Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông cốt thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHẠM VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẢI
TRONG TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

LUẬN VĂN THẠC SỸ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHẠM VĂN HÙNG
KHÓA: 2014-2016

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẢI
TRONG TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp
với đề tài “Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông
cốt thép” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự giúp đỡ
nhiệt tình của khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc
Hà Nội, đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt để tôi hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Tiến Chương đã trực tiếp
hướng dẫn và chỉ đạo cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn
tốt nghiệp.
Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, do điều kiện có hạn về
thời gian và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể
tránh khỏi những khiếm khuyết, thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý của
các thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Hùng


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn của GS. TS Nguyễn Tiến Chương. Các số
liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc
rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Hùng


MỤC LỤC

Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các biểu bảng
Danh mục các hình ảnh
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
Tính cấp thiết của đề tài luận văn ................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2
Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................ 2

Cấu trúc luận văn ........................................................................................... 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ........................... 3
1.1.

Khái quát về sàn bê tông cốt thép ............................................. 3

1.2.

Phân loại sàn bê tông cốt thép ................................................... 3

1.2.1.

Theo phương pháp thi công [4] .................................................... 3

1.2.2.

Theo sơ đồ kết cấu: Sàn BTCT được chia làm 2 loại: [5] ............. 9

1.2.3.

Theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: [10] .................................. 10

1.2.4.

Theo trạng thái đặc tính cấu tạo: ................................................ 11

1.3.

Các phương pháp tính toán nội lực của sàn bê tông cốt thép 13

1.3.1.

Phương pháp tính toán đàn hồi:.................................................. 14

1.3.2.

Phương pháp tính toán dẻo:........................................................ 16

1.4.

Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn ......................................... 18


CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SÀN THEO PHƯƠNG PHÁP DẢI .................. 20
2.1.

Lịch sử phương pháp dải trong tính toán sàn BTCT [13] .... 20

2.2.

Nguyên lý tính toán sàn BTCT theo phương pháp dải [13] ... 21

2.3.

Lựa chọn phân bố tải trọng [13] ............................................. 22

2.3.1.

Tải trọng phân bố đều theo hai phương ...................................... 22

2.3.2.

Tải trọng phân bố theo đường chéo ............................................ 23

2.3.3.

Tải trọng phân bố vào gối tựa gần nhất ...................................... 24

2.4.

Áp dụng phương pháp dải cho một số dạng bản sàn [13]...... 27

2.4.1.

Tải trọng phân bố vào gối tựa gần nhất ...................................... 27

2.4.2.

Bản sàn có cạnh ngàm và cạnh gối tựa ....................................... 29

2.4.3.

Bản sàn có cạnh tự do ................................................................ 32

2.4.4.

Bản sàn có lỗ mở........................................................................ 36

CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN ................................................... 44
3.1.

Tính toán bản sàn bê tông cốt thép hình chữ nhật ................. 44

3.1.1.

Tính toán theo phương pháp trực tiếp theo lý thuyết đàn hồi:..... 44

3.1.2.

Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 47

3.1.3.

Nhận xét: ................................................................................... 52

3.2.

Tính toán bản sàn bê tông cốt thép có 1 cạnh tự do ............... 53

3.2.1.

Tính toán theo phương pháp đàn hồi: ......................................... 53

3.2.2.

Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 57

3.2.3.

Nhận xét: ................................................................................... 63

3.3.

Tính toán bản sàn bê tông cốt thép có lỗ mở .......................... 64

3.3.1.

Tính toán theo phương pháp trực tiếp theo lý thuyết đàn hồi:..... 64

3.3.2.

Tính toán theo phương pháp dải: ................................................ 68

3.2.4.

Nhận xét: ................................................................................... 79

Kết luận và kiến nghị ................................................................................. 81
Tài liệu tham khảo


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

BTCT

Bê tông cốt thép

PP

Phương pháp

PTHH

Phần tử hữu hạn


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Số hiệu
hình

Tên hình

Hình 1.1

Sàn bê tông cốt thép toàn khối

Hình 1.2

Sàn toàn khối có bản kê 2 cạnh

Hình 1.3

Dầm sàn toàn khối có bản kê 4 cạnh

Hình 1.4

Sàn ô cờ kiểu bản kê 4 cạnh

Hình 1.5

Sàn kiểu ô lưới nhỏ

Hình 1.6

Sàn nấm

Hình 1.7

Sàn bê tông cốt thép lắp ghép

Hình 1.8

Sàn bê tông cốt thép nửa lắp ghép

Hình 1.9

Ô bản chịu uốn 1 phương

Hình 1.10 Ô bản chịu uốn 2 phương
Hình 1.11 Sàn BTCT thường
Hình 1.12 Sàn BTCT ứng suất trước
Hình 1.13 Sàn xốp BTCT
Hình 1.14 Sàn panel
Hình 1.15 Sàn BubbleDeck
Hình 1.16 Sàn bê tông cốt thép đặc
Hình 1.17 Sơ đồ khung tương đương
Hình 2.1

Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều theo hai phương

Hình 2.2

Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều theo đường chéo

Hình 2.3

Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều vào gối tựa gần
nhất


Hình 2.4

Sàn hình chữ nhật với tải trọng phân bố đều theo đường
xuất phát từ góc

Hình 2.5

Sàn hình chữ nhật với tải trọng phân bố đều theo các
đường song song với cạnh

Hình 2.6

Dải sàn với vùng giữa bản không có tải

Hình 2.7

Sàn hình chữ nhật với hai cạnh ngàm, 2 cạnh kê đơn giản

Hình 2.8

Sàn có một cạnh ngắn tự do

Hình 2.9

Sàn có một cạnh dài tự do

Hình 2.10 Sàn hình chữ nhật có lỗ mở ở giữa sàn
Hình 3.1

Bản sàn ngàm 4 cạnh

Hình 3.2

Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh

Hình 3.3

Mặt bằng phân bố tải cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải

Hình 3.4

Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải
(phương X)

Hình 3.5

Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn ngàm 4 cạnh theo PP dải

(phương Y)

Hình 3.6

Bản sàn có một cạnh tự do

Hình 3.7

Dựng sơ đồ trên phần mềm safe cho sàn có một cạnh tự do

Hình 3.8

Mômen trên các dải theo sơ đồ safe cho sàn có một cạnh tự
do

Hình 3.9

Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có 1 cạnh tự do theo PP
đàn hồi

Hình 3.10 Mặt bằng phân bố tải trọng cho sàn có 1 cạnh tự do
Hình 3.11

Mặt bằng bố trí cốt thép lớp dưới cho sàn có 1 cạnh tự do
theo PP dải


Hình 3.12

Mặt bằng bố trí cốt thép lớp trên cho sàn có 1 cạnh tự do

theo PP dải

Hình 3.13 Bản sàn có lỗ mở ở giữa sàn
Hình 3.14 Sơ đồ sàn có lỗ mở trên phần mềm Safe
Hình 3.15 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có lỗ mở theo PP đàn hồi
Hình 3.16 Mặt bằng bố trí tải trọng cho sàn có lỗ mở theo PP dải
Hình 3.17 Mômen cho dải sàn A-A theo PP dải
Hình 3.18 Mômen cho dải sàn B-B theo PP dải
Hình 3.19 Mômen cho dải sàn C-C theo PP dải
Hình 3.20 Mômen cho dải sàn D-D theo PP dải
Hình 3.21 Mômen cho dải sàn E-E theo PP dải
Hình 3.22 Mômen cho dải sàn F-F theo PP dải
Hình 3.23 Mômen cho dải sàn G-G theo PP dải
Hình 3.24 Mặt bằng bố trí cốt thép cho sàn có lỗ mở theo phương
pháp dải


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng,
biểu
Bảng 1.1

Tên bảng, biểu
Xác định mômen dựa vào tỷ số hai cạnh theo phương
pháp trực tiếp


1

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Hiện nay, trong tính toán thiết kế sàn bê tông cốt thép cho các công trình
dân dụng và công nghiệp thường áp dụng theo lý thuyết đàn hồi, sơ đồ khớp
dẻo và bằng file excel hoặc bằng các phần mềm tính toán dựa trên các tiêu
chuẩn Việt Nam như TCVN 5574:2012 hoặc các tiêu chuẩn nước ngoài như
ACI, ACI-318, BS-8110. Trên thế giới hiện nay, người ta đã bổ sung thêm
một số phương pháp vào trong tính toán thiết kế sàn bê tông cốt thép cho một
số trường hợp và đã được áp dụng phổ biến qua các tài liệu ở khu vực Bắc
Mỹ và Châu âu, điển hình là phương pháp dải.
Ở Việt Nam, việc tính toán sàn bê tông cốt thép theo phương pháp dải
chưa có tài liệu hướng dẫn cụ thể. Về mặt lý thuyết, phương pháp dải rất ít
được áp dụng và chỉ được áp dụng để tính toán một số ô sàn nhất định như:
sàn hình chữ nhật, sàn kê 4 cạnh khớp, sàn kê 4 cạnh ngàm, dải biên liên tục.
Các trường hợp khác chưa có tài liệu hướng dẫn sử dụng.
Phương pháp dải là một cách tiếp cận giới hạn thấp hơn, dựa trên việc
đáp ứng ứng suất của mọi điểm của sàn BTCT để phân bố cốt thép một cách
hợp lý và chính xác hơn. Phương pháp dải cho kết quả an toàn, sát với thực tế
và tiết kiệm hợp lý trong việc đặt cốt thép trong bản sàn.
Vì vậy việc “Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán
sàn BTCT” là rất cần thiết, làm phong phú thêm trong việc tính toán sàn bê
tông cốt thép.
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu và đưa ra các hướng dẫn tính toán sàn theo phương pháp dải.


2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Sàn bê tông cốt thép.
- Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp dải trong tính toán sàn BTCT.

Nội dung nghiên cứu
Thu tập tài liệu, phân tích và đánh giá về phương pháp tính toán sàn
BTCT theo phương pháp dải.
Ứng dụng phương pháp dải để tính toán cụ thể cho một số ô sàn BTCT.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài luận văn gồm:
- Nghiên cứu lịch sử hình thành qua các tài liệu và áp dụng cho các
trường hợp cụ thể;
- Dùng công thức tính toán, phần mềm để tính toán sàn BTCT một cách
thông thường rồi so sánh với phương pháp dải.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận văn này sẽ làm rõ thêm một phương pháp tính toán sàn BTCT mới
mà có ứng dụng trong tính toán thiết kế.
Luận văn sẽ là tài liệu tham khảo cho các đơn vị, tổ chức liên quan đến
công tác thiết kế thi công kết cấu BTCT.
Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về sàn bê tông cốt thép
Chương 2: Tính toán sàn theo phương pháp dải
Chương 3: Các ví dụ tính toán


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


81

Kết luận và kiến nghị
Kết luận:
Luận văn đã nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn
bê tông cốt thép. Các kết quả chính của luận văn bao gồm:
- Luận văn tổng quan lại các phương pháp tính toán sàn bê tông
cốt thép.
- Đã nghiên cứu áp dụng phương pháp dải để tính toán sàn bê tông
cốt thép.
- Đã áp dụng phương pháp dải để tính toán cho một số trường hợp
cụ thể. Kết quả áp dụng cho thấy phương pháp dải thuận lợi để
tính toán sàn BTCT kể cả một số trường hợp đặc biệt như: sàn có
lỗ mở, sàn có cạnh tự do,…
- Qua so sánh việc tính toán sàn BTCT theo phương pháp dải và
phương pháp đàn hồi, nhận thấy rằng: phương pháp dải cho bố trí
cốt thép hợp lý hơn và tiết kiệm hơn.
Kiến nghị:
Phương pháp dải là một phương pháp tính toán sàn có nhiều ưu điểm
nhưng chưa được giảng dạy cũng như đưa vào các tài liệu hướng dẫn
bằng tiếng Việt.
Chúng tôi kiến nghị cần đưa phương pháp này vào giảng dạy và biên
soạn các tài liệu hướng dẫn các kỹ sư trong việc áp dụng thực tế.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:
1.

TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.

2.

TCXDVN 5574: 2012. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu
chuẩn thiết kế.

3.

TCXDVN 9386: 2012. Thiết kế công trình chịu động đất.

4.

Nguyễn Đình Cống, GS.TS Ngô Thế Phong, PGS. Phan Quang
Minh - Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép - phần cấu kiện cơ bản.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 2011.

5.

Nguyễn Đình Cống - Sàn sườn bê tông toàn khối. Nhà xuất bản
Xây dựng.

6.

TS Vũ Mạnh Hùng - Sổ tay kết cấu công trình. Nhà xuất bản Xây
dựng.

7.

Hoàng Như Sáu - Tính kết cấu xây dựng bằng phương pháp sai
phân hữu hạn, biến phân, và hỗn hợp sai phân hữu hạn – biến phân.
Nhà xuất bản Xây dựng 1982.

8.

Nguyễn Mạnh Yên - Phương pháp số trong cơ học kết cấu. Nhà
xuất bản Xây dựng Hà Nội, 2008

9.

Phạm Phú Tình - Phân tích sàn theo phương pháp dải. Tuyển tập
công trình khoa học - chào mừng 40 năm truyền thống đào tạo
trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội.

10. Phan Quang Minh - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước
Tiếng Anh:
11. ACI 318-02. American standard. Building code requirements for
concrete.
12. BS 8110: 1997 British standard. Structural use of concrete.


13. Arthur H. Nilson, David Darwin, Charles W. Dolan – Design of
Concrete Structures.