Tính toán lệch tâm xiên cho cột bê tông cốt thép nhà cao tầng theo TCVN và các tài liệu khác (Luận văn thạc sĩ)

B GIÁO D

O

I H C DÂN L P H I PHÒNG

C HI U
KHÓA 2 (2014-2016) - L P CAO H C KHÓA 2

TÍNH TOÁN L CH TÂM XIÊN CHO C T BÊ TÔNG C T THÉP
NHÀ CAO T NG THEO TCVN VÀ CÁC
TÀI LI U KHÁC

Chuyên ngành: K THU T XÂY D NG CÔNG TRÌNH
DÂN D NG VÀ CÔNG NGHI P
MÃ S : 60.58.02.08

LU

THU T

ng d n khoa h c
PGS - TS. LÊ THANH HU N

H i Phòng - 2017


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

Sinh ngày: 21/01/1983

Tính toán l ch tâm xiên cho
c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo TCVN và các tài li u khác

c Hi u

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

-

-

c Hi u

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
1
1
2
2

3
4
4
TÂM XIÊN
4

1.1.

4
5
8
9
12
13

5574:2012
1.3. Tính toán c

13

18
18

18

18
21

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
23
23
25
2.1.4. Các

27
27
28
30
35
[2]

36
36
37
40

41
42
44
48
48
48

54

K
61

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
63

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
DANH M C CÁC HÌNH V

TH
4
5
8

Hình 1.

9
10

18

19
20

22
24
25
26
28
29
35
36
S3(Nu, Mx, My)

36
37
38
40

Mnx
tính toán

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

44


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
48

49
50
54
góc có

59

59

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

1. M

u

S phát tri n nhanh chóng c a khoa h c k thu t nói chung và khoa h c
xây d ng nói riêng ngày càng t o thêm nhi u thách th c m i cho các chuyên
gia xây d

c bi

n phát tri n các ng d ng c a công ngh

tin h c và các lo i v t li u m i. Nhi u công trình xây d
các d ng ki n trúc m

ng yêu c u s d

c thi t k theo

ng c a xã h i, s d ng

các ti n b c a khoa h c v t li u, thi công nhanh, gi

i

nhi u hi u bi t không ch v lý thuy t tính toán mà c th c t xây d ng n a.
Các tiêu chu n thi t k công trình bê tông c
nghiên c u, áp d ng r ng rãi

nhi

c

c v i n i dung và hình th c có nhi u

m r t khác nhau. Trong xu th hòa nh p th gi i, vi c n m v ng các tiêu
chu n thi t k thông d ng trên th gi i
i và h i nh

u ki n c n thi

c khoa h c k thu t.

u bi t, hi n nay h th ng tiêu chu n c a Vi

t

c biên so n l

c ngoài, các công trình liên

doanh, 100% v

c ngoài thi t k . Vi c

nh, duy

các tiêu chu

i ph i n m v ng các ki n th c c a
c ngoài. Vi c nghiên c u tìm hi u các tiêu chu n qu c t là

nhu c u b t bu c c a các k
Bên c

n

nh ng ti n b m i nh t c a khoa h c

k thu t. Các công trình h t ng vay v

th

có th h p tác

n Vi t Nam.

t c u bê tông c t thép ch u tác d

mômen u n

ng th i c a

t di n c t và l c d c r t ph bi n trong xây

d ng nhà nhi u t ng. Trong các h th ng k t c u khung, các c
ch u l c là các c u ki n ch

các d m

ng th i tác d ng c a mômen u n và l c nén,

c g i là c u ki n ch u nén l ch tâm. Các c u ki n c t trong khung

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
nhà s ti p nh n t i tr ng t các t ng phía trên và truy n t i tr ng này xu ng
các t

i và n n công trình thông qua k t c u móng. N u các c u

ki n ch u l

kh

u l c t i nh ng v trí b t l i thì

có th gây ra phá h ng toàn b công trình. K t c u c t trong công trình b
h ng có th gây ra nhi u thi t h i v

i và c a so v i các c u ki n ch u l c

m, thanh,...nên vi c thi t k
v im

c tính toán

ng h p phá h ng do l c nén ho c phá

ho

ng x

t ng

i d o.

Xu t phát t th c t

ch

toán l ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo TCVN và các
tài li u khác

n thi t k

tiêu chu n c a Vi

d ng các

tính toán và ki m tra.

2. Nhi m v nghiên c u c
Các nhi m v chính c

tài
tài là:

Nghiên c u, tính toán l ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao
t ng áp d ng theo TCVN 5574:2012 và tiêu chu n ACI 318-2002. Thông qua
k t qu tính toán so sánh s khác bi t gi
c nh ng y u t
th

t

c xem xét, phân tích m

có

c và hi u qu trong tiêu chu n hi n hành Vi t Nam

5574:2012.
3. Ph

u

Nghiên c u, tính toán l ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao
t ng áp d ng theo 2 tiêu chu n TCVN 5574:2012 và tiêu chu n ACI 3182002.
Trong ph m vi lu
tính m t c u ki n c

c s , h c viên t
n hình ch u t i tr ng l ch tâm xiên theo 2 tiêu chu n

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
nêu trên.
V

u lý thuy t, d a vào thu t toán phân tích k t

h pm ts
m

c nghiên c u và gi i thi

m

o sát ng x c a mô hình c t ch u t i tr ng l ch tâm xiên v i

m ts d

tt

n hình.

B ng cách tính toán m t s ví d

n v c u ki n c

gi n ch u t i tr ng l ch tâm xiên theo tiêu chu n Vi t Nam 5574:2012 và tiêu
chu n Hoa K 318:
nh

ng k t qu , t

i c a công trình ch u t i tr

c

t quá gi i h n cho phép

theo tiêu chu n hi n hành hay không.
4. B c c lu
Ngoài ph n m

u và k t lu n chung, n i dung lu

c trình bày

g
T ng quan .
Tính toán và ki m tra kh

u l c cho c t ch u nén

l ch tâm xiên theo TCVN 5574:2012, tiêu chu n Hoa K 318:2002.
Ví d tính toán.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

1.1. Nén l ch tâm xiên
1.1.1. Khái ni m nén l ch tâm xiên
[1] Nén l ch tâm xiên x y ra khi m t ph ng tác d ng c a mômen u n M
không ch a tr

i x ng c a ti t di n. G i hai tr

i x ng c a ti n di n là

ox và oy. Góc gi a m t ph ng u n và tr c ox là

(Hình 1.1.a). Có th phân

mômen M thành hai thành ph n tác d ng trong hai m t ph ng ch a tr c ox và
oy là Mx và My (Hình 1.1.b).
Mx = M cos
(1.1.a)

(1.1.b)

Hình 1. 1
ng h p khi tính toán n i l

nh và Mx và My theo hai

thì mômen
M

(1.2)

Góc l p b

a mômen M v i tr c ox là

mà:

tg

(1.3)

G i các c nh c a ti t di
ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

x

y.


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
C

i x ng qua hai tr

ng h p Mxvà My

có giá tr g n b ng nhau nên làm ti t di n vuông.
V i c t ch u nén l ch tâm xiên c n phân tích liên k t c a c t theo c hai
nh chi u dài tính toán trong t
xét u n d c theo c

lox và loy . C n

nh h s u n d c theo m

là

:
;

(1.4)

Hình 1. 2

1.1.2. N i l
N il

tính toán nén l ch tâm xiên
tính toán nén l

tr

c l y t k t qu t h p t i

n các b ba n i l c (N, Mx, My) sau:
Nmax và Mx, My

ng

Mxmax và N, My

ng

Mymax và N, Mx

ng

Mx và My

ul

l ch tâm

ng
l n.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
Trong m i b ba n i l c, c

l ch tâm ng u nhiên ea theo m i

ng u n d c theo t

s u n d c theo t ng

c tính theo công th c sau:
(1.5)
V i v t li

i,

ng ch

nh Nth theo công th c Euler

. V i bê tông c t thép, Nth tính theo công th c th c nghi m. Theo
tiêu chu n TCVN 5574-2012:

l0 là chi u dài tính toán c a c u ki n
Eb

i c a bê tông

I mômen quán tính c a ti t di n l

i v i tr c qua tr ng tâm và vuông

góc v i m t ph ng u n
Is mômen quán tính c a di n tích ti t di n c t thép d c ch u l c l
v i tr
V i Es
SH s k

H s l

n

i c a c t thép
ng c

l ch tâm

nh:

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

i


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

Rb

Mpa

H s

n

ng c a t i tr ng tác d ng dài h n

y là kho ng cách t tr ng tâm ti t di

n mép ch u kéo. Ti t di n ch

nh t y = 0,5h
Ml, Nl n i l c do t i tr ng tác d ng dài h n

n il
eoy
di n,

góc ph
Sau k

thành l

tt

m D có t

m E có th n m bên trong ho c bên ngoài ti t
thu c vào chi u tác d ng c a Mx và My.
l ch tâm ng u nhiên và u n d c thì mômen tác d ng theo
:
;

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
Hình 1. 3
1.1.3. S làm vi c nén l ch tâm xiên
V i c u ki n làm b ng v t li
xiên, có th

ng nh t ch u nén l ch tâm

ng tác d

tính ng su t
(1.6)

u ki n b n là h n ch
phép ho

ng su t

t quá ng su t cho

tính toán c a v t li u.

Khi tính theo tr ng thái gi i h n, do không th tính riêng ng su t c a
t ng lo i n i l c nên không th
tác d

ng tác d ng mà ph i xét

ng th i c a N, Mx , My
Khi ch u nén l

tl

quan gi a n i l

c ti t di n và cách b trí c t thép mà có th x y

ng h p toàn b ti t di n ch u nén ho c m t ph n ti t di n ch u nén và
ph n ti t di n ch u kéo.
V i ti t di n toàn b ch u nén, có m

g

tl

nh phía kia c

Tùy thu c vào v

nh ch u nén nhi u nh

nh

ng ch

m E và giá tr l c nén N mà vùng nén c a ti t

di n có th là tam giác, hình thang theo c nh cx, hình thang theo c nh cy , hình
ih

ng th ng.

l ch tâm khá bé có th x
nén.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

ng h p toàn b ti t di n ch u


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo

Lu
TCVN và các tài li u khác

Hình 1. 4
1.1.4.

ng su t trong c t thép

As

kéo

a,

h0 = h

s

za = h 0 -

l c và ng su t th hi n
thành l

trên hình 1.5. N i l

t cách tr c c u ki n m
s

là e.

sau:
ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

n

eo

c


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
-

b
x

-

sc

-

s là

Hình 1. 5

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

trong


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
Rb

Khi

= Rs

Khi

:
(1.7)

nhóm CI, AI, CII, AII, CIII, AIII (Rs

400 MPa)

Rs, Rsc
(1.8)

s
s

là
(1.9)

0i

1.1.5.

ng h p tính toán nén l ch tâm ph ng

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

[3].

thép As
Khi x <

s

Khi x

s
s

sc

s

gh

1.2. Tính toán c t ch u nén l ch tâm xiên b
t h p v i bi

tiêu chu n TCVN 5574:2012

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
Có nhi

cs d
ng tác d

thi t k c

c gi i thi u b i Moran [3], c t

tính riêng v i (N, Mx) và (N, My

ng k t qu l

i l ch tâm xiên v l ch tâm ph

quy

i tr ng ngh

ng vi n t i tr
ng v m t phá ho

c

o và

c gi i thi u b i Bresler[7], d a trên ý
u tác gi phát tri n các công th c g

nh kh n ng ch u l c c a c
Mavichak và Furlong, Hsu[9]

ng s ,
áp d

Bresler hay c a Parme. M

a
c gi i thi u b i

Row và Paulay[10], là s d ng tr c ti p bi

t ti t di n

ch nh t chiu nén l ch tâm xiên. M i bi

ch a b n góc ph

ph

t t i th c t ,

ng v i m

không trùng v

tt
t t i trong bi

i góc
,

thì ph i n i suy. Trong lu

này, tác gi mu n gi i thi u công th c t i tr ng ngh
ng vi n t i tr ng c a Bresler, k t h p v i h bi

o và công th c
c xây

d ng cho ti t di n ch u nén l ch tâm ph ng, phù h p v i TCVN 5574:2012,
nh hay ki m tra kh

u l c c a c t ch u nén l ch tâm xiên.

1.3. Tính toán c t ch u nén l ch tâm xiên theo tiêu chu n TCVN

5574:2012 và tiêu chu n Hoa K ACI 318:2002
- Các s li u c a v t li u BTCT theo tiêu chu n Vi t Nam và tiêu chu n
Hoa K :
*) Theo tiêu chu n Vi t Nam:
+C

b n ch u nén c a bê tông (Compressive strength of concrete)

Ký hi u b ng ch B, là giá tr trung bình th ng kê c
t c th i, tính b

MPa, v i xác su

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

mb

ch u nén
i 95 %, xác


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
nh trên các m u l

c tiêu chu n (150 mm x 150 mm x

c ch t
nén

ng h

u ki n tiêu chu n và thí nghi m

tu i 28 ngày.

s

t kG/cm2 sang Mpa; có th l

i

: H s chuy n
v

it

+C

,
.

b n ch u kéo Bt: L y b ng

kéo c a bê

Mpa. Theo tiêu chu n TCVXVN 356-2005 bê tông có các
c

b n ch

t

0,5; Bt 0,8; Bt 1,2; Bt 1,6; Bt 2,0; Bt 2,4; Bt

2,8; Bt 3,2; Bt 3,6; Bt 4,0;
+ Bi n d ng co ngót: Co ngót là hi

ng bê tông gi m th tích khi khô

c ng trong không khí. Hi

n quán trình th y hóa

ns b

c th a khi bê tông khô c ng. Co ngót x y

ra ch y

n khô c

u tiên c a bê tô

u ki n

h t co ngót và bi n d ng t
th

n (3÷5) 10-4 . Bi n d ng co ngót c

12÷ 18 cm có giá tr l

t i ch v

u.
:

s=

0,15÷ 0,25.

i co ngót có

B

20-40%.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

s t


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác

500-2000 Mpa
,

s=

0,05÷ 0,01

, nhóm

2737-1995.
5574:2012:

-1995,
).

*) Theo tiêu chu n Hoa K :
+

2,5kg/cm2/s (35 psi trong 1 giây). f
(Cylindrial concrete Speciments).
fct =

f c,28
2

f ct
f c,28

2

28 ngày,

t
:
15%

.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n

)
)

g


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
:
fr=
fr

; M mô men

b,h
+ Co ngót c a bê tông: B m t c a bê tông trong không khí x y ra quá
trình

c, t

ng co ngót bê tông. Tùy theo t l

m, bi n d ng co ngót
sinh ra các v t n t n u k t c u b

= 0,0002÷ 0,0007. Co ngót bê tông

sh

m ch

co ngót t

sinh

ra ng su t ph khá l n.
+ C t thép dùng cho k t c u bê tông c t thép: Thanh thép g cán nóng
dùng cho k t c u bê tông c t thép

c s n xu t theo tiêu chu n Hoa K

c, thành ph n hóa h c
ASTM A 615:

i thép dùng ph bi n trong các công trình xây

d ng. Kích c thanh thép t

i v i thép có c

h n ch y 60ksi ho c 4200kg/cm2), #3÷#6

(2800kg/cm2), #6÷#18

b n 60ksi (gi i

i v i thép có c

i v i thép có c

b n 40ksi

b n 75ksi (5250kg/cm2). Hàm

ng ph t pho trong thép
ASTM A 616: Các thanh thép lo i này
s t b th i. Chúng có tính d

u

c cán t

ng

i thép A 615. Lo i thép

c s d ng r ng tãi trong th c t . Kích c thanh thép lo i này
t

i v i thép có c

b n 60ksi (4200kg/cm2).

ASTM A 617: Các thanh thép lo
toa tàu h a

c cán t các thép th i t tr c

c ch t o v i các kích c

i v i thép có c p

b n 40 ksi và 60ksi (2800 và 4200kg/cm2). Lo i thép này có tính d o th p
i thép A 615 và chúng không

c s d ng r ng rãi.

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n


ch tâm xiên cho c t bê tông c t thép nhà cao t ng theo
Lu
TCVN và các tài li u khác
ASTM A 706

là lo i thép s d ng cho nh ng yêu c

Kích c các thanh #3÷#18

b n 60ksi (4200kg/cm2).

i v i thép có c

Các lo i thép thanh dùng cho bê tông c t thép g m 4 c
60 và 75 (gi i h n ch y fy

c bi t.

b n 40, 50,

2800, 3500, 4200 và 5250 kg/cm2). Thép v i c p

b n 40ksi có tính d o cao nh t.

- UBC).

.
- Tính toán c t bê tông c t thép ch u nén l ch tâm xiên có th ti n hành
theo 3 quy trình: Tính c t l ch tâm theo m
l ch tâm ex và ey c a l c d c tr
0x

ch u nén l

l
c thay th b

l ch tâm

t ch u nén l

c thi t k

ml cd

l ch tâm e0x; Quy trình th

t

hai s d

ng bao t i tr

tính toán c t ch u nén

l

t ph ng trung gian làm thành m t góc

là m t ph ng phá ho i và
ng phá ho

i v i c t ch u

ng th i v i mô men u n;

Quy trình th
cs d
chu n Vi t Nam, s

tính toán c t ch u nén l ch tâm xiên trong tiêu

c trình bày c th

ng d n: PGS.TS. Lê Thanh Hu n