Nghiên cứu tính toán cốt thép trong dầm bê tông cốt thép chịu uốn theo các tiêu chuẩn tiêu chuẩn việt nam TCVN 5574 2012 ; tiêu chuẩn châu âu eurocode 2 và tiêu chuẩn mỹ ACI 318 2002;

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hải Phòng, ngày tháng

năm 2015

Tác giả

KS. Phạm Thị Quỳnh Nhƣ

i


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hƣớng dẫn của tôi, PGS.TS
Hà Xuân Chuẩn đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã tận tình hƣớng dẫn, trợ giúp và động viên
tôi rất nhiều. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng nhƣ kinh nghiệm của thầy
chính là tiền đề giúp tôi đạt đƣợc những kết quả và kinh nghiệm quý báu.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Công trình, Viện đào tạo sau
đại học Trƣờng đại học Hàng hải Việt Nam đã tận tình truyền đạt kiến thức trong
những năm tôi học tập. Với vốn kiến thức tiếp thu đƣợc trong quá trình học tập
không chỉ là nền tảng trong quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang
quý báu phục vụ cho công việc sau này.
Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ động viên để
tôi có thể hoàn thành tốt luận văn.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công
trong sự nghiệp cao quý.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................... ii
MỤC LỤC........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.............................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................x
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ...................3
1.1. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN.........................................................................................................3
1.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép .....................................................................3
1.1.2. Phƣơng pháp tính toán. .......................................................................4
1.2. CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP. ......4
1.2.1. Cấu tạo của dầm.................................................................................5
1.2.2. Vai trò của cốt thép trong dầm ............................................................6
1.2.3. Sự làm việc của dầm ..........................................................................7
1.2.4. Các trƣờng hợp phá hoại của dầm .......................................................7
1.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN HÀNH
TẠI VIỆT NAM..........................................................................................8
1.4. NHẬN XÉT .......................................................................................11
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU
CHUẨN THIẾT KẾ ..................................................................................12
2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012 3 ,  6 ........................12
2.1.1. Cấu kiện đặt cốt đơn.........................................................................12
2.1.2. Cấu kiện đặt cốt kép .........................................................................16

2.2. TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 2  2 , 4 , 10 ......................20
2.2.1. Cấu kiện đặt cốt đơn.........................................................................20
2.2.2. Cấu kiện đặt cốt kép .........................................................................24
iii


2.3. TIÊU CHUẨN MỸ ACI 318- 2002  7  , 11 ........................................28
2.3.1. Cấu kiện đặt cốt đơn.........................................................................28
2.3.2. Cấu kiện đặt cốt kép .........................................................................35
CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN .............................................................42
3.1. VÍ DỤ 1 .............................................................................................42
3.1.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 ...........................................42
3.1.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2.......................................................44
3.1.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 .........................................................45
3.2. VÍ DỤ 2 .............................................................................................47
3.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 ...........................................48
3.2.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2.......................................................49
3.2.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 .........................................................50
3.3. VÍ DỤ 3 .............................................................................................51
3.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 ...........................................51
3.3.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2.......................................................52
3.3.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 .........................................................53
3.4. VÍ DỤ 4 .............................................................................................55
3.4.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 ...........................................55
3.4.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2.......................................................55
3.4.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 .........................................................56
3.5. MỘT SỐ NHẬN XÉT RÚT RA TỪ CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN ...........57
3.5.1. Nhận xét sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn........................................57
3.5.2.Ƣu, nhƣợc điểm và đề xuất phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn .............58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................60

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................61

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012
Chữ viết tắt
M
Mgh
M rp
Rb
Rs, Rsc

Giải thích
Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán
gây ra
Mômen đảm bảo cho tiết diện không vƣợt quá trạng thái giới hạn về
cƣờng độ
Mômen uốn do co ngót gây ra
Cƣờng độ chịu nén tính toán của bê tông
Cƣờng độ chịu kéo và cƣờng độ chịu nén tính toán của cốt thép

x

Chiều cao của vùng bê tông chịu nén

B

Bề rộng của tiết diện

ho

Chiều cao làm việc của tiết diện

h

m

Chiều cao của tiết diện
Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt
thép chịu kéo và chịu nén
Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông
chịu nén
Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích diện tích cốt
thép chịu kéo
Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu
nén
Mômen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu
kéo
Ứng suất trong cốt thép
Hệ số phụ thuộc vào chiều cao vùng bê tông chịu nén và chiều cao
của tiết diện
Hệ số phụ thuộc vào chiều cao giới hạn vùng bê tông chịu nén và
chiều cao của tiết diện
Hệ số qui định điều kiện về phá hoại dẻo của tiết diện

R

Hệ số qui định điều kiện hạn chế về phá hoại dẻo của tiết diện

s

Hệ số phụ thuộc vào nhóm cốt thép

b

Hệ số phụ thuộc vào cấp bền của bê tông

U

Tải trọng tác dụng đƣợc tính toán từ các tổ hợp lực

a, a '
Ibo
Iso
I‟ so
Sbo
s


R

v




Hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu

Rn

Độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép

As, A‟ s

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟ smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén
2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2
Chữ viết tắt
M
Mbal

Giải thích
Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán
gây ra
Mômen uốn giới hạn của cấu kiện

Es

Mô đun đàn hồi của cốt thép

Ecm

Mô đun đàn hồi của bê tông

F

Tải trọng ( tác động)

Fc

Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén ( trƣờng hợp đặt cốt đơn)

Fcc

Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén( trƣờng hợp đặt cốt kép)

Fcbal

Khả năng chịu lực giới hạn của bê tông

Fst

Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo

Fsc

Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén

 st

Biến dạng của cốt thép chịu kéo

 sc

Biến dạng của cốt thép chịu nén

 cu 2

Biến dạng giới hạn của cốt thép

fck

Cƣờng độ chịu nén của mẫu trụ bê tông ở 28 ngày tuổi

fcd

Cƣờng độ chịu nén tính toán của bê tông

fsc

Ứng suất trong cốt thép chịu nén

fyk

Cƣờng độ chịu kéo đặc trƣng của cốt thép

fyd

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo

fctm

Giá trị trung bình cƣờng độ chịu kéo của bê tông

s

hệ số an toàn riêng của cƣờng độ cốt thép

c

hệ số an toàn riêng của cƣờng độ bê tông

x

Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa

x bal

Khoảng cách giới hạn từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa
vi


z

Cánh tay đòn

b

Bề rộng của tiết diện ngang

d

Chiều cao làm việc của tiết diện

ho

Chiều cao làm việc của tiết diện

h

Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn

L

Nhịp dầm

K
Kbal

Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen theo trục dầm

MRd

Khả năng chịu lực của tiết diện

s
a, a‟
As, A‟ s

Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen giới hạn theo trục dầm
Chiều cao khối ứng suất nén quy đổi
Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt
thép chịu kéo và chịu nén
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟ smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén
3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002

Chữ viết tắt

Giải thích

Mu

Es

Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính toán
Khả năng chịu lực của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể của
tiết diện
Mômen lớn nhất dọc theo trục dầm
Mô men quán tính đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện trƣờng hợp
tiết diện không có khe nứt
Mô đun đàn hồi của cốt thép

Ec

Mô đun đàn hồi của bê tông

C

Tải trọng động (tác động )

Cc

Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén

T

Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo

Cs

Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén

 cu

Biến dạng bê tông chịu nén

t

Biến dạng của cốt thép chịu kéo

 's

Biến dạng của cốt thép chịu nén

Mn
Ma
Icr

vii


f 'c

Cƣờng độ chịu nén của bê tông

fr

Cƣờng độ chịu kéo của bê tông

fy

Cƣờng độ chịu kéo của cốt thép

a

Chiều cao vùng bê tông chịu nén

d

Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài cùng

d‟

Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngoài cùng

c

: Độ cao vùng bê tông chịu nén trong trƣờng hợp cân bằng

b

Bề rộng của tiết diện ngang



Hệ số giảm độ bền của cấu kiện



Hàm lƣợng cốt thép

max

yt
h
As, A‟ s

Hàm lƣợng cốt thép lớn nhất
Khoảng cách của mép biên chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm diện
tích đổi
Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

Asmax, A‟ smax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

1.1

Các dạng tiết diện dầm

5

1.2

Các loại cốt thép trong dầm

5

1.3

Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản

7

1.4

Phối cảnh công trình khu thƣơng mại Vĩnh Trung Plaza.

9

1.5

Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower

10

2.1

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( TCVN 5574 : 2012)

12

2.2

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép ( TCVN 5574 : 2012)

17

2.3

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( Eurocode 2)

20

2.4

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (Eurocode 2)

24

2.5

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( ACI 318 - 2002)

28

2.6

Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (ACI 318 - 2002)

34

3.1

Sơ đồ tải trọng ví dụ 1

41

3.2

Sơ đồ tải trọng ví dụ 2

46

3.3

Sơ đồ tải trọng ví dụ 3

50

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 1

46

3.2

Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 2

49

3.3

Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 3

53

3.4

Kết quả tính toán khả năng chịu lực của dầm

55

3.5

So sánh quy trình tính toán cốt thép

56

x


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và khoa học xây
dựng nói riêng ngày càng tạo thêm nhiều thách thức mới cho các chuyên gia xây
dựng, đặc biệt trong giai đoạn phát triển của các ứng dụng công nghệ thông tin và
các loại vật liệu mới. Nhiều công trình xây dựng đƣợc thiết kế theo các dạng kiến
trúc mới, đáp ứng yêu cầu sử dụng đa dạng của xã hội, sử dụng các tiến bộ của
khoa học vật liệu, thi công nhanh, giảm giá thành, đòi hỏi nhiều hiểu biết không
chỉ về lý thuyết tính toán mà cả thực tế xây dựng nữa.
Các tiêu chuẩn thiết kế công trình bê tông cốt thép cũng ngày càng đƣợc
nghiên cứu, áp dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc với nội dung và hình thức có nhiều
điểm rất khác nhau. Mỗi phƣơng pháp có những ƣu điểm, nhƣợc điểm và phạm vi
áp dụng riêng, việc nắm vững và lựa chọn phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế là điều
kiện cần thiết để có thể hợp tác trao đổi và hội nhập trong các lĩnh vựa khoa học kỹ
thuật. Đề tài thực hiện với mục đích sẽ làm rõ sự khác biệt đó và giúp cho các nhà
tƣ vấn thiết kế áp dụng đƣợc phƣơng pháp tính toán phù hợp để đạt hiệu quả kỹ
thuật và kinh tế.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tính toán cốt thép trong dầm bê tông cốt thép chịu uốn theo các
tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012 ; Tiêu chuẩn Châu Âu
Eurocode 2 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002;
- Làm sáng tỏ sự khác biệt giữa các Tiêu chuẩn;

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
+ Đối tƣợng: Dầm bê tông cốt thép chịu uốn.
+ Phạm vi: Cốt thép chịu uốn.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu kế thừa, chuyên gia;
- Áp dụng tính toán thực nghiệm.
1


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
+ Ý nghĩa khoa học: Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích các Tiêu chuẩn tính
toán, đề tài đã đƣa ra đƣợc các nhận xét tổng quan, so sánh các phƣơng pháp tính
toán cốt thép chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đề xuất phạm vi áp dụng của
các tiêu chuẩn.
+ Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu tham
khảo hữu ích trong đào tạo, nghiên cứu và áp dụng tính toán thiết kế dầm bê tông
cốt thép để đạt hiệu quả cao về kinh tế kỹ thuật.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.1. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN
1.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép
Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng
các công trình dân dụng và công nghiệp, giao thông, cơ sở hạ tầng và công trình
thủy lợi. Kết cấu bê tông cốt thép có nhiều ƣu điểm so với các dạng kết cấu làm
bằng các loại vật liệu khác nhƣ thép, gỗ, đá… Kết cấu bê tông sử dụng các loại vật
liệu có sẵn nhƣ thép thanh, thép sợi, xi măng, cốt liệu sỏi, đá, cát..có giá hợp lý,

công nghệ xây dựng đơn giản và có khả năng chịu lực tốt, độ bền cao, lâu dài, dễ
dàng tạo dáng kiến trúc và ít phải bảo dƣỡng nhƣ các loại vật liệu khác.
Kết cấu bê tông cốt thép đƣợc tạo nên từ các cấu kiện cơ bản nhƣ dầm, cột, bản ,
tƣờng. Tùy theo cấu tạo và điều kiện chịu lực mà công trình sẽ đƣợc tính toán theo
các sơ đồ kết cấu khác nhau: các cấu kiện độc lập hoặc hệ kết cấu tổng thể.
Trong quá trình thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép, các yếu tố sau đây cần đƣợc
xem xét để có thể đạt đƣợc giải pháp hiệu quả nhất:
+ Trƣớc hết giá thành công trình phải kinh tế nhất, rẻ hơn các phƣơng án sử
dụng vật liệu khác. Ngoài vật liệu, cần phải tiết kiệm các chi phí xây dựng khác
bằng cách áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến, rút ngắn thời gian thi công.
+ Đảm bảo điều kiện sử dụng, khai thác thuận lợi, phù hợp yêu cầu kiến trúc
và kết cấu. Kết hợp các dạng kết cấu đúc sẵn và tại chỗ, tạo tính đa dạng cho công
trình bê tông cốt thép.
+ Đảm bảo chi phí bảo dƣỡng thấp và sử dụng nguồn nguyên vật liệu tại chỗ,
giảm chi phí vận chuyển.
+ Giảm thiểu những hạn chế đặc thù của vật liệu bê tông cốt thép nhƣ khả
năng chịu kéo kém, có thể xuất hiện khe nứt ở vùng chịu kéo; chi phí cho thiết kế,
lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn, giàn giáo; hạn chế do trọng lƣợng bản thân khá

3


lớn, hạn chế mở rộng nhịp công trình và các yếu tố biến dạng do thay đổi nhiệt độ,
độ ẩm, co ngót bê tông…
1.1.2. Phương pháp tính toán.
Kết cấu bê tông cốt thép đƣợc tính toán thiết kế theo phƣơng pháp trạng thái g iới
hạn. Các trạng thái giới hạn đƣợc phân chia thành :
a) Trạng thái gới hạn về khả năng chịu lực ( bao gồm về cƣờng độ: không bị
phá hủy; không bị mất ổn định từng bộ phận hoặc tổng thể kết cấu; không bị phá
hỏng từng bộ phận dẫn đến phá hỏng toàn bộ công trình; không hình thành các

khớp dẻo, không xuất hiện biến dạng dẻo, đảm bảo chịu đƣợc hiện tƣợng mỏi do
tác động của tải trọng lặp lại nhiều lần) dƣới tác động của tải trọng có kể đến các
hệ số tải trọng (tải trọng tính toán).
b) Trạng thái giới hạn về biến dạng (thực chất là chuyển vị của kết cấu) trong
thời gian sử dụng, dƣới tác dụng của tải trọng sử dụng (tải trọng tiêu chuẩn) và các
yếu tố khác (co ngót, nhiệt độ thay đổi…), xuất hiện các vết nứt và mở rộng các
vết nứt ở vùng bê tông chịu kéo; kể cả các dạo động bất lợi cho quá trình vận hành,
sử dụng công trình.
c) Ngoài ra, công trình còn phải đƣợc tính toán theo trạng thái giới hạn đặc
biệt về khả năng chống lại các tải trọng đặc biệt nhƣ lực động đất, nổ, va chạm của
các kết cấu di động, ăn mòn vật liệu trong các môi trƣờng xâm thực.
Điều kiện an toàn cho kết cấu đƣợc biểu diễn theo biểu thức sau:
U  R n

(1.1)

Trong đó :
U là tải trọng tác dụng đƣợc tính toán từ các tổ hợp lực;
Rn là độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép;
 là hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu (theo các

Tiêu chuẩn từ 1999 trở về,  phụ thuộc vào các dạng chịu lực của cấu kiện).
1.2. CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP.

4


1.2.1. Cấu tạo của dầm
Dầm là cấu kiện mà chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so
với chiều dài của nó. Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I,

hình thang, hình hộp…Thƣờng gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T.

Hình 1.1.Các dạng tiết diện dầm
Gọi chiều cao h của tiết diện là cạnh nằm theo phƣơng của mặt phẳng uốn thì
tiết diện hợp lý là tiết diện có tỷ số h / b  2  4 . Chiều cao h thƣờng đƣợc chọn
trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm.
Khi chọn kích thƣớc b và h cần phải xem xét đến yêu cầu kiến trúc và việc định
hình hóa ván khuôn.
Cốt thép trong dầm bao gồm có: cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt
xiên.

3

2

4

1

2
3
4
1
a) Cốt đai hai nhánh ; b) Cốt đai một nhánh ; c) Cốt đai bốn nhánh ;
1 - cốt dọc chịu lực ; 2 - cốt cấu tạo ; 3 - cốt xiên ; 4 - cốt đai.
Hình 1.2. Các loại cốt thép trong dầm

5

1.2.2. Vai trò của cốt thép trong dầm
+ Cốt thép chịu lực bao gồm: cốt thép chịu uốn và cốt thép chịu cắt.
- Thép chịu uốn là thép chịu mômen âm và mômen dƣơng của dầm. Thép này
đặt theo phƣơng song song với chiều dài dầm.
Diện tích tiết diện ngang của chúng đƣợc xác định theo trị số mômen uốn.
Đƣờng kính cốt dọc chịu lực thƣờng từ 10 đến 32 mm và 

1
chiều rộng dầm. Số
10

thanh trong tiết diện thƣờng phụ thuộc vào diện tích yêu cầu và chiều rộng tiết
diện. Trong dầm có chiểu rộng từ 15 cm trở lên cần phải có ít nhất hai cốt dọc, khi
bề rộng nhỏ hơn có thể đặt một cốt. Cốt dọc chịu lực có thể đặt thành một hoặc
nhiều lớp và phải tuân theo các nguyên tắc cấu tạo. Khoảng hở giữa các cốt dọc
phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện thi công và lực dính bám giữa bê tông và cốt
thép.
- Thép chịu cắt: chính là cốt đai dùng để chịu lực cắt Q, cốt đai gắn vùng bê
tông chịu kéo với vùng bê tông chịu nén để đảm bảo cho tiết diện chịu đƣợc
mômen. Góc nghiêng  của cốt xiên thƣờng là 45o đối với dầm có chiều cao trên
80 cm thì  = 60o, đối với dầm thấp hoặc bản thì  = 30o. Đƣờng kính cốt đai
thƣờng lấy từ 6 đến 10 mm. Khi h dầm đạt 80 cm phải dùng đai 8 , hoặc lớn hơn.
Cốt đai có thể có thể hai nhánh, có một nhánh hoặc nhiều nhánh. Khoảng cách,
diện tích cốt xiên và cốt đai đƣợc xác định theo tính toán.
+ Cốt dọc cấu tạo có thể là :
- Cốt giá dùng để giữ vị trí của cốt đai trong lúc thi công (đối với dầm mà
theo tính toán chỉ cần cốt dọc chịu kéo) và chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt
độ. Khi đó thƣờng dùng cốt thép có đƣờng kính 10 đến 12 mm.
- Cốt thép phụ đặt thêm vào mặt bên của tiết diện dầm khi dầm có chiều cao
tiết diện vƣợt quá 70 cm. Các cốt này chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt độ và

giữ cho khung cốt thép khỏi bị lệch khi đổ bêtông.
Tổng diện tích của cốt cấu tạo nên lấy khoảng 0,1% đến 0,2% diện tích của sƣờn
dầm.
6


1.2.3. Sự làm việc của dầm
Đem thí nghiệm một dầm đơn giản với tải trọng tăng dần, ta thấy khi tải trọng
nhỏ, dầm còn nguyên vẹn chƣa có khe nứt. Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện
những khe nứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mômen lớn và những khe nứt
nghiêng ở khu vực gần gối tựa là nơi có lực cắt lớn. Khi tải trọng khá lớn thì dầm
có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt
nghiêng. Cốt thép dọc đƣợc tính toán và bố trí để tăng khả năng chịu lực của dầm,
cốt xiên đƣợc tính toán và bố trí để chống lại ứng suất kéo xiên tại vùng có lực cắt
lớn.
Việc tính toán dầm theo cƣờng độ chính là đảm bảo cho dầm không bị phá
hoại trên tiết diện thẳng góc – tính toán cƣờng độ trên tiết diện thẳng góc và không
bị phá hoại trên tiết diện nghiêng – tính toán cƣờng độ trên tiết diện nghiêng.

Khe nøt th¼ng gãc

Khe nøt nghiªng

Hình 1.3. Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản
1.2.4. Các trường hợp phá hoại của dầm
Tùy theo đặc trƣng hình học của mặt cắt, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu và tải
trọng tác dụng, dầm bê tông cốt thép có thể bị phá hoại trong các trƣờng hợp sau:
a) Phá hoại dẻo: Cốt thép bị biến dạng chảy dẻo và bị kéo đứt trƣớc khi bê
tông bị phá hủy, đạt đến giới hạn  . Dầm bê tông cốt thép nhƣ vậy đƣợc xem là có
ít cốt thép ( hàm lƣợng cốt thép nhỏ,    min ).

b) Phá hoại dòn: Bê tông vùng nén bị ép vỡ trƣớc khi cốt thép ở vùng chịu
kéo đạt đến giới hạn chảy và bị kéo đứt. Dầm bê tông nhƣ thế đƣợc xem là có quá
nhiều thép ( hàm lƣợng cốt thép lớn,   m ax ).
c) Phá hoại cân bằng: Trƣờng hợp kinh tế nhất trong thiết kế kết cấu bê tông
cốt thép là khi phá hoại, bê tông chịu nén bị phá hủy đồng thời với cốt thép vùng bị
7


kéo đứt. Đây là trƣờng hợp phá hoại cân bằng và dầm bê tông cốt thép nhƣ thế gọi
là có hàm lƣợng cốt thép vừa phải ( hàm lƣợng cân bằng).
1.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN
HÀNH TẠI VIỆT NAM
Năm 1995, lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô đã đƣa ra lý thuyết tính bê tông
cốt thép theo trạng thái giới hạn. Đó là trạng thái mà kết cấu không còn đáp ứng
đƣợc những yêu cầu ngƣời ta đã đề ra cho nó (bị hỏng, bị phá hoại do mỏi, bị mất
ổn định hoặc bị võng, bị nứt quá mức…). Các nƣớc khác nhau sẽ thiết lập tiêu
chuẩn tính toán kết cấu bê tông khác nhau dựa trên nền tảng có thể là tiêu chuẩn
của các nƣớc khác hoặc khu vực. Hiện nay tại Việt Nam phổ biến một số tiêu
chuẩn thiết kế bê tông cốt thép nhƣ sau: Tiêu chuẩn ACI 318- 2002; Tiêu chuẩn
Châu Âu Eurocode 2; Tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012; Tiêu chuẩn Anh Quốc BS
8110 – 1997…
Trong xu thế hội nhập thế giới, các công trình hạ tầng vay vốn nƣớc ngoài,
các công trình liên doanh, 100% vốn nƣớc ngoài thƣờng do tƣ vấn nƣớc ngoài thiết
kế. Căn cứ các quy định tại điều 3, điều 4 và điều 6 của „ Quy chế áp dụng Tiêu
chuẩn xây dựng nƣớc ngoài trong hoạt động xây dựng ở Việt Nam ‟ do Bộ Xây
dựng ban hành kèm theo quyết định số 09/2005/ QĐ-BXD ngày 07/4/ 2005. Bộ
xây dựng chấp thuận áp dụng các Tiêu chuẩn nƣớc ngoài nhƣ (Tiêu chuẩn
Eurocode 2 ; Tiêu chuẩn ACI 318-2002…) .Việc đó sẽ tạo ra nhiều hơn các
phƣơng án lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp tiết kiệm đƣợc tổng mức đầu tƣ. Do
vậy việc nghiên cứu và áp dụng nhiều Tiêu chuẩn khác nhau trong việc thiết kế

tính toán kết cấu bê tông cốt thép là tất yếu.
Một số công trình nhà cao tầng có dầm bê tông cốt thép thiết kế theo các Tiêu
chuẩn tại Việt Nam.
* Khối căn hộ - khu thƣơng mại Vĩnh Trung plaza
- Địa điểm xây dựng: Số 255- 257 đƣờng Hùng Vƣơng, Quận Hải Châu,
Thành phố Đà Nẵng.
- Chủ đầu tƣ: Công ty TNHH Đức Mạnh DMC.
8


- Đơn vị thiết kế: Công ty tƣ vấn Gama ( thiết kế kiến trúc), Trung tâm tƣ vấn
kỹ thuật Xây dựng Đà Nẵng – Sở Xây dựng ( thiết kế kết cấu).
Khối căn hộ là nhà 18 tầng và 1 tầng hầm, chiều cao 71,4m. Móng bè đặt trên
nền gia cố cọc vữa xi măng. Kết cấu chính của công trình có hệ kết cấu kết hợp
khung và vách cứng bê tông cốt thép. Vách lõi cứng bê tông cốt thép có chiều dày
200mm. Bƣớc cột chính 9x9 m. Sàn đƣợc thiết kế ứng lực trƣớc. Dầm gia cƣờng
có kích thƣớc 800x 500, 800x400, 700x400 mm

Hình 1.4. Phối cảnh công trình khu thƣơng mại Vĩnh Trung Plaza.
* Công trình Indochina Riverside Tower
9


- Địa điểm xây dựng: Số 74 đƣờng Bạch Đằng (tiếp giáp 3 mặt tiền đƣờng
Bạch Đằng – Phan Đình Phùng – Trần Phú), Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng.
- Chủ đầu tƣ: Công ty TNHH Indochina Riverside tower.
- Đơn vị thiết kế: Kiến trúc sƣ Ben Wood và công ty Gravity Partnership
(thiết kế kiến trúc).
Công trình là khu thƣơng mại, dịch vụ, giải trí, văn phòng cho thuê và căn hộ,
gồm 3 khối: Khối chân đế Podium, khối văn phòng và khối căn hộ. Công trình có 1

tầng hầm.
- Khối văn phòng là nhà có 12 tầng, chiều cao 66m. Móng cọc khoan nhồi.
Kết cấu công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực. Vách lõi
có chiều dày 200, 300, 450mm. Bƣớc cột chính 8,4 x 8,4 m. Sàn thiết kế theo
phƣơng án sàn sƣờn toàn khối dày 220 mm; hệ dầm bẹt theo phƣơng ngang nhà có
kích thƣớc 1500x500, 1200x500 mm.

Hình 1.5. Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower
10


- Khối căn hộ là nhà có 24 tầng, chiều cao 95,3m. Móng cọc khoan nhồi . Kết cấu
công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực. Bƣớc cột chính
6,6 x6,9m. Vách, lõi có chiều dày 200, 300, 450 mm. Sàn thiết kế theo phƣơng án
sàn sƣờn toàn khối dày 220mm, hệ dầm bẹt theo phƣơng ngang nhà có kích thƣớc
1000 x 450, 1000 x 400 mm.
1.4. NHẬN XÉT
Qua các nội dung nghiên cứu ở chƣơng 1, có thể rút ra một số nhận xét sau
nhƣ sau:
Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng.
Trong thực tế, giải pháp kết cấu cho các công trình xây dựng đặc biệt là các tòa
nhà cao tầng luôn đặt ra các yêu cầu thỏa mãn đồng thời về khả năng chịu lực của
kết cấu cũng nhƣ yêu cầu về công năng và hiệu quả kinh tế của công trình. Tiết
diện dầm phải đƣợc thiết kế hợp lý và đảm bảo khả năng chịu lực. Vì vậy việc áp
dụng các tiêu chuẩn thiết kế vào tính toán dầm bê tông cốt thép là tất yếu.
Chƣơng 2 sẽ nghiên cứu về lý thuyết tính toán cốt thép chịu uốn dầm BTCT
theo ba tiêu chuẩn thông dụng trong thiết kế kết cấu: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
5574: 2012; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002.

11

CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU
CHUẨN THIẾT KẾ
2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012 3 , 6
2.1.1. Cấu kiện đặt cốt đơn
2.1.1.1. Sơ đồ ứng suất
x

h

h
ho

x

Rb

M gh

As

a

RsAs

b

Hình 2.1. Sơ đồ ứng suất của tiết điện có cốt đơn
Lấy trƣờng hợp phá hoại thứ nhất (phá hoại dẻo) làm cơ sở tính toán. Sơ đồ

ứng suất dùng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn lấy nhƣ sau: ứng suất
trong cốt thép chịu kéo As đạt tới cƣờng độ chịu kéo tính toán R s, ứng suất trong
vùng bê tông chịu nén đạt đến cƣờng độ tính toán chịu nén R b và sơ đồ ứng suất có
dạng hình chữ nhật, cùng bê tông chịu kéo không đƣợc tính toán chịu lực vì đã nứt.
2.1.1.2. Công thức cơ bản
Vì hệ lực gồm có các lực song song nên chỉ có hai phƣơng trình cân bằng có ý
nghĩa độc lập.
- Tổng hình chiếu các lực lên phƣơng của trục dầm phải bằng không, do đó:
R s As  R b bx  0  R b bx  R s As

(2.1)

- Tổng mô men của các lực đối với điểm đặt hợp lực của cốt thép chịu kéo và
thẳng góc với mặt phẳng uốn phải bằng không do đó:
x
x


Mgh  R b bx  h o    0  M gh  R b bx  h o  
2
2



(2.2)

Điều kiện cƣờng độ khi tính toán theo trạng thái giới hạn ( tức là điều kiện
đảm bảo cho tiết diện không vƣợt quá trạng thái giới hạn về cƣờng độ ) nhƣ sau:
12

M  Mgh

Từ (2.2) ta có
x

M  R b bx  h o  
2


(2.3)

Kết hợp (2.1) và (2.3) ta có :
x

M  R s As  h o  
2


(2.4)

Công thức (2.1) và (2.3) là các công thức cơ bản để tính cấu kiện chịu uốn có
tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn.
2.1.1.3. Điều kiện hạn chế
Để đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép As phải không đƣợc quá nhiều,
tức là phải hạn chế As và tƣơng ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng nén x (xem
công thức 2.1). Các nghiên cứu thực nghiệm cho biết trƣờng hợp phá hoại dẻo sẽ
xảy ra khi:


x
x
 R  R 
ho
ho


R 

1  s 1  
sc,u  1,1 

(2.5)

Trong đó:
 - Đặc trƣng tính chất biến dạng của vùng bê tông chịu nén
    0,008R b

(2.6)

 = 0,85 đối với bê tông nặng,  sẽ có giá trị khác đối với bê tông nhẹ và bê

tông hạt nhỏ;
sc,u - ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén (khi bê tông

đạt đến biến dạng cực hạn), sc,u = 500 Mpa đối với tải trọng thƣờng xuyên, tải
trọng tạm thời dài hạn, sc,u = 400 Mpa đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn và tải
trọng đặc biệt.
Các giá trị  R đối với một số trƣờng hợp cụ thể đƣợc cho trong phụ lục 6.
Thay (2.4) vào (2.1) ta có:

13


As 

Gọi  

R b bx R R b bh o

 As,max
Rs
Rs

(2.7)

As
là hàm lƣợng cốt thép của tiết diện sẽ là:
bh o
 max  R

Rb
Rs

(2.8)

Song nếu cốt thép ít quá sẽ xảy ra phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau
khi bê tông bị nứt (toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu). Để tránh điều đó cần đảm
bảo:
  min

Giá trị  min đƣợc xác định từ điều kiện khả năng chịu mô men của dầm
bêtông cốt thép không nhỏ hơn khả năng chịu mô men của dầm bê tông không có
cốt thép. Thông thƣờng lấy min  0,05% đối với cấu kiện chịu uốn.
2.1.1.4. Tính toán tiết diện
Đặt  

x
các công thức cơ bản sẽ có dạng:
ho
R s As  R b bh o

(2.9)

M  R b bh o2(1  0,5)  mR b bh o2

(2.10)

M  R s As h o (1  0,5)  R sAsh o

(2.11)

Trong đó :
m  (1  0,5) ;   (1  0,5)

Điều kiện hạn chế viết thành:
m  R  R (1  0,5R )

(2.12)

a. Bài toán thiết kế.

Biết mô men M, kích thƣớc tiết diện b x h, cấp độ bền chịu nén của bê tông và
nhóm cốt thép.
Yêu cầu xác định kích thƣớc tiết diện b x h; tính diện tích cốt thép As ?
* Xác định kích thƣớc tiết diện
14


+ Căn cứ và cấp độ bền của bêtông và nhóm cốt thép, tra bảng và tính đƣợc
Rb ; Rs; R ;  R .
Tính ho = h – a, trong đó a đƣợc giả thiết:
a = 1,5  2 cm đối với bản có chiều dày 6  12 cm.
a = 3  6 cm đối với dầm.
+ Giả thiết b và  để tính h và As. Có  tra bảng phụ lục 5 ra  m
+ Tính ho :
ho =

1
m

M
R bb

Chiều cao tiết diện h = ho + a phải đƣợc chọn phù hợp với các yêu cầu cấu tạo
của dầm. Sau khi tính đƣợc h, nếu thấy bất hợp lý thì có thể giả thiết lại b và tính
lại h.
* Tính As khi biết b x h:
+ Tính  m
m 

M

R b bh o2

- Nếu m  R  R (1  0,5R ) thì dầm đặt cốt đơn.
Tra bảng phụ lục 5 ra 
Diện tích cốt thép đƣợc tính theo công thức:
AS =
Tính  

M
R s h o

As
và phải đảm bảo   min
bh o

Chọn và bố trí cốt thép.
- Nếu m  R  R (1  0,5R ) thì phải tăng kích thƣớc tiết diện hoặc tăng cấp
độ bền để đảm bảo điều kiện hạn chế m  R  R (1  0,5R ) . Cũng có thể đặt cốt
kép.
b. Bài toán kiểm tra cƣờng độ
15