Chương 3 bê tông cốt thép

3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.1 Yêu cầu cơ bản
3.2 Qui trình thiết kế
3.3 Tải trọng và tác động

3.4 Phương pháp thiết kế
3.5 Mơ hình hóa kế cấu
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.1 Yêu cầu cơ bản
❖

Độ bền vững cơng trình

❖

Thỏa mãn người sử dụng

❖

Sử dụng vật liệu hợp lí

❖

Thuận tiện thi cơng

❖

Kinh tế

❖

Sản phẩm thiết kế
•
•

Thuyết minh tính tốn
Bản vẽ


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.2 Qui trình thiết kế
1. Giai đoạn thiết kế sơ bộ
•

Kiểu, dáng của kết cấu

•

Vật liệu

•

Kích thước của cấu kiện

2. Giai đoạn phân tích
•

Liên kết giữa các cấu kiện

•

Lập sơ đồ, mơ hình tính

•

Xác định và tổ hợp tải trọng tác dụng

•

Xác định nội lực và chuyển vị của kết cấu (giá trị lớn nhất)

3. Giai đoạn tính tốn cụ thể
•

Tính tốn thép cho kết cấu: theo TTGH1 và TTGH2

•

Kiểm tra kết cấu: theo TTGH1 và TTGH2

4. Giai đoạn tối ưu hóa việc tính tốn
5. Thể hiện bản vẽ


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.3 Tải trọng và tác động
3.3.1. Phân loại tải trọng
❖

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) (dead load, permanent load)
•
•
•

❖

Tải trọng tạm thời (hoạt tải) (live load, variable load):
•

•

❖

Khối lượng bản thân của các kết cấu (dầm, cột, sàn, vách, bancông…) cố định không thay đổi
Khối lượng bản thân của các lớp cấu tạo (vữa xi-măng, gạch
lót nền, lớp cách nhiệt, cách âm, mái tôn…)
Tải do ứng suất trước

Dài hạn (long time): khối lượng của trang thiết bị, máy móc cố
định; khối lượng của chất lỏng trong các bể chứa, vật liệu trong
các kho; do tác động của các hiện tượng từ biến, co ngót…
Ngắn hạn (short time): khối lượng người; khối lượng các thiết
bị, máy móc di động (xe nâng,..); gió

Tải trọng đặc biệt: động đất (seizmic load), cháy (fire load), nổ
(explosive load)…

3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.3 Tải trọng và tác động
3.3.2. Tải trọng tiêu chuẩn (TTTC)
Tính tốn trực tiếp từ cơng trình hoặc tra bảng trong tiêu chuẩn

3.3.3. Tải trọng tính tốn (TTTT)
TTTT = γ×TTTC
Hệ số tin cậy cho tải trọng (hệ số vượt tải)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.3 Tải trọng và tác động

Ví dụ:

Khối lượng gạch lát nền : 20 kN/m3 (2000 kg/m3)



Khối lượng vữa xi-măng : 18 kN/m3 (1800 kg/m3)

qn = 20 (kN/m3)
q = γ× qn = 1.2×20 = 24 (kN/m3)

qn = 18 (kN/m3)
q = γ× qn = 1.2×18 = 21.6 (kN/m3)

Khối lượng BTCT: 25 kN/m3 (2500 kg/m3)
Gạch lát nền
Vữa lót xi-măng

qn = 25 (kN/m3)
BTCT

q = γ× qn = 1.1×25 = 27.5 kN/m3

Khối lượng người: 2 kN/m2 (200 kg/m2)

Văn phịng

qn = 2 (kN/m2)
q = γ× qn = 1.2×2 = 2.4 kN/m2


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.3 Tải trọng và tác động
3.3.4. Tổ hợp tải trọng
n

 TT +   HT
TH

Tĩnh tải

Nếu n = 1

γTH = 1.0

Nếu n > 1

γTH = 0.9

i =1

i

Hệ số tổ hợp tải trọng

Hoạt tải

Mục 2.4, TCVN 2327-1995
n

Tiêu chuẩn EN 1992-1-1:
Tiêu chuẩn ACI 318:

1.35TT + 1.5 HT
i =1

n

1.2TT + 1.6 HT
i =1

i

i


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.4 Phương pháp thiết kế

3.4.1. Thiết kế theo ứng suất cho phép (Allowable Stress Design - ASD)
(MƯrsch -1920)
•

Khơng sử dụng hệ số vượt tải (tính tốn theo tải tiêu chuẩn)

•

Giả thiết BTCT là vật liệu đàn hồi và không sử dụng hệ số tin cậy cho vật
liệu
Sử dụng một hệ số an toàn cho tồn bộ kết cấu

•
•
•

Ưu điểm: Tính tốn đơn giản, kết quả thu được có độ an tồn rất cao so
với thực tế
Nhược diểm: tốn kém vật liệu, không kinh tế

3.4.2. Thiết kế theo các trạng thái giới hạn (Limit States Design - LSD)
•

Sử dụng hệ số vượt tải

•

Trong quá trình tính tốn xem BTCT là vật liệu đàn hồi dẽo

•

Sử dụng các hệ số tin cậy cho vật liệu

•

Ưu điểm: Thiết kế kinh tế, tiết kiệm vật liệu

•

Nhược diểm: sử dụng nhiều hệ số

(~1950)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.4 Phương pháp thiết kế

3.4.3. Các TTGH (Limit States - LS)
❖

Trạng thái giới hạn độ bền – TTGH 1 (Ultimate Limit State)

•

Kết cấu không bị phá hoại dưới tác dụng của các tải trọng bên ngồi

•

Kết cấu khơng bị mất ổn định về hình dạng (KC thành mỏng) và khơng bị
mất ổn định về vị trí (trượt, lật, đẩy nổi…)

S I d , max  R I u , min
Lực tác động lên kết cấu do tổ
hợp tải trọng nguy hiểm nhất
gây ra

q

M d  Mu
N d  Nu
Qd  Qu

Độ bền nhỏ nhất của kết cấu

( Ab , Rb , As , Rs ,...)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.4 Phương pháp thiết kế

3.4.3. Các TTGH (Limit States - LS)
❖

Trạng thái giới hạn sử dụng – TTGH 2 (Serviceability Limit State)
•

•

Kết cấu không bị biến dạng quá mức (độ võng, dao động, góc xoay, góc
trượt…)

Kết cấu khơng được xuất hiện vết nứt (đối với kết cấu không cho phép nứt)
hoặc cho phép xuất hiện vết nứt nhưng bề rộng khe nứt được giới hạn (đối
với kết cấu cho phép nứt)

S II d , max  R II u
Giá trị biến dạng hoặc khe nứt
do tổ hợp tải trọng nguy hiểm
nhất gây ra

q

n

Giá trị biến dạng hoặc khe nứt
cho phép

( a, Ab , Rb , As , Rs ,...)

f d  fu
acrc  au


3. NGUN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.5 Mơ hình hóa kế cấu
3.5.1. Điều kiện biên (boundary conditions)
3.5.2. Các sai lệch về mặt hình học của kết cấu và vị trí tác
dụng của tải trọng (geometric imperfections)
3.5.3. Hình dạng cấu kiện (structural geometry)
3.5.4. Phương pháp tính tốn (Calculation methods)

3. NGUN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.5 Mơ hình hóa kế cấu
a. Theo lý thuyết đàn hồi tuyến tính (Theory of linear elasticity)
b. Theo lý thuyết đàn hồi tuyến tính cho phép có sự phân phối lại ở mức
độ giới hạn (Theory of linear elasticity with limited redistribution)
c. Theo lý thuyết dẻo (Theory of plasticity)
d. Theo một số phương pháp phi tuyến (Nonlinear methods)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT
Mục 8, TCVN 5574-2018

❖
❖

Kích thước tiết diện
Lớp bê tông bảo vệ cốt thép

❖

Khoảng hở của cốt thép

❖

Neo cốt thép

❖

Bố trí thép dọc chịu lực

❖

Bố trí thép ngang (cốt đai, cốt xiên)

❖

Liên kết hàn cốt thép

❖

Nối chồng cốt thép (nối buộc)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.1. Chọn kích thước tiết diện
•

Yếu tố độ bền

•

Yếu tố kinh tế

Dầm: 100, 150, 200, 250, 300, …. (mm)

•

Yếu tố kích thước ván khn

Sàn: 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120…. (mm)

•

Yếu tố cơng nghệ sản xuất cấu kiện

3.6.2. Lớp BT bảo vệ: ci = max (Ø,c0i) (i = 1,2)
Chiều dày tối thiểu Thép chịu
lớp BT bảo vệ
lực

Thép đai

Act
h

c01 (mm)

c02 (mm)

Bản sàn và tường

10 ~ 20

10 ~ 15

Dầm

15 ~ 25

10 ~ 20

Cột

20 ~ 25

10 ~ 20

c02 c01

Móng

30 ~ 70

10 ~ 20

b

Môi trường biển:

TCXDVN 327-2004 !!!

c02

As

c01

3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.2. Lớp BT bảo vệ: ci = max (Ø,c0i) (i = 1,2)


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.3. Khoảng hở của cốt thép


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT
t2

3.6.3. Khoảng hở của cốt thép
ti ≥ max (Ø, t0i) (i = 1,2,3)
Khoảng hở tối thiểu t0i giữa các lớp
thép trong BT
Thép đặt trên

t02 = 30

Thép đặt dưới lớp 3

t03 = 50

Thép đặt dưới lớp 1 và 2

t01 = 25

Thép cột

t04 = 50

t3
t1
t1
t4

Phương đổ BT

Tiết diện vng góc của cột

t4> 1.5Ø


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.4. Neo cốt thép
❖

Thép có gờ khơng cần uốn móc ở 2 đầu

❖

Thép trịn trơn liên kết buộc cần uốn móc ở 2 đầu thành hình L hoặc U
Dầm

lan

lan

Dầm

Dầm
lan

Cột



Rs
lan =  an
+ an  
 b Rb



lan  an

Tường gạch

Cột

3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.4. Neo cốt thép


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.4. Neo cốt thép


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.5. Nối chồng cốt thép (nối buộc)
❖

Không nên nối chồng khi cốt thép có đường kính lớn hơn 36 mm

❖

Không nên nối chồng cốt thép
trong vùng chịu kéo tại những vị trí
có các giá trị nội lực (M, N, Q) lớn.

❖

Tại 1 tiết diện cắt ngang bất kỳ, việc
nối chồng cốt thép phải được thực

hiện theo kiểu sole và diện tích nối
chồng cốt thép khơng được vượt q
50% (đối với cốt thép có gờ) hay 25%
(đối với cốt thép tròn trơn).

l  lan
l



R
lan =  an s + an  
 b Rb




3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT
* Nối cốt thép dùng các liên kết cơ học


3. NGUYÊN LÝ THUYẾT KẾ & CẤU TẠO
3.6 Nguyên lý cấu tạo BTCT

3.6.6. Liên kết hàn

Mục 8.8, TCVN 5574-2012

•

Ưu điểm: Nhanh chóng

•

Nhược điểm: u cầu khắc khe về mặt kỹ thuật

•

Hàn đối đầu, hàn chồng và hàn đối đầu có thanh kẹp

•

Cần phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật: độ bền mối hàn, kích thước
mối hàn…