NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VÁCH CỨNG
I- Khái niệm vách cứng (shear wall)
Vách, lõi hay còn có tên là tường chịu cắt, tường chịu trượt, tường chống trượt. Vách là cấu kiện
chịu lực đứng có chiều dài ≥ 4 lần chiều dày theo (BS 8110-1997, Điều 1.3.4.1)

Kết cấu vách là hệ kết cấu chịu lực cấu thành bởi những bức tường chịu lực và sàn nhà. Trong hệ
này, tường chịu lực thay thế dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng ngang.
Do tường chịu lực của nhà cao tầng ngoài việc phải chịu lực nén thẳng đứng do tải trọng thẳng
đứng gây ra, còn phải chịu lực trượt và mômen do tải trọng ngang sinh ra, cho nên ta mới gọi là kết
cấu vách.


Mặt bằng bố trí vách của công trình
II- Ưu, nhược điểm:

1. Ưu điểm:
Kết cấu vách so với kết cấu khung thì có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn, độ cứng lớn và
chuyển vị ngang nhỏ, do đó, tác dụng của chính của vách, lõi là để tăng độ cứng(dùng để giảm
chuyển vị ngang ngang), tăng khả năng chịu tải ngang trong nhà cao tầng. Tải trọng gió và tải
trọng động đất là hai loại tải trọng ngang chính mà vách phải chịu.

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 2

Vách, lõi vừa làm chức năng tường chịu lực, lại vừa làm chức năng tường ngăn che. Hệ này phù
hợp với nhà cao tầng có nhiều bức tường như khách sạn, nhà ở Vách, lõi cũng có thể chịu tải

đứng rất tốt (mà tiết diện mỏng lại có thể dùng làm vách ngăn, tiết kiệm diện tích để sử dụng).

Bố trí vách xen kẽ khung sẽ có lợi hơn nhiều so với bố trí lõi (do sự tương tác không đồng điệu).
Tại Việt Nam đã có tác giả khảo sát, tính toán với nhà cao tầng, kết quả cho thấy tải trọng đứng
có tác dụng làm giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang do tải trọng gây ra. Khi sử dụng kết cấu
dự ứng lực sẽ làm giảm chuyển vị xoay một cách đáng kể, giúp tăng độ cứng, chống xoắn của
lõi cứng và độ cứng chống xoắn của tòa nhà. Từ đó, đã kiến nghị, khi thiết kế nhà nhiều tầng
cần cấu tạo cốt thép liên kết sàn và lõi cứng để giảm ứng suất tập trung cục bộ, làm tăng khả
năng làm việc tương hỗ giữa sàn và lõi cứng, tăng khả năng chịu lực ngang của nhà nhiều tầng.
Khi thiết kế cũng phải có phương án tính đến kết cấu lõi cứng dự ứng lực để tăng lực thẳng
đứng mà không tăng lực quán tính sẽ giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang của công trình do
tải trọng ngang gây ra.

Ngoài ra, nên sử dụng ứng lực trước kết cấu lõi cứng để tăng độ cứng chống uốn và xoắn cho cả
toà nhà; giúp hiện tượng nứt cấu kiện xảy ra chậm hơn, làm giảm khả năng cốt thép bị ăn mòn.

2. Nhược điểm

Nhà có kết cấu vách do có nhiều tường chịu lực nên không linh hoạt bằng kết cấu khung. Một
trong những bện pháp để cải thiện tình trạng đó là mở rộng khoảng cách của tường chịu lực, sử
dụng bước gian lớn. Ví dụ như bước gian của nhà ở từ 2,4 đến 4,2 m phát triển lên đến 4,8 – 7,2
m. Tường ngăn giữa các căn hộ vẫn dùng tường chịu lực. Trong nội bộ căn hộ, sử dụng vách
năng nhẹ để ngăn che giữa các phòng sử dụng. Khách sạn có khoảng cách giữa các phòng khách
từ 3,3 m đến 4 m phát triển lên đến 6,6 - 9,0 m, cứ hai gian một ta đặt một bức tường chịu lực
và một bức vách ngăn nhẹ. Biện pháp thứ hai để cải thiện tình trạng không linh hoạt nói trên là
giảm bớt các bức tường dọc bên trong dùng để chịu lực, để tăng thêm tính linh hoạt trên phương
chiều sâu lòng nhà.

Để giải quyết đòi hỏi phải có những không gian lớn làm phòng ăn, phòng hội nghị, sảnh tiếp
dân bố trí tại tầng dưới của nhà cao tầng kết cấu vách, người ta cũng có thể sử dụng kết cấu

khung ở phần tầng dưới còn các tầng tiêu chuẩn bên trên thì sử dụng kết cấu vách.

Ở những vùng có động đất, không cho phép sử dụng kết cấu vách có khung đỡ bên duới dạng
‘chân gà nói trên, mà phải kéo dài một bộ phận vách xuống tận đất để tạo thành hệ ống khép kín
như một hệ kết cấu vách tựa trên khung có dạng chân voi.

III- Lịch sử phát triển kết cấu vách
Từ giữa những năm 60 lại đây, ở Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á, kết cấu vách bê
tông cốt thép phát triển rất mạnh để xây dựng nhà cao tầng và dần dần trở thành chủ thể của kết
cấu nhà ở cao tầng. Để xây dựng khách sạn cao tầng, người ta cũng sử dụng loại kết cấu này rất
nhiều.

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 3

mật độ sử dụng vách cứng trong nhà cao tầng qua các năm

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 4

PHẦN II- MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG

A. CÁC TÙY CHỌN CHO VIỆC MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG:
I. Tổng quan về mô hình hóa vách cứng bằng phần tử 2D
Vách được đưa ra là phần tử 2D biến dạng trong mặt phẳng.
Phương thức mesh thật có thể được sử dụng để liên kết vùng cứng tổng thể và sự biến dạng của
vách.
Phương thức mesh giả thường sử dụng để thể hiện sự uốn trong mặt phẳng.
Phần tử shell tổng quát hay phần tử màng Membrane có thể được sử dụng để mô hình vách.
II- Một số cách mô hình vách:
1. Khái quát về phần tử màng được sử dụng trong mô hình vách

a. Tổng quan:
 Phần tử màng Incomplete
Đặc tính:
 Nút: 4 nút
 Biến dạng: 2 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng
 Kích thước: phần tử 2 chiều
 Hình dạng: thông thường và dị thường
 Thuộc tính: Môđun đàn hồi E và hệ số Poission ratio (v),
chiều dày vách t
Lưu ý: Phần tử màng Incomplete không liên kết hoàn toàn
với dầm, chuyển vị xoay của dầm và đoạn mút bị “cô lập

 Phần tử màng Complete:
Đặc tính:
 Nút: 4 nút
 Biến dạng: 3 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng và 1 chuyển dịch xoay
 Kích thước: 2D
 Hình dáng: thông thường và dị thường
 Thuộc tính: Môđun đàn hồi E, hệ số Poission (v), chiều dày vách t










Mem brane

U1
Node 1
R3
U2
U1
Node 3
R3
U2
U1
Node 4
R3
U2
U1
Node 2
U2
3
2
1
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 5

b. Sử dụng phần tử màng cho việc mô hình:
 Sử dụng phần tử màng Incomplete:
Được sử dụng đối với các phần tử phức tạp, độ chính xác cao hơn trong việc xác định sự
phân bố ứng suất và cho phép dễ dàng mô hình lỗ cửa (openings).

Việc chỉ dùng màng Incomplete Việc sử dụng dầm và cột được yêu cầu
(không có sự liên tục moment trong dầm) ( cố đầy đủ sự liên tục moment trong dầm và cột)

 Sử dụng phần tử màng Complete:
Được sử dụng đối với các phần tử phức tạp, độ chính xác cao hơn trong việc xác định sự
phân bố ứng suất và cho phép dễ dàng mô hình lỗ cửa (openings).















Việc chỉ dùng màng Complete Việc sử dụng dầm, cột không yêu cầu
(sự liên tục moment trong dầm
được cung cấp một cách tự động)

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 6

c. Liên kết giữa tường và sàn:
Trong mesh nói chung trong sàn nên làm cho tương xứng với mesh trong vách để tạo nên sự liên
kết.
Một vài phần mềm tạo liên kết một cách tự động bằng việc sử dụng constrainst (sự ép buộc) hay

các phần tử “Zipper” (“khóa”)














2. Khái quát về việc sử dụng phần tử dàn trong mô hình vách:
a. Tổng quan
ứng xử của vách có thể xấp xỉ gần đúng bởi mô hình dàn.
 Các phần tử đứng chịu sự uốn dọc trục
 Các phần tử chéo chịu sự cản cắt
Mô hình dàn đặt bắt nguồn từ khái niệm “Strut-tie”
Mô hình này biểu thị bởi trạng thái “Cracked” của vách nơi mà tất cả các lực kéo được chịu
bởi nút thắt (ties) và lực nén bởi bêtông.
b. Xây dựng mô hình dàn:
Để mục đích phân tích, giả sử cách bố trí các thanh dàn chính dựa trên bề rộng tường và cao độ của
sàn.
Các kích thước cấu kiện ban đầu có thể được ước lượng là “t 2t” cho các cấu kiện chính dọc
trục, và “t t” cho các cấu kiện chéo.
Sử dụng các phần tử khung để mô hình dàn. Không cần thiết sử dụng phần tử dàn.
Các thanh chéo đơn nhìn chung là đủ cho mô hình nhưng các thanh chéo kép có thể được sử

dụng để hiểu dễ dàng về các kết quả.
Các dầm sàn và các tấm đan có thể liên kết trực tiếp với phần tử dàn.



CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 7

3. Khái quát về việc sử dụng dầm-cột để mô hình vách:
Phần tử phẳng 4 nút không thể hiện chính xác sự uốn tuyến tính, bởi vì lực cắt phân bố đều được
giả định trong công thức tính toán nhưng sự phân bố ứng suất cắt thức sự là một đường cong bậc
hai.
Bởi vì triết lí cơ bản của việc thiết kế kết cấu được dựa vào tiết diện bị phá vỡ nên không thể sử
dụng một cách trực tiếp các kết quả phần tử đàn hồi cho thiết kế.
Mô hình đơn giản (dầm-cột) có thể biểu thị ứng xử này của kết cấu. Các kết quả đó có thể sử
dụng một cách trực tiếp cho thiết kế các cấu kiện bêtông.















3 D O F
p e r r ig i d z o n e
R i g i d Z o n e s
B e a m s
C o l u m n s
A : S h e a r W a l l w i t h L i n e L o a d s B : F i n i t e E l e m e n t M o d e l
C : D e f i n e B e a m s & C o l u m n s

D : B e a m - C o l u m n M o d e l
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 8


So sánh mô hình vách bằng phần tử shell và mô hình bằng phần tử dầm




















Mô hình vách bằng phần tử shell

Mô hình vách bằng phần tử dàn và phần tử dầm.


CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 9

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4

II- Mô hình vách cứng trong Etabs:
1. Mesh vách và truyền tải trọng:
a. Tổng quan:
Mesh và đặt tên cho vách thích hợp là chìa khóa cho việc mô hình và thiết kế vách chính xác.
Mesh không tự động thích hợp cho tường vách (chỉ dùng thủ công)
Tải trọng chỉ được chuyển tới vách ở các điểm góc của đối tượng diện tích mà chúng hợp
thành vách.
Nhìn chung, các kiểu phần tử màng hoặc phần tử shell nên được sử dụng cho mô hình vách.
b. Mesh vách:
Piers và Spandrels mơi mà các biến dạng uốn là đáng chú ý (độ mảnh của Piers và Spandrels),
cần phải mesh Piers và Spandrels thành nhiều phần tử nhỏ.
Nếu tỉ số hình dạng của 1 pier hoặc spandrel của 1 phần tử vách dưới 3 đến 1, cần xem xét
mesh điều kiện của phần tử để đủ thể hiện biến dạng uốn.

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 10

c. Đặt tên vùng pier:
Tên pier được phân ra cho đối tượng vùng theo pguwowng đứng (vách) và đối tượng đường
theo phương dứng (cột)
Đối tượng được liên kết ở cùng 1 cao độ tầng và cùng 1 tên pier được xem như là 1 bộ phận
của cùng 1 vách.
Phải ấn định 1 phần tử pier 1 tên trước khi bạn có thể xuất hiện nội lực cho phần tử hoặc
trước khi bạn có thể thiết kế phần tử.
Một cột vách đơn không thể kéo dài qua nhiều tầng.
Nội lực cột vách được xuất ra ở trên và dưới phần tử cột vách.
Thiết kế cột vách chỉ thể hiện ở vị trí xác định ở đầu và cuối phần tử cột vách.
Ví dụ đặt tên pier



Bình luận chung về trường hợp d:
 Tất cả đối tượng vùng đặt tên là P1
 Thiết kế được biểu diễn qua toàn bộ vách ở mỗi cao độ tầng.
 Nội lực vách sẽ được cung cấp cho toàn bộ vách ở mỗi cao độ tầng.
 Phối hợp cốt thép được trình bày ở trên và dưới mỗi tầng.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 11

Bình luận chung về trường hợp a:
 Theo cách thông thường để đặt tên pier.

 Ở trên cao độ, pier P1 được định nghĩa kéo dài suốt qua vách trên lỗ cửa.
 Pier P2 tạo thành cột vách bên trái lỗ cửa.
 Pier P3 xảy ra giữa lỗ cửa đi và lỗ cửa sổ.
 Pier P4 xảy ra giữa lỗ cửa và vùng biên vách.
 Pier P5 xảy ra dưới lỗ cửa sổ giữa cửa đi và vùng biên vách. Một tên tương tự cho pier
dưới cao độ tầng.
d. Đặt tên vùng Spandrel:
Tên Spandrels được phân chia cho đối tượng vùng theo phương đứng và đối tượng đường
theo phương ngang (dầm).
Không giống cac phần tử pier, một dầm vách đơn có thể tạo thành một đối tượng từ hai hoặc
nhiều hơn các cao độ tầng liền kề.
Phải ấn định tên cho một phần tử dầm vách trước khi bản có thể xuất hội lực cho phần tử
hoặc trước khi bạn có thể thiết kế cho phần tử này.
Nội lực của dầm vách được xuất ra ở bên trái và bên phải của phần tử dầm vách.
Thiết kế dầm vách chỉ biểu diễn tại vị trí xác định ở bên trái hoặc bên phải phần tử dầm vách.
Các dầm vách nhiều nhịp không thể được ấn định như một đối tượng vùng đơn

Ví dụ về cách đặt tên spandrel
PHẦN III- MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 12

I- Tính toán cốt dọc:
1. Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi:
a. Mô hình:
Phương pháp này chia vách thành những phần tử nhỏ chịu nén đúng tâm, coi như phân tố ứng
suất đều trong mỗi phần tử. Tính toán cốt thép cho từng phần tử.
Các giả thiết cơ bản:
 Vật liệu đàn hồi.
 Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bêtông và cốt thép chịu.
b. Các bước tính toán:
 Bước 1: Xác định trục trung hoà chính và mômen quán tính trung tâm>
 Bước 2: Chia vách thành những phần tử nhỏ

Minh họa cách chia phần tử
 Bước 3: tính lực dọc tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và mômen trong mặt phẳng gây ra.


 Bước 4: tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
 Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu A
sc
<0 thì

đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo.

c. Nhận xét:
Phương pháp này do kể đến khả năng chịu nén của cốt thép nên giảm tiết diện bêtông của vách.
Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán không chỉ đối với vách phẳng.
Giả thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt tới giới hạn chảy là chưa chính xác. Chỉ tại những
phần tử biên hai đầu vách, cốt thép có thể đạt tới giới hạn chảy, còn ở giữa vách, cốt thép chưa
đạt tới giới hạn chảy.


2. Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mômen:
a. Mô hình:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 13

Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu tường được thiết kế để chịu
toàn bộ mômen. Lực dọc được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài tường.
Các giả thiết cơ bản:
 Ứng suất kéo do cốt thép chịu.
 Ứng suất nén do cả bêtông và cốt thép chịu.

b. Các bước tính toán:












Mặt cắt và mặt đứng vách
 Bước 1:
Giả thiết chiều dài vùng biên B chịu mômen. Ban đầu có thể giả thiết B
l
= B
r
=t
Xét vách chịu lực dọc trục N và mômen uốn trong mặt phẳng M
x
. Mômen M
x
tương đương với
cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của tường.
 Bước 2:
Xác định lực kéo (nén) trong vùng biên:

 Bước 3: tính toán cốt thép chịu kéo và chịu nén.
Diện tích cốt thép chịu kéo yêu cầu:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 14




Diện tích cốt thép chịu nén yêu cầu:




Hệ số (Pmax factor) được xách định điều kiện tương thích thiết kế tường vách, mặc định Pmax
factor = 0,8.
Nếu A
sc
< 0, tức bố trí cốt thép chịu nén theo cấu tạo.
 Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Cốt thép chịu kéo lớn nhất được giứi hạn trong:
A
st-max
= 6%t
p
B1

Tương tự giá trị cốt thép chịu nén cũng giới hạn bởi:

A
st-max
= 4%t
p
B
1
Nếu: + A
st
≤ A
stmax
=> tiếp tục kiểm tra với tổ
+ A
sc
≤A
scmax
=> hợp tải trọng kế tiếp
Mặt khác, ta phải tăng kích thước B
1
thích

hợp (có thể bên trái hoặc bên phải hoặc cả 2 tuỳ thuộc
vào phần vùng biên không đủ) bởi 1 nửa chiều dày tường (chẳng hạn B
2
=1,5t) và tính toán giá
trị P
l,r
mới rồi cho ta A
st
và A

sc
giá trị mới.
Quy trình cứ tiếp tục tới khi A
st
và A
sc nằm
trong hàm lượng cốt thép cho phép đối với tất cả các tổ
hợp tải trọng thiết kế.
Nếu độ lớn chiều dài vùng biên B vượt quá giá trị L/2 thì cần tăng bề dày tường.
 Bước 5:
Kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm.
Trường hợp bêtông đã đủ khả năng chiu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này đặt theo cấu tạo.
c. Nhận xét:
Phương pháp này bố trí tập trung lượng cốt thép chịu toàn bộ mômen ở hai đầu vách.
Phương pháp này khá thích hợp với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (bố trí cột
ở 2 đầu vách).
Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mômen của cốt thép.

3. Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác:
a. Khái niệm:
Phương pháp dựa trên một số giả thuyết về sự làm việc của bê tông và cốt thép để thiết lập trạng thái
chịu lực giới hạn (Nu,Mu) của một vách bê tông cốt thép đã biết. Tập hợp các trạng thái sẽ tạo thành
một đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mômen M của trạng thái giới hạn.
b. Các giả thuyết cơ bản:
Tiết diện vách phẳng trước khi chịu lực thì vẫn phẳng sau khi chịu lực.
Giả thiết quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép.
Giả thiết về biểu đồ ứng suất bê tông vùng nén và bê tông vùng nén quy đổi.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 15

Giả thiết về biến dạng cực hạn quy ước của bê tông vùng nén.
c. Thiết lập biểu đồ tương tác.
 Nguyên tắc chung:
Dựa vào biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén và vị trí của trục trung hòa được thể hiện qua chiều
cao vùng nén ít, ta có thể xác định được trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trong vách, các
ứng suất này tổng hợp lại thành một lực dọc và một momen tại trọng tâm hình học của vách, chính là
một điểm của biểu đồ tương tác.
 Các điểm chính trên biểu đồ tương tác:
Điểm A: lực dọc Nu = 0, dao điểm với trục hoành M.
Điểm B: điểm cân bằng, biến dạng lớn nhất của bê tông vùng nén đạt tới biến dạng cực hạn quy
ước của bê tông đồng thời biến dạng lớn nhất của cốt thép đạt tới giới hạn chảy.
Điểm C: điểm chịu nén, tất cả cốt thép trên tiết diện đều chịu nén ( x = h ).
Điểm D: Mu = 0, dao điểm với trục tung N.
Điểm E: x = h/2.
 Các bước tiến hành:
Bước 1: giả thiết x.
Bước 2: tính toán chiều cao bê tông vùng nén quy đổi.
Bước 3: tính toán biến dạng của cốt thép.
Bước 4: tính ứng suất trong cốt thép.
Bước 5: tính toán hợp lực của vùng bê tông chịu nén và cốt thép tại trọng tâm hình học của vách.
Bước 6: thay đổi x và làm lại từ đầu.







Trình tự thiết lập biểu đồ tương tác

d. Nhận xét
Là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách bê tông cốt thép.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 16

Phương pháp này thực chất coi vách là một cấu kiện chịu nén lệch tâm và cốt thép phân bố trên
toàn tiết diện vách được kể đến trong khả năng chịu lực của vách.
Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. Để giám bớt khối lượng tính
toán, ta có thể sử dụng biểu đồ tương tác gần đúng.
II- Tính toán cốt thép ngang cho vách phẳng: (tính toán như cấu kiện dầm thông thường)
1. Tổng quan:
Điều kiện xét tới ảnh hưởng của lực cắt: khi tỷ lệ chiều cao/chiều dài tường tương đối nhỏ, vách
có dạng congxon ngắn, ảnh hưởng của lực cắt là nguy hiểm.
Khả năng chịu cắt của tường:
Q
u
= Q
b
+ Q
sw

Trong đó: Q
b
: khả năng chịu cắt của bêtông
Q
sw
: khả năng chịu cắt của cốt thép ngang
Chú ý: khi có lực nén, ứng suất kéo gây bởi lực cawtssex giảm, do đó làm tăng khả năng chịu cắt
của bêtông.

2. Quy trình tính toán cốt thép chịu cắt:
Bước 1: Kiểm tra điều kiện ứng suất nén chính.
Bước 2: Kiểm tra điều kiện cốt đai.
Bước 3: Tính toán khả năng chịu cắt của bêtông.
Bước 4: So sánh với các điều kiện hạn chế và bố trí cốt thép ngang.

III- Thiết kế pier và spandrel chịu cắt: ( theo tiêu chuẩn ACI-318)
1. Thiết kế chịu cắt cho pier:
Xác định khả năng chịu cắt của bêtông V
c
.
Kiểm tra nếu V
c
vượt quá giới hạn, tiết diện cần được sửa lại.
Xác định khả năng chịu cắt mà cốt thép chịu
V
s
= V - V
c

Kiểm tra cốt thép điều kiện cho yêu cầu chống động đất.
 Các công thức tính toán pier cho ACI
Khả năng chịu cắt cơ bản của bêtông



Bêtông không được vượt quá giới hạn:

Diện tích cốt thép tính:
 


p
pu
ppcLWc
L
LP
LtfRV
4
8.0
8.03.3 


 
pp
p
u
u
pp
u
cLWp

cLWc
Lt
L
V
M
Abs
tL
P
fRL
fRV 8.0
2
2.025.1
6.0





































CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 17






2. Thiết kế chịu cắt cho spandrel: trình tự tính toán như đối với pier
 Các công thức tính toán spandrel theo ACI:

Khả năng chịu cắt cơ bản của bêtông:


Bêtông không vượt quá giới hạn:


Diện tích cốt thép được tính:




Lưu ý:

+ và thì



+ và thì A
Vmin
= A
Vmax


+ và

thì

Mặt bằng

Mặt cắt


 
pys
c
u
v
Lf
V
VAbs
A
8.0







ppcLW
u
LtfR
VAbs
8.010




sscLWc
dtfRV

 2
c
u
cns
V
V
VVV 

sys
s
v
df
V
A 
sscLWs
dtfRV

 8
5
s
s
d
L
c

u
V
V
5.0

0
50
min
min


h
ys
s
v
A
f
t
A
5
s
s
d
L
c
u
V
V
5.0


52 
s
s
d
L
sscLW
s
su
dtfR
d
LV









 10
3
2

sh
sv
tA
tA
0025.0
0015.0

min
min


CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 18

Chiều dài của spandrel
Chiều dày của spandrel
Khoảng cách mặt trên của spandrel đến tâm cốt thép trên
Khoảng cách mặt dưới của spandrel đến tâm cốt thép dưới
Tổng chiều cao của spandrel
Hệ số giảm lực cắt
Chiều cao có hiệu của spandrel
Phần lực cắt do cốt thép chịu
Phần lực cắt do bê tông chịu

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 19

PHẦN IV-CẤU TẠO VÁCH CỨNG

I- Yêu cầu về chiều dày vách:
Bề dày tối thiểu của vách cứng nằm trong phạm vi 12-14cm do điều kiện thi công ở hiện trường
bắt buộc. Các tiêu chuẩn kháng chấn hiện nay đều quy định bề dày của vách là 15cm.
Tiêu chuẩn kháng chấn PS-69 của Pháp quy định bề dày tối thiểu của vách, trong đó h
t
là chiều
cao tự do của tầng nhà.






Chiều dày vách ngoài việc kiểm tra theo cường độ còn cần kiểm tra theo khả năng chịu ứng suất
nén chính và có thể tính theo công thức:
Q
v


0,2R
b
lt

trong đó:
Q
v
:lực cắt tính toán của vách hoặc của nhánh vách cứng
l,t: tương ứng là chiều dài và chiều dày tiết diện vách cứng
II- Bố trí cốt thép trong vách:
1. Trường hợp vách không có lỗ cửa:
Trong vách phải đặt 2 lớp lưới thép. Hai lớp lưới thép này phải được liên kết với nhau bằng các
móc đai hình chữ S với mật độ 4 móc/m
2

Đường kính cốt thép đứng và ngang không nhỏ hơn 10mm và không nhỏ hơn 0,1t.
Hàm lượng cốt thép đứng khi tính toán kể đến động đất thỏa:
 Lớn hơn 0,4% : động đất yếu
 Lớn hơn 0,6% : động đất trung bình + mạnh
 Tuy nhiên hàm lượng này không vượt quá 3%
Hàm lượng cốt thép ngang khi tính toán kể đến động đất thỏa:
 Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25% : động đất yếu
 Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% : động đất trung bình và mạnh
Khoảng cách giữa cốt thép doc và ngang s:
 s

200mm : t

300mm
 s


2
3

t : t > 300mm
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 20

Qui định về neo cốt thép:
 Khi không kể đến động đất, chiều dài đoạn neo l
n
tính như đối với cấu kiện thông thường.
 Khi kể đến động đất:
 Chiều dài buộc cốt thép lấy bằng 1,5l
n
: động đất yếu
 Chiều dài buộc cốt thép lấy bằng 2l
n
: động đất trung bình + mạnh
 Các điểm nối thép phải đặt so le.
2. Trường hợp vách có lỗ cửa:
Trường hợp vách có lỗ mở nhỏ phải đặt tăng cường ít nhất 2 ∅12 ở mỗi biên và mỗi góc lỗ mở.
Trường hợp vách có lỗ mở lớn phải dùng biện pháp tăng chiều dày thành vách qua lỗ và cấu tạo
thành vách dưới dạng dầm bao có gờ hoặc ít nhất cũng phải gia cường bằng dầm bao chừa.
Khi tỉ số chiều rộng lỗ cửa trên chiều cao lanh-tô l/h < 1 có thể đặt cốt thép chéo nghiêng giao
nhau
 Tổng diện tích cốt thép chéo:
2 sin
lt
s
s
Q
A

R


Q
lt
: lực cắt trong lanh-tô


: góc nghiêng của thanh chéo và phương nằm ngang
 Cốt chéo theo 2 phương buộc thành khung, dùng cốt đai chữ nhật hoặc đai lò xo để liên
kết, khoảng cách cốt đai không vượt quá 0,5b (b: chiều dày lanh-tô)
 Chiều dài đoạn neo l
neo
lấy theo tính toán nhưng không nhỏ hơn 2b và 600mm










Bố trí cốt thép chéo nghiêng trên cửa lanhtô
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 21

III- Một số yêu cầu cấu tạo khác:

Yêu cầu không được thay đổi đột ngột độ cứng của các cấu kiện chịu tải trọng ngang. Sự thay
đổi về độ cứng không vượt quá 30%. Ngoài ra còn nhiều cấu tạo kháng chấn khác.
Những kinh nghiệm rút ra trong xây dựng nhà cao tầng bằng kết cấu vách ở các nước mà ta có
thể tham khảo:
 Vùng động đất cấp 9, chiều cao hạn chế là 80m
 Vùng động đất cấp 8, chiều cao hạn chế là 110m
 Vùng động đất cấp 7, chiều cao hạn chế là 140m
Vùng không có động đất, chiều cao không vượt quá 150m.


















CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 22

PHẦN V- VÍ DỤ TÍNH TOÁN
I- Đề bài
Cho vách có tiết diện như hình vẽ. chịu lực N= 1000t; mô men trong mặt phẳng M
y
= 1050 kNm;
lực cắt tính toán Q
x
= 300t. tính toán và bố trí cốt thép cho tường. tiêu chuẩn áp dụng ACI-318. Bê
tông có f’
c
= 300MPa. Thép AIII, f
y
= 400MPa.

II- Bài làm
1. Tính toán cốt dọc
a. Tính theo phương pháp 1:

Chia vách thành các phần yử nhỏ như hình vẽ. vì lý do đối xứng và mô men có thể đổi chiều
nên chỉ cần tính cho 1 nửa vách.




Diện tích cốt thép chịu nén được tính từ phương trình cân bằng:

Với A
b
=t
w

a : diện tích bê tông của phần tử thứ i:
A
sc
diện tích cốt thép chịu nén ở vùng thứ I; 
c
= 0.7: hệ số giảm độ bền khi chịu nén đối với
tường.



Diện tích cốt thép chịu kéo:

b
= 0.9 hệ số giảm độ bền khi chịu uốn.
Hàm lượng cốt thép chịu kéo lớn nhất là 0.06, chịu nén lớn nhất là 0.04
Kết quả tính được cho bảng sau:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 23


Mặt cắt bố trí thép:

b. Phương pháp 2: thực hiện tính theo tiêu chuẩn ACI-318
Giả thiết chiều dài vùng biên như hình vẽ:


Tính toán kiểm tra vùng biên.
Lực kéo trong vùng biên: Pl = 127.39t; lực nén trong vùng biên: Pr = 499.98t
Diện tích cốt thép chịu kéo tính được A

s
=37.70 cm
2
, hàm lượng 1.77%; diện tích cốt thép
chịu nén tính được A
sc
= 50.92 cm
2
, hàm lượng 1.85%. chọn 20@200, do mômen có thể đổi
chiều nên bố trí như hình vẽ.
Tính toán kiểm tra phần còn lại:
Chiều dài đoạn tường giữa: B=2.4 m
KNCL nén của tường khi chưa có cốt thép: P
u
=856.8t. lực dọc trục mà tường phải chịu: N=
558.14t
Vậy cốt thép trong phần tường này đặt theo cấu tạo. chọn 12@200.
Mặt cắt bố trí thép:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 24


c. Phương pháp 3: tiêu chuaanr áp dụng ACI-318. Thép đã bố trí 3020


Thiết lập biểu đồ tương tác
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 25

2. Tính toán cốt thép ngang:
Quy trình tính toán theo tiêu chuẩn ACI-318 được trình bày dưới đây, các công thức được viết
dưới dạng hệ đơn vị SI. Nội lực tác động dược ký hiệu N
u
M
u
V
u
. Độ bền danh nghĩa của bê
tông và cốt thép tương ứng khi chịu cắt là V
c
và V
s
. chiều cao làm việc d.

Khả năng chịu cắt của tường:
Độ bèn danh nghĩa của bê tông lấy theo giá trị nhỏ hơn trong 2 biểu thức sau:






khi không áp dụng biểu thức b
Nếu thì đặt cốt ngang theo cấu tạo.

Nếu và thì diện tích cốt thép ngang yêu cầu:

Với s là bước cốt thép ngang tương ứng.