Tải bản đầy đủ (.pdf) (12 trang)

Tính toán vách phẳng bê tông cốt thép có lỗ cửa theo mô hình thanh chống giằng (STM)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.31 MB, 12 trang )

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019. 13 (4V): 35–46

TÍNH TOÁN VÁCH PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ LỖ CỬA
THEO MÔ HÌNH THANH CHỐNG GIẰNG (STM)
Nguyễn Minh Thua,∗, Phạm Thanh Tùng1
a

Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng,
số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam

Nhận ngày 20/08/2019, Sửa xong 16/09/2019, Chấp nhận đăng 16/09/2019
Tóm tắt
Vách và lõi cứng bê tông cốt thép (BTCT) là kết cấu chịu lực không thể thiếu trong nhà cao tầng, nhưng cho tới
nay các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam chưa đề cập nhiều đến việc tính toán loại kết cấu này. Hiện
tại, việc tính toán cốt thép cho vách có nhiều phương pháp như phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi, phương
pháp giả thiết vùng biên chịu mô men, phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác, phương pháp thanh chống
giằng (Strut-and-Tie Model)... Nội dung chính của bài báo là giới thiệu phương pháp tính toán vách BTCT có
lỗ cửa theo mô hình thanh chống-giằng trong ACI 318-19, mô hình này được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới
nhưng lại ít được áp dụng trong thiết kế tại Việt Nam. Kết quả tính toán cốt thép được so sánh với số liệu tính
theo phương pháp phần tử biên.
Từ khoá: vách phẳng; BTCT; lỗ cửa; thanh chống - giằng; ACI 318.
CALCULATION OF REINFORCED CONCRETE SHEAR WALLS WITH OPENINGS BY STRUT-ANDTIE MODEL (STM)
Abstract
Reinforced concrete (RC) Shear walls and Cores are indispensable bearing structures in high-rise buildings,
but up to now Vietnam’s applicable construction standards do not clearly mention the calculation of those
structures. Currently, the calculation of reinforcement for shear walls can be implemented based on many
methods such as the elastic stress distribution, the method of assuming the marginal bearing area, the interactive
chart method, the Strut-and-Tie Model, etc. The main content of the paper is to introduce the calculation method
of reinforced concrete walls with openings according to the Strut-and-Tie Model in ACI 318-19, a new one
has not been popularly applied in Vietnamese design work. The obtained results are compared with the data
calculated based on the method of assuming the marginal bearing area.


Keywords: shear wall; RC; openings; strut and tie; ACI 318.
https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(4V)-04 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)

1. Giới thiệu
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhiều nước trên thế giới đã có chỉ dẫn về tính toán vách cứng bê tông
cốt thép (BTCT) nhưng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2018 [1] chưa đề cập cụ thể cách tính toán,
do đó gây khó khăn cho việc áp dụng trong thực tế.
Việc tính toán tác động đồng thời của cả mômen và lực cắt rất phức tạp và khó thực hiện, vì vậy
trong các tiêu chuẩn thiết kế vẫn tách riêng việc tính cốt dọc và cốt đai khi tính toán vách BTCT. Theo
Tùng và cs. [2], việc tính cốt thép dọc cho vách cứng có thể tính theo ba phương pháp phổ biến sau:


Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: nmthu511@gmail.com (Thu, N. M.)

35


Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

- Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi;
- Phương pháp vùng biên chịu mô men;
- Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác.
Tuy nhiên, tính toán cốt thép theo các phương pháp trên chưa phản ánh đúng sự làm việc của vách
BTCT (coi vật liệu đàn hồi) hoặc là quy trình tính toán khá phức tạp (phương pháp xây dựng biểu đồ
tương tác). Ở các phương pháp này, tính toán và thiết kế các cấu kiện BTCT đều dựa trên giả thiết là
tiết diện phẳng trong quá trình chịu lực, điều này chỉ thích hợp cho những khu vực kết cấu có trường
ứng suất thay đổi một cách đều đặn. Trong thực tế, có rất nhiều khu vực trong kết cấu vách BTCT
(vách có lỗ cửa . . . ) mà trường ứng suất và biến dạng có nhiễu loạn lớn làm cho việc áp dụng giả thiết
về biến dạng phẳng không còn đúng nữa.
Với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính, các hệ thống phần mềm tính toán kết cấu BTCT dựa

trên phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến đã được xây dựng khá nhiều trong thời gian gần đây như
ANSYS, ABAQUS, ATENA, midas FEA v.v. Những công cụ này cho phép nghiên cứu một cách khá
chính xác ứng xử của các vùng không liên tục trong kết cấu BTCT trong suốt quá trình chịu lực, cả
trước và sau khi nứt. Khi khai thác các chương trình này, có thể sử dụng các quan hệ ứng suất – biến
dạng của bê tông đã nứt như trong lý thuyết vùng nén cải tiến. Cho đến nay, để nghiên cứu tỉ mỉ sự
làm việc các vùng không liên tục trong kết cấu BTCT sau khi nứt, phương pháp phần tử hữu hạn phi
tuyến với các phần mềm máy tính đang là công cụ mạnh nhất. Tuy nhiên, đối với các thiết kế thực
tế, phương pháp này đòi hỏi quá nhiều thời gian và công sức của kỹ sư, chúng chỉ thích hợp cho các
nghiên cứu đặc biệt và được sử dụng để điều chỉnh các phương pháp thiết kế thông thường. Bởi vậy,
một trong các phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay được đưa vào nhiều tiêu chuẩn của các
nước trên thế giới để thiết kế khu vực không liên tục trong các kết cấu BTCT là phương pháp sơ đồ hệ
thanh chống – giằng (STM). Phương pháp này hiện nay còn chưa được ứng dụng nhiều ở Việt Nam.
Vì vậy nội dung chính của bài báo là giới thiệu phương pháp tính toán mới dễ vận dụng cho vách
phẳng BTCT có lỗ cửa, nơi tồn tại trường ứng suất và biến dạng nhiễu loạn, so sánh phương pháp này
với phương pháp thiết kế thường gặp thông qua ví dụ tính toán, từ đó rút ra các kiến nghị ứng dụng,
làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế.
2. Tổng quan về mô hình thanh chống – giằng
2.1. Giới thiệu phương pháp sơ đồ hệ thanh chống-giằng
Để tính toán và thiết kế các kết cấu BTCT, người ta có thể mô hình hoá dòng lực chạy trong chúng
bằng các sơ đồ dạng giàn đơn giản [3–6]. Trường ứng suất nén chính trong bê tông có xu hướng trở
thành các đường thẳng và các thanh bê tông nằm giữa các vết nứt sẽ chịu ứng suất nén này và có thể
được mô hình hoá thành các thanh nén. Trường ứng suất kéo sẽ do cốt thép chịu và được mô hình
hoá thành các thanh kéo. Các khu vực có sự chuyển hướng của ứng suất được thể hiện thành các nút
(Hình 1).
Phương pháp này được gọi là phương pháp sơ đồ hệ thanh (SĐHT) hay “thanh chống và thanh
giằng” (Strut-and-Tie model). Việc thay thế một kết cấu hoặc cấu kiện BTCT bằng một SĐHT thực
chất là đi tìm một trạng thái nội lực trong kết cấu để SĐHT thoả mãn điều kiện cân bằng và điều
kiện cường độ. Đây là một công cụ hữu hiệu, được thừa nhận và áp dụng trên thế giới để phân tích
các hư hỏng cũng như thiết kế mới kết cấu BTCT, đặc biệt là các khu vực chịu lực cục bộ (khu vực
không liên tục) trong kết cấu. Nhiều tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến trên thế giới như ACI 318-19 [7],

EuroCode 2 [8], AASHTO [9], DIN 1045 [10] ... đã chính thức coi phương pháp SĐHT là một phương
pháp dùng để phân tích và xử lý cấu tạo cho kết cấu với nhiều thế mạnh thay thế cho việc áp dụng
thuần túy các qui định cấu tạo thường được thể hiện trong các qui trình thiết kế trước đây.
36


anh nén. Trường ứng suất kéo sẽ do cốt thép chịu và được mô hình hoá thành các
anh kéo. Các khu vực có sự chuyển hướng của ứng suất được thể hiện thành các nút
Hình 1).
Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

1. Kết
cấu và
thật sơ
và sơđồ
đồ hệ
tương tương
ứng
Hình 1: KếtHình
cấu
thật
hệthanh
thanh
ứng

Phương
pháp tắc
này
phương
sơ[7]đồ hệ thanh (SĐHT) hay “thanh

2.2. Nguyên
xâyđược
dựng sơgọi
đồ hệlà
thanh
(theo ACIpháp
318-19)
a. Một
lực luôn(Strut-and-Tie
luôn tìm đường ngắnmodel).
nhất để đến
gối, đường
nàymột
được kết
gọi làcấu
dònghoặc
lực. Các
ống và thanh
giằng”
Việc
thay đithế
cấu kiện
dòng lực không được phép giao nhau, bắt đầu và kết thúc tại trọng tâm của diện tích đặt tải hoặc diện
TCT bằng
tích một
gối tựa.SĐHT thực chất là đi tìm một trạng thái nội lực trong kết cấu để
b. Dòng lực phải là ngắn nhất có thể và có dạng đường dòng không có điểm gãy. Chiều của dòng
ĐHT thoả
mãn
điều kiện cân bằng và điều kiện cường độ. Đây là một công cụ hữu

lực là chiều của tải trọng tác dụng.
c. Lực
tập trung
hướng trên
phân bố
vào bê
nên các
dòng
lựchư
có độ
cong lớn
tại gần
ệu, được thừa
nhận
và có
ápxudụng
thếđềugiới
đểtông
phân
tích
các
hỏng
cũng
như thiết
nơi đặt lực.
mới kết cấu
là lực
cácxuấtkhu
chịuhướng
lựctạocục

(khu
d. TạiBTCT,
những chỗđặc
cong biệt
của dòng
hiện vực
lực chuyển
nên bộ
sự cân
bằng.vực không liên
c) trong 2.3.
kết Trình
cấu.tựNhiều
tiêu
chung xây
dựngchuẩn
sơ đồ hệ thiết
thanh kế tiên tiến trên thế giới như ACI 318-19 [7]
uroCode 2 a.[8],
AASHTO
DIN
1045
[10]
Xác định
các phản lực[9],
gối trên
mô hình
kết cấu
toàn ...
thể. đã chính thức coi phương pháp

b. Phân chia kết cấu thành các vùng B (vùng liên tục, trường ứng suất biến đổi đều đặn có thể
ĐHT là một
phương
phápgiảdùng
đểcắtphân
và xử và
lýcác
cấu
tạoD (vùng
cho không
kết cấu
với nhiều
áp dụng
được lý thuyết
thiết mặt
phẳng tích
của Bernoulli)
vùng
liên tục,
trường ứng
biếnviệc
đổi hỗn
và giảthuần
thiết tiết túy
diện phẳng
khôngđịnh
còn thích
- Hình
2).
ế mạnh thay

thếsuất
cho
áploạn
dụng
các qui
cấuhợptạo
thường
được thể
c. Xác định nội lực và thiết kế sơ bộ các vùng B theo các phương pháp thông thường hoặc phương
ện trong pháp
cácSĐHT.
qui trình thiết kế trước đây.
d. Xác định rõ tất cả các lực tác dụng lên từng vùng D. Cần phải xét đến các ứng suất biên hoặc

nội tắc
lực biên
mặt cắt
vùng(theo
B và vùng
D. 318-19)[7]
2. Nguyên
xâyở các
dựng
sơtiếp
đồgiáp
hệ giữa
thanh
ACI

e. Kiểm tra điều kiện cân bằng cho mỗi vùng D.

f. Xâyluôn
dựng SĐHT
và tính toán
nội lực
và kiểm
theogối,
điều kiện
cườngđi
độ.này
luôn
tìm đường
ngắn
nhất
để tra
đến
đường

Một lực
được gọi là dòng
2.4. Các
phương
pháp được
xây dựngphép
sơ đồ hệ
thanhnhau, bắt đầu và kết thúc tại trọng tâm của
c. Các dòng
lực
không
giao
SĐHT cần bao quát được dòng nội lực gần với thực tế để kết cấu thực có thể được tính toán đủ

ện tích đặt tải
hoặc diện tích gối tựa.
Dòng

chính xác. Mô hình STM lý tưởng là mô hình có số lượng thanh tối thiểu. Đối với một số kết cấu phức
tạp chúng ta nên sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để xác định quỹ đạo ứng suất cho từng trường
lực
phải là ngắn nhất có thể và có dạng đường dòng không có điểm
hợp tải trọng [11]. Có ba phương pháp chính:
a. Xây dựng SĐHT bằng phương pháp dòng lực
Mô hình được xây dựng dựa trên phản ánh 3dòng lực chính và minh hoạ ứng xử chịu lực của kết
cấu. Các thanh chịu kéo và chịu nén là đại diện cho trường ứng suất kéo hoặc nén trong kết cấu. Các
nút của các thanh là nơi mà các nội lực hoặc ứng suất chuyển hướng hoặc neo (Hình 3).
37

gãy.


biên hoặc nội lực biên ở các mặt cắt tiếp giáp giữa vùng B và vùng D.
e. Kiểm tra điều kiện cân bằng cho mỗi vùng D.
Thu,
N. M.,
Tùng,nội
P. T.lực
/ Tạpvà
chí kiểm
Khoa học
nghệđiều
Xây dựng
f. Xây dựng SĐHT và

tính
toán
traCông
theo
kiện cường độ.

TạpKhoa
chí Khoa
Khoa
học Công
Công
nghệ
Xây dựng
dựng
NUCE
2019
chí
học
NUCE
Tạp Tạp
chí
học Công
nghệnghệ
Xây Xây
dựng
NUCE
20192019

hạn
để xác

xác
định
quỹ
đạo
ứng
suất
cho
từng
trường
hợp
tải trọng
trọng
[11].
Cóphương
ba phương
phương
để
trường
tải

ba
hạnhạn
để xác
địnhđịnh
quỹquỹ
đạo đạo
ứngứng
suấtsuất
cho cho
từngtừng

trường
hợp hợp
tải trọng
[11].[11].
Có ba
pháp
chính:
pháp
chính:
pháp
chính:
a. Xây
Xây
dựng
SĐHT
bằng
phương
pháp
dòng
lực:
a.
dựng
SĐHT
phương
a. Xây
dựng
SĐHT
bằngbằng
phương
pháppháp

dòngdòng
lực:lực:

hình
được
xây
dựng
dựa
trên
phản
ánh
dòng
lực chính
chính
và minh
minh
hoạ ứng
ứng xử
xử
được
dựng
lực

Mô Mô
hìnhhình
được
xây xây
dựng
dựa dựa
trêntrên

phảnphản
ánh ánh
dòngdòng
lực chính
và minh
hoạ hoạ
ứng
xử
chịu
lực
của
kết cấu.
cấu.
Các
thanh
chịu
kéo
và chịu
chịu
nénđại
là diện
đại diện
diện
cho trường
trường
ứng suất
suất
thanh



đại
chịuchịu
lực lực
của của
kết kết
cấu.
CácCác
thanh
chịuchịu
kéo kéo
và chịu
nén nén

cho cho
trường
ứng ứng
suất
kéo
hoặc
nén
trong
kết cấu.
cấu.
Các
nút của
của các
các thanh
thanh
là mà
nơicác

mà nội
cáclực
nộihoặc
lực hoặc
hoặc
ứng suất
suất
trong
Các

nơi

các
nội
lực
kéokéo
hoặchoặc
nénnén
trong
kết kết
cấu.
Các
nút nút
của
các
thanh
là nơi
ứng ứng
suất
Hình

2.Hình
Các
không
tụcvề
về
hình
học
tĩnh
học
2. vùng
Các vùng
khôngliên
liên tục
hình
học và
tĩnhvàhọc
(vùng
D) (vùng D)
chuyển
hướng
hoặc
neo
(Hình
3)
chuyển
hướng
(Hình
chuyển
hướng
hoặchoặc

neo neo
(Hình
3) 3)

2.4. Các phương pháp xây dựng sơ đồ hệ thanh

SĐHT cần bao quát được dòng nội lực gần với thực tế để kết cấu thực có thể
được tính toán đủ chính xác. Mô hình STM lý tưởng là mô hình có số lượng thanh tối
thiểu. Đối với một số kết cấu phức tạp chúng ta nên sử dụng phân tích phần tử hữu
4

(a) Sơ đồ kết cấu

(b) Các dòng lực của tải trọng

(c) Sơ đồ hệ thanh

a) Sơ
b) Các
dòngdòng
lực của
tải
c) Sơc)
a)

đồ
kết
b)
lực
tải


đồ
hệ
a)đồ
Sơkết
đồ cấu
kết cấu
cấu
b) Các
Các
dòng
lực của
củatrọng
tải trọng
trọng
c)đồ
Sơhệ
đồthanh
hệ thanh
thanh
Hình 3. Sử dụng phương pháp dòng lực để mô hình hoá

Hình
3: Sử
phương
pháppháp
dòngdòng
lực để
hoá hoá
Hình

3:
Sử
phương
lực
để

Hình
3:dụng
Sử dụng
dụng
phương
pháp
dòng
lựcmô
đểhình
mô hình
hình
hoá
b.
dựng
SĐHT
dựadựa
trên
sự trên
phân
bố phân
ứng
hồi
b. Xây
Xây

dựng
SĐHT
trên
sự phân
bốsuất
ứng
suất
đàn đàn
hồi
b.
dựng
SĐHT
dựa
sự
bố
ứng
suất
b. Xây
Xây
dựng
SĐHT
dựa
trên
sự
phân
bốđàn
ứng
suất
đàn hồi
hồi

Quỹ đạo ứng suất trong kết cấu bê tông có thể được mô tả chính xác bằng phân tích đàn hồi. Mặc
QuỹQuỹ
đạoứng
ứng
suất
trong
kết
cấu
bêtrạng
tông
cókết
thể
được

xácnhưng,
bằng
phânvào
đạo
ứng
kết
cấu

tông

thể
được

tả
xác
phân

Quỹ
đạo
ứng
suất
trong
kết
cấu
bêthái
tông
cócấu
thể
được

tả chính
chính
xác bằng
bằng
phân
dù sự phân
bố
suất
nàysuất
chỉ trong
phù
hợp
cho
trước
khitả
bêchính
tông

nứt
dựa
tíchngười
đànđàn
hồi.
Mặc
dùdựng
sự
bố
ứng
suấtsuất
nàythanh
chỉ
hợp
chocác
trạng
tháiứng
kết
cấu
trước
tích

sự
phân
bố
này
chỉ
phù
hợp
cho

trạng
thái
kết
cấu
tích
đàn
hồi.
Mặc
dùphân
sự
phân
bố ứng
ứng
suất
nàyphù
chỉ
phù
hợp
cho
trạng
tháisuất
kếtchính.
cấu trước
trước
đó,
ta cóhồi.
thể Mặc
xây
được
SĐHT

gồm
các
hướng
theo
phương
Vị
trí
chuyển
hướng
được
xácvào
địnhđó,
từ sự
phân
ứng
suấtxây
trongdựng
từng
cắt.SĐHT
Cách
định
khicủa
bêhợp
tông
nứt
nhưng,
dựa
vào
đó,
người

ta cóbố
dựng
đượcmặt
SĐHT
gồmxác
các
khi

tông
nứt
nhưng,
dựa
người
ta

thể
được
gồm
các
khi
bêlực
tông
nứt
nhưng,
dựa
vào
đó,
người
tathể
có xây

thể
xây
dựng
được
SĐHT
gồm
các
vị
trí
lực
chuyển
hướng

định
hướng
SĐHH
dựa
trên

thuyết
đàn
hồi
được
thể
hiện
trên
Hình
4.
thanh
hướng

theotheo
các các
phương
ứngứng
suấtsuất
chính.
Vị trí
hợp
lực chuyển
hướng
đượcđược
thanh
hướng
phương
chính.
Vị
trí
lực
hướng
thanh
hướng
theo
các
phương
ứng
suất
chính.
Vịcủa
trí của
của hợp

hợp
lực chuyển
chuyển
hướng
được
Hình 5 mô tả cách vận dụng xây dựng SĐHT từ các phân tích ứng suất đàn hồi. Các thanh chống
xácxác
địnhđịnh
từ sự
phân
bố ứng
suất
trong
từng
mặtcác
cắt.
Cách
xác
định
vịtương
trívị
từ
sự
bố
ứng
từng
mặt
cắt.
Cách
xác

định
trí
lực
xác
định
từ
sự
phân
bố
ứng
suất
trong
từng
mặt
cắt.giằng
Cách
xác
định
vịlực
trí chuyển
lực
chuyển
(nét
đứt)
tương
ứng
vớiphân
luồng
ứng
suấtsuất

nén trong
(màu
tím),
thanh
(nét
liền)
ứng
với chuyển
luồng
hướng

hướng
SĐHH
trên
lýđặt
thuyết
đàntrung
hồi
được
thể hiện
trên2trên
Hình
4. chống
ứng
suất
kéođịnh
(màu
xanh).
CầnSĐHH
chúdựa

ý tại
vị trên
trí
tập
là được
điểm
giao
của
hệ thanh
hướng

định
hướng
dựa

thuyết
đàn
hồi
thể
Hình
4.
hướng

định
hướng
SĐHH
dựa
trên
lýlực
thuyết

đànsẽ
hồi
được
thể hiện
hiện
trên
Hình
4.
và giằng.
38


thanh hướng theo các phương ứng suất chính. Vị trí của hợp lực chuyển hướng được
xác định từ sự phân bố ứng suất trong từng mặt cắt. Cách xác định vị trí lực chuyển
hướng và định hướng SĐHH
dựa trên lý thuyết đàn hồi được thể hiện trên Hình 4.
Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Tạp
Công
nghệ
Xây
dựng
NUCE
2019
Tạpchí
chíKhoa
Khoahọc
họcCông
Côngnghệ

nghệXây
Xâydựng
dựngNUCE
NUCE2019
2019
Tạp
chí
Khoa
học

Hình 4:

Hình
vận
dụng
xây
dựng
SĐHT
từtừcác
các
phân
tích
ứng
suất
Hình555dưới
dướiđây
đâymô
môtả
cáchvận
vậndụng

dụngxây
xâydựng
dựngSĐHT
SĐHTtừ
cácphân
phântích
tíchứng
ứngsuất
suất
Hình
dưới
đây

tảtảcách
cách
đàn
tương
ứng
với
luồng
ứng
suất
nén
(màu
tím),
các
đànhồi.
hồi.Các
Cácthanh
thanhchống

chống(nét
(nétđứt)
đứt)tương
tươngứng
ứngvới
vớiluồng
luồngứng
ứngsuất
suấtnén
nén(màu
(màutím),
tím),các
các
đàn
hồi.
Các
thanh
chống
(nét
đứt)
Hình
4.
Quỹ
đạo
ứng
suất,
phân
bố
ứng
suất

đàn
hồi

mặt
cắt
giữa

SĐHT
thay
thế
thanh
giằng
(nét
liền)
tương
ứng
với
luồng
ứng
suất
kéo
(màu
xanh).
Cần
chú
ý
tại
thanh
giằng
(nét

liền)
tương
ứng
với
luồng
ứng
suất
kéo
(màu
xanh).
Cần
chú
ý
tại
thanh ứng
giằng suất,
(nét liền)
tươngbố
ứngứng
với luồng
suấthồi
kéoở(màu
chúvà
ý tại
vịvịvị
Quỹ đạo
phân
suấtứng
đàn
mặtxanh).

cắt Cần
giữa
SĐHT
trí
của
hệ
thanh
chống

giằng.
tríđặt
đặtlực
lựctập
tậptrung
trungsẽ
sẽlà
điểmgiao
giaocủa
của222hệ
hệthanh
thanhchống
chốngvà
vàgiằng.
giằng.
trí
đặt
lực
tập
trung
sẽ

làlàđiểm
điểm
giao

thay thế.

5

(a)

đồ
hình
học
(a)(a)
Sơđồ
đồhình
hình
học
(a)

học

đồ
hình
học

(b)
phân
(b)Quỹ
Quỹ

đạo
phân
bốứng
ứngsuất
suất
đạo
phân
bố
ứng
suất
(b)đạo
Quỹ
đạobố
phân
bố ứng suất

SĐHT
thay
thế.
SĐHT
thay
thế.
b)b)
SĐHT
thay
thế.
(c)b)
SĐHT
thay
thế


Hình
5:

đồ
hình
học,
quỹ
Hình5:
5:Sơ
Sơđồ
đồhình
hìnhhọc,
học,quỹ
quỹđạo
đạophân
phânbố
bốứng
ứngsuất
suấtđàn
đànhồi
hồivà
vàSĐHT
SĐHTthay
thaythế.
thế.
Hình
đạo
phân
bố

ứng
suất
đàn
hồi

SĐHT
thay
thế.
Xây
dựng
SĐHT
dựa
trên
các
SĐHT
mẫu:
Hình
5.SĐHT

đồ hình
học,
quỹ
đạo
phân
bố ứng suất đàn hồi và SĐHT thay thế
c.Xây
Xây
dựng
SĐHT
dựatrên

trêncác
cácSĐHT
SĐHT
mẫu:
c.c.
dựng
dựa
mẫu:
Trong
thực
tếtếtính
tính
toán,
một
Trongthực
thựctế
tínhtoán,
toán,một
mộtsố
sốSĐHT
SĐHTtiêu
tiêubiểu
biểuxuất
xuấthiện
hiệnlặp
lặpđiđiđilặp
lặplại
lạitrong
trong
Trong

số
SĐHT
tiêu
biểu
xuất
hiện
lặp
lặp
lại
trong
nhiều
trường
hợp

tổ
hợp
khác
nhau,
nhiều
trường
hợp
vàcác
tổhợp
hợpkhác
khác
nhau,thậm
thậmchí
chítrong
trongnhững
nhữngkết

kếtcấu
cấurất
rấtkhác
khácbiệt.
biệt.Lý

nhiều
trường
hợp

tổ
nhau,
thậm
chí
trong
những
kết
cấu
rất
khác
biệt.

c. Xây dựng
SĐHT
dựa
trên
SĐHT
mẫu
do


chỉ

một
số
lượng
rất
hạn
chế
các
vùng
không
liên
tục

dòng
ứng
suất
thực
dolàlàtế
chỉ
cómột
mộtsố
số
lượng
rấthạn
hạntiêu
chếcác
cácvùng
vùng
khônglặp

liên
tục

dòng
ứng
suấttrường
thực hợp và
chỉ

lượng
rất
chế
liên
suất
thực
Trong do
thực
tính
toán,
một
số SĐHT
biểu
xuấtkhông
hiện
đitục
lặpcó
lạidòng
trongứng
nhiều
sự

khác
nhau.
Khi
nắm

đặc
điểm
làm
việc
thực
tế
của
kết
cấu,
người
kỹ


thể
sự
khác
nhau.
Khi
nắm

đặc
điểm
làm
việc
thực

tế
của
kết
cấu,
người
kỹ


thể rất hạn
sự
khác
nhau.
Khi
nắm

đặc
điểm
làm
việc
thực
tế
của
kết
cấu,
người
kỹ


thể
tổ hợp khác nhau, thậm chí trong những kết cấu rất khác biệt. Lý do là chỉ có một số lượng

vận
dụng
các

hình
chuẩn
trong
thiết
kế
của
mình.
vậnkhông
dụngcác
các

hình
chuẩnứng
trong
thiết
kếcủa
củakhác
mình.
vận
dụng
hình
trong
thiết
kế
mình.
chế các vùng

liênmô
tục
có chuẩn
dòng
suất
thực
sự
nhau. Khi nắm rõ đặc điểm làm việc thực
2.5.
Tính
toán
nội
lực
của
các
thanh
trong
đồ
tế của kết 2.5.
cấu,
người
kỹ nội

vận
các
môsơ
hình
chuẩn
trong thiết kế của mình.
2.5.Tính

Tínhtoán
toán
nộicó
lựcthể
của
cácdụng
thanh
trong

đồhệ
hệthanh
thanh
lực
của
các
thanh
trong

đồ
hệ
thanh
Nội
lực
các
thanh
của
SĐHT
Nộilực
lựccác
cácthanh

thanhcủa
củaSĐHT
SĐHTđược
đượcxác
xácđịnh
địnhtheo
theocách
cáchthức
thứcgiải
giảibài
bàitoán
toángiàn
giàn
Nội
được
xác
định
theo
cách
thức
giải
bài
toán
giàn
thông
thường.
Người
thiết
kế


thể
thêm
nhiều
thanh
nén
xiên
cần
thiết
vào

đồ
thôngthường.
thường.Người
Ngườithiết
thiếtkế
kếcó
cóthể
thểthêm
thêmnhiều
nhiềuthanh
thanhnén
nénxiên
xiêncần
cầnthiết
thiếtvào
vàosơ
sơđồ
đồđể
để
thông

để
không biến dạng hình học. Việc sử dụng các SĐHT siêu tĩnh đôi khi cũng thích hợp
không
biến
dạng
hình
học.
Việc
sử
dụng
các
SĐHT
siêu
tĩnh
đôi
khi
cũng
thích
hợp
không biến dạng hình học. Việc sử dụng các SĐHT siêu tĩnh đôi khi cũng thích hợp
cho nghiên cứu dòng ứng suất thực tế và 39
cần giả định tương quan độ cứng và sự phân
chonghiên
nghiêncứu
cứudòng
dòngứng
ứngsuất
suấtthực
thựctếtếvà
vàcần

cầngiả
giảđịnh
địnhtương
tươngquan
quanđộ
độcứng
cứngvà
vàsự
sựphân
phân
cho
phối lực giữa các thanh.
phốilực
lựcgiữa
giữacác
cácthanh.
thanh.
phối
2.6. Các yêu cầu chính:
2.6.Các
Cácyêu
yêucầu
cầuchính:
chính:
2.6.
a. Hệ thanh phải ổn định, đảm bảo đáp ứng được tải trọng ngoài và tải trọng bản thân


Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng


2.5. Tính toán nội lực của các thanh trong sơ đồ hệ thanh
Nội lực các thanh của SĐHT được xác định theo cách thức giải bài toán giàn thông thường. Người
thiết kế có thể thêm nhiều thanh nén xiên cần thiết vào sơ đồ để không biến dạng hình học. Việc sử
dụng các SĐHT siêu tĩnh đôi khi cũng thích hợp cho nghiên cứu dòng ứng suất thực tế và cần giả định
tương quan độ cứng và sự phân phối lực giữa các thanh.
2.6. Các yêu cầu chính
a. Hệ thanh phải ổn định, đảm bảo đáp ứng được tải trọng ngoài và tải trọng bản thân trong các tổ
hợp tải trọng yêu cầu (bao gồm cả các hệ số tải trọng).
b. Sức kháng của thanh chống, thanh giằng và vùng nút phải lớn hơn hoặc bằng nội lực trong các
thành phần tương ứng.
c. Các thanh chống không bố trí cắt ngang qua vết nứt, không được phép giao nhau hoặc trùm lên
các thanh chống khác. Bề rộng thanh chống được lựa chọn để đáp ứng được nội lực trong thanh.
d. Góc nhỏ nhất giữa thanh chống và thanh giằng xác định theo tiêu chuẩn.
3. Tính toán và kiểm tra kết cấu bằng phương pháp STM theo ACI 318-19 [6]
3.1. Khả năng chịu lực của thanh chống được thể hiện qua biểu thức
Kích thước của thanh nén trong SĐHT được xác định trên cơ sở sự phù hợp về cấu tạo hình học
với các vùng nút, có đủ khả năng chịu lực và có thể được thay đổi thông qua các giải pháp cấu tạo
vùng nút như thay đổi cách bố trí cốt thép. Khả năng chịu lực của thanh chống được thể hiện qua
biểu thức:
Fns = fce Acs
(1)
trong đó Fns là khả năng chịu lực của thanh chống, Acs là diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu tại đầu
mút của thanh chống, fce là cường độ chịu nén hữu hiệu của bê tông trong vùng thanh chống hoặc nút
được tính toán theo biểu thức sau:
fce = 0, 85βc β s fc
(2)
trong đó β s lấy bằng 1,0 với thanh chống có tiết diện đều nhau, β s lấy bằng 0,75 với thanh chống có
cốt thép chịu kéo ngang, β s lấy bằng 0,4 với thanh chống trong cấu kiện chịu kéo và bản cánh chịu
kéo, β s lấy giá trị bằng 0,6 trong các trường hợp khác.
3.2. Khả năng chịu lực của thanh giằng (thanh kéo)

Kích thước của thanh kéo được xác định trên cơ sở diện tích cần thiết để đủ bố trí cốt thép chịu
kéo phù hợp với các quy định về khoảng cách và thoả mãn điều kiện giới hạn ứng suất của vùng nút.
Chỉ có những thanh thép được neo đầy đủ vào vùng nút mới được xem xét tham gia chịu lực trong
thanh kéo.
Khả năng chịu lực của thanh giằng được xác định thông qua biểu thức:
Fnt = Ats fy + Atp ∆ f p

(3)

trong đó Fnt là cường độ thanh giằng, Ats là diện tích cốt thép trong thanh giằng chịu kéo, Atp là diện
tích thép ứng suất trước trong thanh giằng, ∆ f p là số gia của ứng suất căng thép tính theo tải trọng
tiêu chuẩn, ∆ f p không được vượt quá ( f py − f se ) với f py là cường độ của thép căng ứng suất trước, f se
là ứng suất hữu hiệu trong thép căng ứng suất trước (sau tổn hao căng thép).
40


Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019
Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Fnt
(4)
= thanh
t , maxcác
Chiều cao hữu hiệu của vùng bê tôngwneo
chịu kéo:
F
f
b
nt

(4)
ce
s
wt ,max =
Fsnt
f b
wt,max
= cechống
(4)
trong đó bs là chiều rộng tính toán của
thanh
fce b s chịu nén trong mô hình giàn ảo.

trong đó bs là chiều rộng tính toán của thanh chống chịu nén trong mô hình giàn ảo.

Nếu đó
cácb thanh
thép chịu kéo nằm cùng một lớp thì chiều cao wt, max có thể lấy bằng
trong
s là chiều rộng tính toán của thanh chống chịu nén trong mô hình giàn ảo. Nếu các thanh
Nếu
các
thanh
thép chịu
kéo
nằm
một
thì chiều
cao wt, max có thể lấy bằng
đường

các thanh
théplớp
cộng
với cùng
hai
lớplớp
bảo
thép.
thép
chịukính
kéo nằm
cùng một
thì chiều
caolần
wt,max

thểvệ
lấycốt
bằng
đường kính các thanh thép cộng
đường
kính
các
thanh
thép
cộng
với
hai
lần
lớp

bảo
vệ
cốt
thép.
với hai lần lớp bảo vệ cốt thép.
3.3. Khả năng chịu lực của vùng nút:
3.3. Khả năng chịu lực của vùng nút:
3.3. Khả năng chịu lực của vùng nút

(5)
Fnn = f ce Anz
(5)
Fnn = f ce Anz
fce Anzở vùng nút, Anz là diện tích một mặt (5)
là khả năng chịu lực củaFmột
nn = mặt

trong đó: Fnn
trong đó: Fnn là khả năng chịu lực của một mặt ở vùng nút, Anz là diện tích một mặt
hoặcđó
tiếtFdiện
vùngnăng
nút,chịu
fce là
độmặt
chịuở nén
củadiện
bê tích
tôngmột
tại mặt

nút: hoặc tiết diện
trong
lựccường
của một
vùnghữu
nút,hiệu
Anz là
nn là khả
hoặc tiết diện vùng nút, f là cường độ chịu nén hữu hiệu của bê tông tại nút:
vùng nút, fce là cường độ chịucenén hữu hiệu của bê tông tại nút:
(6)
f ce = 0,85 c  n f c''
(6) (6)
ffcece =
ccβnnf f c
= 00,,85
85β
c
trong đó βn= 1,0 với vùng nút giới hạn bởi các thanh chống và ứng suất bề mặt khác,
trong
đó đó
βn =βn1,0
với với
vùng
nút nút
giới giới
hạn bởi
chốngchống
và ứngvàsuất
mặtbề

khác,
= 0,8 với
trong
= 1,0
vùng
hạncác
bởithanh
các thanh
ứngbềsuất
mặtβnkhác,
βn= 0,8
vớineo
vùng
nút
cógiằng,
neo một
thanh
giằng,
β
0,6
với
vùng
nút

neo
hai
thanh
n=
vùng
nút


một
thanh
β
=
0,6
với
vùng
nút

neo
hai
thanh
giằng
trở
lên
(Hình
6).
n
βn= 0,8 với vùng nút có neo một
thanh giằng, βn= 0,6 với vùng nút có neo hai thanh
giằng
giằngtrởtrởlên
lên(Hình
(Hình6)6)

Chiều dài
dàineo
neothép
thép

Chiều

Chiều
Chiềudài
dàineo
neothép
thép

(a)
Bốlớp
trí
một
lớp
cốt thép
Bốtrítrí
một
lớp
cốt
thép
(a)(a)Bố
một
cốt
thép

(b)
trí trí
nhiều
lớp cốt
thép
lớp

cốt
(b)BốBố
trí nhiều
nhiều
lớp
cốtthép
thép

HìnhHình
Kiểm
tratra
các
điều
tạivùng
vùngnútnút
Hình
6:6:Kiểm
tra
các
nút
6. Kiểm
cácđiều
điều kiện
kiện tại
3.4.Điều
Điềukiện
kiệnchịu
chịulực
lựctại
tạinút

nút
3.4.
3.4. Điều kiện chịu lực tại nút

Fnn 
F
Fus
F
nn
us

(7)
(7)

trongđó:
đó:Fnn
Fnnlàlàkhả
khảnăng
năngchịu
chịulực
lực của
củaφF
thanh≥ chống
chống
hoặc thanh
trong
thanh
hoặc
thanh giằng
giằng hoặc

hoặcvùng
vùngnút,
nút, (7)
Fus
nn
F

lực
dọc
tác
dụng
tại
thanh
chống
hoặc
thanh
giằng
hoặc
nút,


hệ
số
giảm
độ
us
Fus làđólực
tácnăng
dụngchịu
tại lực

thanh
hoặc hoặc
thanhthanh
giằng
hoặc
nút,
 lànút,
hệFsố
giảm
độ tác
trong
Fnndọc
là khả
của chống
thanh chống
giằng
hoặc
vùng
lực dọc
us là
bền

giá
trị
bằng
0,75.
dụng
tại thanh
bền có
giá trịchống

bằng hoặc
0,75.thanh giằng hoặc nút, φ là hệ số giảm độ bền có giá trị bằng 0,75.
Vậndụng
dụngtính
tínhtoán.
toán.
4.4.Vận
4. Vận dụng tính toán

Trong phạm vi bài báo chỉ xét đến tính toán vách phẳng BTCT có lỗ cửa để

Trong
phạm
bàichỉbáo
chỉ tính
xét toán
đến vách
tính phẳng
toán vách
BTCT
có lỗcứu
cửa đểhiệu
Trong
phạm
vi bàivibáo
xét đến
BTCTphẳng
lỗ cửa
nghiên
nghiên

cứu tính
hiệu quả
của phương
pháp thanh
chống
–có
giằng
tạiđểnhững
vùngtính

nghiên
cứu tính
hiệu
quảchống
của phương
pháp
thanh
giằng
tạiloạn.
những
có hóa
quả
của phương
pháp
thanh
– giằng tại
những
vùngchống
có ứng–suất
nhiễu

Để vùng
đơn giản
ứng
suất
nhiễu
loạn.
Để
đơn
giản
hóa tính
toán
ta coi
vách
liên
kết
khớp pháp
với móng.

tính
toán
ta
coi
vách
liên
kết
khớp
với
móng.

dụ

được
tính
toán
theo
phương
thanh
chống
ứng suất nhiễu loạn. Để đơn giản hóa tính toán ta coi vách liên kết khớp với móng. Ví –
dụ trong
đượcACI
tính318-19,
toán theo
phương
pháptính
thanh
chống
– giằng
trong
sau khi
giằng
sauphương
khi thựcpháp
hiện
toánchống
có so sánh
kết quả
tínhACI
theo318-19,
phương pháp
dụ được

tính toán
theo
thanh
– giằng
trong
ACI
318-19,
sau đàn
khi hồi.
41
8
8


b. Lựa chọn sơ đồ hệ thanh dựa trên sự phân bố ứng suất đàn hồi.
c. Tính các lực trong thanh giàn (lực nén trong thanh chống xiên, lực kéo trong thanh
giằng) và kích thước các thanh giàn, vẽ mô hình thanh chống - giằng theo tỷ lệ.
Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

d. Từ lực tính toán trong thanh giằng, tính toán, chọn và bố trí cốt thép cho vách.
4.1. Quy trình tính toán
e. Kiểm tra các điều kiện tại vùng nút và vùng
a. nút
Xácmở
định
kích
hìnhcốthọc
của vách,
rộng,
tínhthước

toán neo
thép.
kiểm tra điều kiện ép mặt dưới tải trọng và tại
gối đỡ.4.2. Vận dụng
b. Lựa chọn
hệ thanh
trên sự
phân
Thiếtsơkếđồvách
phẳngdựa
BTCT
kích
thước
bố ứng9x3,8m,
suất đànbề
hồi.
rộng 0,2m, có hai lỗ cửa, chịu tải
c. Tính
các
lực
thanh
giàn
trọng đứng vàtrong
ngang.
Tấm
ép (lực
mặt nén
dướitrong
tải trọng
thanh chống xiên, lực kéo trong thanh giằng) và

có kích thước 0,4 x 0,4m, tấm ép mặt tại gối đỡ
kích thước các thanh giàn, vẽ mô hình thanh chống
có kích thước 0,4 x 0,6m. Bê tông có cường độ
- giằng theo tỷ lệ.
f’c lực
= 25MPa,
cường
độ tính
fy = toán,
365MPa
d. Từ
tính toánthép
trongcóthanh
giằng,
(Hình
7).
chọn và bố trí cốt thép cho vách.
e. Kiểm tra các điều kiện tại vùng nút và vùng
nút mở rộng, tính toán neo cốt thép.

4.2. Vận dụng
Thiết kế vách phẳng BTCT kích thước
9×3,8 m, bề rộng 0,2 m, có hai lỗ cửa, chịu tải
trọng đứng và ngang. Tấm ép mặt dưới tải trọng
có kích thước 0,4×0,4 m, tấm ép mặt tại gối đỡ có
Hình 7. Sơ đồ hình học và mô hình kết cấu cho
kích thước 0,4×0,6 m. Bê tông có cường độ fc =
váchmô
phẳng
haicấu

lỗ cửa
Hình 7: Sơ đồ hình học và
hìnhcókết
cho
25 MPa, thép có cường độ fy = 365 MPa (Hình 7).
vách phẳng có hai lỗ cửa.
a. Tính toán theo phương pháp thanh chống – giằng
a. Tính toán theo phương pháp thanh chống –giằng
Xây dựng sơ đồ hệ thanh dựa trên phân tích ứng suất đàn hồi: sau khi mô hình hóa kết cấu bằng
Xây dựng
sơtađồthấy
hệ thanh
dựanén
trênxuất
phânhiện
tíchphần
ứng lớn
suấttại
đànvịhồi:
saulực
khi(vị
môtríhình
phần mềm PTHH
Etab,
ứng suất
trí đặt
đặt tải trọng
cấu
bằng
phần

PTHH
ta thấy
ứngđược
suất xây
nén dựng
xuất hiện
phần
tại bố
vị ứng suất
đứng),hóa
ứngkết
suất
kéo
xuất
hiệnmềm
tại mép
củaEtab,
lỗ cửa.
SĐHT
từ biểu
đồlớn
phân
trí đặt 8(a)).
lực (vịCác
trí đặt
tải chống
trọng đứng),
ứngtương
suất kéo
hiện tại

mép
của
lỗ cửa.
SĐHTgiằng (nét
chính (Hình
thanh
(nét đứt)
ứngxuất
với luồng
ứng
suất
nén,
các thanh
liền) tương
luồng
ứngđồ
suất
kéobố
(Hình
Kết quả
tính8a).
toán
nộithanh
lực trong
được ứng
xây với
dựng
từ biểu
phân
ứng 8(b)).

suất chính
(Hình
Các
chốngcác
(nétthanh giàn
được thể
hiện
trong
Hình
9.
đứt) tương ứng với luồng ứng suất nén, các thanh giằng (nét liền) tương ứng với luồng
Bềứng
rộngsuất
thanh
ta tính được bằng cách cân bằng lực nén thanh chống theo công thức (1),
kéo chống
(Hình 8b).
diện tích tiết diện thanh giằng tính được theo (3), kết quả được tổng hợp trong Bảng 1 có kể đến (7).
Bề rộng hiệu quả của các thanh chống được thể hiện trong Hình 9(a). Kết quả tính thép cho các thanh
9
giằng được thể hiện trong Bảng 2.
Diện tích cốt thép cấu tạo là: A s ≥ 0,003×20×30 = 1,8 cm2 . Vậy ta chọn thép cấu tạo là ∅12a300
theo cả 2 phương. Kiểm tra ứng suất vùng nút và neo cốt thép được thể hiện trên Hình 10. Khả năng
chịu lực tác dụng tại nút theo công thức (6):
fce A = 0,85βc βn fc A = 6324 KN
Kiểm tra điều kiện chịu lực tại nút theo công thức (7):
Fus = 1275 ≤ 0,75 fcu An = 4743 KN
Vậy điều kiện chịu lực tại nút được đảm bảo.
42



Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019

chí Khoa
Xây học
dựngCông
NUCE
2019
Thu,Tạp
N. M.,
Tùng, học
P. T.Công
/ Tạp nghệ
chí Khoa
nghệ
Xây dựng

Tạp chíTạp
Khoa
Công
2019 2019
chíhọc
Khoa
họcnghệ
CôngXây
nghệdựng
XâyNUCE
dựng NUCE

a) Ứng suất chính phân bố trong vách


(b) Sơ đồ hệ thanh

a) Ứng suất chính phân bố trong vách
Sơ đồ hệ thanh
Hình
8: Ứng suất chính phân bố trong vách và (b)
sơ đồ
hệ thanh.
8: Ứng
suất
đồ hệ thanh.
(a) ỨngHình
suất chính
phân
bố chính phân bố trong
(b)vách
Sơ đồvà
hệ sơ
thanh

Kết quả tính toána)nội
trong
thanh
được
trong
9 thanh
dưới đây.
trong
váchcác

Ứnglực
suất
chính
phân
bố giàn
trong
vách thể hiện Sơ
(b)đồSơHình
đồthanh
hệ
Ứng
suất
phân
bố
trong
vách
hệ
Kếta)quả
tính
toánchính
nội lực
trong
các
thanh
giàn được thể(b)
hiện trong
Hình
9 dưới đây.
Hình 8. Ứng suất chính phân bố trong vách và sơ đồ hệ thanh


Ứngchính
suất chính
phân
bố trong
hệ thanh.
Hình 8:Hình
Ứng8:suất
phân bố
trong
vách vách
và sơvà
đồsơhệđồthanh.
quả
tínhnội
toán
lực các
trong
các thanh
giàn được
thể trong
hiện trong
9 dưới
Kết quảKết
tính
toán
lựcnội
trong
thanh
giàn được
thể hiện

HìnhHình
9 dưới
đây. đây.

Nộilực
lựctrong
trong các
a)(a)
Nội
cácthanh
thanhgiàn
giàn

rộng
yêucầu
cầu của
của các
chống
(b) (b)
Bề Bề
rộng
yêu
cácthanh
thanh
chống

Hình
9.
Nội
trong

cácthanh
thanh
giàn
và bề
bề yêu
rộng cầu
thanh
chống
a) Nội lực trong
các
thanh
giàn
(b)giàn
Bề và
rộng
của
các thanh chống
Hình
9: Nội
lựclực
trong
các
rộng
thanh
chống

Chiều dàiHình
neo thép
củalực
thanh

giằng
xácgiàn
địnhvà
theo
9: Nội
trong
cácđược
thanh
bề công
rộngthức:
thanh chống
10
a) Nội lực trong các thanh giàn
(b) Bề rộng yêu cầu của các thanh chống
3 R s db
a) Nội lực trong các thanh giàn Ldh = (b) Bề
yêu cầu của các thanh chống
= 373
√ rộng
Hình 9: Nội lực trong các thanh
và bề mm
rộng thanh chống
10 giàn
40
R
b
43

Hình 9: Nội lực trong các thanh giàn và bề rộng thanh chống
10


10


Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Bảng 1. Nội lực và bề rộng yêu cầu trong các thanh chống


hiệu
thanh

Nội lực
thanh chống
(KN)

Bề rông yêu
cầu của thanh
(m)


hiệu
thanh

Nội lực
thanh chống
(KN)

Bề rông yêu
cầu của thanh

(m)

AB
BC
BE
CE
CF
CH
EG
HF
HI
FI
EM

150
757
966
694
288
281
673
82
243
302
673

0,06
0,30
0,38
0,27

0,11
0,11
0,26
0,03
0,10
0,12
0,26

IM
HK
KN
KL
LM
ND
LD
LP
DP
PM

559
133
27
250
300
271
105
58
250
1144


0,22
0,05
0,01
0,10
0,12
0,11
0,04
0,02
0,10
0,45

Bảng 2. Kết quả tính toán thanh giằng
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019

Ký hiệu thanh Nội lực thanh giằng (KN) Diện tích thép yêu cầu (mm2 ) Bố trí cốt thép (∅, mm2 )
CD, DE
694
2535
HF
82 Fus = 1275 £ 0,75 f cu A300
n = 4743KN
IL
77
281
KL
250
913
LM Vậy điều kiện chịu
300lực tại nút được đảm bảo.
1096

LD
105
384

Hình 10. Kiểm tra ứng suất tại nút P

Hình 10: Kiểm tra ứng suất tại nút P
Chiều dài neo thép của thanh giằng được xác định theo công thức:
Cốt thép trong vách được bố trí theo Hình 11.
3 Rs d b
Ldh =
= 373mm
40 Rb
44 11 dưới đây.
Cốt thép trong vách được bố trí theo Hình

6∅25 (2994)
2∅16 (402)
2∅16 (402)
4∅18 (1017)
6∅18 (1526)
2∅16 (402)


HìnhHình
10: Kiểm
tra ứng
suấtsuất
tại nút
10: Kiểm

tra ứng
tại Pnút P
Chiều
dài dài
neo neo
thépthép
của của
thanh
giằng
đượcđược
xác xác
địnhđịnh
theotheo
côngcông
thức:thức:
Chiều
thanh
giằng
3 R3d R d b
Ldh =
Ldh = s b s= 373
= mm
373mm
40 40
Rb Rb

Thu,
N.
M.,
Tùng,

P.
/ theo
Tạp
chí
Khoa
họcdưới
Công
nghệ Xây dựng
CốtCốt
thép
trong
váchvách
đượcđược
bốT.trí
Hình
11 dưới
đây.
thép
trong
bố
trí theo
Hình
11
đây.

12 12

(a) Bố trí thép theo mô hình STM

(b) Bố trí thép theo mô hình đàn hồi


Hình 11. Bố trí cốt thép cho vách theo mô hình thanh chống giằng và mô hình đàn hồi
(giả thiết vùng biên chịu mô men)

b. Tính toán theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu mô men ACI-318
Phương pháp này giả thiết cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn
bộ mô men, lực dọc trục phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách, ứng suất kéo do cốt thép chịu,
ứng suất nén do cốt thép và bê tông chịu. Nội lực tính toán trong vách N = 1200 KN; M x = 1920
KNm. Chọn Bl = Br = 0,7m −→ Ab = 0,7×0,2 = 0,14 m2 và A = 3,8×0,2 = 0,76 m2 . Lực nén trong
vùng biên:
N
Mx
Pl,r = Ab ±
−→ Pr = 840 KN, Pl < 0
A
(L − 0,5Bl − 0,5Br )
Bỏ qua uốn dọc, ta có diện tích cốt thép chịu kéo và cốt thép ngang: A s =

Pr − f c Ab
< 0,
R sc

N − Ab f c
< 0 −→ Cốt thép ngang khi tính toán đặt theo cấu tạo. Bố trí cốt thép cho vách được
R sc
thể hiện trên Hình 11(b).
A st =

c. Nhận xét
- Tính toán cốt thép dọc theo hai phương pháp này kết quả tương đối giống nhau, dễ áp dụng trong

thiết kế, quy trình tính toán không quá phức tạp. Tuy nhiên việc tính toán theo phương pháp giả thiết
vùng biên chịu mô men cũng như các phương pháp tính toán đàn hồi hiện nay không xét đến ảnh
hưởng vị trí của lỗ cửa mà chỉ cấu tạo thép tăng cường tại các vị trí mép lỗ cửa (vùng D) còn theo sơ
đồ thanh chống – giằng thì có tính toán cụ thể các vùng không liên tục.
- Trong phạm vi bài báo, tác giả chỉ đưa ra 1 trường hợp tải trọng để minh họa cách tính sơ đồ hệ
thanh, trong thực tế thiết kế, người thiết kế nên chọn một trường hợp cho là nguy hiểm để tính toán
cốt thép sau đó thực hiện bài toán kiểm tra cho các trường hợp còn lại. Nếu không đảm bảo sẽ bổ sung
cốt thép hoặc tính lại cho trường hợp bị cho là nguy hiểm hơn này.
45


Thu, N. M., Tùng, P. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

- Tính toán theo mô hình thanh chống - giằng thì ứng suất kéo không thay đổi trên suốt chiều dài
thanh giằng, do đó cốt thép này cần được neo đầy đủ vào gối theo quy định.
5. Kết luận
- Việc sử dụng mô hình thanh chống - giằng (giàn ảo) để thiết kế vùng D trong các cấu kiện BTCT
hiện đang được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng, đã và đang dần đưa và hệ thống tiêu chuẩn
một cách hoàn thiện hơn.
- Phương pháp thanh chống-giằng đưa hình ảnh trực quan, tổng thể về sự bố trí cốt thép, phù hợp
với sự phân bố ứng suất trong kết cấu và phản ánh sự làm việc thực tế của kết cấu. Người kỹ sư có thể
tính toán được thép tại mọi vị trí trong kết cấu, vị trí mà nếu thiết kế theo phương pháp thông thường
chỉ đặt thép theo kinh nghiệm riêng của người kỹ sư.
- Bài báo mới trình bày một ví dụ tính toán đơn giản với mục đích vận dụng phương pháp thanh
chống – giằng vào trong thiết kế vách phẳng, lựa chọn sơ đồ hệ thanh dựa trên phân tích ứng suất đàn
hồi. Trong thực tế thiết kế, bài toán cần được xét đến các trường hợp tải trọng khác nhau và cần tối ưu
hóa nhằm tìm ra mô hình giàn tốt nhất cho các bài toán thiết kế vách có lỗ cửa ở trên để đưa ra được
các SĐHT mẫu.
Tài liệu tham khảo
[1] TCVN 5574:2018. Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Bộ Xây dựng.

[2] Tùng, V. M., Trung, N. T. (2008). Một số phương pháp tính cốt thép cho vách phẳng bê tông cốt thép. Đại
học Xây dựng.
[3] Fu, C. C. (2001). The Strut-and-Tie models of concrete structures. Presented to The Maryland State
Highway Administration.
[4] Tuân, T. M. (2003). Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002. Nhà xuất bản Xây
dựng.
[5] Trung, N. V. (2000). Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI. Nhà xuất bản Giao
thông vận tải.
[6] Ngọc, T. C. T. (2012). Mô hình giàn ảo cho nút giữa của khung bê tông cốt thép dưới tác động của tải
trọng động đất. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 6(4):52–58.
[7] ACI 318-19 (2019). Building code requirements for structural concrete (318-19) and commentary (318R19). American Concrete Institute, Farmington- Hills, Michigan.
[8] EN1992-1-1:2004. Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.
European Committee for Standardization (CEN).
[9] AASHTO (2002). Standard specifications for highway bridges. American Asociation of State Highway
and Transportation officials 2002.
[10] DIN 1045-1:2008. Concrete, reinforced and prestressed concrete structures - Part 1: Design and construction. German Institute for Standardisation.
[11] Reineck, K. H., ACI International SP-208 (2002). Examples for the design of structural concrete with
Strut-and-Tie mode.

46



×