Thuyết minh Đề tài: Nghiên cứu tự động hoá tính toán kết cấu bê tông cốt thép cho Nhà cao tầng theo TCXDVN 356 – 2005

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC PHỤ LỤC PHẦN I.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1.TÓM LƯỢC ĐỀ TÀI 1 2.CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 1 PHẦN II.MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP 2 1.MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2 2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 PHẦN III.KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1.Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 3 1.1.1. Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 3 1.1.2. Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 8 1.1.3. Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 12 1.2.Cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 13 1.2.1. Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng, bố trí cốt thép đối xứng 13 1.2.2. Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 18 1.3.Cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 21 1.3.1. Đại cương về cột có tiết diện tròn và vành khuyên 21 1.3.2. Tính toán tiết diện tròn 26 1.3.3. Biểu đồ tương tác 28 1.3.4. Lưu đồ tính toán cột tiết diện tròn 31 1.4.Xây dựng biểu đồ tương tác của vách bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 31 1.4.1. Khái niệm về biểu đồ tương tác 31 1.4.2. Lý thuyết tính toán 32 1.4.3. Sơ đồ ứng suất và biến dạng 33 1.4.4. Công thức tính toán cơ bản 33 1.4.5. Lưu đồ thiết kế biểu đồ tương tác 34 2.SO SÁNH KẾT QUẢ THIẾT KẾ KẾT CẤU 35 2.1.So sánh kết quả thiết kế kết cấu dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 35 2.2.So sánh kết quả thiết kế kết cấu vách bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 36 PHẦN IV.KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 39 1.KẾT LUẬN 39 2.ĐỀ NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH Hình 2.1.Quy trình nghiên cứu 2 Hình 3.1.Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 3 Hình 3.2.Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 7 Hình 3.3.Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 8 Hình 3.4.Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 11 Hình 3.5.Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 12 Hình 3.6.Lưu đồ tính toán cột bê tông cốt thép lệch tâm phẳng, bố trí cốt thép đối xứng 17 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1.Phân loại điều kiện làm việc của cột. 19 Bảng 3.2.Bảng so sánh kết quả cốt thép dầm tính toán giữa Rdsuite và chương trình của đề tài. 34 Bảng 3.3 Biểu đồ so sánh kết quả tính toán dầm giữa Rdsuite và chương trình của đề tài. 36 Bảng 3.4.Bảng so sánh kết quả cốt thép vách tính toán giữa Rdsuite và chương trình của đề tài. 37 Bảng 3.5.Biểu đồ so sánh kết quả diện tích cốt thép 37 DANH MỤC PHỤ LỤC 1. MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 41 1.1.Chương trình “BTCTOU1BEAM”_Thiết kế dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 41 1.2.Chương trình “BTCTOU1COLUMN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng 41 1.3.Chương trình “BTCTOU1COLUMNLECHTAMXIEN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 43 1.4.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC COT TRON”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 46 1.5.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC VACH”_Thiết kế vách cứng bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 48 2. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH 51 2.1.Chương trình “BTCTOU1BEAM”_Thiết kế dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 51 2.2.Chương trình “BTCTOU1COLUMNLECHTAMXIEN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 55 2.3.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC COT TRON”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 59 2.4.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC VACH”_Thiết kế vách bê tông cốt thép 62 3. HƯỚNG DẪN XUẤT NỘI LỰC TỪ ETABS 67 3.1.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế dầm bê tông cốt thép 67 3.2.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế cột bê tông cốt thép 70 3.3.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế vách cứng 73 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, đất nước ta đang trên đà phát triển nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trong giai đoạn hội nhập với thế giới, cùng với đó là mức độ đô thị hóa ngày càng cao. Việc xây dựng cơ sở hạ tầng, cùng với đó là sự ra đời của các công trình cao tầng để đáp ứng nhu cầu trên là một vấn đề thiết yếu. Sự ra đời các công trình Nhà cao tầng là một bước phát triển mạnh mẽ của kết cấu bê tông và cốt thép. Và cho đến nay, kết cấu bê tông cốt thép là kết cấu phổ biến nhất. Tuy vậy, người thiết kế hiện nay đã và đang phải đối mặt với nhiều khó khăn trong công tác thiết kế để đáp ứng được yêu cầu thiết kế của Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 356 – 2005. Hiện nay, việc ứng dụng các phần mềm phân tích kết cấu dân dụng Nhà cao tầng như: SAP 2000, ETABS, ANSYS…giúp chúng ta tính được nội lực, chuyển vị, phân tích động lực học của kết cấu, tính toán cốt thép. Tuy nhiên, những phần mềm này lại tổ hợp nội lực, tính toán cốt thép không theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 2005. Với ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhằm giải quyết những vấn đề thiết thực, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tự động hoá tính toán kết cấu bê tông cốt thép cho Nhà cao tầng theo TCXDVN 356 – 2005”. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi dựa trên cơ sở lý thuyết của TCXDVN 356 – 2005, một số tài liệu tham khảo khác, chủ yếu của các tác giả như: GS.TS Nguyễn Đình Cống, Th.S Võ Bá Tầm,…và kết hợp với ngôn ngữ lập trình VBA (Visual Basic Application ) để xây dựng chương trình tự động hóa tính toán kết cấu Bê tông cốt thép theo TCXDVN 356 – 2005 giúp công tác tính toán, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép tiết kiệm thời gian tính toán và mang lại kết quả chính xác đúng theo TCXDVN 356 2005. Các loại kết cấu mà chương trình có thể tính toán bao gồm: Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật; Cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng và nén lệch tâm xiên; Cột bê tông cốt thép tiết diện tròn và vách cứng. Từ khóa: Tự động hóa tính toán kết cấu Bê tông cốt thép cho Nhà cao tầng theo TCXDVN 356 2005, dầm, cột, vách cứng, TCXDVN 356 2005… PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TÓM LƯỢC ĐỀ TÀI Tại thời điểm hiện tại có rất nhiều phần mềm phân tích kết cấu được sử dụng tại Việt Nam như: Sap2000, Etabs, Ansys,...Trong số đó Etabs là phần mềm thông dụng nhất hiện nay trong việc phân tích kết cấu Bê tông cốt thép Nhà cao tầng. Do đó, chúng tôi quyết định chọn phần mềm Etabs làm phần mềm dùng để phân tích và lấy kết quả nội lực. Sau đó, lấy kết quả nội lực đưa vào chương trình do chúng tôi thực hiện để thiết kế kết cấu theo TCXDVN 356 2005. Chương trình do chúng tôi thực hiện, lấy giao diện quen thuộc Microsoft Excel của hãng Microsoft để giao tiếp với người sử dụng, cùng với đó là việc sử dụng ngôn ngữ lập trình VBA (Visual Basic Application) để thực hiện tính toán kết cấu theo TCXDVN 356 2005. Với giao diện quen thuộc như trên, người sử dụng dễ dàng quản lý những thông tin, số liệu mà mình khai báo dựa trên cơ sở dữ liệu đã có sẵn, người sử dụng cũng có thể tuỳ chỉnh lại các thông số, số liệu tuỳ thích theo yêu cầu trong công tác thiết kế. Quá trình giao tiếp giữa phần mềm Etabs và chương trình của chúng tôi thực hiện diễn ra như sau: Xuất kết quả nội lực có được từ phần mềm Etabs, dưới dạng file .mdb (Access Database). Tại giao diện của chương trình, người sử dụng dùng nút bấm (Button) đã được thiết kế sẵn để thực hiện lấy kết quả nội lực từ file .mdb đã được xuất ra từ phần mềm Etabs vào chương trình. Và chỉ cần vài thao tác đơn giản (Đơn giản chỉ là những lựa chọn và bấm nút), chương trình sẽ cho ra kết quả tính toán các kết cấu chính xác theo yêu cầu của TCXDVN 356 – 2005. 2. CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ KPW Phần mềm Tính toán thiết kế khung phẳng của công ty Cổ phần và tư vấn xây dựng CIC. RDW Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu theo TCVN. Sản phẩm của công ty Cổ phần và tư vấn xây dựng CIC. RDSuite Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu theo TCVN. Sản phẩm của công ty Cổ phần và tư vấn thiết kế xây dựng. PHẦN II. MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP 1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Sử dụng ngôn ngữ lập trình VBA (Visual Basic Application) để lập trình tạo ra một chương trình tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo TCXDVN 356 – 2005. Chương trình lập ra sẽ mang lại cho sinh viên một công cụ tính toán nhanh, hiệu quả, và có độ tin cậy cao trong việc thực hiện Đồ án tốt nghiệp, nhờ vậy góp phần làm giảm phần nào khối lượng tính toán của sinh viên trong quá trình thực hiện tính toán và sẽ trở thành bộ công cụ hữu ích nhằm phục vụ cho công việc khi ra trường góp phần vào công tác thiết kế sau này. Ngoài ra, chương trình còn mang lại hiệu suất cao trong quá trình tính toán, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, giúp tiết kiệm thời gian tính toán và mang lại kết quả chính xác đúng theo TCXDVN 356 – 2005. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2.1. Quy trình nghiên cứu PHẦN III. KẾT QUẢ THẢO LUẬN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1, 2, 3, 4, 5 1.1. Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 2, 4 1.1.1. Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn Nhằm tận dụng hết khả năng chịu lực (Tiết kiệm vật liệu) của vật liệu bê tông – Cốt thép, lấy trường hợp phá hoại thứ nhất của giai đoạn III (Giai đoạn phá hoại) trạng thái dứng suất – biến dạng làm cơ sở tính toán. 1.1.1.1. Các giả thiết tính toán Sơ đồ ứng suất của bê tông vùng chịu nén có dạng hình chữ nhật. Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán Rb (Có xét đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông). Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt đến cường độ chịu kéo tính toán Rs. Bỏ qua miền bê tộng chịu kéo. 1.1.1.2. Sơ đồ ứng suất Hình 3.1. Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 1.1.1.3. Công thức cơ bản Phương trình cân bằng moment: Phương trình cân bằng lực: 1.1.1.4. Điều kiện hạn chế Để bảo đảm phá hoại dẻo thì cốt thép As không được quá nhiều, tức là cần phải hạn chế As, tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng bê tông chịu nén x. Nghiên cứu thực nghiệm cho biết rằng trường hợp pháp hoại dẻo xảy ra khi: Trong đó: Đặc trưng vùng chịu nén của bê tông, xác định theo công

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC PHỤ LỤC

PHẦN I.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.TÓM LƯỢC ĐỀ TÀI 1

2.CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 1

PHẦN II.MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP 2

1.MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

PHẦN III.KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3

1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1.Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 3

1.1.1 Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 3

1.1.2 Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 8

1.1.3 Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 12

1.2.Cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 13

1 2.1 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng, bố trí cốt thép đối xứng 13

1.2.2 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 18

1.3.Cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 21

1.3.1 Đại cương về cột có tiết diện tròn và vành khuyên 21

1.3.2 Tính toán tiết diện tròn 26

1.3.3 Biểu đồ tương tác 28

1.3.4 Lưu đồ tính toán cột tiết diện tròn 31

1.4.Xây dựng biểu đồ tương tác của vách bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 31

1.4.1 Khái niệm về biểu đồ tương tác 31

1.4.2 Lý thuyết tính toán 32

1.4.3 Sơ đồ ứng suất và biến dạng 33

1.4.4 Công thức tính toán cơ bản 33

1.4.5 Lưu đồ thiết kế biểu đồ tương tác 34

2.SO SÁNH KẾT QUẢ THIẾT KẾ KẾT CẤU 35

2.1.So sánh kết quả thiết kế kết cấu dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 35

2.2.So sánh kết quả thiết kế kết cấu vách bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 36

PHẦN IV.KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 39

1.KẾT LUẬN 39

2.ĐỀ NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Hình 3.1.Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 3

Hình 3.2.Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 7

Hình 3.3.Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 8

Hình 3.4.Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 11

Hình 3.5.Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 12

Hình 3.6.Lưu đồ tính toán cột bê tông cốt thép lệch tâm phẳng, bố trí cốt thép đối xứng 17

Bảng 3.1 Phân loại điều kiện làm việc của cột 19Bảng 3.2 Bảng so sánh kết quả cốt thép dầm tính toán giữa Rdsuite và chương trìnhcủa đề tài 34Bảng 3.3 Biểu đồ so sánh kết quả tính toán dầm giữa Rdsuite và chương trình của

đề tài 37Bảng 3.4 Bảng so sánh kết quả cốt thép vách tính toán giữa Rdsuite và chươngtrình của đề tài 38Bảng 3.5 Biểu đồ so sánh kết quả diện tích cốt thép 38

1 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 41

1.1.Chương trình “BTCT-OU1-BEAM”_Thiết kế dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 41

1.2.Chương trình “BTCT-OU1-COLUMN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng 41

1.3.Chương trình “BTCT-OU1-COLUMN-LECHTAMXIEN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 43

1.4.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC COT TRON”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 46

1.5.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC VACH”_Thiết kế vách cứng bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 48

2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH 51

2.1.Chương trình “BTCT-OU1-BEAM”_Thiết kế dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật 51

2.2.Chương trình “BTCT-OU1-COLUMN-LECHTAMXIEN”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên 55

2.3.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC COT TRON”_Thiết kế cột bê tông cốt thép tiết diện tròn 59

2.4.Chương trình “BIEU DO TUONG TAC VACH”_Thiết kế vách bê tông cốt thép 62

3 HƯỚNG DẪN XUẤT NỘI LỰC TỪ ETABS 67

3.1.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế dầm bê tông cốt thép 67

3.2.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế cột bê tông cốt thép 70

3.3.Xuất kết quả nội lực từ Etabs để thiết kế vách cứng 73

Hiện nay, đất nước ta đang trên đà phát triển nền kinh tế và khoa học kỹthuật trong giai đoạn hội nhập với thế giới, cùng với đó là mức độ đô thị hóa ngàycàng cao Việc xây dựng cơ sở hạ tầng, cùng với đó là sự ra đời của các công trìnhcao tầng để đáp ứng nhu cầu trên là một vấn đề thiết yếu.

Sự ra đời các công trình Nhà cao tầng là một bước phát triển mạnh mẽ củakết cấu bê tông và cốt thép Và cho đến nay, kết cấu bê tông cốt thép là kết cấu phổbiến nhất Tuy vậy, người thiết kế hiện nay đã và đang phải đối mặt với nhiều khókhăn trong công tác thiết kế để đáp ứng được yêu cầu thiết kế của Tiêu chuẩn ViệtNam TCXDVN 356 – 2005

Hiện nay, việc ứng dụng các phần mềm phân tích kết cấu dân dụng Nhà caotầng như: SAP 2000, ETABS, ANSYS…giúp chúng ta tính được nội lực, chuyển vị,phân tích động lực học của kết cấu, tính toán cốt thép Tuy nhiên, những phần mềmnày lại tổ hợp nội lực, tính toán cốt thép không theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 -2005

Với ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhằm giải quyết những vấn đề thiết thực,

chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tự động hoá tính toán kết cấu

bê tông cốt thép cho Nhà cao tầng theo TCXDVN 356 – 2005”.

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi dựa trên cơ sở lý thuyết củaTCXDVN 356 – 2005, một số tài liệu tham khảo khác, chủ yếu của các tác giả như:GS.TS Nguyễn Đình Cống, Th.S Võ Bá Tầm,…và kết hợp với ngôn ngữ lập trình

VBA (Visual Basic Application ) để xây dựng chương trình tự động hóa tính toán

kết cấu Bê tông cốt thép theo TCXDVN 356 – 2005 giúp công tác tính toán, thiết kếkết cấu bê tông cốt thép tiết kiệm thời gian tính toán và mang lại kết quả chính xácđúng theo TCXDVN 356 - 2005 Các loại kết cấu mà chương trình có thể tính toánbao gồm: Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật; Cột bê tông cốt thép tiết diện chữnhật nén lệch tâm phẳng và nén lệch tâm xiên; Cột bê tông cốt thép tiết diện tròn vàvách cứng

Từ khóa: Tự động hóa tính toán kết cấu Bê tông cốt thép cho Nhà cao tầngtheo TCXDVN 356 - 2005, dầm, cột, vách cứng, TCXDVN 356 - 2005…

PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Tại thời điểm hiện tại có rất nhiều phần mềm phân tích kết cấu được sử dụngtại Việt Nam như: Sap2000, Etabs, Ansys, Trong số đó Etabs là phần mềm thôngdụng nhất hiện nay trong việc phân tích kết cấu Bê tông cốt thép Nhà cao tầng Do

đó, chúng tôi quyết định chọn phần mềm Etabs làm phần mềm dùng để phân tích vàlấy kết quả nội lực Sau đó, lấy kết quả nội lực đưa vào chương trình do chúng tôithực hiện để thiết kế kết cấu theo TCXDVN 356- 2005

Chương trình do chúng tôi thực hiện, lấy giao diện quen thuộc MicrosoftExcel của hãng Microsoft để giao tiếp với người sử dụng, cùng với đó là việc sử

dụng ngôn ngữ lập trình VBA (Visual Basic Application) để thực hiện tính toán kết

cấu theo TCXDVN 356 - 2005 Với giao diện quen thuộc như trên, người sử dụng

dễ dàng quản lý những thông tin, số liệu mà mình khai báo dựa trên cơ sở dữ liệu đã

có sẵn, người sử dụng cũng có thể tuỳ chỉnh lại các thông số, số liệu tuỳ thích theoyêu cầu trong công tác thiết kế

Quá trình giao tiếp giữa phần mềm Etabs và chương trình của chúng tôi thựchiện diễn ra như sau:

- Xuất kết quả nội lực có được từ phần mềm Etabs, dưới dạng file *.mdb(Access Database)

- Tại giao diện của chương trình, người sử dụng dùng nút bấm (Button) đãđược thiết kế sẵn để thực hiện lấy kết quả nội lực từ file *.mdb đã được xuất ra từphần mềm Etabs vào chương trình Và chỉ cần vài thao tác đơn giản (Đơn giản chỉ

là những lựa chọn và bấm nút), chương trình sẽ cho ra kết quả tính toán các kết cấuchính xác theo yêu cầu của TCXDVN 356 – 2005

KPW - Phần mềm Tính toán thiết kế khung phẳng của công ty Cổ phần và tưvấn xây dựng CIC

RDW - Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu theo TCVN Sản phẩm củacông ty Cổ phần và tư vấn xây dựng CIC

RDSuite - Phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu theo TCVN Sản phẩmcủa công ty Cổ phần và tư vấn thiết kế xây dựng

PHẦN II MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP

Sử dụng ngôn ngữ lập trình VBA (Visual Basic Application) để lập trình tạo

ra một chương trình tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo TCXDVN 356 – 2005

Chương trình lập ra sẽ mang lại cho sinh viên một công cụ tính toán nhanh,hiệu quả, và có độ tin cậy cao trong việc thực hiện Đồ án tốt nghiệp, nhờ vậy gópphần làm giảm phần nào khối lượng tính toán của sinh viên trong quá trình thựchiện tính toán và sẽ trở thành bộ công cụ hữu ích nhằm phục vụ cho công việc khi

ra trường góp phần vào công tác thiết kế sau này

Ngoài ra, chương trình còn mang lại hiệu suất cao trong quá trình tính toán,thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, giúp tiết kiệm thời gian tính toán và mang lại kếtquả chính xác đúng theo TCXDVN 356 – 2005

Hình 2.1 Quy trình nghiên cứu

PHẦN III KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT [1], [2], [3], [4], [5]

1.1 Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật [2], [4]

1.1.1 Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn

Nhằm tận dụng hết khả năng chịu lực (Tiết kiệm vật liệu) của vật liệu bêtông – Cốt thép, lấy trường hợp phá hoại thứ nhất của giai đoạn III (Giai đoạn pháhoại) trạng thái dứng suất – biến dạng làm cơ sở tính toán

1.1.1.1 Các giả thiết tính toán

- Sơ đồ ứng suất của bê tông vùng chịu nén có dạng hình chữ nhật

- Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán

Rb (Có xét đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông)

- Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt đến cường độ chịu kéo tính toán

Phương trình cân bằng moment:

) 1 1 1 ( 1

0



 - Đối với bê tông nặng

80

0



 - Đối với bê tông hạt nhỏ, nhóm A

75

1.1.1.5 Hàm lượng cốt thép

Hàm lượng cốt thép trong bê tông cần thỏa mãn:

s o

1.1.1.7 Tính cốt đai

Các công thức tính toán cơ bản: (Tham khảo thêm lưu đồ tính toán hình 3.5)

sct

/ 2150

S

S



1.1.1.8 Lưu đồ tính toán

Hình 3.2 Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn

1.1.2 Dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép

Khi tính cốt đơn mà điều kiện hạn chế sau không thoả mãn thì phải đặt cốtthép vào vùng bê tông chịu nén '

s

) 1 1 1 ( 1

1.1.2.1 Các giả thiết tính toán

 Sơ đồ ứng suất của bê tông vùng chịu nén có dạng hình chữ nhật

 Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán

Rb (Có xét đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông)

 Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt đến cường độ chịu kéo tính toán

A đạt đến cường độ chịu nén tính toánR sc

thì phải thoả mãn điều kiện:

'

1.1.2.7 Tính cốt thép

Dùng các công thức trên để tính cốt thép hoặc kiểm tra khả năng chịu lực [M]của cấu kiện (Xem sơ đồ tính toán cốt thép được tóm tắt trong sơ đồ hình 1.5, hoặctham khảo sơ đồ 4.1 và 4.2 2

1.1.2.9 Lưu đồ tính toán:

Hình 3.4 Lưu đồ tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép

1.1.3 Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật

Hình 3.5 Lưu đồ tính toán cốt đai dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật

1.2 Cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật [4], [5]

1.2.1 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng, bố trí cốt thép đối xứng

1.2.2.1 Xét độ lệch tâm ngẫu nhiên e a theo mỗi phương

1600ax130

c a

M

e = N

Mx – moment theo phương X

My – moment theo phương Y

1.2.2.2 Tính hệ số uốn dọc theo từng phương:

Tìm độ mảnh từng phương

0x x

li

x

y

li

N 1-

l l

Lưu ý: Nếu moment uốn do toàn bộ tải trọng M và do tổng tải trọng thường xuyên

và dài hạn Ml có dấu khác nhau thì l được lấy như sau:

Khi:

o

e 0.1 :φ =φ +10(1-φ )

Trong đó: l1 – được xác định như l nhưng lấy M =Na

a – khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dến thớ chịu kéo –nén ít do Ml , Nlgây ra

e – hệ số, lấy bằng e0/ h, nhưng nhỏ hơn e,min:

1.2.2.3 Xác định sơ bộ chiều cao vùng nén x 1

Trước hết cần xác định sơ bộ chiều cao vùng nén rồi căn cứ vào đó để phânbiệt các trường hợp tính toán

Để tính toán sơ bộ chiều cao vùng nén x1 cũng tạm giả thiết x thoả mãn điều

kiện 2 'a  x R h0 Lấy giá trị '

1.2.1.4.a Nén lệch tâm thông thường

Khi mà 2 'a x1R h0điều kiện giả thiết là đúng Lúc này lấy x x 1và'

0

2 '

Diện tích cốt thép được tính:

 

1 0 1 '

1.2.2.5 Lưu đồ tính toán

Hình 3.6 Lưu đồ tính toán cột bê tông cốt thép lệch tâm phẳng,

bố trí cốt thép đối xứng

1.2.2 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên

(Phương pháp gần đúng tính cốt thép)

1.2.2.1 Nội lực nén lệch tâm xiên

Nén lệch tâm xiên xảy ra khi mặt phẳng uốn không chứa trục đối xứng củatiết diện

Thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốntheo cả hai phương

Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp trong đócần chú ý các bộ ba nội lực sau:

M

e = N

Chương trình sẽ tính toán với hết tất cả các cặp nội lực Mx, My, N và sẽ lất kết quả tính toán diện tích cốt thép lớn nhất trong tất cả các cặp nội lực

Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, ta được giá trị moment gia tăng:

Mx1 =Nxeox = x Mx ; My1 =Nyeoy = yMy

1.2.2.2 Tính toán tiết diện chữ nhật

Phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiênthành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép Nguyên tắc của phươngpháp này được trình bày trong tiêu chuẩn của nước Anh BS8110 và của Mỹ ACI

318, tác giả (GS.TS Nguyễn Đình Cống) dựa vào nguyên tắc đó để lập ra các côngthức và điều kiện tính toán phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 356 – 2005

Xét tiết diện có cạnh C C x; y Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là:

Tiết diện chịu lực nén N, moment uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax,

eay

Tùy theo tương quan giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh mà tađưa về một trong hai mô hình tính toán (theo phương X hoặc Y) Điều kiện và kýhiệu theo bảng sau:

M M

- ao : Chiều dày lớp bê tông bảo vệ

- a : Khoảng cách từ mép bê tông đến trọng tâm nhóm cốt thép

- ho: Chiều cao có ích của tiết diện Với ho = h – a; Z = h –2a

Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:

Độ lệch tâm 1

M e N

oy ox

Dựa vào độ lệch tâm eo và giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán

1.2.2.2.a. Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi 0

0

0.3

e h

sc b

γN N-R bhφ

   , đồng thờix1Rho Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé, có thể tính x theo công thức sau:

   , đồng thời x1Rho Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn Tính Ast theo công thức:

Giá trị Asttính được theo các công thức đã lập có thể là dương, âm, lớn hoặc

bé Đánh giá mức độ hợp lý bằng cách kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý:

1.3 Cột bê tông cốt thép tiết diện tròn [4], [5]

 Đối với cột tròn ta dùng biểu đồ tương tác để thiết kế

 Đối với cột vuông ta có thể quy về cột tròn có đường kính là 1.05a (a làcạnh của cột vuông) và dùng biểu đồ tương tác để thiết kế

1.3.1 Đại cương về cột có tiết diện tròn và vành khuyên

Tuy vậy, tiết diện tròn có ưu điểm là đối xứng với mọi trục qua trọng tâm, độmảnh bằng nhau theo mọi phương và trong tính toán không cần phân biệt nén lệchtâm phẳng hoặc nén lệch tâm xiên.

Cột tiết diện tròn được đặt cốt thép đều theo chu vi thường có số lượng từ 6thanh trở lên Tuy vậy, với những cột có đường kính bé (Dưới 25cm) có thể chỉ cầnđặt 4 thanh hoặc 3 thanh (Nếu chỉ đặt theo cấu tạo)

Cột tiết diện vòng khuyên thường là các cột lắp thép được chế tạo sẵn bằngphương pháp li tâm Cũng có thể gặp các cột đỗ tại chỗ ở một số công trình côngcộng, đình chùa, cột đỡ bầu tháp nước, ống khói…

Về phương diện chịu lực tiết diện vòng khuyên hợp lý hơn tiết diện tròn,nhưng thi công phức tạp hơn

Tiết diện vòng khuyên thường được cấu tạo với chiều dày δ <

4

1

D ( D –đường kính ngoài), cốt thép được đặt theo chu vi với số lượng từ 6 thanh trở lên

Với tiết diện vừa phải và số lượng cốt thép không nhiều thì cốt thép chỉ đặtmột lớp, trên một vòng tròn đường kính Da Với tiết diện lớn, số lượng cốt thépnhiều, có thể đặt cốt thép thành hai lớp với đường kính trung bình Da

Trường hợp đặc biệt khi D bé có thể cấu tạo tiết diện với δ <

4

1

D và số lượng cốtthép ít hơn 6 thanh

Với tiết diện tròn:

Diện tích tiết diện: Ab =

Chính vì muốn dùng giả thiết này mà có yêu cầu số lượng cốt thép không íthơn 6 thanh Nếu số thanh cốt thép ít hơn 6 thì không dùng được giả thiết này.

1.3.1.3 Sơ đồ ứng suất

Trong trường hợp thông thường, khi

chịu nén lệch tâm tiết diện được chia thành hai

vùng: nén và kéo Trục trung hòa cách mép

chịu nén một khoảng xo Cũng giống như

trong tiết diện chữ nhật, lấy chiều cao tính đổi

của vùng nén là x (x < xo) và xem rằng trong

phạm vi đó ứng suất trong bêtông vùng nén

phân bố đều, bằng cường độ tính toán Rb

Giới hạn của vùng nén là một đường

thẳng vuông góc với mặt phẳng uốn và mép

vùng nén được chắn bởi góc 2φ

Xem rằng cốt thép chịu nén cũng được

giới hạn trong phạm vi góc 2φ và ứng suất

phân bố đều, đặt giá trị cường độ tính toán Rsc

Hình 3.7 Sơ đồ ứng suất cột bê tông

cốt thép tiết diện tròn

Trong vùng kéo, bỏ qua sự chịu lực của bêtông và chỉ kể đến sự làm việc củacốt thép chịu kéo trong phạm vi góc 2φ1 Bỏ qua sự chịu lực của cốt théo trongphạm vi góc φ2, trong phạm vi đó một phần cốt thép chịu kéo, một phần chịu nén vàứng suất đều rất bé

1.3.1.4 Điều kiện tính toán, công thức cơ bản

 Nội lực tính toán

Nội lực tính toán gồm có mômen M và lực dọc N được đưa về thành lực Nđặt cách trục cấu kiện một đoạn ηeo với η ≥1 là hệ số xét đến uốn dọc, xác định theocông thức (1.11)

 Điều kiện về độ bền

Để đảm bảo độ bền cần thỏa mãn các điều kiện chung (1.19) , (1.20) Với tiếtdiện tròn và vòng khuyên, trục để lấy mômen Mu và Mgh là đường thẳng vuông gócvới mặt phẳng uốn và đi qua trọng tâm của tiết diện Điều kiện bên được viết thành:

Mômen MA , M’A được xác định theo phương pháp tích phân Lấy biến số làgóc αI như trên hình 4.5 với vi phân dαI Vi phân của diện tích cốt thép là

dA = AqdαI =

2

st A

 Các trường hợp tính toán: TCXDVN 356 – 2005 đưa ra hai trường hợp

tính toán phụ thuộc vào ξ =

Trong các trường hợp, khi tính toán được φs = 0 và trong các công thức lấy ω1

= ω2 = 0

1.3.2 Tính toán tiết diện tròn

1.3.2.1 Nội lực trong bêtông vùng nén

Dùng phương pháp lấy tích phân Biến số là góc αI và dαI như trên hình 4.6

A R d r

R dB R

sin

r R d

r R dBZ

2

r A

Tính toán cần tuân theo điều kiện (4-1) , (4-2) trong đó các thành phần của

Ngh và Mgh được xác định theo công thức (4-3), (4-4) , (4-5), (4-6),(4-7) , (4-8) Kếtquả là :

2 sin

1.3.2.3 Bài toán kiểm tra khả năng chịu lực

Biết kích thước tiết diện và cốt théo, chiều dài tính toán lo, kiểm tra xem tiếtdiện có đủ khả năng chịu cặp nội lực M, N

Tra các số liệu Rb; Eb; Rs Xác định a theo cấu tạo, ra = r – a ; diện tích tiết diện A,diện tích toàn bộ cốt thép Ast

Xét ảnh hưởng của uốn dọc:

s sc

st b

b st

s

R R

A A R

in A R A

R N

2

1

(

2 5

, 0

st sc b

b s

st s

A R A R

in A R A

Xét ảnh hưởng uốn dọc, xác định η; tính eo và M* = Nηeo

Hiện tại chưa có phương pháp tính trực tiếp ra được Ast mà thường phải dùngcách tính gần đúng dần và tốt nhất là lập phương trình cho máy tính Có thể lậpchương trình tính theo phương pháp số gia giới nội như sau:

Tính sinφ, sinφ3, sin 2φ và từ điều kiện Nηeo = Mgh = (4-a) rút ra:

s s s a

sc

b o

Z R r

R

Ar R e

sin 3

Với Ast và φ đã có, tính giá trị Ngh theo công thức (4-10)

So sánh Ngh vừa tính được với N Khi mà Ngh < N thì tiếp tục tính với giá trịmới của φ = φi +Δφ cho đến khi đạt được Ngh ≥ N

Giá trị cần thiết của Ast ứng với trường hợp N = Ngh.

Trường hợp không có điều kiện lập và sử dụng chương trình máy tính thìcũng có thể theo phương pháp trên để tính bằng tay và để giảm nhẹ khối lượng tínhtoán thì sau mỗi lần cần phân tích kết quả nhận được để chọn Δφ thích hợp

1.3.3 Biểu đồ tương tác

1.3.3.1 Biểu đồ của một tiết diện

Với tiết diện và cốt thép đã biết, lập biểu đồ tương tác với hai trục là N vàNηeo = [Ne]gh

Để tính toán trước hết tìm hoặc xác định các số liệu r; A; ra; Ast; Rb ; Rs; Rsc

Tính toán các hệ số c , 1 , 2 theo công thức (1-79) (1-80)

Cho ξc thay đổi từ 0,05 đến 1 Với mỗi giá trị của ξc tính được :  = ξcπD, từ đó tìmsin, sin2, tính sin3

Tính 5 và 1 theo công thức (1-77) và Zs theo công thức (1-78) Chú ý rằngvới ξc < 0,15 thì lấy ξc = 0.15 để tính s và Zs Nếu tính được s < 0 thì lấy s = 0

Với các giá trị đã có được , ứng với mỗi ξc tìm được một cặp N và [Ne]ghtheo công thức (1-75) và (1-74), từ đó vẽ được biểu đồ tương tác

Dùng biểu đồ tương tác của một tiết diện cho sẵn chủ yếu là để kiểm tra khảnăng chịu lực

1.3.3.2 Họ hiểu đồ không thứ nguyên

Lập họ hiểu đồ tương tác không thứ nguyên với hai trục biểu diễn thông số n,m

A R

Để tính toán và vẽ một biểu đồ trong một họ cần dựa vào các thông số cơbản:





Với các cốt thép có giới hạn chảy Rs ≤400MPa( các loại thép CI, CII, CIII,

AI, AII AIII, RB300, RB400, RB400W) có Rs = Rsc và 1 = 1; 2 = c = 1,5 +0,0006Rs; s = 1 - cξc ; r = (1- 2)r ; Zs = c(1-2) với c = 0,2 + 1,3 ξc và c≤1

Biến đổi công thức (1-75) và (1-74) thành:

n= ξc (1+αI) – 0,159sin2 - αIs (1-85)

m= 0,2122sin3 + 0,3183(1-2)αIsin + αIsc(1-2) (1-86)

Cho biến số độc lập ξc thay đổi trong khoảng 0,05 đến 1 tính ra  = ξcπD ; sin

; sin3; sin2; s; từ đó tính được các cặp giá trị n và m, vẽ được một biểu đồ

Chú ý rằng với ξc < 0,15 thì lấy ξc = 0,15 để tính 1 và c Khi tính được s<

0 thì lấy s = 0 Nếu tính được c > 1 thì lấy c = 1

Để có họ biểu đồ, giữ nguyên  và Rs , cho αI thay đổi (αI = 0 1) Với mỗi αI

có một biểu đồ

Khi vẽ biểu đồ cần loại bỏ các cặp có n < 0 và nội suy để có giá trị m ứng với

n = 0

1.3.3.3 Các thông số của chương trình

D - đường kính của tiết diện cột

n – số thanh cốt thép

 - đường kính của cốt thép

a - khoảng cách từ mép bê tông đến trọng tâm của cốt thép

Rb – cường độ bê tông

Rs cường độ chịu kéo của cốt thép

Rsc – cường độ chịu nén của cốt thép

Eb – môđun đàn hồi của bê tông

Es – mônđun đàn hồi của thép

Ni – lực dọc trong cột có được từ phân tích

Mi – mômen trong cột có được bằng biểu thức 2 2

yi xi

 Biểu đồ tương tác thể hiện khả năng chịu lực của một tiết diện.

 Khi một điểm gồm một cặp nội lực M, N nằm trong biểu đồ tương tác thìtiết diện đó đủ khả năng chịu cặp nội lực này

 Với một tiết diện có cốt thép đã biết biểu đồ tương tác thể hiện toàn bộkhả năng chịu lực của nó ứng với mọi giá trị của M và N

- Dấu của yi là dương khi cốt thép đặt khác phía với lực nén N đặt lệch tâm

- Dấu của yi là âm khi ở cùng phía so với trọng tâm tiết diện

 Gọi h0i là khoảng cách từ trọng tâm lớp cốt thép thứ i tới mép vùng nén.Mọi h0i đều dương

 Dùng giả thiết tiết diện phẳng để xác định biến dạng i của các lớp cốtthép, từ i suy ra i

 Theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 - 2005 đưa ra công thức thực nghiệm đểxác định i như sau:

spi i

u sc

,

Với:

spi Ứng suất trước trong cốt thép, với cốt thép thường thì spi = 0

sc,u ứng suất giới hạn của cốt thép ở vùng chịu nén

Với cấu kiện làm từ bê tôngnặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ giá trị sc,u được lấynhư sau:

Với tải trọng ở mục 2a của TCXDVN 356 - 2005 lấy sc,u = 500 Mpa

Với tải trọng ở mục 2b của TCXDVN 356 - 2005 lấy sc,u = 400 Mpa.

Chiều cao tương đối của vùng nén bê tông

- i > 0 là ứng suất kéo, i < 0 là ứng suất nén

- Giá trị của i được giới hạn –Rsc ≤ i ≤ Rs

1.4.3 Sơ đồ ứng suất và biến dạng

Hình 3.9 Sơ đồ ứng suất và biến dạng của vách bê tông cốt thép tiết diện chữ

nhật

1.4.4 Công thức tính toán cơ bản

[N] = Rbbx - iAi; [M] = 0.5Rbbx(h-b) + iAiyi

Ta sử dụng phương pháp dùng biến số trung gian x cho thuận tiện.Ban đầu cho x = 0.1h rồi tăng lên h Với một giá trị cặp [N] và [M], ta cần tính thêmmột giá trị nữa ứng với nén đúng tâm ([M] = 0).

Lúc này: [N] = Rbbx + RscAi

1.4.5 Lưu đồ thiết kế biểu đồ tương tác

Việc thiết kế vách cứng bằng biểu đồ tương tác được mô tả bằng lưu đồ sau:

Hình 3.10. Lưu đồ thiết kế vách bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật