BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

----- ñ & ó -----

TRẦN VŨ KHƯƠNG

SO SÁNH SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN PHẲNG

TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ VÁCH CỨNG

KHI CÓ VÀ KHÔNG CÓ THAM GIA

CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2016

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trương Hoài Chính

Phản biện 1: PGS.TS.Nguyễn Minh Long

Phản biện 2: TS.Đặng Công Thuật

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 01 năm 2016.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài Kết cấu sàn phẳng BTCT có các ưu điểm như: đảm bảo vẽ mỹ

quan, thông gió - chiếu sáng dễ dàng, chiều cao thông thủy của sàn phẳng tốt hơn so với sàn có dầm, chiều cao tầng nhà giảm do không sử dụng dầm (tăng số tầng lên đáng kể so với công trình cao tầng sử dụng kết cấu sàn có dầm, khi có cùng chiều cao xây dựng),…

Tuy nhiên, các giả thuyết tính toán thiết kế sàn phẳng hiện nay thường quan niệm sàn chỉ chịu tải trọng đứng, ít khi xét đến sự làm việc của sàn khi chịu tải trọng ngang. Do đó, mục tiêu của bài luận văn này của Học viên là nghiên lý thuyết tính toán và kết hợp với ví dụ tính toán bằng số liệu cụ thể để: “So sánh sự làm việc của sàn phẳng trong nhà nhiều tầng có vách cứng khi có và không có tham gia chịu tải trọng ngang”.

2. Mục đích nghiên cứu Tính toán, so sánh sự làm việc của sàn phẳng bê tông cốt thép

trong nhà nhiều tầng có vách cứng khi có và không có tham gia chịu tải trọng ngang.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng,

khi sàn có và không có tham gia chịu tải trọng ngang. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: - Tải trọng ngang chỉ xét tải trọng gió. - Nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam,

Mỹ và các chỉ dẫn trong tính toán kết cấu sàn phẳng.

2

4. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết tính toán kết hợp với ví dụ tính toán

bằng số (sử dụng phần mềm Safe để mô hình tính toán), để kiểm chứng lại lý thuyết tính toán.

5. Cấu trúc của luận văn Nội dung luận văn gồm 03 chương: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về sàn phẳng bê tông cốt thép Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế sàn phẳng bê tông

cốt thép Chương 3: Ví dụ tính toán Kết luận và kiến nghị

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1. SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BÊ TÔNG CỐ THÉP

1.1.1. Khái niệm nhà nhiều tầng 1.1.2. Hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng a. Các cấu kiện chịu lực cơ bản b. Các hệ kết cấu chịu lực

1.2. SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU SÀN VÀ VÁCH CỨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG

1.2.1. Sơ lược về kết cấu sàn 1.2.2. Khái niệm về vách cứng, lõi cứng a. Định nghĩa b. Ưu điểm của vách cứng hay lõi cứng c. Nhược điểm của vách cứng hay lõi cứng

1.3. TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM)

1.3.1. Tổng quan về sàn phẳng Sàn phẳng gồm có bản kê trực tiếp lên cột. Đầu cột có thể

được làm loe ra thành mũ cột để bản liên kết với cột được chắc chắn, đảm bảo cường độ chống đâm thủng của bản, đồng thời làm giảm nhịp tính toán của bản và làm mômen được phân ra một cách đều đặn theo bề rộng bản. Dùng sàn phẳng sẽ giảm được chiều cao kết cấu, việc làm ván khuôn đơn giản và dễ bố trí cốt thép. Sàn không dầm có mặt dưới phẳng nên việc chiếu sáng và thông gió tốt hơn sàn

4

có dầm. Ngoài ra việc ngăn chia các phòng trên mặt sàn cũng sẽ linh hoạt và rất thích hợp với các bức tường ngăn di động. v.v...

1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Ngày nay, người ta đã xây dựng được những phương pháp tính

bằng số mạnh để giải quyết các bài toán về môi trường liên tục. Các phương pháp tính có thể kể đến như: phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử biên, lý thuyết tương đương năng lượng và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)...

Hình 1.8: Công trình Walnut Condos sử dụng sàn phẳng (13 tầng) (Ảnh tác giả sưu tầm)

1.3.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, việc ứng dụng sàn phẳng trong các công trình

cao tầng hiện nay được sử dụng khá phổ biến do có nhiều ưu điểm như: tăng tương đối chiều cao thông tầng, trần phẳng tạo không gian đẹp, linh hoạt, độ bền công trình cao, thi công nhanh.

5

Hình 1.9:

Hình 1.9: Ảnh tác giả sưu tầm minh họa công trình sử dụng sàn phẳng

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nội dung nghiên cứu ở Chương 1, ta nhận thấy ngày nay

sàn phẳng được sử dụng khá phổ biến trong nhiều công trình nhà nhiều tầng trong nước ta và cũng như các nước trên thế giới, do có nhiều ưu điểm như: thi công nhanh, chiều cao công trình tăng do chiều cao tầng giảm, mặt dưới sàn phẳng nên thuận lợi cho thông gió, chiếu sáng và bố trí linh hoạt các vách ngăn,…

Tuy nhiên, công tác tính toán thiết kế sàn phẳng hiện nay ở nước ta còn ít quan tâm đến việc sàn tham gia chịu tải trọng ngang. Chính vì vậy, trong bài luận văn này tác giả xin giới thiệu một số phương pháp tính toán sàn phẳng trong nhà nhiều tầng khi tham gia chịu tải trọng ngang có xét tới sự ảnh hưởng của vách cứng.

Nội dung các phương pháp tính toán cụ thể được trình bày ở Chương 2.

6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.1. SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.2. CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

2.2.1. Mô hình tính phân phối tải trọng ngang 2.2.2. Các giả thiết tính toán

2.3. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): là một phương pháp

rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v., đến những bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thủy đàn hồi, khí đàn hồi, điện - từ trường v.v. 2.4. QUAN NIỆM MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

2.4.1. Sự làm việc của sàn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang

2.4.2. Các mô hình phân tích nội lực sàn chịu tải trọng ngang

a. Mô hình dầm tương đương b. Mô hình dầm tương đương hiệu chỉnh c. Mô hình phần tử hữu hạn

2.5. KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỐNG CẮT CỦA SÀN

7

2.6. KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN 2.6.1. Độ võng ngắn hạn 2.6.2. Độ võng dài hạn 2.6.3. Độ võng tổng cộng

2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua các nội dung nghiên cứu ở Chương 2, để phân tích sự làm

việc của sàn phẳng trong nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang có 03 mô hình để ta phân tích đó là: Mô hình dầm tương đương, Mô hình dầm tương đương đã hiệu chỉnh và Mô hình phần tử hữu hạn. Trong 03 mô hình nêu trên, thì ngày nay nhờ sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, đặc biệt là khoa học máy tính nên mô hình phần tử hữu hạn đã được hỗ trợ một cách mạnh mẽ, vì vậy trong tính toán thiết kế, phân tích sự làm việc của các kết cấu với mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm được sử dụng rộng rãi và cho kết quả chính xác nhất.

Phương pháp phần tử hữu hạn có thể giúp người kỹ sư mô hình hóa được các kết tương đối chính xác với mô hình trong thực tế, ngay cả các mô hình kết cấu siêu tĩnh phức tạp nhất. Thiết kế sàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn giúp ta dễ dàng xác định được nội lực, khả năng chịu cắt hay xác định độ võng của sàn hoặc thay đổi các thông số đầu vào môt cách dễ dàng,… và cho ta kết quả tính toán đáng tin cậy.

Tiếp theo trong Chương 3 – Ví dụ tính toán, tác giả sẽ trình bày ứng dụng mô hình phần tữ hữu hạn, mô hình sàn phẳng trong phần mềm Safe để phân tích sự làm việc của sàn.

8

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN

3.1. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TÍNH TOÁN

Công trình nhà nhiều tầng có mặt bằng với kích thước 16,5mx23m, mặt bằng tầng điển hình bố trí như hình 3.1, chiều cao tầng là 3,4m, công trình cao 12 tầng.

Sàn, vách, lõi và cột sử dụng bê tông cấp độ bền B30. Thông số kích thước, tiết diện như sau:

- Sàn không dầm (sàn phẳng) dày 300mm; - Vách dày 550mm, lõi dày 400mm. Vách, lõi không thay đổi

tiết diện từ dưới lên. - Cột có kích thước 800x800mm.

-

Hình 3.1: Mặt bằng tầng điển hình

9

§ Trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng - Sàn chịu tác dụng của hoạt tải phân bố đều q1 = 0,4 kN/m2 - Trọng lượng bản thân kết cấu. § Trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang Sàn chịu tác dụng của tải trong gió theo phương X (như hình

3.40) và theo phương Y (như hình 3.34), với: - Mặt đón gió chịu tải phân bố đều: q2 = 10 kN/m; - Mặt khuất gió chịu tải phân bố đều: q3 = 8 kN/m.

3.2. XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH MÔ HÌNH BẰNG MỀM SAFE

3.2.1. Trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng

Hình 3.4: Giá trị lực dọc trong các dải sàn song song

với trục X và trục Y (giá trí rất bé)

10

Hình 3.5: Biểu đồ mômen trong các dải sàn song song

với trục Y (KNm)

Hình 3.6: Biểu đồ mômen trong các dải sàn song song

với trục X (KNm)

11

Hình 3.7: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song

với trục Y (KN)

Hình 3.8: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song

với trục X (KNm)

12

Hình 3.9: Mặt bằng bố trí cốt thép lớp trên theo

hai phương của sàn

Hình 3.10: Mặt bằng bố trí cốt thép lớp dưới theo

hai phương của sàn

13

Hình 3.15: Biểu đồ bao vật liệu theo phương X của sàn

Hình 3.16: Biểu đồ bao vật liệu theo phương Y của sàn

14

3.2.2. Trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang a. Mặt bằng tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo

phương Y

Hình 3.17: Mặt bằng sàn chịu tải trọng ngang theo phương Y

Hình 3.20: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song với trục Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN)

15

Hình 3.21: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song với trục X

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN)

Hình 3.23: Giá trị lực cắt trong các dải sàn song song với trục X và

trục Y do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị rất bé)

16

Hình 3.24: Giá trị momen trong các dải sàn song song với trục X và

trục Y do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị rất bé) b. Mặt bằng tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo

phương X

Hình 3.25: Mặt bằng sàn tầng chịu tải trọng ngang theo phương X

17

Hình 3.26: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song với trục Y do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN)

Hình 3.27: Biểu đồ lực dọc trong các dải sàn song song với trục X do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN)

18

Hình 3.29: Giá trị lực cắt trong các dải sàn song song với trục X và

trục Y do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (giá trị rất bé)

Hình 3.30: Giá trị momen trong các dải sàn song song với trục X và

trục Y do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (giá trị rất bé)

19

c. Kết quả thiết kế cốt thép sàn trường hợp sàn chịu tải trọng ngang

Hình 3.33: Mặt bằng bố trí cốt thép trên theo hai phương của sàn

Hình 3.34: Mặt bằng bố trí cốt thép dưới theo hai phương của sàn

20

Hình 3.35: Biểu đồ bao vật liệu theo phương Y của sàn

Hình 3.36: Biểu đồ bao vật liệu theo phương X của sàn

21

3.3. Kết luận chương Qua kết quả phân tích nội lực của sàn phẳng bê tông cốt thép

(sàn không dầm) trong hai trường hợp nêu trên, ta nhận thấy: *. Đối với trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng + Giá trị mômen, lực cắt trong các dãy sàn lớn, còn giá trị

lực dọc trong các dãy sàn rất bé. + Khi chịu tải trọng đứng, sàn làm nhiệm vụ tiếp nhận và

phân phối tải trọng đến các cấu kiện chịu lực theo phương đứng. *. Đối với trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang - Giá trị lực dọc trong các dãy sàn lớn; còn giá trị của

mômen và lực cắt trong các dãy sàn rất bé. - Khi sàn tham gia chịu tải trọng ngang, tại tiết diện giao

nhau giữa sàn và vách xuất hiện ứng suất tập trung dẫn đến biểu đồ nội lực (lực dọc) tại các vị trí xung quanh vách có bước nhảy như hình 3.35 và hình 3.42. Nói cách khác, khi sàn chịu tải trọng ngang có kể đến ảnh hưởng của vách cứng thì phần sàn xung quanh vách chịu một phản lực từ vách lên sàn (với giá trị nhất định) tạo ra bước nhảy trong biểu đồ nội lực (lực dọc).

22

KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

§ Kết luận: Khi tính toán thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép cho nhà

nhiều tầng, ta quan niệm sàn chỉ chịu tải trọng đứng và vách, lõi chịu tải trọng ngang là chưa đầy đủ. Để đảm bảo sàn làm việc được an toàn, khi thiết kế cốt thép cho sàn ta phải xét sự làm việc của sàn trong hai trường hợp là sàn vừa chịu tải trọng đứng và vừa chịu tải trọng ngang.

§ Kiến nghị: Khi tính toán thiết kế sàn phẳng cho nhà nhiều tầng có xét đến

ảnh hưởng của vách cứng (lõi cứng) ta cần xét đến sự làm việc của sàn khi tham gia chịu tải trọng ngang, vì trường hợp này giá trị lực dọc trong sàn lớn. Khi đó, tại tiết diện giao nhau giữa sàn và vách cứng (lõi cứng) xuất hiện ứng suất tập trung; Vì vậy cần lưu ý trong việc tính toán, lựa chọn bố trí cốt thép chịu lực và cốt thép tăng cường tại các vị trí này sao cho hợp lý, đảm bảo khả năng chịu lực an toàn và thi công được dễ dàng.

§ Hướng phát triển tiếp theo của đề tài: Qua nội dung nghiên cứu của luận văn nêu trên, Học viên xin

đề xuất hướng phát triển tiếp theo của đề tài để nghiên cứu là: “Nghiên cứu sự làm việc của sàn phẳng bê tông ứng lực trước

trong nhà nhiều tầng có ảnh hưởng của vách cứng (có xét đến biến dạng trượt của các vách) khi sàn tham gia chịu tải trọng ngang đồng thời gồm tải trọng động đất và tải gió.”