tính toán thiết kế công trình ngầm thi công bằng phương pháp đào hở

KẾT CẤU XÂY DỰNG
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM
THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀO HỞ
TS. VŨ THỊ NGỌC VÂN
1. Khái quát chung
Tính toán kết cấu công trình ngầm (CTN) là một trong những công việc rất
phức tạp nhất trong lĩnh vực tính toán kết cấu. Do tương tác phức tạp giữa đất
nền và CTN, các lời giải đều gần đúng và đã được kiểm nghiệm qua hàng loạt
các thực nghiệm. Tính toán kết cấu CTN thường được tiến hành theo 3 trạng
thái ứng suất giới hạn có kể đến các điều kiện làm việc bất lợi của kết cấu và
nền móng trong thời kỳ xây dựng và sử dụng:
- Trạng thái giớ hạn thứ nhất: Trạng thái giới hạn về độ bền đảm bảo cho công
trình khong bị phá hoại về độ bền (cường độ, ổn định, độ chịu mỏi) hoặc phát
triển biến dạng lớn. Trạng thái giới hạn thứ nhất về cường độ phải tính bắt
buộc đối với tất cả các dạng CTN với hệ số vượt tải k
i
(bảng 1 và bảng 2) và tải
trọng tạm thời phải nhân với hệ số động lực (1+μ). Giá trị của hệ số này phụ
thuộc vào chiều dày của lớp đất trên nóc công trình.
+ μ=0,3- khi dưới nền đường không có đất đắp

0,3 0
µ
+ = ÷
- khi chiều dày đất đắp trong khoảng 0,25-0,5m
(giá trị ở giữa được xác định theo phương pháp nội suy tuyến
tính),

0
µ
+ =

- khi chiều dày đất đá lớn hơn 0,5m.
- Trạng thái giớ hạn thứ hai: Trạng thái giới hạn về biến dạng bảo đảm cho công
trình không phát sinh biến dạng quá lớn ảnh hưởng dến việc sử dụng bình
thường của công trình.
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
- Trạng thái giớ hạn thứ ba: Bảo đảm dộ bền chống nứt cho công trình. Với
CTN kết cấu BTCT có đường kính lớn hoặc công trình BTCT lắp ghép với
tiệt diện lớn, sự suất hiện và mở rộng vết nứt sẽ gây ra ăn mòn cốt thép, thấm
nước hoặc các chất lỏng khác gây bất lợi cho việc sử dụng bình thường của
CTN. Bề rộng lớn nhất cho phép của vết nứt với những đường ống không áp
lực và không có ảnh hưởng của nước ăn mòn là 0,2mm. Với những đường ống
ở nơi có nước có tính xâm thực thì bề rộng giới hạn của vết nứt là 0,1mm. Tính
toán theo trạng thái giớ hạn thứ 3 có ý nghĩa quan trọng đối với các loại ống
BTCT thành mỏng, đặc biệt khi cố thép là thép có cường độ cao.
2. Tổ hợp tải trọng
Tải trọng bao gồm tất cả các tải trọng có thể tác động đồng thời lên công
trình hoặc trong từng thời điểm khác nhau. Tính toán kết cấu CTN phải đề cập
tới các tổ hợp tải trọng (tổ hợp cơ bản hoặc tổ hợp đặc biệt) gây ra những nội
lực bất lợi nhất cho công trình.
Tổ hợp cơ bản: gồm tỉa trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời của các
phương tiện giao thông và tải trọng tạm thời chỉ có trong quá trình xây dựng
hoặc sử dụng.
Tổ hợp đặc biệt: gồm một số tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời từ
tổ hợp cơ bản và tải trọng đặc biệt. Trong nhiều trường hợp, sử dụng tổ hợp cơ
bản để tính toán và tổ hợp đặc biệt để kiểm tra.
Mọi tải trọng trong tổ hợp cơ bản cũng như tổ hợp đặc biệt đều được tiêu
chuẩn hóa. Khi tính toán một CTN cụ thể, tương ứng với tiêu chuẩn tính toán
của hệ kết cấu, tải trọng sử dụng là tải trọng tính toán, giá trị của chúng tính
theo công thức:

.
tt n i
R R k
=
(1)
Trong đó:
R
tt
- tải trọng tính toán
R
n
- tải trọng tiêu chuẩn
k
i
- hệ số vượt tải của tải trọng i và tương ứng với mỗi loại tổ
hợp tải trọng
Bảng 1. Hệ số vượt tải của tải trọng thường xuyên
TT Tải trọng Hệ số vượt tải
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Áp lực chủ động của đất nền:
-khi có vòm áp lực
1 +áp lực thẳng đứng 1.5
2 +áp lực nằm ngang 1.8 (1.2)
-khi không hình thành vòm áp lực
3 +áp lực thẳng đứng 1.4
4 +áp lực nằm ngang 1.2
-Trọng lượng khối đất trên đỉnh hầm
5 +áp lực thẳng đứng 1.1

6 +áp lực nằm ngang 1.3 (0.9)
7 Áp lực bị động của đất nền: 1.2 (0.8)
8 Trọng lượng của các lớp thuộc kết cấu
mặt đường, lớp bảo vệ, vỉa hè
1.5 (0.9)
Trọng lượng riêng của kết cấu:
9 +Đổ tại chỗ 1.2 (0.8)
10 +Lắp ghép 1.1 (0.9)
11 Áp lực nước 1.1 (0.9)
12 Ứng suất nước 1.3 (0.7)
13 Tác động do co ngót của BT 1.0 (0.9)
14 Tác đọng do lún của nền đất 1.5 (0.9)
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Chú ý: -Các giá trị trong ngoặc của hệ số vượt tải được sử dụng khi sự giảm
củaloại tải trọng này dẫn đến trạng thái bất lợi cho công trình,
-Khi tính toán áp lực ngang lên CTN từ t6air trọng chuyển động thẳng
đứng theo công thức

2 0
d
. . (45 )
2
t
q h tg
ϕ
γ
= −
Giá trị của góc ma sát trong (φ) tăng thêm 5
0

khi hệ số vượt tải k>1 và
giảm đi 5
0
khi k<1, tùy theo trị số nào cho tác động bất lợi nhất cho công
trình (h
td
– chiều cao tương đương của lớp đất).
Bảng 2. Hệ số vượt tải của tải trọng tạm thời
TT Loại tải trọng Hệ số vượt tải theo tổ hợp tải
trọng
Tổ hợp cơ bản Tổ hợp đặc biệt
1 Đoàn ô tô loại H-30 1.4 1.0
2 Xe loại HK-80 1.1 -
3 Đường sắt T-Z:
+Tầu chở hàng
+Tàu không chở hàng
1.1-1.3
*
1.0
0.7
-
4 Tầu điện ngầm 1.3 -
5 Tải từ máy bay:
+khu vực biên của san bay
+Giữa sân bay
1.0
0.85
-
-
6 Đoàn người qua lại 1.4 -

7 Tải trọng quá trình xây dựng 1.3
**
-
8 Động đất - 1
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Chú ý: *-Hệ số vượt tải phụ thuộc vào chiêu dài của tải λ và có giá trị như sau:
=1.3 khi λ=0,
=1.15 khi λ=50m,
=1.1 khi λ>150m,
**-Hệ số này có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện công nghệ thi công tại chỗ.
Với tổ hợp tải trọng phụ, trừ tải trọng số 8(không tham gia), hệ số vượt tải lấy
bằng 0.8.
3. Kết cấu đổ liền khối có mặt cắt ngang là hình chữ nhật
Tính toán CTN có mặt cắt ngang là hình chữ nhật thi công liền khối bằng
phương pháp đào hở hoặc các loại tunnel thi công bằng phương pháp giếng thả
là tương tự nhau. Kết cấu BTCT liền khối hoặc lắp ghép bằng các đốt nguyên
vẹn có đặc trưng tiết diện ngang kín và nút cứng, được tính toán như khung kín
siêu tĩnh trên nền đàn hồi.

3.1. Tính toán trường hợp khung một nhịp đối xứng trên nền đàn hồi(hình
1.a).
Dưới tác động của tải trọng đối xứng theo phương pháp lực có thể lựa chọn
sơ đồ cơ bản như hình 1.b. Giá trị của các ẩn số được tính từ hệ phương trình
chính tắc như sau:

11 1 12 2 1
21 1 22 2 2
0
0

p
p
X X
X X
δ δ
δ δ
+ +∆ =



+ +∆ =


(1)
Trong đó: Các chuyển vị δ
ij
, Δ
ip
(
1 2i
= ÷
,
1 2j
= ÷
) được tính như tổng của
chuyển vị đơn vị (x
(1)
-tải trọng) và chuyển vị gây ra do tác động của nền đàn
hồi(x
(0)

):

(1) (0)
ij ij ij
δ δ δ
= +
(2)

(1) (0)
ip ip ip
∆ = ∆ + ∆

Các giá trị δ
ij
(1)
, Δ
ip
(1)
được tính theo các công thức thông thường của cơ kết cấu,
các giá trị δ
ij
(0)
, Δ
ip
(0)
tính theo công thức More đối với phần tử trên nền đần hồi:
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
(0)
EJ EF

i p i p i p
ip i p
M M N N Q Q
Kby y ds ds ds ds
GF
µ
∆ = + + +
∑ ∑ ∑ ∑
∫ ∫ ∫

( )
3
(0)
11
2
(0)
21
(0)
22
2
3
2
3
1 2
EJ
h
EJ
h
EJ
h

δ
δ
δ
=
=
+
=
(3)
(4)
Trong đó :
K- Hệ số kháng lực đàn hồi của đất nền,
b- bể rộng tính toán của đáy,
y
i
, y
p
- độ lún của đấy dưới tác dụng của lực đơn vị và tải trọng,
μ- hệ số hiệu chỉnh, lấy như trong cơ kết cấu.
Các giá trị δ
ij
(0)
, Δ
ip
(0)
cũng có thể xác định theo công thức chung tính góc
xoay của nút khung trên nền đàn hồi ở dạng môi trường biến dạng tuyến tính:

2 ( )
(0)
2 2

11
( )
(0)
2 2
21
( ) ( )
(0)
2 2
22
2 ( )
EJ
2 (
EJ
2 ( )
EJ
C C
D C
C C
D C
C C
D C
lh
lh
l
β β
δ
α
β β
δ
α

β β
δ
α
−
=
−
=
−
=
(5)
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Trong đó:

2
C
D
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C

1
D
M
Ebl
π
=
gây ra,

( )
2

C
C
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C

1
MC
Ebl
π
=
gây ra,

0
EJ
E bl
π
α
=
- chỉ số độ cứng,
E –modul đàn hồi của vật liệu đáy,
E
0
-modul biến dạng của nền đất,
b- chiều rộng của kết cấu,
l- nhịp của tấm nóc,

h- chiều cao của kết cấu,
J- momen quán tính của tiết diện đáy.
3.2. Vỏ hầm được coi như là khung trên nền đất đàn hồi với giải thiết biến
dạng cục bộ

Có thể tính theo phương pháp của Viện thiết kế xe điện ngầm –SN trong đó
nền đàn hồi được thay bằng các gối đàn hồi(hình 1.c). Hệ được giải theo
phương pháp lực, sơ đồ cơ bản như hình 1.d. Tùy thuộc vào số gối tựa, các ẩn
số được tính từ hệ phương trình chính tắc sau:
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG

0
n
ik i ip
l
M
δ
+ ∆ =
∑
(6)
Trong đó:
n- tổng số ẩn và i, k=
1 n
÷
.
Các chuyển vị được tính theo công thức More:

EJ EF
i k i k i k
ik
M M N N s R R
ds
D
= + +

∑ ∑
∫
(7)

EJ EF
i p i p i p
ip
M M N N s R R
ds
D
∆ = + +
∑ ∑
∫
Trong đó:

, , , , ,
i k p i p k
M M M N N N
−
momen và lực dọc trong hệ cơ bản do các
momen ẩn bằng đơn vị và tải trọng gây ra,

, ,
i k p
R R R
−
phản lực tại các gối đàn hồi do các momen ẩn đơn vị và tải
trọng gây ra trong hệ cơ bản,
D=Ksb – độ cứng quy đổi của gối đàn hồi,
K- hệ số lực kháng đàn hồi của đất nền,

s - khoảng cách giữa các gối đàn hồi trong đáy,

b – bề rộng tính toán của đáy kết cấu.
Sơ đồ tính và tải trọng tác động như hình 1.d: bao gồm áp lực đứng và áp
lực ngang của địa tầng và các momen đơn vị tại các gối đàn hồi và điểm giữa
của mái. Các ứng lực trong hệ cơ bản được xác định bằng cách tách lần lượt
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
nút trong phần đáy. Giá trị cuối cùng của nội lực tại phần tử của vỏ được xác
định như sau:

p i i
p i i
M M M M
N N N N
= +
= +
∑
∑
(8)
Trong đó:

, , ,
i p i p
M M N N
- như của công thức (7).
3.3. Đáy hầm có thể tích như dầm trên nền đàn hồi
a) Sử dụng giải thiết biến dạng cục bộ hoặc biến dạng tổng thể. Với giải thiết
biến dạng cục bộ, có thể sử dụng các công thức và bảng lập sẵn để tính nội lực,
góc xoay, độ võng và phản lực nền trong đáy. Khi ấy chỉ số độ cứng s

0
và chiều
dài quy đổi của dầm λ
0
có giá trị như sau:

0 0
0
4
,
EJ l
s
Kb s
λ
= =
(9)
Trong đó:
EJ- độ cứng chống uốn của dầm,
K- hệ số lực kháng đàn hồi của dất nền,
l- chiều dài của dầm,
b- chiều rộng của dầm, lấy giá trị =1.
Tùy thuộc vào giá trị của λ
0
có thể phân loại dầm như sau:
λ
0
<1: dầm coi như cứng tuyệt đối,
1
≤
λ

0
<2.5: dầm ngắn,
λ
0

≥
2.75: dầm dài vô hạn.
HÌNH 1
b) Khi tính toán trên nền đàn hồi với giải thiết biến dạng tổng quát: Có thể
được sử dụng phương pháp của A.l.Ximvulidi. Ở đây sử dụng công thức tổng
quát tính góc xoay của dầm trên nền đàn hồi để tính ứng lực và chuyển vị chưa
biết.
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
c) Khi tính khung trên nền đàn hồi, kết cấu được phân tích thành: tấm mái,
tường và tấm đáy (hình 1.e). Góc xoay của tấm mái tại chỗ nối với tường xác
định trên cơ sở công thức tổng hợp của đường đàn hồi của dầm:

3
( )
1
1
( )
EJ 2 24
AB
A
A
M l pl
β
= −

(10)
Xét tính đối xứng của hệ và sử dụng các điều kiện tĩnh học có thể viết:
|M
A
|=|M
B
|, Y
A
=Y
B
=pl/2, |X
A
|=|X
B
|
Tường bên được tính như dầm chịu áp lực bên của địa tầng. Sử dụng công
thức tổng hợp của đường đàn hồi của dầm và các điều kiện tĩnh học, có xác
định được các ứng lực và góc xoay sau:


3
( )
2 1
2
3
( )
2 1
2
1 2
1 2

1
(2 ) (8 7 )
EJ 6 360
1
( 2 ) (7 8 )
EJ 6 360
' ( 2 )
6
' (2 )
6
AC
C C A
AC
C C A
C A
C
C A
A
h h
M M q q
h h
M M q q
M M
h
X q q
h
M M
h
X q q
h

β
β
 
= + − +
 
 
 
−
= + + +
 
 
−
= + +
−
= + +
(11)
Bằng cách sử dụng công thức tổng quát đối với góc xoay của dầm trên nền
đàn hồi, góc quay của tấm đáy được tính như sau:

{ }
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 3 3
2
0
1
CD C C C C
C C C D D C D
M M l Y Y
E bl
β β β β β

π
 
= + + +
 
(12)
Trong đó:

( )
2
C
C
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C do
0
C
M
E bl
π
=1 gây ra,


( )
2
C
D
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C do
0
D
M

E bl
π
=1 gây ra,
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG

( )
3
C
D
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C do
0
1
C
Y
E bl
π
=
gây ra,

( )
3
C
D
β
- là góc xoay của đáy ở tiết diện C do
0
1
D

Y
E bl
π
=
gây ra,
E
0
- modul biến dạng của nền đất,
b - chiều rộng của kết cấu,
l - nhịp của vỏ,
h - chiều cao của vỏ.
Nếu sử dụng điều kiện:
( ) ( ) ( ) ( )
,
AB AC AC CD
A A C C
β β β β
= − = −
và các điều kiện tĩnh
học, có thể tính được các ứng lực chưa biết và xây dựng được biểu đồ momen
uốn, lực cắt, độ võng và phản lực của đất nền. Sơ đồ tính toán như khung có
đáy vỏ tựa trên nền đàn hồi chỉ hợp lý đối với kết cấu liền khối đủ cứng.
3.4. Hầm ngầm với kết cấu vỏ mỏng
(ví dụ như các đốt nguyên vẹn) được tính như kết cấu mềm, đáp và thành
của hầm tựa trê nền đàn hồi. Tác động tuong hỗ giữa đất nền và kết cấu được
tính đến qua nhưng mô hình nền đang hồi khác nhau.
Trong thực tế, khi sử dụng giải thiết biến dạng cục bộ, đặc tính của nền đất
là hệ số kháng lực đàn hồi có thể coi là không đổi hoặc thay đổi tuyến tính theo
chiều dài của cấu kiện. Sơ đồ tính toán như theo hình 2.a,b.
HÌNH 2

Phương pháp tính toán hầm ngầm với các đốt nguyên vẹn như kết cấu khung
trên nền đàn hồi với giải thiết biến dạng cục bộ có thể tính hệ số kháng lực đàn
hồi của đất trên thành hầm thay đổi theo chiều sâu của hầm.
3.5. Hầm nguyên đốt cũng có thể tính như khung với thành và đáy hầm
tựa trên nền đàn hồi
Hầm được phân tách ra thành các phần tử riêng biệt như hình 2.c. Các tấm
tường được tính như dầm trên nền đàn hồi là không đổi theo cả chiều sâu của
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
hầm. Sử dụng công thức tổng quát để tính dầm trên nền đàn hồi tuyến tính có
thể được các góc xoay sau:

{ }
( ) ( ) ( ) ) ( )
2 2 3 3
2
0
1
AC A A A A
A A A C C A C C
M M h X
E bh
β β β β β
π
 
= + + +
 
(13)

{ }
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 3 3
2
0
1
AC C C C C
C A A C C A A C C
M M h X X
E bh
β β β β β
π
 
= + + +
 
(14)
Tương tự có thể tính cho dầm tường dầm bên.
Tám đáy được tính như dầm trên nền đàn hồi với góc xoay theo công thức:

{ }
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 3 3
2
0
1
CD C C C C
C C C D D C C D D
M M l Y Y
E bl
β β β β β

π
 
= + + +
 
(15)
Ngoài ra, nếu xét sự cân bằng của góc xoay tại những điểm cắt ta có:

( ) ( ) ( ) ( )
,
AB AC CD CD
A A C C
β β β β
= − = −

Sử dụng thêm các điều kiện về tĩnh học có thể tìm được các mô men, lực cắt,
lực dọc chưa biết các nội lực trong các cấu kiện của kết cấu.
Các phương pháp tính toán cho khung vuông một nhịp nêu trên có thể mở
rộng để tính toán cho hầm liền khối nhiều tằng, nhiều nhịp(hình 3).
HÌNH 3
3.5. Công trình ngầm, thi công bằng phương pháp”Tường trong đất”
Có thể tính gần đúng bằng cách cắt vỏ ra thành các phần riêng biệt như
trần, tường, đáy với tác động tương hỗ lẫn nhau(hình 4). Tùy thuộc vào liên
kết giữa trần và tường mà có thể lựa chọn tấm trần với sơ đồ gối kê tự do hoặc
gối ngàm, và liên kết giữa tường với tấm đáy để tính tấm đáy như dầm trên nền
đàn hồi với liên kết hai đầu ngàm cứng hoặc khớp. Tấm tường tính như một
hay nhiều nhịp chịu áp lực chủ động lên mặt ngoài và áp lực bị động lên mặt
trong của phần cắm sâu vào lòng đất. Cũng có thể tính tấm tường như trên nền
đàn hồi hoặc nền dẻo dưới tác động của tải trọng truyền từ đáy và trần.
Trong thực tế, kết cấu công trình ngầm làm việc như một hệ không gian
và được tính toán không những cho phương ngang mà cả theo phương dọc

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
trục. Bước đầu tiên của việc tính gần đúng theo phương dọc công trình có thể
coi như dầm trên nền đàn hồi để xác định momen uốn và lực cắt. Tùy thuộc và
các đặc trưng kết cấu, sự có mặt của các khe biến dạng có thể xem chúng như
dầm nằm tự do hoặc có các liên kết của các đầu dầm là khối hoặc ngàm. Sử
dụng những sơ đồ tính như trên để tính những nội lực tác động chỉ theo
phương dọc và sử dụng chúng vào việc tính toán tiết diện ngang như khung
phẳng. Để tính toán chính xác hơn, có thể sử dụng sơ đồ không gian như kết
cấu dầm với tiết diện ngang rổng (hầm hình trụ), tựu trên bán không gian đàn
hồi với giá trị của modul đàn hồi và hệ số poatxong thay đổi theo từng vùng
của hầm. Trong trường hợp này có thể dùng phương pháp phần tử hữu hạn
hoặc phân tích hầm trụ thành hệ thanh siêu tĩnh-khung khong gian.
Phần kết cấu dạng hở dẫn vào phần ngầm của đường hầm được tính như
khung hở nằm trên nền đàn hồi dưới tác động của áp lực ngang của đất nền
(hình 5). Phương pháp tính của dạng kết cấu này cũng giống như các phương
pháp đã trình bày ở các mục phía trên.
HÌNH 4
HÌNH 5
4. Kết cấu ngầm lắp ghép có mặt cắt hình chữ nhật
Các bộ phậnchính của hầm lắp ghép bao gồm: tấm trần, tấm tường biên và
tường giữa, các tấm mỏng, tấm bản đáy…Lực tương hỗ giữa các tấm lắp ghép
được tính toán vào sơ đồ kết cấu-liên kết cứng hay mềm (hình 6). Với sự hiển
diện của nút khung không cứng cũng không mềm, cần phải lựa chọn loại liên
kết đảm bảo độ an toàn về cường độ cho kết cấu. Những tấm trần có tiết diện
chữ п, hoặc chữ T chịu uốn dưới tác tác động của tải trọng cố định hoặc tải
trọng tạm thời và cả lực tập trung từ áp lực ngang của đất nền (hình 7.a).

HÌNH 6
HÌNH 7

Đối với tấm trần có dạng chữ п: bước đầu tiên là tính bản giũa các dầm sườn
chịu tác động của lực phân bố đều từ áp lực của đất và phương tiện giao thông
qua lại. Giá trị của tải trọng từ phương tiện giao thông được tính toán theo quy
định túy thuộc vào chiều sâu đặt công trình. Việc tính toán được thực hiện với
bản trần rộng 1m với chiều dài tính toán bằng:
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG

0p
l l h
∏
= +
(16)
Trong đó:
l
0
- khoảng cách thông thủy của tấm trần, (m),
h
п
- chiều dày tấm trần, (m)
Tấm trần được tính như dầm ngàm mềm vào dầm sườn. Trong trường hợp này
hệ số giảm momen m
0
được tính theo bảng 3.
Bảng 3. Hệ số giảm momen của dầm ngàm mềm
TT Tỷ số h
p
/h
п
Gối tựa Giữa dầm

1
4
≥
-0.7 +0.5
2 <4 -0.7 +0.7
Với những lựa chọn như trên, momen uốn lớn nhất khi CTN đặt tại độ sâu <0.5
có thể tính theo công thức:

( )
2
2
2
1
8 8
i p i p z z
i bp bp
p l k l l l
M m p k
µ
∏
 
 
−
 
= + +
 ÷
 ÷
 
 
 

∑
(17)
Trong đó:
p
i
- tải trọng thường xuyên tiêu chuẩn,
p
bp
- tải trọng tạm thời tiêu chuẩn,
k
пi
, k
bp
- hệ số vượt tải cảu tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời,
l
z
- chiều dài mảnh tải tạm thời,
a
p
- chiều rộng hữu ích của bản thân,
μ- hệ số động lực.
Lực cắt lớn nhất tại gối tựa của bản vào sườn được tính theo công thức:

0
(1 )
2 2
bp z
i i
bp
p l

p l k
Q k
µ
∏
= + +
∑
(18)
Tương tự như vậy có thể tính với các loại hoạt tải khác.
Khi tính toán dầm tiết diện chữ T, việc đầy tiên là phải kiểm tra bản congxon
ngàm vào sườn. Dầm dọc T và п được tính như dầm một nhịp. Ngoài tải trọng
thẳng đứng còn tính cả lực dọc, giá trị của nó với áp lực ngang tác động lên
tường có dạng hình thang được tính theo công thức:
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG

1 1 2
3 1
( )
8 10
C C
T q H q q H
= + −
(19)
Trong đó:
q
1,
q
2
- cường độ áp lực ngang của đất tại đỉnh và đáy tường,
H

c
- chiều cao tính toán của tường.
Trong phần tính toán trên, nếu lực T tác động lên tường với độ lệch tâm e,
momen uốn lớn nhất tại giữa dầm được tính theo công thức:

2
ax
8
i i
m
p l k
M Te
= −
∑
(20)
Độ lệch tâm e có giá trị bằng khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc T và tâm
trục của dầm. Khối panen được tính toán qua trạng thái giới hạn thứ 1 – cường
độ của dầm sườn và bản. Xác định lực cắt và momen uốn, qua đó tính toán
thép dọc và thép ngang. Sau đó khối panen được tính qua trạng thái giới hạn
thứ 2, xác định độ võng lớn nhất, giá trị này không được lớn hơn
1
400
nhịp
dầm dưới tác động của tải trọng tạm thời tiêu chuẩn.
Dầm sườn của khối panen trần có thể tính theo độ bền chống nứt. Độ lớn cho
phép của vết nứt không được lớn hơn 0.2mm dưới tác động của tổ hợp tải
trọng cơ bản.
Khối tường của CTN lắp ghép có tiết diện hình vuông được tính dưới tác
động của áp lực ngang của đất nền có kể đến tải trọng tạm thời trong vùng ảnh
hưởng của mặt lăng trụ phá hoại. Sơ đồ tính toán của tường như dầm một nhịp

(CTN một tầng) hoặc nhiều nhịp (CTN nhiều tầng) được ngàm vào khối đáy và
khối lên trần và các sàn tầng của CTN nhiều tầng (7.b). Phụ thuộc vào việc lựa
chọn điểm tựa của lực ngang N từ tấm trần mà tính toán tác động của lực này
như lực hướng tâm hoặc với độ lêch tâm e
1
. Trong trường hợp lêch tâm momen
uốn M
1
=Ne
1
, tại đáy (trường một tầng) M
2
= -0.5Ne
1
. Các giá trị này sẽ được tổ
hợp cùng mmen từ áp lực ngang của đất nền.
Khối tường có thể tính theo phương pháp của dầm cơ học không xác định
hoặc sử dụng công thức có sẵn. Giá trị lớn nhất của momen uốn và lực cắt tại
gối của hầm một tầng dưới tác đọng của áp lực ngang của đất nền được tính
theo công thức:

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG

2 2
1 2 1
2 1
1
( )
2 6

( )
2
C C
C
C
q H q q H
M
q q H
Q q H
−
= −
−
= − −
(21)
Trong đó: các kí hiệu được sử dụng như của công thức (19).
Ngoài việc tính toán khối tường về cường độ, cần phải tính cả trạng thái biến
dạng và độ bền chống nứt. Độ võng của khối tường dưới tác động của tải trọng
cố định và hoạt tải trong vùng ảnh hưởng của lăng trụ phá hoại không được lớn
hơn
1
300
C
H
, trong đó H
C
là chiều cao của tường CTN.
Khối móng được tính dưới tác động của M và Q từ khối tường, cột hoặc
tường giữa và cả phản lực của đất nền σ (hình 7.c). Khối móng biên chịu tác
đọng lệch tâm của momen uốn, lực thẳng đứng và áp lực của đất nền dưới
dạng phản lực của nền đất dưới móng, trọng lượng của đất đắp P

1
và áp lực đất
của đất nền q.
Sau khi xác định cường độ của cá lực tác động lên khối móng, kiểm tra
cường độ theo tiết diện a –a và b – b, tính toán như đối với consol. Ngoài ra
cần phải kiểm tra áp lực của đất nền dưới đấy móng, nó không được vượt quá
cường độ tính toán cho phép với chiều sâu xác định. Các cấu kiện phía trong
dưới chân cột cần kiểm tra độ lún. Khối móng và dưới cột có thể tính như dầm
trên nền đàn hồi.
Dầm dọc tùy thuộc vào đặc điểm kết cấu có thể tính như dầm một nhịp, hai
nhịp hoặc nhiều nhịp. Tải trọng tác động lên dầm này bao gồm tải trọng từ các
tấm trần tính như tải trọng phân bố đều. Dầm dọc tiết diện T với thành ở dưới
cần phải kiểm tra khả năng chịu xoắn của dầm dưới tác động của hoạt tải trên
một cạnh của dầm.
Cột và tường giữa tính toán dưới tác động của các tải trọng truyền trực tiếp từ
khối trần hoặc từ các dầm dọc. Cột được xem như thanh chịu nén đúng tâm có
kể đến uốn dọc. Tấm đáy được tính dưới tác động của phản lực của đất nền và
tính như dầm trên nền đàn hồi. Với tấm đáy ngắn hơn 5m, có thể tính như dầm
cứng, chịu tác động của phản lực của đất nền, momen tập trung tại những chỗ
nối (ngàm).
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Tương tự như khi tính khung kín hoặc khung hở, ngoài việc tính toán theo
khả năng chịu lực, cần phải kiểm tra về biến dạng và độ bền chống nứt. Độ
võng lớn nhất của tường khung kín hoặc khung hở không được lớn hơn
1
200
p
H
(H

p
– chiều cao của tường) khi không có thanh chống hoặc neo kéo và
1
300
p
H
nếu có chúng.
CTN có tiết diên hình chữ nhật cần phải tính kiểm tra đối với tải trọng chỉ
xuất hiện trong quá trình xây dựng còn các cấu kiên của kết cấu lắp ghép cần
phải kiểm tra cả với tải trọng xuất hiện trong quá trình chuẩn bị, vận chuyển và
lắp ráp.
5. Kết luận
CTN được tính toán theo các trạng thái giới hạn (cường độ, biến dạng, chống
nứt) với các tiêu chuẩn tương ứng, Các CTN dài (chiều dài công trình lớn hơn
rất nhiều so với kích thước của tiết diên ngang) nằm trong nền đồng nhất có thể
tính theo bài toán biến dạng phẳng. Nếu chiều dài công trình tương đương với
chiều ngang, tải trọng tác động lên công trình thay đổi đột ngột theo chiều dài
công trình hoặc xuất hiện lún sụt không đều của đất nền thì CTN phải tính toán
theo hệ không gian.
Những năm trước đây và kể cả hiện tay, trong thực tế thường sử dụng những
phương pháp tính đơn giản, gần đúng với tải trọng cho trước. Hệ được giải như
hệ thanh trên nền đàn hồi hoặc không đàn hồi với tác động của tất cả mọi hoạt
tải. Nhược điểm chính của phương pháp này là không thể hiện được tác động
tương tác giữa đất nền và công trình.
Ngoài ra, trong thực tế ta sử dụng cả phương pháp bài taons biên theo lý
thuyết môi trường liên tục trên cơ sở của bài toán đàn hồi dẻo hoặc trạng thái
cân bằng giới hạn. Trạng thái ứng suất biến dạng cưa CTN và đất nền được
tính toán dựa trên điều kiện cùng chuyển dịch của CTN vào đất nền xung
quanh. Trước đây để giải bài toán này, các cách tính của cơ học kết cấu được
sử dụng, nhưng chỉ trong phạm vi hẹp vì sự phức tạp của tính toán.

Với sự phát triển và ứng dụng của tin học trong thực tế, việc sử đụng máy
tính điện tử (MTĐT) để giải các bài toán về CTN được phát huy. Quá trình tự
đông hóa bằng MTĐT làm giảm đáng kể các khó khăn trong tính toán và cho
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
phép nhanh chóng thu được kết quả. MTĐT còn có thể trợ giúp để đề cập đến
nhiều yếu tố tác động đến sự làm việc cơ học của công trình, tăng thêm một
cách đáng kể độ chính xác của các phương án đề ra trong nhiều trường hợp có
thể tránh được việc đơn giản hóa và tiếp nhận sơ đồ tính toán chính xác và
phức tạp hơn, ở mức độ cao nhất – điều kiện làm việc thực của công trình và
có thể giải bài toán theo nhiều phương án, qua đó phân tích, đánh giá và lựa
chọn phương án tối ưu nhất cho CTN cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999
KẾT CẤU XÂY DỰNG
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/1999