Microsoft Word BCFinal doc bé x©y dùng viÖn khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi thiÕt lËp phÇn mÒm ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu phï hîp víi tiªu chuÈn x©y dùng viÖt nam chñ nhiÖm ®Ò t[.]
Phát triển phần mềm PKPM-VNBC
Nghiên cứu lập qui trình thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam
2.1.1 Cơ sở nghiên cứu, áp dụng cho việc lập qui trình thiết kế
Phần mềm PKPM-VNBC kế thừa những ưu điểm của phần mềm PKPM Trung Quốc, đồng thời đảm bảo thiết kế kết cấu nhà cao tầng (NCT) phù hợp với các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN), bao gồm các tiêu chuẩn chính.
+ TCVN 2737-1995 - Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế;
+ TCXDVN 356-2005 - Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT;
+ TCXD 198:1997 - Nhà cao tầng, thiết kế kết cấu BTCT toàn khối
Trong quá trình soát xét TCVN 5574:1991 để biên soạn TCXDVN 356-2005 - Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT, việc nghiên cứu tính toán thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép sẽ dựa trên СНиП 2.03.01-84* Đồng thời, do TCXD 198:1997 về nhà cao tầng có phần hướng dẫn tính toán tải trọng động đất không đầy đủ hoặc chưa chính xác, nên phần xác định tải trọng động đất sẽ tham khảo trực tiếp từ СНиП II-7-81* của Liên Xô Qua việc xem xét và đánh giá các điều khoản của các TCXDVN, sẽ lựa chọn và kiến nghị cách áp dụng thích hợp để đưa vào quy trình tính toán thiết kế cấu kiện BTCT.
2.1.1.1 Tải trọng tác dụng lên công trình và các vấn đề liên quan
Theo TCVN 2737:1995 - Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế, các tải trọng chính tác dụng lên công trình NCT bao gồm:
Hoạt tải bao gồm hai thành phần chính là hoạt tải ngắn hạn và hoạt tải dài hạn Tải trọng gió được chia thành áp lực tĩnh và áp lực động Ngoài ra, tải trọng động đất cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
Các tải trọng được tính toán dựa trên trạng thái giới hạn có giá trị tiêu chuẩn hoặc hệ số vượt tải γf tương ứng Chương trình PKPM - VNBC chỉ cho phép mỗi tải trọng có một hệ số vượt tải, điều này không hoàn toàn phù hợp với TCXD VN, nơi một tải trọng có thể được tổ hợp từ nhiều thành phần với các hệ số vượt tải khác nhau Do đó, cần thực hiện các phân tích và đánh giá việc sử dụng một hệ số vượt tải cho từng loại tải trọng.
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của cấu kiện và thiết bị, với mỗi loại tải trọng có hệ số vượt tải tương ứng từ 1.1 đến 1.3 theo TCVN 2737:1995 Hệ số 1.3 áp dụng cho bê tông có khối lượng thể tích nhỏ hơn 1.6T/m³ và các vật liệu ngăn cách, hoàn thiện Các tính toán cho thấy tải trọng nhân với hệ số 1.3 chiếm tỉ lệ thấp hơn nhiều so với trọng lượng bản thân cấu kiện, do đó có thể sử dụng hệ số vượt tải chung là 1.1 cho tĩnh tải.
Hệ số vượt tải cho hoạt tải được xác định là 1.2 cho các giá trị nhỏ hơn 200 daN/m² và 1.3 cho các giá trị lớn hơn hoặc bằng 200 daN/m² Việc chọn hệ số vượt tải là 1.3 được coi là giải pháp an toàn, không gây tăng đáng kể cho các hoạt tải dưới 200 daN/m².
Các hệ số vượt tải có giá trị mặc định, nhưng người dùng có thể điều chỉnh chúng theo tình hình thực tế của công trình thông qua các giao diện của chương trình.
Theo TCVN 2737:1995, đối với công trình cao trên 40 m, cần tính thêm áp lực động ngoài áp lực tĩnh do gió Trong trường hợp hệ kết cấu không đồng nhất về độ cứng và khối lượng, áp lực động tỷ lệ với khối lượng và chuyển dịch của các điểm khối lượng trong dao động riêng của công trình có tần số nhỏ hơn tần số giới hạn theo quy định Để tính toán thiết kế nhà cao tầng, áp lực động của tải trọng gió được xác định theo công thức cho công trình có độ cứng, khối lượng và bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao.
Trong ó: ξ : Hệ số động lực của công trình;
Wp : Giá trị tiêu chuẩn của thành phần áp lực động của tải trong gió ở độ cao Z;
W ph : Giá trị tiêu chuẩn của thành phần áp lực động của tải trong gió ở độ cao H của đỉnh công trình được xác định như sau:
Wh : áp lực gió tiêu chuẩn tại độ cao H của đỉnh công trình
Áp lực gió tiêu chuẩn của khu vực xây dựng được ký hiệu là W₀ Hệ số kh phản ánh sự thay đổi của áp lực gió theo chiều cao H, phụ thuộc vào dạng địa hình Khi độ cao z thay đổi, hệ số k được xác định bằng công thức: \$k(z) = 1.844 \times \left(\frac{z}{z_{gt}}\right)^{2m_t}\$ (4) Giá trị của \$z_{gt}\$ và \$m_t\$ được cung cấp trong bảng dưới đây.
Hệ số khí động của bề mặt công trình được ký hiệu là C, với giá trị là 400 và 0.14 Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là ζ, phụ thuộc vào dạng địa hình và được xác định theo công thức cụ thể.
Dạng địa hình loại A : ζA(z) = 0.303 x (z/10) - 0.07 (5) Dạng địa hình loại B : ζB(z) = 0.486 x (z/10) - 0.09 (6) Dạng địa hình loại C : ζC(z) = 0.684 x (z/10) - 0.14 (7) ν : Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió
Các hệ số trong công thức (1) ÷ (7) được quy định trong TCXD 229:1999, hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió Những công thức này hỗ trợ lập trình một cách thuận tiện, giúp giảm thiểu sai sót khi sử dụng các bảng biểu đã được chuẩn bị sẵn.
Các công trình cao tầng có thể thay đổi hình dạng theo chiều cao, ảnh hưởng đến các hệ số liên quan Chương trình đã xem xét yếu tố này, cho phép tính toán các hệ số ứng với ba kích thước khác nhau của công trình.
Hệ số vượt tải của tải trọng gió được lấy bằng 1.2
Tải trọng động đất được xác định theo các chỉ dẫn của СНиП II-7-81*, trong khi một số vấn đề trong TCXD 198:1997 - Nhà cao tầng, thiết kế kết cấu BTCT toàn khối cần được làm rõ hơn.
Trọng lượng tính toán cho dao động công trình không chỉ bao gồm trọng lượng bản thân mà còn phải tính thêm tĩnh tải và hoạt tải, với các hệ số tương ứng.
Trọng lượng bản thân, tĩnh tải: 0.9 Hoạt tải dài hạn: 0.8
Các hệ số trên là các hệ số tổ hợp nội lực cho tải trọng động đất, bổ sung cho điều 2.4.4 và 2.4.5 trong TCVN 2737:1995, trong đó chưa xác định rõ việc tổ hợp đối với tải trọng động đất.
Các vấn đề về thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép
Các vấn đề về thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép
3.1.1 Tính toán trạng thái giới hạn nhóm I
3.1.1.1 Chiều cao tương đối giới hạn của bê tông vùng nén
Tiêu chuẩn TCVN-5574:1991 đã giới thiệu hệ số αo để xác định chiều cao vùng nén, nhưng giá trị của hệ số này chỉ áp dụng cho một số loại bê tông và thép Trong СниП 2.03.04.84, giá trị chiều cao tương đối giới hạn ξR được biểu diễn như một hàm của cường độ bê tông và cốt thép.
Trong ó ω - đặc trưng vùng chịu nén của bê tông, được xác định theo công thức:
0,008 R b ω α = − (15) ây α - hệ số được lấy như sau: Đối với bê tông nặng 0,85 Đối với bê tông hạt nhỏ nhóm A 0,80 Đối với bê tông hạt nhỏ nhóm A 0,75
R b được tính bằng MPa, trong khi σ sR là ứng suất trong cốt thép (MPa) Đối với cốt thép có giới hạn chảy thực tế A-I, A-II, A-III, A-IIIB, công thức tính là σsR = Rs – σsp Đối với cốt thép có giới hạn chảy qui ước A-IV, A-V, A-VI và AT-VII, công thức là σ sR = R s + 400 – σ sp – ∆σ sp Đối với cường độ cao B-II, Bp-II, K-7 và K-19, công thức tính là σ sR = R s + 400 – σ sp.
R s - cường độ chịu kéo tính toán được xác định với hệ số điều kiện làm việc tương ứng γ si, ngoại trừ γ s6 Đối với cốt thép ứng suất trước, σ sp và ∆σ sp cần được xem xét Ứng suất tới hạn của cốt thép ở vùng nén, σ sc,u, được xác định theo công thức cụ thể.
Bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ và bê tông nhẹ có khả năng chịu tải trọng tác dụng dài hạn lên đến 500 MPa và chịu tải trọng tác dụng ngắn hạn đạt 400 MPa.
Hệ số ξR đã được xác định cho nhiều loại bê tông và thép khác nhau trong cấu kiện, và nó đóng vai trò quan trọng trong các tính toán thiết kế tiếp theo ξR thể hiện trạng thái làm việc của bê tông và cốt thép dưới các tải trọng khác nhau như uốn, kéo, nén lệch tâm, cắt, và uốn + xoắn Tuy nhiên, TCVN 5574-1991 không cung cấp sự thống nhất trong việc phân định trạng thái làm việc của cấu kiện, đặc biệt là trong việc tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm, nơi cần phân biệt rõ giữa hai trường hợp lệch tâm lớn và lệch tâm bé.
Các trường hợp tính toán theo СниП 2.03.04.84 được xem xét dưới đây
3.1.1.2 Tính toán cấu kiện chiụ uốn tiết diện chữ nhật ( Hình 1-3 )
Hình 1-3 minh họa sơ đồ nội lực và ứng suất trên tiết diện vuông góc với trục dọc của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, được áp dụng trong tính toán theo độ bền.
+ Khi ξ=x/ho ξ R ph ng trình cân b ng v n theo (16) nh ng ph ng trình xác nh chi u cao vùng nén có d ng sau: σsAs – RscA’s=Rbbx (18)
0 (19) σsp =0 đối với kết cấu không ứng suất trước
+ Đối với cấu kiện làm từ bê tông cấp ξR trong điều kiện (16) có thể thay x=ξRh 0
3.1.1.3 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật (Hình 1-4)
Hình 1-4 trình bày sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện vuông góc với trục dọc của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm, được tính toán dựa trên độ bền của vật liệu.
+ Hệ số η xét ảnh hưởng của độ cong đến độ lệch tâm được xác định theo công thức:
Trong ó l c t i h n qui c Ncr c xác nh theo công th c
Trong công th c (20): ϕl=1+βMl/M 0.1h thì ϕl=1
Trong đó, ϕ l1 được xác định theo công thức (22), với M được tính bằng lực dọc N, do tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn gây ra, nhân với khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến cạnh bị kéo hoặc bị nén, chịu ảnh hưởng ít nhất từ tải trọng này.
Trong ó chi u cao vùng nén c xác nh theo công th c:
Khi tỷ lệ ξ = x/ho lớn hơn ξR, phương trình cân bằng vận nhũn (20) xác định chiều cao vùng nén cho bê tông có cấp
