đề tài tính toán và thiết kế kiến trúc, kết cấu DIAMOND PLAZA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DIAMOND PLAZA

CNBM
: PGS.TS ĐỖ KIẾN QUỐC
GVHDKC : PGS.TS. BÙI CÔNG THÀNH
GVHDNM : TS. VÕ PHÁN
SVTH
: TRƯƠNG THÀNH CHUNG
MSSV
: 80300296
BỘ MÔN : SỨC BỀN – KẾT CẤU

TP Hồ Chí Minh, 01/2008


TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ĐHQG TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
--------oOo--------

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN SỨC BỀN-KẾT CẤU

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
HỌ VÀ TÊN:
NGÀNH:

TRƯƠNG THÀNH CHUNG
Xây dựng dân dụng và công nghiệp

MSSV: 80300296
LỚP : XD03DD1

1. Đầu đề luận văn: DIAMOND PLAZA
2. Nhiệm vụ:
1.
Kiến trúc (10%): Tìm hiểu đặc điểm kiến trúc của công trình, vẽ lại
các mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt theo số liệu GVHD yêu cầu để phục vụ cho LVTN.
2.
Kết cấu bên trên (60%): Tính toán công trình theo tiêu chuẩn
Eurocode về tải trọng, vật liệu và các bộ phận kết cấu. Thực hiện chuyên đề về nút liên
hợp nửa cứng.
3.
Nền móng (30%): Tính toán thiết kế nền móng cho công trình theo
hai phương án móng cọc khoan nhồi và móng cọc barrette. So sánh lựa chọn phương
án thi công.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

27/09/2007

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

07/01/2008

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:
1. PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH Hướng dẫn kết cấu
(70%)
2. TS.VÕ PHÁN
Hướng dẫn nền móng (30%)
Nội dung và yêu cầu luận văn tốt nghiệp đã được thông qua Bộ môn.
Ngày …. tháng 01 năm 2008
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH

PGS.TS. ĐỖ KIẾN QUỐC

PGS.TS. BÙI CÔNG THÀNH

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ): ___________


Đơn vị:___________________________
Ngày bảo vệ :______________________
Điểm tổng kết: ____Nơi lưu trữ luận văn:

LỜI CẢM TẠ
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Bùi Công ThànhTrưởng khoa Kỹ thuật Xây dựng- Giảng viên bộ môn Sức bền
kết cấu, TS Võ Phán- Chủ nhiệm bộ môn Đòa cơ nền móng đã
tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm Luận văn tốt
nghiệp.
Đồng thời em xin ngỏ lời cám ơn chân thành tới thầy Th.S

Lý Thế Phương, giảng viên bộ môn Công trình và thầy Lê
Lương Bảo Nghi, giảng viên bộ môn Sức bền kết cấu, vì đã giúp
đỡ và cho em những lời khuyên q báu trong quá trình làm luận
văn.
Sinh viên
Trương Thành Chung


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài:

DIAMOND PLAZA

PHẦN KIẾN TRÚC

•

Bao gồm bản vẽ mặt bằng và mặt đứng của công trình. Mặt đứng do em tự vẽ.
PHẦN KẾT CẤU

•

Các công việc em đã làm bao gồm:
Tính toán các cấu kiện liên hợp: sàn, dầm, cột liên hợp, liên kết giữa các cấu
kiện (cột- cột, dầm chính- dầm phụ, liên kết chân cột). Với liên kết dầm chính- cột,
em thiết kế là nút liên hợp nửa cứng theo tiêu chuẩn Eurocode.
Viết các chương trình Visual Basic tính toán các cấu kiện liên hợp: Composite
Slab Design, Composite Beam Design, Composite Column Design.
Viết một vài đoạn code MATLAB nhỏ khác gồm: Reinforced Concrete Column
Interaction Diagram, Natural Period of Building.

So sánh và chuyển đổi các đặc trưng vật liệu giữa hai tiêu chuẩn Việt Nam và
Eurocode.
Tính toán tải trọng tác động vào công trình theo Eurocode gồm tónh tải, hoạt tải
và tải gió. Đối với tải gió, Eurocode cũng xét ảnh hưởng của yếu tố động của tải
trọng gió.
Tìm hiểu ứng dụng ETAB trong mô hình công trình sử dụng kết cấu liên hợp,
gồm phương pháp mô hình, thiết kế tự động và đọc kết quả xuất.
Nêu biện pháp và trình tự thi công sàn liên hợp.
Tính toán cầu thang thép.
Tính toán bể nước ngầm. Khi mô hình đáy bể là bản trên nền đàn hồi, em tính
hệ số nền ks theo công thức của J.E.Bowles có so sánh với bảng tra hệ số nền theo
các loại đất.
•

PHẦN NỀN MÓNG

Các công việc em đã làm bao gồm:
-

Thống kế đòa chất công trình

-

Tính toán thiết kế phương án móng cọc khoan nhồi

-

Tính toán thiết kế phương án móng cọc barrete

-

So sánh lựa chọn phương án móng.


Khi tính toán móng cọc barrete, với móng chỉ có một cọc, phương pháp tính lún
có điểm khác biệt. Em đã có một số phân tích để giải quyết vấn đề này.

MỤC LỤC THUYẾT MINH
Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn
Tài liệu tham khảo
Các kí hiệu
Mục lục

PHẦN I: KẾT CẤU BÊN TRÊN
CHƯƠNG 1: KẾT CẤU LIÊN HP .............................................................1
1.1. Tổng quan kết cấu liên hợp............................................................................................1
1.2. So sánh kích thước dầm, cột liên hợp và không liên hợp..............................................2

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU ................................................................................ 4
2.1. Bê tông .............................................................................................................................4
2.1.1. Các qui đònh của Eurocode.....................................................................................4
2.1.2. Các qui đònh của Việt Nam.....................................................................................5
2.1.3. So sánh hai tiêu chuẩn............................................................................................6
2.1.4. Một số chỉ tiêu cơ lí khác........................................................................................7
2.2. Thép kết cấu ....................................................................................................................7
2.2.1. Chỉ tiêu cường độ....................................................................................................7
2.2.2. Một số chỉ tiêu cơ lí khác........................................................................................7
2.3. Tấm tôn thép ...................................................................................................................8

2.4. Thép thanh........................................................................................................................8
2.5. Liên kết ............................................................................................................................8
2.6. Bolt ...................................................................................................................................8

CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG (EUROCODE)........................9
3.1. Hoạt tải giai đoạn liên hợp .............................................................................................9
3.2. Hoạt tải giai đoạn thi công ..............................................................................................9
3.3. Tải gió (Eurocode).........................................................................................................10
3.3.1. Vận tốc gió cơ bản................................................................................................10
3.3.2. Vận tốc gió trung bình theo độ cao......................................................................10
3.3.3. Cường độ hỗn loạn................................................................................................11


3.3.4. Áp lực gió theo độ cao..........................................................................................11
3.3.5. Áp lực gió tónh.......................................................................................................12
3.3.6. Hệ số kết cấu cscd..................................................................................................17
3.3.7. Bảng kết quả tải trọng gió....................................................................................23
3.4. Tổ hợp nội lực................................................................................................................24

CHƯƠNG 4: SÀN LIÊN HP .....................................................................25
4.1. Cấu tạo............................................................................................................................25
4.2. Số liệu tấm tôn thép.......................................................................................................26
4.3. Kiểm tra ở giai đoạn thi công........................................................................................27
4.3.1. Sàn một nhòp..........................................................................................................28
4.3.2. Sàn hai nhòp...........................................................................................................28
4.3.3. Sàn ba nhòp............................................................................................................29
4.4. Kiểm tra ở giai đoạn liên hợp........................................................................................30
4.4.1. Nội lực tác dụng trong sàn....................................................................................30
4.4.2. Kiểm tra tiêu chuẩn cường độ..............................................................................30
4.4.3. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng................................................................................31

4.4.4. Thép dọc trong sàn................................................................................................34
4.5. Flow Chart......................................................................................................................35

CHƯƠNG 5: CẦU THANG THÉP ..............................................................38
5.1. Sơ đồ hình học ...............................................................................................................38
5.2. Tải trọng tác dụng .........................................................................................................39
5.2.1. Tónh tải ..................................................................................................................39
5.2.2. Hoạt tải .................................................................................................................39
5.3. Tính toán các thành phần của cầu thang .....................................................................40
5.3.1. Bản thang ..............................................................................................................40
5.3.2. Dầm li mông .........................................................................................................40
5.3.3. Dầm chiếu nghỉ.....................................................................................................42
5.3.4. Liên kết .................................................................................................................43

CHƯƠNG 6: DẦM LIÊN HP ....................................................................46
6.1. Cấu tạo...........................................................................................................................46
6.2. Phân loại theo tiết diện ngang ......................................................................................46
6.3. Chiều rộng hiệu quả của sàn ........................................................................................48
6.3.1. Dầm đơn giản........................................................................................................48
6.3.2. Dầm liên tục..........................................................................................................48
6.4. Sức bền tiết diện đối với moment uốn .........................................................................49


6.4.1. Các giả thiết tính toán ..........................................................................................49
6.4.2. Sức bền tiết diện chòu moment dương..................................................................49
6.4.3. Sức bền tiết diện chòu moment âm.......................................................................51
6.5. Độ võng của dầm liên hợp ...........................................................................................52
6.6. Liên kết dầm thép- tấm sàn.........................................................................................52
6.6.1. Đại cương...............................................................................................................53
6.6.2. Sức bền tính toán của liên kết..............................................................................53

6.6.3. Khoảng cách giữa các liên kết chốt hàn..............................................................55
6.6.4. Thiết kế liên kết chốt hàn của dầm phụ liên hợp...............................................55
6.6.5. Thiết kế liên kết chốt hàn của dầm chính liên hợp............................................57
6.7. Tính toán nội lực dầm chính có liên kết nửa cứng.......................................................58
6.8. Flow Chart .....................................................................................................................60

CHƯƠNG 7: CỘT LIÊN HP .................................................................... 63
7.1. Cấu tạo............................................................................................................................63
7.2. Các điều kiện của phương pháp đơn giản tính cột liên hợp .......................................64
7.2.1. Điều kiện đảm bảo ổn đònh cục bộ của lõi thép.................................................64
7.2.2. Tỉ lệ lượng thép δ..................................................................................................64
7.2.3. Độ mảnh qui đổi....................................................................................................64
7.3. Đường cong tương tác moment- lực dọc ......................................................................65
7.3.1. Đường cong tương tác trục y.................................................................................65
7.3.2. Đường cong tương tác trục z.................................................................................67
7.4. Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta..................................................................................69
7.5. Kiểm tra khả năng chòu lực một phương.......................................................................70
7.6. Kiểm tra khả năng chòu lực hai phương........................................................................73
7.7. Flow Chart......................................................................................................................74

CHƯƠNG 8: NÚT LIÊN HP NỬA CỨNG ...............................................78
8.1. Phương án cấu tạo nút hệ sàn........................................................................................78
8.2. Tổng quan về nút liên hợp.............................................................................................79
8.3. Xác đònh độ cứng của nút liên hợp ..............................................................................80
8.3.1. Công thức cơ bản xác đònh độ cứng nút ..............................................................80
8.3.2. Hệ số hiệu chỉnh độ cứng η..................................................................................81
8.3.3. Độ cứng các thành phần của nút liên hợp...........................................................82
8.3.4. Sắp xếp các lò xo độ cứng thành phần................................................................84
8.3.5. Độ cứng của nút....................................................................................................85
8.4. Xác đònh cường độ của nút liên hợp.............................................................................85

8.4.1. Cường độ các thành phần của nút........................................................................85
8.4.2. Cường độ của nút..................................................................................................86
8.5. Flow Chart .....................................................................................................................87

CHƯƠNG 9: NÚT DẦM CHÍNH- DẦM PHỤ.............................................88
9.1. Lý thuyết thiết kế...........................................................................................................88
9.1.1. Phương án cấu tạo hệ nút sàn...............................................................................88
9.1.2. Tải trọng thiết kế..................................................................................................89
9.1.3. Khả năng chòu tải của bu lông..............................................................................89
9.1.4. Số lượng bu lông cần thiết....................................................................................91
9.1.5. Kiểm tra khả năng chòu tải của clip.....................................................................91
9.2. Tính toán thiết kế...........................................................................................................91
9.2.1. Tải trọng thiết kế..................................................................................................91
9.2.2. Kiểm tra khả năng chòu tải của bu lông...............................................................91
9.2.3. Kiểm tra khả năng chòu tải của clip.....................................................................93

CHƯƠNG 10: LIÊN KẾT CỘT- CỘT..........................................................94
10.1. Nội lực thiết kế............................................................................................................94
10.2. Lý thuyết tính toán.......................................................................................................96
10.2.1. Bu lông bản bụng................................................................................................96
10.2.2. Bu lông bản cánh................................................................................................96

CHƯƠNG 11: LIÊN KẾT CHÂN CỘT........................................................98
11.1. Vật liệu.........................................................................................................................98
11.1.1. Bê tông................................................................................................................98
11.1.2. Thép.....................................................................................................................98
11.2. Phương pháp tính chiều dày bản đế............................................................................98
11.3. Thiết kế chân cột biên.................................................................................................99

11.3.1. Nội lực thiết kế...................................................................................................99
11.3.2. Ứng suất dưới bản đế..........................................................................................99
11.3.3. Tính toán chiều dày bản đế................................................................................99
11.3.4. Tính toán bu lông neo.......................................................................................100
11.3.5. Dầm đế và sườn ngang.....................................................................................100
11.4. Thiết kế chân cột giữa...............................................................................................102
11.4.1. Nội lực thiết kế.................................................................................................102
11.4.2. Ứng suất dưới bản đế........................................................................................102
11.4.3. Tính toán chiều dày bản đế..............................................................................102


11.4.4. Tính toán bu lông neo.......................................................................................103
11.4.5. Dầm đế và sườn ngang.....................................................................................103

CHƯƠNG 12: BỂ NƯỚC NGẦM...............................................................104
12.1. Tiêu chuẩn thiết kế....................................................................................................104
12.2. Phân loại bể................................................................................................................104
12.3. Sơ đồ tính các bộ phận của bể..................................................................................105
12.3.1. Bản nắp..............................................................................................................105
12.3.2. Bản thành..........................................................................................................106
12.3.3. Vách ngăn..........................................................................................................106
12.3.4. Bản đáy..............................................................................................................106
12.4. Tính toán.....................................................................................................................106
12.4.1. Vật liệu..............................................................................................................106
12.4.2. Bản nắp..............................................................................................................107
12.4.3. Bản thành..........................................................................................................108
12.4.4. Vách ngăn..........................................................................................................111
12.4.5. Bản đáy..............................................................................................................113

PHẦN II: KẾT CẤU MÓNG

CHƯƠNG 13: THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT.....................................................118
13.1. Lý thuyết thống kê.....................................................................................................118
13.1.1. Xử lí và thống kê đòa chất...............................................................................118
13.1.2. Phân chia đơn nguyên đòa chất.........................................................................118
13.2. Tóm tắt đòa chất.........................................................................................................121
13.3. Mặt cắt đòa chất..........................................................................................................122
13.4. Tính toán thống kê.....................................................................................................123
13.4.1. Thống kê lực dính đơn vò và góc ma sát trong................................................123
13.4.2. Thống kê dung trọng của đất...........................................................................137
13.5. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lí của đất...................................................................145

CHƯƠNG 14: MÓNG CỌC KHOAN NHỒI..............................................146
14.1. Giới thiệu móng cọc khoan nhồi...............................................................................146
14.1.1. Cấu tạo..............................................................................................................146
14.1.2. Công nghệ thi công...........................................................................................146
14.1.3. Ưu điểm của cọc khoan nhồi............................................................................146
14.1.4. Nhược điểm của cọc khoan nhồi......................................................................146
14.2. Lý thuyết tính toán sức chòu tải của cọc...................................................................147
14.2.1. Theo điều kiện vật liệu....................................................................................147


14.2.2. Theo điều kiện đất nền.....................................................................................147
14.3. Các thông số của cọc khoan nhồi sử dụng cho công trình.......................................148
14.4. Tính toán sức chòu tải của cọc...................................................................................149
14.4.1. Theo điều kiện vật liệu....................................................................................149
14.4.2. Theo điều kiện đất nền.....................................................................................149
14.4.3. Kết luận.............................................................................................................151
14.5. Mặt bằng phân loại móng.........................................................................................152
14.6. Tính toán móng M1 (móng C10)...............................................................................153
14.6.1. Tải trọng............................................................................................................153

14.6.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................153
14.6.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................154
14.6.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................159
14.6.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................161
14.6.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................168
14.7. Tính toán móng M3 (móng F6).................................................................................170
14.7.1. Tải trọng............................................................................................................170
14.7.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................170
14.7.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................171
14.7.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................176
14.7.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................178
14.7.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................185
14.8. Tính toán móng M5 (móng F8’)................................................................................187
14.8.1. Tải trọng............................................................................................................187
14.8.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................187
14.8.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................188
14.8.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................193
14.8.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................195
14.8.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................202

CHƯƠNG 15: MÓNG CỌC BARRETE.....................................................204
15.1. Giới thiệu móng cọc barrete......................................................................................204
15.2. Lý thuyết tính toán sức chòu tải của cọc...................................................................205
15.2.1. Theo điều kiện vật liệu....................................................................................205
15.2.2. Theo điều kiện đất nền.....................................................................................205
15.3. Các thông số của cọc barrete sử dụng cho công trình.............................................206
15.4. Tính toán sức chòu tải của cọc (C1, C2)....................................................................207


15.4.1. Theo điều kiện vật liệu....................................................................................207

15.4.2. Theo điều kiện đất nền.....................................................................................207
15.5. Mặt bằng phân loại móng.........................................................................................212
15.6. Tính toán móng M1 (móng C10)...............................................................................213
15.6.1. Tải trọng............................................................................................................213
15.6.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................213
15.6.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................214
15.6.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................219
15.6.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................221
15.6.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................235
15.7. Tính toán móng M3 (móng F6).................................................................................237
15.7.1. Tải trọng............................................................................................................237
15.7.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................237
15.7.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................238
15.7.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................243
15.7.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................245
15.7.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................259
15.8. Tính toán móng M5 (móng F8’)................................................................................261
15.8.1. Tải trọng............................................................................................................261
15.8.2. Tính toán sơ bộ số lượng cọc............................................................................261
15.8.3. Kiểm tra thiết kế sơ bộ.....................................................................................262
15.8.4. Tính toán thiết kế đài cọc.................................................................................266
..........................................................................................................................

15.8.5. Kiểm tra cọc chòu tải trọng ngang....................................................................267
15.8.6. Tính cốt thép trong cọc.....................................................................................281

CÁC KÍ HIỆU
Kí hiệu chung
L, l
N

R
S
δ

Length; span
Number of shear connectors; axial force
Resistance; reaction
Internal forces & moments; stiffness
Deflection; steel contribution ratio

Chiều dài phần tử; nhòp
Số liên kết; lực nén
Cường độ; phản lực
Nội lực và moment; độ cứng
Biến dạng; tỷ lệ lượng thép


λ
χ
γ

Slenderness ratio
Reduction factor for buckling
Partial safety factor

A
b
d
h
i

I
W
Þ

Kí hiệu về tính chất tiết diện.
Area
Diện tích
Width
Chiều rộng
Depth; diameter
Chiều cao, đường kính
Height
Chiều cao
Radius of gyration
Bán tính quán tính
Second moment of area
Moment quán tính tiết diện
Section modulus
Suất tiết diện
Diameter of a reinforcing bar
Đường kính của thép thanh

x-x
y-y
z-z

Hệ số độ mảnh
Hệ số giảm yếu do ổn đònh
Hệ số an toàn

Kí hiệu về trục tiết diện
Trục dọc theo chiều dài phần
Along the length of the member
tử
Axis of the cross-section parallel to the Trục tiết diện song song với
flanges (major axis)
cánh của thép hình (trục chính)
Axis of the cross-section perpendicular Trục tiết diện vuông góc với
to the flanges (minor axis)

cánh của thép hình (trục phụ)

Kí hiệu về vật liệu
Modulus of elasticity
Module đàn hồi
Strength
Cường độ
Modular ratio
Tỉ số module

E
f
n

EC4 còn sử dụng rộng rãi các kí hiệu nhỏ bên dưới, các kí hiệu này có tác dụng
làm rõ hơn ý nghóa kí hiệu cần thể hiện. Một số kí hiệu thường gặp:

c
d
el

k
pl
Rd
Sd

Compression, composite cross
section, concrete
Design
Elastic
Characteristic
Plastic
Design resistance
Design values of internal force or
moment

Nén; tiết diện liên hợp; bê tông
Thiết kế
Đàn hồi
Đặc trưng
Dẻo
Cường độ thiết kế
Giá trò thiết kế của nội lực hay
moment


red

Reduced

Suy giảm

Có thể dùng nhiều kí hiệu nhỏ bên dưới để diễn tả kí hiệu. Các kí hiệu nhỏ bên
dưới này thường được sắp xếp và ngăn cách nhau bởi dấu phẩy. Ví dụ như:
Npl.Rd

Design plastic axial resistance

Cường độ chòu nén dẻo thiết kế

PHẦN I
KẾT CẤU
70%


CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1.TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HP
Bản thân kết cấu bê tông cốt thép thông thường cũng là kết cấu composite, hay
kết cấu liên hợp nếu ta hiểu theo nghóa là sự kết hợp của hai loại vật liệu khác
nhau là thép và bê tông. Tuy nhiên thông thường người ta hiểu rằng khái niệm kết
cấu liên hợp có nghóa là sự kết hợp của bê tông và thép hình, thép tấm, hay thép
ống.
Nhà cao tầng dùng kết cấu liên hợp sử dụng các cấu kiện như sàn, dầm, cột là
các cấu kiện liên hợp thép - bê tông. Cốt chòu lực của các cấu kiện này là các thép
hình cán nóng hoặc tổ hợp được bọc hoặc nhồi bê tông và cùng làm việc với bê
tông khi chòu lực.
Cơ sở cho các thiết kế ở đây là sử dụng tiêu chuẩn Eurocode 4 (Design of
Composite Steel and Concrete Structures).
Trên thế giới, loại kết cấu này rất phổ biến, hơn 70% công trình mới xây ở Mỹ
sử dụng kết cấu liên hợp, tương tự như vậy ở các nước Châu Âu khác cũng ở tỉ lệ
cao.

Hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa phổ biến loại kết cấu này. Chỉ có một vài công
trình sử dụng như Diamond Plaza ở TP.HCM hay công trình của công ty xuất nhập
khẩu Hồng Hà ở Hà Nội. Trong tương lai gần, tình hình sẽ đổi khác do những ưu
việt của loại kết cấu liên hợp, nhất là trong xây dựng nhà cao tầng.
Ưu điểm của kết cấu liên hợp:
- Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường. Đối với kết cấu thép thì
để bảo vệ thép, ta chỉ có thể phủ bên ngoài một lớp sơn mỏng dễ bong tróc,
thường xuyên phải bảo trì và không có tác dụng bảo vệ với va chạm. Đối với
kết cấu liên hợp, nhờ lớp bê tông nên khắc phục được nhược điểm này.
- Tốc độ thi công nhanh. Điều này có ý nghóa lớn nhất của kết cấu liên hợp.
Tốc độ thi công nhanh sẽ nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng.
- Chòu lửa tốt hơn kết cấu thép nhờ có lớp bê tông bảo vệ bên ngoài.
- Khả năng chòu lực tăng lên, do đó kết cấu sẽ thanh mảnh hơn. Điều này thể
hiện ở phần 1.2 dưới đây.
- Tăng độ cứng của kết cấu.
- Có thể ứng lực trước trong khi thi công, tăng hiệu quả sử dụng của vật liệu,
nhất là vật liệu cường độ cao.


- Khả năng biến dạng dẻo lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép. Điều này có ý
nghóa lớn khi công trình chòu tải trọng động đất.

1.2.MỘT VÀI SO SÁNH KÍCH THƯỚC
Kích thước của cấu kiện khi sử dụng kết cấu liên hợp nhỏ hơn nhiều so với kết
cấu không liên hợp. Điều này thể hiện rõ qua kết quả so sánh thể hiện ở bảng 1.1
và bảng 1.2. Bảng tổng hợp này là tham khảo từ giáo trình thuộc chương trình châu
Âu về chuyển giao kỹ thuật ở Việt Nam.
Trong luận văn này, em có tự làm so sánh kích thước cột BTCT và cột liên hợp
khi cùng chòu một tải trọng. Các so sánh này có thể tìm thấy ở Phụ lục “Cột liên
hợp”.

Dầm liên hợp

Dầm thép không có liên kết cắt


Tiết diện thép
IPE400
IPE500
IPE360B
Chiều cao (mm)
560
710
520
Tải trọng
100%
100%
100%
Trọng lượng thép
100%
159%
214%
Tổng chiều cao
100%
127%
93%
Độ cứng
100%
72%
46%

Bảng 1.1: So sánh kích thước dầm liên hợp với dầm không liên hợp
Liên hợp

Bê tông cốt thép

70/70

80/120

Cột
Kích thước (cm)
Dầm
Kích thước
160/40
160/10
Bảng 1.2: So sánh kích thước cột liên hợp với cột bê tông cốt thép

CHƯƠNG 2.VẬT LIỆU
2.1.BÊ TÔNG
CÁC QUI ĐỊNH CỦA EUROCODE

2.1.1.

2.1.1.1.

Cường độ đặc trưng của bê tông

Bê tông theo tiêu chuẩn Eurocode có các đặc trưng cường độ sau:
Lớp độ bền
fck(N/mm2)

fcm(N/mm2)
Ecm(kN/mm2)

C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55
20
25
30
35
40
45
28
33
38
43
48
53
29
30.5
32
33.5
35
36
Bảng 2.1: Đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode

C50/60
50
58
37

Chú thích:

fck là cường độ chòu nén đặc trưng của mẫu bê tông hình trụ ở tuổi 28 ngày;
fcm là cường độ chòu nén trung bình của mẫu bê tông hình trụ ở tuổi 28 ngày.
fck = fcm - 8 (MPa)


Trong kí hiệu lớp độ bền, chẳng hạn C25/30, con số đầu tiên là cường độ chòu
nén đặc trưng của mẫu bê tông hình trụ ở tuổi 28 ngày, con số thứ hai là cường độ
chòu nén đặc trưng của mẫu bê tông hình lập phương ở tuổi 28 ngày.
Ví dụ cường độ chòu nén đặc trưng của mẫu bê tông C25/30 hình lập phương ở
tuổi 28 ngày là 30 MPa.
Giá trò chuyển đổi cường độ của hai loại mẫu lập phương và hình trụ là 30/ 25
Cường độ chòu nén trung bình của mẫu chòu nén hình trụ f cm của bê tông ở tuổi
28 ngày được Eurocode cho là 33 MPa.
Suy ra cường độ chòu nén trung bình của mẫu chòu nén hình lập phương f cm
của bê tông ở tuổi 28 ngày là:
f cm =

30
× 33 = 39.6MPa
25

Từ cách tính như trên ta có bảng tổng hợp như sau:

Lớp độ bền
C20/25
C25/30
C30/37
C35/45
fcm
Mẫu hình trụ

28
33
38
43
2
35
39.6
46.7
55
(N/mm ) Mẫu hình lập phương
Bảng 2.2: Cường độ chòu nén trung bình của mẫu bê tông ở tuổi 28 ngày
2.1.1.2.

Cường độ tính toán của bê tông

Cường độ tính toán chòu nén của bê tông tính như sau:
f cd =

f ck
γc

γc là hệ số an toàn của bê tông
Với các trường hợp tải trọng thông thường, ta lấy γc = 1.5
2.1.2.

CÁC QUI ĐỊNH CỦA VIỆT NAM

Mẫu bê tông qui đònh trong TCXDVN là mẫu lăng trụ.
2.1.2.1.

Cấp độ bền chòu nén- Cường độ chòu nén tức thời

Tương quan cấp độ bền chòu nén và cường độ chòu nén tức thời của bê tông:
B = Bm (1 − 1.64ν )
Bm là giá trò trung bình thống kê của cường độ chòu nén tức thời của bê tông.
ν là hệ số biến động của cường độ các mẫu thử tiêu chuẩn. Trường hợp chòu
nén ν=0.135
Cấp độ bền

Cường độ trung bình của

chòu nén
B20

mẫu thử tiêu chuẩn
25.69


B22.5
28.9
B25
32.11
B35
35.32
B40
38.53
B45
57.8
B50
64.22

Bảng 2.3: Đặc trưng cơ học của bê tông theo TCXDVN 356-2005

2.1.2.2.

Cấp độ bền chòu nén- Cường độ chòu nén tiêu chuẩn

Tương quan giữa cường độ chòu nén tiêu chuẩn của bê tông và cấp độ bền chòu
nén của bê tông:
Rbn = B (0.77 − 0.001B) nhưng Rbn ≥ 0.72 B
2.1.2.3.

Cường độ chòu nén tiêu chuẩn- Cường độ chòu nén tính toán

Cường độ chòu nén tính toán của bê tông khi tính toán ở trạng thái giới hạn thứ
nhất được xác đònh bằng cách lấy cường độ tiêu chuẩn chia cho hệ số độ tin cậy
của bê tông khi chòu nén.
Đối với bê tông nặng, hệ số độ tin cậy của bê tông khi chòu nén khi tính toán
kết cấu ở trạng thái giới hạn thứ nhất là 1.3
2.1.2.4.

Hệ số điều kiện làm việc

Cường độ chòu nén tính toán của bê tông R b được giảm xuống hoặc tăng lên
bằng cách nhân với các hệ số làm việc của bê tông γbt. Các hệ số này kể đến tính
chất đặc thù của bê tông, tính dài hạn của tác động, tính lặp của tải trọng, phương
pháp sản xuất, kích thước tiết diện… Cụ thể xem bảng 15, TCXDVN 356-2005.
2.1.3.

SO SÁNH HAI TIÊU CHUẨN

Cách thành lập cường độ tính toán cho bê tông của hai tiêu chuẩn Eurocode và
Việt Nam là khác nhau. Vì vậy để so sánh giữa hai tiêu chuẩn là khó khăn.
Tuy nhiên cả hai tiêu chuẩn đều dựa vào cường độ chòu nén tức thời trung bình
của các mẫu thí nghiệm để thành lập nên các thông số cường độ để dùng cho thiết
kế. Các giá trò thí nghiệm của mẫu đều tồn tại khách quan không phụ thuộc vào
các hệ số an toàn vật liệu, hệ số tải trọng, hệ số điều kiện làm việc… theo từng tiêu
chuẩn.
Do đó để so sánh cấp độ bền bê tông ta dùng cường độ chòu nén tức thời trung
bình của mẫu bê tông.


So sánh bảng 2.2 và 2.3, ta có tổng hợp kết quả qui đổi tương đương giữa cấp độ
bền của bê tông theo TCXDVN với Eurocode như sau:
• Lớp độ bền C20/25 Eurocode tương đương cấp B25 (Mác 350) của
TCXDVN.
• Lớp độ bền C25/30 Eurocode tương đương cấp B30 (Mác 400) của
TCXDVN.
• Lớp độ bền C30/37 Eurocode tương đương cấp B35 (Mác 450) của
TCXDVN.
• Lớp độ bền C35/45 Eurocode tương đương cấp B45 (Mác 600) của
TCXDVN.

MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ KHÁC

2.1.4.

Module đàn hồi: không có nhiều khác biệt giữa hai tiêu chuẩn.
Hệ số Poisson là như nhau cho cả hai tiêu chuẩn.
Chọn bê tông lớp độ bền C35/30 để thiết kế.
Bảng tổng hợp các đặc trưng bê tông lớp độ bền C35/30.

f ck (MPa)
f ctm (MPa)
f cm (MPa)
Ecm ( × 10 3 MPa)
Lớp độ bền
C35/30
25
2.6
33
32.5
Bảng 2.4: Bảng đặc trưng vật liệu của bê tông lớp độ bền C35/30

2.2.THÉP KẾT CẤU
2.2.1.

CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ

Trong tiêu chuẩn Eurocode, người ta sử dụng hai mác thép phổ biến trong thiết
kế thép kết cấu của kết cấu liên hợp là S275 và S355.
Chiều dày t (mm)
Thép
S275
S355

t ≤ 40mmn
40 < t ≤ 40mmn
2
2
fy (N/mm )
fu (N/mm )

fy (N/mm2)
fu (N/mm2)
275
390
255
370
355
490
335
470
Bảng 2.5: Cường độ của một số mác thép

Trong luận văn này, ta sử dụng mác thép cho thép hình là S355.
2.2.2.

MỘT SỐ CÁC CHỈ TIÊU KHÁC

Các đặc trưng cơ học như giới hạn chảy, module đàn hồi, module chống cắt, hệ
số Poisson, hệ số giãn nở vì nhiệt, trọng lượng riêng… được qui đònh trong Eurocode
về cơ bản giống như thép trong TCXDVN.
•

Module đàn hồi

E = 210000 N/mm2


•

Hệ số Poisson

υ = 0,3

•

Hệ số dãn nở vì nhiệt

α = 12 × 10–6 peroC

•

Khối lượng riêng

ρ= 7.850 kg/m3

2.3.TẤM TÔN THÉP
Mác thép cho tấm tôn thép được qui đònh trong tiêu chuẩn Eurocode 10147, với
các giá trò tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi của vật liệu thép cơ bản f yp từ 220 đến
350 N/mm2.
Chọn vật liệu làm tấm tôn thép có cường độ fyp = 280 N/mm2.
Mô hình làm việc hoàn toàn đàn dẻo, module đàn hồi E= 210 kN/m 2, các giá trò
dùng cho thép kết cấu có thể áp dụng cho vật liệu chế tạo tôn đònh hình.

2.4.THÉP THANH
Tiêu chuẩn Châu Âu EN 10080-3 đã đưa ra ba mác thép dùng cho kết cấu liên
hợp: S220, S400 và S500. Do yêu cầu về tính dẻo cần thiết của thép, tông thường
người ta sử dụng hai mác thép là S400 và S500 là loại có độ dẻo dai lớn.
Trong luận văn này, ta sử dụng mác thép cho thép thanh là S400.
Module đàn hồi của thép thanh dao động từ 190000 đến 200000 MPa. Để đơn
giản trong tính toán, ta lấy bằng của thép hình. Tức là E = 210000 MPa.

2.5.LIÊN KẾT
Trong luận văn này, ta chỉ xét Shear Connector là liên kết chốt hàn (Headed
Stud Connector). Các đặc trưng cường độ của liên kết chốt hàn được xác đònh trong
EC4. Thông thường cường độ thép sử dụng là f u=450 N/mm2 (sức bền kéo đứt của
thép làm chốt).

2.6.BU LÔNG
Lớp độ bền
4.6
4.8
5.6
5.8
6.8
8.8
10.9
2
fyb (N/mm )
240
320
300
400
480
640
900
2
fub (N/mm )
400
400
500

500
600
800
1000
Bảng 2.3: Giá trò cường độ chảy và cường độ tới hạn của bu lông
Trong luận văn này ta dùng bu lông lớp 8.8 để thiết kế cho khung liên hợp.
Một số chi tiết khác như cầu thang… tải nhỏ, ta dùng bu lông lớp 5.6 thiết kế.

CHƯƠNG 3.TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
3.1.HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN LIÊN HP


Eucode phân loại công trình theo mục đích sử dụng để xác đònh hoạt tải sàn. Cụ
thể đối với công trình dùng cho mục đích làm trung tâm thương mại (Department
Store), tải trọng phân bố đều được xác đònh là 4 đến 5 kN/m 2. Ta chọn giá trò là 5
kN/m2 theo đề nghò của Eurocode.
Trong bảng hoạt tải dưới đây, giá trò gạch dưới là giá trò khuyên dùng của
Eurocode.
Loại Mục đích sử dụng
Tải phân bố đều qk (kN/m2)
A Nhà dân dụng (sàn)
1.5 - 2
B
Văn phòng
2-3
C1 Phòng có bàn
2-3
D1 Cửa hàng bán lẻ
4-5
D2 Trung tâm thương mại

4-5
Bảng 3.1: Hoạt tải trên sàn theo phân loại với mục đích sử dụng
Công trình văn phòng thường sử dụng các vách ngăn di động để phân chia thành
các khu vực làm việc. Vì các vách ngăn là sắp đặt ngẫu nhiên, do đó ta xem như tải
phân bố đều toàn bộ sàn.
•

Đối với vách ngăn có trọng lượng nhỏ hơn 1 kN/m: qk =0,5 kN/m2

•

Đối với vách ngăn có trọng lượng nhỏ hơn 2 kN/m: qk =0,8 kN/m2

•

Đối với vách ngăn có trọng lượng nhỏ hơn 3 kN/m: qk =1.2 kN/m2
Do không có số liệu chính xác về trọng lượng vách ngăn, nên để đơn giản ta lấy

qk= 1.0 kN/m2.
Hoạt tải do trần treo và các đường ống kó thuật trong sàn lấy là 0.5 kN/m 2.

3.2.HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN THI CÔNG
Eurocode đưa ra tải trọng 1.5 kN/m2 trong phạm vi diện tích bất kì 3×3m để kể
dến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông.
Phần diện tích còn lại chòu tác động của tải trọng có giá trò 0.75 kN/m 2.
Chi tiết xem chương tính toán sàn.

3.3.TẢI GIÓ EUROCODE
Xác đònh theo tiêu chuẩn Eurocode 1: Actions on structures. Part 1-4: Wind
actions.

3.3.1.

VẬN TỐC GIÓ CƠ BẢN

vb = cdir × cseason × vb,0
vb :

vận tốc gió cơ bản.

vb,0 :

giá trò cơ sở của vận tốc gió cơ bản.

cdir :

hệ số ảnh hưởng của hướng gió.

Theo đề nghò của Eurocode lấy cdir = 1


cseason : hệ số ảnh hưởng của mùa.
Theo đề nghò của Eurocode lấy cseason = 1
Khu vực thành phố HCM, lấy vận tốc gió cơ bản là vbo = 130 km/h hay 36m/s.
Vậy vb = 36 × 1 ×1 =36 m/s.
3.3.2.

VẬN TỐC GIÓ TRUNG BÌNH THEO ĐỘ CAO

vm(z) = cr(z).co(z).vb
vm(z) vận tốc gió trung bình theo độ cao.

co(z): hệ số dốc của đòa hình. Nếu đòa hình bằng phẳng lấy co(z) = 1,0.
cr(z): hệ số nhám của đòa hình.
 z
c r ( z ) = k r . ln
 z0





với z min ≤ z ≤ z max
với z ≤ z min

c r ( z ) = c r ( z min )

Trong đó:
z0 là thông số phụ thuộc dạng đòa hình lấy theo bảng 3.2
Đối với TP.HCM lấy thiên về an toàn là đòa hình 3. Khi đó:
zo= 0.3 m
zmin = 5 m.
zmax = 200m.
kr : hệ số đòa hình tính theo công thức sau:

 z
k r = 0,19 ×  0
 z 0,II







0 , 07

 0 .3 
= 0,19.

 0.05 

0 , 07

= 0.2154

z0,II = 0,05 m nghóa là zo ở đòa hình II
Đòa hình
0
I

Mô tả
Vùng biển hoặc gần bờ
biển
Vùng hồ hoặc vùng bằng
phẳng hầu như không có

zo

zmin

(m)

(m)

0.003

1

0.01

1

0.05

2

0.3

5

vật cản
Vùng có thực vật thấp và
II
III

các vật cản có khoảng
cách lớn hơn 20 lần chiều
cao của nó.
Vùng có các vật cản có
khoảng cách nhỏ hơn 20

lần chiều cao của nó.
Vùng có ít nhất 15% bề
mặt là các công trình có

IV

1

chiều cao trung bình trên

10

15m
Bảng 3.2: Các dạng đòa hình
3.3.3.

CƯỜNG ĐỘ HỖN LOẠN

Cường độ hỗn loạn Iv(z) tại độ cao z được đònh nghóa là tỉ số giữa độ lệch tiêu
chuẩn và vận tốc gió trung bình:

I v ( z) =

σv
ki
=
vm ( z ) co ( z ). ln( z / z o )

với zmin ≤ z ≤ zmax

I v ( z ) = I v ( z min )

với z < zmin

Trong đó ki là hệ số hỗn loạn.
Giá trò của ki theo đề nghò của Eurocode ki = 1.0
co(z) là hệ số dốc của đòa hình. Với đòa hình bằng phẳng lấy c o(z) =1.0

ÁP LỰC GIÓ THEO ĐỘ CAO

3.3.4.

Áp lực gió ở độ cao z được xác đònh theo công thức sau:

1
q p ( z ) = [1 + 7 I v ( z )] × × ρ × vm2 ( z )
2
Trong đó ρ là mật độ không khí. Theo đề nghò của Eurocode, lấy ρ = 1,25
kg/m3
Tầng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14

z
(m)
6
10.2
14.4
18.6
22.5
26.4
30.3
34.2
38.1
42
45.9
49.95
54.6
57.9

Iv(z)

cr(z)

0.3338
0.2836
0.2583
0.2423

0.2316
0.2233
0.2167
0.2111
0.2064
0.2024
0.1988
0.1955
0.1922
0.1900

0.6452
0.7595
0.8338
0.8889
0.9299
0.9644
0.9940
1.0201
1.0434
1.0644
1.0835
1.1017
1.1209
1.1335

vm(z)
(m/s)
23.2
27.3

30.0
32.0
33.5
34.7
35.8
36.7
37.6
38.3
39.0
39.7
40.4
40.8

qp(z)
(kN/m2)
1.125
1.395
1.581
1.726
1.836
1.931
2.014
2.089
2.156
2.218
2.274
2.329
2.387
2.425

15
16
17
18
19
PH
Mái
3.3.5.

61.2 0.1880 1.1455
41.2
2.462
64.5 0.1862 1.1568
41.6
2.497
67.8 0.1845 1.1675
42.0
2.530
71.1 0.1829 1.1778
42.4
2.562
74.4 0.1814 1.1875
42.8
2.593
78.3 0.1797 1.1985
43.1
2.627
83
0.1778 1.2111

43.6
2.667
Bảng 3.3: Áp lực gió tương ứng các cao độ tầng

ÁP LỰC GIÓ TĨNH

3.3.5.1.

Áp lực gió lên mặt ngoài

we = qp(ze) × cpe
Trong đó:
qp(ze) : áp lực gió ở cao độ ze;
ze

: cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt ngoài;

cpe

: hệ số áp lực ngoài.

3.3.5.2.

Áp lực gió lên mặt trong

wi = qp(zi) × cpi
Trong đó:
qp(zi) : áp lực gió ở cao độ zi;
zi

: cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt trong;

cpi

: hệ số áp lực trong.

3.3.5.3.

Cao độ tính toán áp lực ngoài ze

Cao độ tính toán áp lực ngoài ze phụ thuộc kích thước mặt đón gió. Phương pháp
xác đònh thể hiện ở hình sau:


Hình 3.1: Xác đònh cao độ tính toán ze
Ở đây, ta tính toán tải gió ứng với từng cao độ sàn và gán trực tiếp vào sàn. Do
đó kích thước mặt chòu tải ở từng cao độ sàn là b × h với b là bề rộng nhà, h là
chiều cao tầng. Ta thấy h << b. Do đó ta tính toán với z e xác đònh như ở minh họa
thứ nhất. Để đơn giản lấy ze chính tại cao độ các sàn.
3.3.5.4.

Cao độ tính toán áp lực trong zi

Theo điều 7.2.9(7), prEN 1991-1-4, cho phép lấy cao độ tính toán áp lực trong z i
bằng cao độ tính toán áp lực ngoài ze.
3.3.5.5.

Hệ số áp lực ngoài

Hệ số áp lực ngoài cpe phụ thuộc vào diện tích của diện chòu tải.

Nếu diện tích chòu tải > 10m2, giá trò của cpe là cpe,10
Nếu diện tích chòu tải < 1m2, giá trò của cpe là cpe,1
Nếu diện tích chòu tải nằm trong khoảng từ 1 đến 10 m 2, giá trò của cpe nội suy
tuyến tính.