 2.7: Các vùng B vùng D .42 Hình 2.8: Thanh chống hình lăng trụ, hình quạt hình chai 44 Hình 2.9: Phân loại nút 45 Hình 2.10: Vùng nút thuỷ tĩnh (a) CCC (b) CCT 46 Hình 2.11: Vùng nút mở rộng (a) lớp cốt thép (b) nhiều lớp cốt thép 46 Hình 2.12: Vùng chịu nén quạt chịu nén 47 Hình 3.1: Dầm cao chịu lực tập trung 61 Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu .61 Hình 3.3: Sơ đồ kết cấu Sap .61 Hình 3.4: Biểu đồ x 62 Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn x 1/2 nhịp dầm 62 Hình 3.6: Biểu đồ y 63 Hình 3.7: Biểu đồ biểu diễn y 1/2 nhịp dầm 63 Hình 3.8: Biểu đồ quỹ đạo ứng suất Smax 64 Hình 3.9: Biểu đồ quỹ đạo ứng suất Smin 64 Hình 3.10: Biểu đồ biểu diễn xy .65 Hình 3.11: Bố trí cốt thép cho dầm cao chịu lực tập trung Trờng hợp thiết kế dầm theo phơng pháp PTHH 67 Hình 3.12: Sơ đồ tính toán .69 Hình 3.13: Mô hình chống-giằng theo tỷ lệ 70 Hình 3.14: Bố trí cốt thép cho dầm cao chịu lực tập trung Trờng hợp thiết kế dầm theo phơng pháp chống-giằng .72 Hình 3.15: Dầm cao chịu hai lực tập trung .73 Hình 3.16: Sơ đồ kết cấu 73 Hình 3.17: Sơ đồ kết cấu Sap 73 Hình 3.18: Biểu đồ x 74 Hình 3.19: Biểu đồ biểu diễn x 1/2 nhịp dầm 74 Hình 3.20: Biểu đồ y 75 Hình 3.21: Biểu đồ biểu diễn y 1/2 nhịp dầm 75 Hình 3.22: Biểu đồ quỹ đạo ứng suất Smax 76 Hình 3.23: Biểu đồ quỹ đạo ứng suất Smin .76 Hình 3.24: Biểu đồ biểu diễn xy .77 Hình 3.25: Bố trí cốt thép cho dầm cao chịu lực tập trung Trờng hợp thiết kế dầm theo phơng pháp chống-giằng .80 Hình 3.22: Chọn mô hình chống giằng cho dầm 81 Hình 3.23: Sơ đồ đặt lực đoạn đầu dầm cao 82 Hình 3.24: Bố trí cốt thép cho dầm cao chịu hai lực tập trung Trờng hợp thiết kế dầm theo phơng pháp chống-giằng .84 10 Phần i: Phần mở đầu Lý chọn đề tài đề tài: Trong năm gần đây, việc thiết kế, thi công nhà cao tầng không mẻ với Từ năm 1990, với phát triển kinh tế, nhu cầu nhà ở, dịch vụ, công trình công cộng nên vấn đề thiết kế, thi công nhà cao tầng bắt đầu du nhập vào Việt Nam Qua gần 20 năm phát triển, nói nhà cao tầng giai đoạn phát triển rầm rộ nớc ta nớc ta quy mô, chiều cao nhà cao tầng đa dạng, phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, tổng mức đầu t nhà đầu t, quy định Sở quy hoạch kiến trúc địa phơngCác chung c tuý cao từ 15-30 tầng nh khu đô thị Trung Hoà Nhân Chính, khu đô thị Nam Trung Yên , khu đô thị Bắc Linh Đàm Các hỗn hợp văn phòng cho thuê chung c thờng cao từ 20-34 tầng nh khu đô thị Trung Hoà Nhân Chính, khu đô thị Mỹ Đình, nhà Thuận Kiều (Thành Phố Hồ Chí Minh) Thậm chí có nhà xây dựng cao tới 65 tầng (toà nhà Landmark -Liễu Giai -Hà Nội ), cao tới 70 tầng (toà nhà Keangnam - đờng Phạm Hùng - Hà Nội) Tuy nhiên hình thức kiến trúc hay hệ kết cấu thờng phù hợp với dạng công năng, nhu cầu sử dụng cụ thể Một thực tế tồn xu hớng nhà hỗn hợp, nhà cao tầng sử dụng tầng hầm làm garage để xe, vài tầng để làm dịch vụ nhà hàng, siêu thị cần không gian lớn Mặt khác hộ cần có không gian hiệu Và nh hệ kết cấu phù hợp cách hiệu với vấn đề nói Hệ kết cầu có sử dụng dầm cao đỡ cột, đỡ vách tỏ u việt vấn đề Kết cấu bê tông cốt thép loại kết cấu đợc dùng phổ biến ngành xây dựng Lý thuyết tính toán thiết kế loại cấu kiện bê tông cốt thép nh dầm, cột, sàn đợc đề cập nhiều tài liệu chuyên ngành đợc quy định Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam nh nớc 78 1600kN - Vậy điều kiện ép mặt dới tải trọng gối đỡ thỏa mãn 81 Bớc 3: Lựa chọn mô hình chống giằng để áp dụng thiết kế P=1600KN 2000 P=1600KN 2000 B FBC 2000 C FC 2000 FA B D D FAD A Pu Pu 200 2000 2000 2000 200 6400 Hình 3.22: Chọn mô hình chống giằng cho dầm Bớc 4: Tính lực giàn kích thớc giàn - Trong trình tính toán cờng độ hiệu bê tông fce đợc xác định theo công thức MacGregor cho Bảng 2.1 2.2: fce = 1.2.f'c đó: giá trị phụ thuộc vào kiểu phá hoại chống = 0,55 + 1,25/ f c' = 0,55 + 1,25/ 25 = 0,8 - Vì lý đối xứng cần xét nửa giàn Nhiệm vụ toán xác định vị trí nút A B theo phơng đứng * Cờng độ thiết kế chống BC phải lớn cờng độ yêu cầu chống: Fn, BC = fceAc = (1.2.f'c).b.wBC Fu, BC đó: wBC chiều rộng chống * Cờng độ thiết kế giằng AD, Fn, AD, phải lớn cờng độ yêu cầu Fu, AD giằng Ngoài , giằng phải đợc neo vùng rộng wt cho cờng độ chịu kéo yêu cầu phải nhỏ cờng độ thiết kế mặt neo (mặt xa) nút A, Fnn Nh vậy: Fn, AD = Asfy Fu, AD Fnn = fceAc = (0,85.2.f'c).b.wt Fu, AD 82 * Lấy cờng độ thiết kế cờng độ yêu cầu cánh tay đòn jd đạt giá trị lớn Cân lực kéo AD lực nén chống BC: (1.2.f'c).b.wBC = (0,85.2.f'c).b.wt wt = (1/0,85).wBC = 1,176.wBC - Cánh tay đòn chịu uốn: jd = - wt/2 - wBC/2 = - 1,088wBC (m) - Lấy tổng momen quanh điểm A, ta có: Fu, BC.(2m - 1,088wBC) = 1600.2m (*) Fu, BC = (1.2.f'c).b.wBC = 0,85.(1.0,8.25.103).0,5.wBC với = 8500wBC thay vào phơng trình (*): 8500wBC.(2 - 1,088wBC) = 3200 9248.w2BC - 17000.wBC + 3200 = (**) - Giải phơng trình bậc (**), xác định đợc wBC = 0,213 (m); suy ra: wt = 1,176.0,231 = 0,271 m P=1600KN u .f cu = .0,85 s fc wc B FA A wy F AD .f cu = .0,85 nfc Pu 200 F BC jd=2000-1,125wc B 2000 Hình 3.23: Sơ đồ đặt lực đoạn đầu dầm cao - Nếu lấy trị số làm để chọn kích thớc chống giằng, ứng suất chống FBC đạt tới mức cực hạn lực giằng FAD đợc neo vào diện tích vừa đủ Vì ngời ta thờng tăng trị số chút để có thêm mức độ an toàn Chẳng hạn chọn: wc = 240mm wt = 300mm - Suy : jd = 2000 240 / 300 / = 1730mm 83 - Và Fu , BC = Fu , AD = 1600.2000 / 1730 = 1850kN - Kiểm tra khả chịu nén chống BC ta có: Fn , BC = (1. f c' )b.wBC = 0,75.0,85.1,0.25.0,1.50.24 = 1912kN thỏa mãn Bớc 5: Tính lực chống giằng dàn, chọn bố trí cốt thép dọc: a Lựa chọn cốt thép cho giằng AD: Fn , AD = As f y Fu , AD = 1850kN As 1850 / (0,75.420.103 ) = 58,73.104 (m ) - Chọn ba lớp cốt thép: lớp gồm 25 ( As1 = 5.4,91 = 24,54 cm2), lớp lớp gồm 22 ( As2 = As3 =5.3,80 = 19,01 cm2), - Tổng diện tích cốt thép là: As = As1 + As2 + As3 = 24,54 + 2.19,01 = 62,56 (cm2) - Lần lợt lớp thép đặt cách mặt dầm 60mm, 150mm 240mm Nh diện tích cốt thép giằng 62,56 (cm2) đợc bố trí khoảng 300mm tính từ mặt dầm - Toàn cốt thép đợc uốn 900 neo vào gối theo quy định (theo quy định ACI 318-02) Chiều dài đoạn uốn vuông góc 12db = 12.25 = 300 mm (trong đó: db đờng kính danh định cốt thép chịu lực) Chiều dài neo tính từ điểm neo (là điểm giao biên vùng nút mở rộng đờng tâm diện tích cốt thép giằng đợc xác định theo công thức: ldh = 0,7 100d b f ' c = 0,7 100.25 = 350 mm Lấy ldh = 350 mm 25 - Nh cốt thép dọc cần đợc kéo qua vị trí đặt tải đợc uốn móc sát đầu dầm Bố trí cốt thép đợc thể hình 3.8.11 - Kiểm tra khả chịu lực giằng AD: Fn , AD = As f y = 0,85.62,56.104.420.103 = 2233kN > 1850kN b Tính lực chống xiên FAB kiểm tra khả chịu lực: t g = 1730 = 40,90 2000 - Do lực chống chéo AB là: Fu , AB = - Bề rộng đầu chống là: 1600 = 2444kN sin 40,90 84 wct = ls sin + h2 cos = 450.sin 40,90 + 240.cos 40,90 = 476mm - Bề rộng đầu dới chống là: wcb = lb sin + h2 cos = 450.sin 40,90 + 300.cos 40,90 = 521mm - Giả sử bố trí đủ cốt thép chống nứt, có: s = 0,75 - Kiểm tra khả chịu nén chống AB: Fn , AB = 0,85. s f c' b.wct = 0,75.0,85.0,75.25.500.476 / 1000 = 2885kN > 2444kN Bớc 6: Bố trí cốt thép khống chế vết nứt cho chống chịu nén xiên - Cốt thép nằm ngang cốt thép thẳng đứng sờn dầm: Dùng loại 16 đặt phía bề mặt sờn, cự li cách sh=300mm suốt chiều dài * Kiểm tra cốt thép để chịu lực phá vỡ bung chống hình chai: - Hàm lợng thép tối thiểu đợc kiểm tra theo công thức Foster Trong wh wv lần lợt hàm lợng cốt thép thân dầm đặt theo phơng nằm ngang theo phơng đứng; fwyh fwyv lần lợt giới hạn chảy cốt thép thân dầm theo phơng nằm ngang phơng thẳng đứng f c' ( wh f wyh sin + p wv f wyv cos ) 2.2,01 2.2,01 420.sin 40,900 + 420.cos 40,90 = 1,27 30.50 25 30.50 P P 16 a300 2000 240 150 60 16 a300 22 22 25 R 200 2000 22 2000 6400 Hình 3.24: 22 2000 R 200 500 25 1-1 Bố trí cốt thép cho dầm cao chịu hai lực tập trung Trờng hợp thiết kế dầm theo phơng pháp chống-giằng 2000 16 a300 16 a300 85 3.2 So sánh kết tính toán hai phơng pháp - Qua thực ví dụ hai phơng pháp PTHH phơng pháp sử dụng mô hình chống giằng cho ta phân tích nhận xét nh sau: a Thép dọc chịu lực: * Phạm vi bố trí cốt thép dọc chịu lực: - Cả hai phơng pháp mô nh làm việc vùng đáy dầm cao - Phơng pháp PTHH cho ta hình ảnh vùng đáy chịu ứng suất kéo, ứng suất tập trung đáy dầm lan rộng Ta quan sát rõ vùng ứng suất đợc chia làm lớp rõ rệt, cốt thép dọc chịu kéo đợc bố trí vùng - Phơng pháp dùng mô hình chống - giằng lại mô tả vùng chịu lực qua bề rộng giằng wt Thép dọc chịu kéo đợc bố trí thành lớp phạm vi bề rộng giằng - Chiều cao bố trí vùng thép dọc chịu lực phơng pháp có khác Nếu nh phơng pháp dùng mô hình chống - giằng phạm vi bố trí bề rộng giằng wt , phơng pháp PTHH hoàn toàn định tính, vào biểu đồ quan sát đợc để xác định * Diện tích cốt thép dọc chịu lực: - Trong ví dụ tính toán cho thấy diện tích cốt thép bố trí theo phơng pháp PTHH nhỏ so với phơng pháp dùng mô hình chống - giằng khoảng 20% Nên lớp cốt thép đáy dầm bố trí khác - Trong phơng pháp dùng mô hình chống - giằng đề cập đến nhiều hệ số an toàn nên diện tích cốt thép nhiều Do có yêu cầu thiết kế dầm cao mà thiên an toàn kết tính theo phơng pháp dùng mô hình chống - giằng nên đợc sử dụng Hoặc tính theo phơng pháp PTHH diện tích cốt thép thiết kế nên đợc nhân với hệ số 1,1 ữ 1,2 để đảm bảo an toàn b Bố trí thép đai: - Diện tích thép đai đợc tính toán theo phơng pháp có chênh nhng không nhiều - phơng pháp dùng mô hình chống - giằng vấn đề đợc xem xét cấu kiện làm việc trạng thái giới hạn Mặt cắt đợc xét mặt cắt đợc đặt sát 86 cạnh vết nứt phân bố biến dạng bậc toàn chiều cao mặt cắt mặt cắt phẳng Dầm đợc thiết kế để thép đai chịu hoàn toàn lực cắt kết tính toán lớn thực tế bỏ qua làm việc bê tông - Trong phơng pháp PTHH việc tính toán thép đai không rõ ràng Căn vào biểu đồ ứng suất y vị trí đặt lực tập trung vị trí gối tựa có vùng tập trung ứng suất lớn vùng đợc gọi vùng rối loạn dầm cao làm việc khác với dầm thờng Các giá trị ứng suất tập trung không đợc dùng để tính thép đai dầm vùng có ứng suất trung bình tính thép đai sử dụng giá trị Việc tính thép đai định tính, tức lấy giá trị trung bình dầm sử dụng để tính thép đai cho toàn dầm 87 Phần III : Kết luận kiến nghị A Kết luận: Nhận xét chung hai phơng pháp tính toán dầm cao a Về sơ đồ tính toán: * Phơng pháp chống - giằng: - Phơng pháp chống giằng thực đợc số dạng sơ đồ kết cấu điển hình tải trọng đơn giản Ví dụ nh dầm đơn giản nhiều nhịp kê lên hai đầu khớp, chịu tải trọng tập trung, nh tải phân bố lại qui thành tải tập trung Nh sơ đồ sử dụng mô hình chống giằng không phản ánh thực tế làm việc kết cấu Vì thực tế dầm cao đợc liên kết với phận khác công trình liên kết ngàm Dầm cao đợc đặt cột, vách đợc dùng để đỡ cột, đỡ vách Khi tải tác dụng diện chịu tải tải cục nh xét ví dụ - Dầm cao với dạng phức tạp nh dầm nhiều nhịp, dầm có lỗ vuông, lỗ tròn mô phơng pháp chống - giằng nhiều hạn chế - Mô hình chống - giằng xét đợc dầm cao làm việc độc lập riêng rẽ nên không đánh giá đợc ảnh hởng đến công trình * Phơng pháp Phần tử hữu hạn: - Đợc trợ giúp phần mềm tính kết cấu nên việc thể chất hình học nh mô làm việc dầm cao sát với thực tế Các loại tiết diện phức tạp, hình dạng lỗ cửa, dạng tải trọng đợc thực nhanh xác - Và hết u đặc biệt phần mềm gắn đợc làm việc dầm cao với loại kết cấu khác, tạo nên làm việc tổng thể hệ kết cấu, qua đánh giá đợc ảnh hởng làm việc dầm cao công trình b Về phơng pháp tính toán: * Phơng pháp chống - giằng: - Các vấn đề đợc xem xét cấu kiện làm việc trạng thái giới hạn Mặt cắt đợc xét mặt cắt đợc đặt sát cạnh vết nứt phân bố biến dạng bậc toàn chiều cao mặt cắt mặt cắt phẳng 88 - Để dầm không bị phụ thuộc vào tác động dẻo bê tông mô hình chống giằng tĩnh định, dầm phải đợc tính toán tỉ lệ cho cốt thép đai bị chảy dẻo trớc bê tông bị nén vỡ - Không áp đặt lực cắt cho bê tông Lực cắt thẳng đứng hoàn toàn cốt thép đai chịu - Do giả thiết tất cốt thép đai chảy dẻo nên giàn tĩnh định Vì phơng pháp tính toán đơn giản, chủ yếu dựa quan hệ hình học cân nút để xác định dòng lực tác dụng kết cấu * Phơng pháp Phần tử hữu hạn: - Mô hình hóa hệ thống kết cấu lới phần tử, điểm nút Sau tiến hành xây dựng ma trận độ cứng [K] cho phần tử cho toàn kết cấu Tuy nhiên việc xây dựng ma trân độ cứng [K] giải ma trận phức tạp, công việc đợc phần mềm tính toán kết cấu giải Qua xác định đợc ứng suất biến dạng kết cấu - Đây phơng pháp cho lời giải xác toán học môi trờng liên tục, phản ánh đầy đủ làm việc dầm cao ảnh hởng hệ kết cấu chung c Về kết tính toán: * Phơng pháp chống - giằng: - Thành phần lực nén lực kéo chống giằng đợc tính thông qua giá trị tính toán thành phần nội lực (momen, lực cắt, lực dọc) mặt cắt xét Các thành phần nội lực đợc xác định theo sơ đồ ứng suất biến dạng - Thành phần lực kéo giằng ngoại lực tác dụng thẳng đứng, bao gồm lực tập trung, lực phân bố tĩnh tải đợc lý tởng hóa tác dụng điểm bố trí cốt thép đai - Thành phần lực nén chống đợc xác định qua cân nút, lực kéo giằng Đồng thời, mô hình tính toán điển hình đợc thiết lập dựa quan sát thực tế làm việc tình trạng xuất vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép nên kết tính toán đảm bảo độ tin cậy cao Qua thí 89 nghiệm viện bê tông Hoa Kỳ (ACI) thực hiện, so sánh lực tính toán đợc lực đo đợc thớ đỉnh đáy dầm, với mô hình chống giằng dự đoán hoàn toàn xác * Phơng pháp Phần tử hữu hạn: - Sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm tính toán kết cấu cho ta hình ảnh chịu lực dầm cao gần thực tế Kết tính toán tin cậy đợc, nhiên để đảm bảo an toàn nên đa hệ số an toàn vào sơ đồ tính B kiến nghị Kiến nghị vận dụng phơng pháp phần tử hữu hạn - Phơng pháp phần tử hữu hạn với trợ giúp phần mềm tính toán kết cấu trở nên hiệu thiếu đợc trình thiết kế - Để kết tính toán đảm bảo cho phù hợp với thực tế sử dụng đợc việc phản ánh làm việc dầm cao quan trọng Các thông số dùng để khai báo sử dụng trình dùng phần mềm nh đặc trng vật liệu, điều kiện biên, chia phần tử, tổ hợp tải trọng, phải đợc thực xác nh qui định Các vị trí liên kết dầm cao với phận khác kết cấu cần đợc ý thực cẩn thận Chính phơng pháp phù hợp cho tính toán công trình nhà cao tầng có nhiều cấu kiện nên việc sai sót nhầm lẫn khó để kiểm soát Các kĩ s cần tính toán thực cẩn thận, kiểm tra thêm phơng pháp khác kết hợp lý Kiến nghị vận dụng phơng pháp chống giằng - Đây phơng pháp đơn giản nhng đem lại kết tơng đối thích hợp với trạng thái làm việc thực tế cấu kiện bê tông cốt thép vị trí cục Do xin có số kiến nghị sau: - Đối với công trình cầu, Bộ giao thông vận tải ban hành tiêu chuẩn 22TCN 272-01 cho phép sử dụng mô hình chống - giằng để tính toán kết cấu BTCT Đối với công trình xây dựng dân dụng công nghiệp, thủy lợi, cha đợc 90 thức quy định Quy trình thiết kế, nên khuyến cáo sử dung mô hình chống - giằng nh điều kiện đủ thiết kế tính toán vùng không liên tục kết cấu BTCT Đặc biệt trờng hợp sau: a Trong công tác thiết kế: - Khi thiết kế vùng chịu lực tập trung, vùng gần gối đỡ, vị trí góc khung, vị trí vai đỡ - Khi xác định điều kiện làm việc vị trí chịu tải trọng tập trung theo hớng dọc trục vùng neo cáp dự ứng lực - Khi thiết kế dầm cao, dầm cao thờng nhịp chịu cắt ngắn, dầm thờng xuất vết nứt xiên nối liền từ điểm đặt tải trọng đến trụ đỡ Các vết nứt phá hỏng dòng lực cắt ngang từ cốt thép dọc đến vùng chịu nén trạng thái làm việc thay đổi từ tác động kiểu dầm sang kiểu vòm b Trong công tác chuẩn đoán kết cấu; - Mô hình chống - giằng hầu nh mô sở tình trạng xuất vết nứt thực tế cấu kiện nên thuận lợi sử dụng để chuẩn đoán kết cấu Đồng thời công cụ thích hợp để giải thích phá hỏng cắt dầm mảnh số trờng hợp giải thích xuất vết nứt thân dầm c Trong thi công xây dựng: - Khái niệm mô hình chống-giằng mô hình đơn giản có tính thực hành cao, nên đợc trang bị cho ngời kĩ s đạo trờng để giúp họ có đợc công cụ tơng đối đắc dụng nhng đơn giản (không cần phải có trợ giúp phần mềm tính toán) để nhanh chóng kiểm tra tính hợp lý sơ đồ bố trí cốt thép hồ sơ thiết kế trớc đa vào thi công 91 Tài liệu Tham Khảo Tiếng Việt Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Nguyễn Xuân Liên, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Tấn Phấn (1998): Kết cấu BTCT Phần cấu kiện bản, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tạ Đình Vĩnh, Lê Trọng Vinh (1983): Phơng pháp tính, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội Tô Văn Tấn (1991): Lý thuyết đàn hồi, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội GS.TSKH Nguyễn Trâm (1995): Phơng pháp phần tử hữu hạn giải hữu hạn, trờng ĐHXD, Hà Nội Nguyễn Viết Trung (2000), "Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép đại theo tiêu chuẩn ACI", NXB Giao thông vận tải Trần Mạnh Tuân (2003), "Tính toán Kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002", Nxb Xây dựng Nguyễn Viết Trung (2005), "Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo mô hình giàn ảo", Nxb Giao thông vận tải W.Sullo, Kết cấu nhà cao tầng, , NXB xây dựng Hà Nội 1995 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737-1995): Kết cấu bê tông cốt thép, Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội 10 Triệu Tây An nhóm tác giả, Hỏi - Đáp thiết kế thi công kết cấu nhà cao tầng, tập 1, NXB xây dựng, Hà Nội 1996 11 Triệu Tây An nhóm tác giả, Hỏi - Đáp thiết kế thi công kết cấu nhà cao tầng, tập 2, NXB xây dựng, Hà Nội 1996 12 PGS.TS Nguyễn Mạnh Yên (2000), Phơng pháp số học kết cấu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 92 Tiếng Anh 13 ASCE-ACI Committee 445 on Shear and Torsion (1998), "Recent Approaches to Shear design os Structural Concrete", Journal of Structural Engineering, Decem ber 1998/1375 14 The Strut-and-Tie Models of Concrete Structures By Dr C C Fu, PhD., P.E, The Best Center University of Maryland Presented to The Maryland State Highway Administration August 21, 2001 15 ACI 318-02, "Building Code Requirements for Structural Concrete (318-02) and Commentary (318RM-02)", American Concrete Institute, FarmingtonHills, Michigan 16 Kenneth M.Leed, Reinforced Concrete Design, Northeastern University 1999 17 Rogowsky D M and MacGregor J (1986), "Design of reinforced Concrete Deep Beams", Concrete International, No.08, pp 49-58 18 Foster, S J (1995), "Non-flexural Member", Lecture of the University of New South Wales, Australia 19 Ray W.Clough, Joseph Penzien (1993), Dynamics of Structure, McGaw-hill Inc 20 O.C.Zienkiewicz and R.L.Taylor (1989), The Finite Element Method, Mcgraw-Hill Book company Europe England [...]... cốt thép thờng là loại dầm cao mà vật liệu chế tạo bằng bê tông cốt thép Dầm đợc thiết kế chịu tải trọng lớn trong nhà cao tầng Loại này vẫn đợc sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng, các công trình chung c, nhà cao tầng hiện nay hiện nay Hình 1.17: Dầm cao bê tông cốt thép thờng - Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực là dầm cao đợc chế tạo bằng bê tông cốt thép. .. Công việc tính toán thiết kế dầm cao ngày càng trở nên quen thuộc với các kỹ s xây dựng Việt Nam 1.2.4 Lịch sử nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép Trên thế giới, những nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép đợc hình thành từ những năm 1965 bởi Albritton Lần lợt sau đó Hiệp hội xi măng bê tông (C&CA), hiệp hội nghiên cứu thông tin công nghệ xây dựng (CIRIA) bổ xung các nghiên cứu của... hợp với cốt thép cờng độ cao đợc kéo căng tạo ứng suất nén trong bê tông Dầm đợc thiết kế chịu tải trọng rất lớn và tải trọng động Loại này đợc dùng nhiều trong các công trình cầu đờng 27 Hình 1.18: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực - Dầm cao bằng kết cấu thép: Hình 1.19: Dầm cao bằng kết cấu thép 28 1.2.2 Sự làm việc của dầm cao bê tông cốt thép [7] Những phân tích đàn hồi với các dầm cao ở trạng... dải bê tông chịu nén nối tải trọng và phản lực" Định nghĩa này phần nào nói lên bản chất truyền lực của dầm cao 26 1.2.1 Phân loại và phạm vi sử dụng dầm cao BTCT trong xây dựng Trong xây dựng cấu kiện dầm cao BTCT đợc thiết kế và thi công với nhiều hình dạng, kích thớc khác nhau, các dạng chịu lực khác nhau nhng thờng đợc chia ra làm 2 loại chính: - Dầm cao bê tông cốt thép thờng: Dầm cao bê tông cốt. .. chống-giằng, các luồng nội lực đợc lý tởng hóa thành một chống-giằng tạo bởi các thanh chống bê tông chịu nén và các thanh giằng cốt thép chịu kéo Cách thực hiện đó cho ta một cái nhìn đầy đủ về sự làm việc của dầm cao Các chơng sau sẽ lần lợt giới thiệu cơ sở và cách thực hành các phơng pháp, sau đó là các ví dụ tính toán và so sánh để cho thấy hiệu quả của từng phơng pháp 33 Chơng ii: Các Phơng pháp tính toán. .. phơng pháp phần tử hữu hạn 24 Dầm cao thờng đợc thiết kế đỡ cột, vách (hình 1.14) cũng có khi cấu tạo thành cả 1 tầng để đỡ toàn bộ hệ thống các tầng nhà bên trên (hình 1.15) Hình 1.14: Dầm cao đỡ cột vách Hình 1.15: Dầm cao đỡ các tầng nhà bên trên 25 1.2 dầm cao bê tông cốt thép 1.2.1 Định nghĩa dầm cao: [5], [7] Dầm cao là một loại cấu kiện có tỷ lệ giữa chiều cao và nhịp lớn hơn nhiều so với các dầm. .. Việc nghiên cứu tính toán các cấu kiện dầm có chiều cao lớn với nhiều mô hình và phơng pháp đã đợc thực hiện, ứng dụng nhiều ở Đức và các nớc Châu Âu Những kết quả nghiên cứu bằng phơng pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng mô hình chống-giằng đã đợc ghi nhận và từng bớc đa vào tiêu chuẩn tính toán kết cấu bê tông cốt thép của ACI - Hoa Kỳ Tuy nhiên trong thực tế, việc tính toán thiết kế theo phơng pháp. .. phơng án tính toán cấu tạo sao cho hiệu quả nhất 3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tợng nghiên cứu trong phạm vi luận văn là dầm cao BTCT một nhịp, chịu tải tập trung Về mặt lý thuyết tác giả sử dụng các nghiên cứu của phơng pháp số, các tài liệu thiết kế kết cấu theo tiêu chuẩn ACI Còn trong tính toán thực hành có sử dụng phần mềm tính toán kết cấu Sap-v9.03 để tính toán cho các cấu kiện dầm cao 4... các dạng dầm cao nh trong phơng pháp phần tử hữu hạn, sau đó tính toán và bố trí cốt thép So sánh u nhợc điểm của 2 phơng pháp trên trong từng trờng hợp, và nêu nên phạm vi ứng dụng của từng phơng pháp 12 5 Hớng kết quả nghiên cứu: Phơng pháp Phần tử hữu hạn là cơ sở để xây dựng các phần mềm tính toán kết cấu hiện nay nh Sap, Etab, Về lý thuyết tính toán phơng pháp này rất cồng kềnh, phức tạp và khó... một cách có hệ thống bởi Paiva và Siess (1965), [5] Lần lợt các nghiên cứu, tính toán dầm cao đợc ra đời Kéo theo đó là sự phát triển của hàng loạt các nhà cao tầng có hệ thống dầm cao trên toàn thế giới, tập trung nhiều nhất vẫn là ở Mỹ Lý thuyết tính toán dầm cao đã đợc đa và tiêu chuẩn thiết kế của nhiều nớc, nh ACI, Đức, và nhiều nớc châu Âu ở Việt Nam dầm cao đã đợc Bộ giao thông vận tải đa vào