Tính toán dầm liên hợp thép bê tông sử dụng dầm thép tiết diện hộp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NGỌC THÀNH

TÍNH TOÁN DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG
SỬ DỤNG DẦM THÉP TIẾT DIỆN HỘP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng
và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN QUANG VIÊN

Phản biện 1: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Phản biện 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Luận văn đã bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng dân dụng và công nghiệp, họp tại
Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 07 năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
- Thư viện Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu về kết cấu liên hợp thép –
bê tông truyền thống, nhận thấy loại hình kết cấu này có thể phát
triển hơn nữa đáp ứng những yêu cầu ứng dụng trong thực tế xây
dựng. Một số các yêu cầu đặt ra đối với kết cấu liên hợp thép – bê
tông truyền thống là giảm chiều cao của hệ dầm, tăng khả năng chịu
lửa và đặc biệt là giảm chi phí và thời gian thi công chốt chịu
cắt,…Khi sử dụng dầm thép là hộp rỗng được nhồi bê tông vào trong
lòng ống qua các lỗ mở ở thành bụng dầm. Khối bê tông chèn tại các
lỗ mở này sẽ góp phần chịu trượt dọc, đảm bảo liên kết giữa cánh bê
tông cốt thép và dầm thép là hoàn toàn, làm tăng độ cứng, tăng khả
năng chịu lực; đặc biệt là giảm được chiều cao dầm và khả năng
chống cháy tốt hơn.
Chính vì thế, đề tài “Tính toán dầm liên hợp thép-bê tông sử
dụng dầm thép tiết diện hộp” là đề tài cần nghiên cứu để sớm triển
khai áp dụng vào thực tế xây dựng công trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đặc điểm làm việc và tính toán dầm liên hợp thép - bê tông
theo Tiêu chuẩn Châu Âu EuroCode 4;
- Đề tài này đề xuất giải pháp sử dụng tiết diện thép là tiết diện
hộp, nhồi bê tông và không cần chốt hàn; nhằm áp dụng trong sàn
nhà cao tầng;

- Đưa ra các ví dụ bằng số về lựa chọn và tính toán dầm liên
hợp thép - bê tông từ đó nhận xét và đánh giá
3. Đối tượng và phạm vinghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dầm liên hợp thép - bê tông với giải


2
pháp tiết diện thép là hộp chữ nhật nhồi bê tông qua các lỗ mở, không
cần chốt hàn nhanh.
Phạm vi nghiên cứu: Tính toán dầm đơn giản liên hợp thép bê tông tiết diện thép hình chữ I và hộp thép nhồi bê tông để làm đối
chứng so sánh.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu phương pháp thiết kế của Tiêu chuẩn châu Âu EC4
- Tiến hành một số khảo sát bằng số với dầm liên hợp T-BT
tiết diện thép dạng chữ I và hộp chữ nhật để so sánh.
5. Kết quả dự kiến
- Khảo sát sự làm việc, khả năng chịu lực, cách tính toán dầm
liên hợp thép - bê tông sử dụng dầm thép có tiết diện là thép hình I và
tiết diện hộp chữ nhật với hình dạng và số lượng lỗ mở khác nhau.
- Tiến hành các khảo sát bằng số; So sánh và đưa ra kiến nghị
để áp dụng.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm các phần sau:
- Phần Mở đầu.
- Chương 1 - Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông.
- Chương 2 - Vật liệu sử dụng và lý thuyết chung tính toán
dầm liên hợp thép-bê tông theo eurocode 4.
- Chương 3 - Ví dụ bằng số về lựa chọn và tính toán dầm liên
hợp thép - bê tông.
- Kết luận và kiến nghị.

- Tài liệu tham khảo.
- Quyết định giao đề tài luận văn.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
1.1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU LH THÉPBÊ TÔNG
Khác với kết cấu bê tông cốt thép thông thường, có cốt thép chịu lực
là các thanh thép tròn, kết cấu liên hợp thép - bê tông (LH T-BT) là
kết cấu mà thép chịu lực có dạng thép tấm, thép hình, thép ống.

Một số dạng dầm liên hợp

Một số dạng cột liên hợp

Với xu thế phát triển công nghệ ngày càng hiện đại, biện pháp
thi công tiên tiến. Hiện nay, kết cấu liên hợp thép - bê tông được sử
dụng rất rộng rãi đặc biệt là các tòa nhà cao tầng.

Tòa nhà Peachtree Tower

Tháp thiên nhiên kỷ Áo


4

Tòa nhà One Atlantic Center,Mỹ Trung tâm thương mại Thượng Hải
Ở Việt Nam, trong thời gian gần đây với yêu cầu phát triển xây
dựng hiện nay việc sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông để thiết kế

và thi công cũng được sử dụng rộng rãi.

Tòa nhà Diamond Plaza ở TP.HCM

Tòa nhà Vietinbank Tower Hà Nội

1.2. ƯU, KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉPBÊ TÔNG
* Ưu điểm:
- Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường
- Khả năng chịu lửa tốt


5
- Tăng độ cứng của kết cấu
- Khả năng biến dạng lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép
- Có thể tạo kết cấu ứng lực trước trong thi công
- Có thể sử dụng để dàng các phương pháp thi công hiện đại
- Kết cấu liên hợp thép - bê tông có thể đạt hiệu quả kinh tế
cao
* Nhược điểm:
- Kết cấu liên hợp thép - bê tông đòi hỏi sự làm việc gắn kết
giữa hai vật liệu bê tông và cốt thép
- Khi chịu tải trọng động đất, kết cấu liên hợp nói chung sẽ
biến dạng lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ LÝ THUYẾT CHUNG TÍNH TOÁN
DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG THEO EUROCODE 4
2.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG
2.1.1. Bê tông
a. Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4

- Các cường độ đặc trưng:
+ Cường độ chịu nén
+ Cường độ chịu kéo khi uốn
+ Cường độ chịu kéo của bê tông
- Cường độ tính toán của bê tông:
+ Cường độ tính toán chịu nén của bê tông
+ Cường độ tính toán chịu kéo
- Môđun đàn hồi Ecm
- Sự co ngót của bê tông


6
- Hệ số dãn nở do nhiệt
b. Về vật liệu bê tông đang sử dụng ở Việt Nam
c. So sánh các đặc trưng cơ học của bê tông theo hai tiêu
chuẩn Eurocode 2, Eurocode 4 và TCVN 5574:2012
- Lớp độ bền C20/25 Eurocode – tương đương cấp B25 (Mác
350) của TCVN.
- Lớp độ bền C25/30 Eurocode – tương đương cấp B30 (Mác
400) của TCVN.
- Lớp độ bền C30/37 Eurocode – tương đương cấp B35 (Mác
450) của TCVN.
- Lớp độ bền C35/45 Eurocode – tương đương cấp B45 (Mác
600) của TCVN.
2.1.2. Cốt thép
a. Thép thanh
- Theo Eurocode 4 đưa ra 3 mác thép dùng trong kết cấu liên
hợp: S220, S400, S500. Mác S220 là thép tròn trơn cán nóng, còn các
mác S400 và S500 là thép thanh và tròn có gai (kể cả lưới thép hàn)
có tính ma sát lớn.

- Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 dùng cho kết
cấu là CI, CII, A-I, A-II, A-III.
b. Thép kết cấu
- Theo Eurocode 4 đưa ra cách tính toán các kết cấu liên hợp
được sản xuất từ thép mác thông thường: S235, S275, S355.
- Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5709:1993 dùng trong kết
cấu xây dựng.
c. Tôn định hình bằng thép của sàn liên hợp
Tôn có chiều dày từ 0.7mm đến 1.5 mm, mỗi mặt đều được
bảo vệ chống ăn mòn bởi lớp kẽm dày 0.02mm, có thể sơn bổ sung.


7
2.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG
TRONG SÀN NHÀ CAO TẦNG
2.2.1. Dầm, giàn liên hợp
a. Dầm liên hợp
Các dầm được liên kết vào bản sàn bê tông bởi các liên kết
chịu cắt để tạo thành một dầm tiết diện chữ T có hiệu quả trong việc
chịu tải trọng. Sự linh hoạt của hệ là do tận dụng được cường độ chịu
nén vốn có của các sàn bê tông và khả năng chịu lực của dầm. Giải
pháp hệ dầm thép bụng có lỗ được liên kết với tấm sàn bê tông cũng
được dùng khá phổ biến.
b. Giàn liên hợp
Hệ giàn – sàn liên hợp cho hiệu quả tối đa sử dụng vật liệu và
độ cứng của kết cấu. Kinh tế nhất là hệ giàn – sàn có nhịp từ 12m đến
18m. Để thuận lợi cho hệ thống này thì cách bố trí hệ khung phải
thống nhất và lặp đi lặp lại, và các giàn tương tự nhau.

2.2.2. Hệ dầm sàn liên hợp khác trong kết cấu nhà siêu cao

tầng
Các phần tử của một hệ dầm – sàn liên hợp có thể là một sàn
bê tông cốt thép phẳng, sàn bê tông đúc sẵn hoặc các sàn với một lớp
mặt bê tông nhẹ đổ tại chỗ.


8
Hệ dầm sàn liên hợp sử dụng dầm thép bọc bê tông và tấm sàn
bê tông cốt thép giữa các dầm. Gần đây, các lớp bê tông bọc của dầm
thép đã được thay thế bằng lớp chống cháy có trọng lượng nhẹ và
được phủ bề mặt dầm.

Dầm LH T-BT với bản sàn BTCT phẳng và Dầm LH với tấm
BT đúc sẵn và lớp BT đổ bù
2.2.3. Dầm liên hợp liên tục
Dầm liên hợp với mômen âm gây ứng suất kéo ở vùng bê tông
làm mất đi nhiều lợi thế của nó. Tuy nhiên, lượng cốt thép được đặt
song song với trục dầm, trong bề rộng hiệu quả của sàn và được neo
đầy đủ để tăng khả năng chịu kéo, lợi thế của kết cấu liên hợp được
hồi phục.

Liên kết dầm - cột trong dầm liên hợp T-BT
2.2.4. Dầm liên hợp có tiết diện thay đổi


9
Việc sử dụng dầm liên hợp có tiết diện thay đổi với chiều cao
tối đa ở giữa nhịp không phù hợp, vì phần lớn hệ thống HVAC các
đường ống dẫn khí thường chạy qua giữa nhịp hơn là ở hai đầu. Với
dầm khoét lỗ ở bản bụng, có chiều cao không đổi, nó được hình

thành từ dầm thép cán nóng với bề rộng bản cánh lớn, bản bụng được
cắt và liên kết lại bằng mối hàn. Kết quả là dầm đã tăng chều cao và
được tạo lỗ hình tròn hoặc lục giác ở bản bụng trên toàn bộ nhịp.
2.2.5. Dầm liên hợp với dầm thép có nách
Dầm liên hợp có nách sử dụng rất phù hợp khi chiều cao tầng
từ sàn đến sàn bị hạn chế mà việc chế tạo không quá phức tạp. Các
dầm nách thường bao gồm một dầm thép có chiều cao không lớn
khoảng 25÷30cm với nhịp dầm trong khoảng 10÷15cm. Tại mỗi đầu
của dầm, một dầm nách tam giác được hình thành bằng cách hàn một
dầm theo đường chéo, thường cao 60÷70cm.

Dầm thép có nách trong sàn liên hợp
2.2.6. Dầm liên hợp có mố
Hệ thống dầm có mố phát minh bởi Joseph Caloco, nhằm để
loại trừ một số thiếu sót đồng thời làm giảm lượng thép kết cấu.
Thành phần chính của hệ là các đoạn thép hình I ngắn được hàn
không liên tục với bản cánh trên của dầm, tạo đủ khoảng trống để
chứa các HVAC, dầm sàn lúc này được tựa trên cánh trên dầm
khung.


10
2.3. DẦM LIÊN HỢP T-BT THÔNG DỤNG, SỬ DỤNG DẦM
THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I.
Hiện nay Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế kết cấu liên
hợp thép – bê tông, một trong những tiêu chuẩn nước ngoài được áp
dụng sớm và phổ biến ở nước ta là bộ tiêu chuẩn Eurocode 4. Tiêu
chuẩn này quy định lí thuyết tính toán dầm liên hợp thép – bê tông
truyền thống được tạo bởi dầm thép tiết diện chữ I cán nóng hoặc tổ
hợp hàn liên kết với tấm sàn bê tông cốt thép phía trên (tấm sàn có

thể là sàn bê tông cốt thép hoặc sàn tôn liên hợp) thông qua các liên
kết. Các liên kết này đảm bảo sự làm việc liên hợp đồng thời giữa
dầm thép và tấm sàn.

Hệ sàn dầm liên hợp thép - bê tông truyền thống
2.3.1. Tính toán theo trạng thái phá hoại (trạng thái giới
hạn 1)
Biểu thức định lượng tính toán cấu kiện hoặc liên kết theo
trạng thái giới hạn phá hoại:
Sd ≤ Rd
- Sd là giá trị tính toán lớn nhất của các tác động


11
- Rd là sức bền tính toán tương ứng của tiết diện kiểm tra, phụ thuộc
vào vật liệu sử dụng.
a. Bề rộng làm việc của tấm sàn trong dầm liên hợp
beff = be1 + be2
với

bei = min (l0/ 8, bi),

b. Phân loại tiết diện ngang
Khi khảo sát sự làm việc của dầm liên hợp dưới tải trọng, tùy
theo khả năng xoay của tiết diện mà dầm liên hợp khi chịu uốn cũng
được chia ra thành 4 loại, trong thực tế dầm trong các nhà dân dụng
và công nghiệp chỉ khảo sát tiết diện loại 1 (tiết diện có khả năng
phát triển mô men bền dẻo với khả năng xoay đủ để hình thành khớp
dẻo) và tiết diện loại 2 (tiết diện cũng có khả năng phát triển mô men
bền dẻo, nhưng với khả năng xoay hạn chế).

c. Tính toán mô men bền dẻo dương của tiết diện
Tùy theo vị trí của trục trung hòa dẻo (P.N.A.), có thể tính
được mô men bền dẻo dương theo các trường hợp sau:
- Khi trục trung hoà nằm trong tấm sàn
Ký hiệu Npla và Ncf lần lượt là sức bền dẻo của thép hình khi
chịu kéo và của tấm sàn khi chịu nén:
Npla = Aa fy / γa
Ncf = hc.beff.0,85fck/γc


12
Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà đi qua tấm sàn
Khoảng cách từ trục trung hoà dẻo đến mặt trên của tấm sàn x
được tính theo công thức:
x = Npla / (beff x0,85 fck / γc )≤ hc
Tính toán mômen bền dẻo theo hợp lực của vùng bêtông chịu
nén:
M+pl,Rd = Npla (0,5h + hc + hp – 0,5x )
- Khi trục trung hoà nằm trong cánh của dầm thép
Trường hợp này xảy ra khi Ncf < Npla và thỏa mãn điều kiện
phụ sau: Npla - Ncf ≤ 2bf tf fy / γa

Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà nằm trong bản cánh trên
dầm thép
Mômen bền dẻo của tiết diện là mômen tính với trọng tâm
vùng bê tông chịu nén có:
M+pl ,Rd = Npla ( 0,5h + 0,5hc + hp ) – 0,5(Npla - Ncf ) (x + hp )
- Khi trục trung hoà đi qua bản bụng của dầm thép
Điều kiện để trục trung hoà dẻo sẽ đi qua bản bụng dầm thép:
Npla - Ncf > 2bftf fy / a.

13

Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà đi qua bản bụng dầm thép
Mômen bền được tính toán so với trọng tâm của thép hình:
M+pl. Rd = MaplRd + Ncf ( 0,5h + 0,5hc + hp ) – 0,5Ncfzw
d. Độ bền của tiết diện khi chịu lực cắt
Điều kiện bền của tiết diện khi chỉ chịu lực cắt này có dạng:
VSd  Vpl. Rd
Trong đó sức bền dẻo Vpl. Rd được tính theo công thức:
Vpl. Rd = Av ( fy / 3 )γa, với Av là diện tích của thép hình chịu cắt.
2.3.2.Tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng
Độ võng được tính theo công thức:
 
f = 5pL4 / (384. Ea. I)
2.3.3. Liên kết trong dầm liên hợp
a. Một số loại liên kết thường sử dụng
- Chốt hàn có mũ trong tấm sàn đặc
- Chốt hàn có mũ trong tấm sàn liên hợp
- Thép góc hàn
b. Tính toán liên kết trong dầm đơn giản
- Trường hợp liên kết dẻo - Liên kết hoàn toàn - Liên kết
không hoàn toàn
- Các liên kết không dẻo và khoảng cách giữa các liên kết


14
2.4. TÍNH TOÁN DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG
DẦM THÉP TIẾT DIỆN HỘP CHỮ NHẬT (HCN)

2.4.1. Hình dạng và kích thước dầm LH T-BT, sử dụng
dầm thép tiết diện hộp chữ nhật (HCN)

Phối cảnh và mặt cắt ngang dầm liên hợp HCN

Hình cắt kích thước của dầm liên hợp HCN
2.4.2. Vật liệu, tải trọng và tổ hợp tải trọng
Các giá trị đặc trưng vật liệu của thép kết cấu, bê tông và tôn
sàn, tải trọng và tổ hợp tải trọng được lấy như tính toán dầm liên hợp
thép – bê tông truyền thống. Mác thép kết cấu sử dụng tuân theo
EN1994-1-1, lấy từ S235 đến S355, bê tông có mác từ C20/25 đến
C60/75. Tổ hợp tải trọng lấy với hệ số tổ hợp tải trọng thường lấy
bằng 1.35 với tĩnh tải và 1.5 với hoạt tải.
2.4.3. Các giả thuyết tính toán
Thiết kế dầm đơn giản một nhịp liên hợp bao gồm tính toán
dầm thép trong giai đoạn thi công và dầm liên hợp trong giai đoạn
làm việc. Các điều kiện dưới đây phải được tính đến:
- Mô men bền dẻo dương.
- Lực cắt


15
- Liên kết chịu cắt dọc và mức độ liên kết
- Độ võng.
2.4.4. Sức bền của tiết diện đối với mômen uốn
2.4.4.1. Trường hợp trục trung hòa dẻo P.N.A nằm trong bản
bê tông và bên trên dầm thép
- Sức bền chịu nén của bản bê tông phía trên cánh của dầm
thép tính theo:

Ncf , x  0,85. f cd .bef .x
- Khả năng chịu kéo của dầm thép được xác định như sau:

Ncf ,a  Aa . f yd
- Trường hợp khảo sát xảy ra tức là P.N.A nằm trong bản bê
tông và trên mép dầm thép xảy ra khi : Ncf , x a  N pl ,a .
- Tính toán mômen bền dẻo lấy theo mô men quanh tâm vùng
nén:

x
M pl .Rd  N pl ,a ( y  hd  )
2

Biểu đồ ứng suất dẻo khi TTH đi qua bản bê tông
2.4.4.2. Trường hợp trục trung hòa dẻo P.N.A nằm trong bản
bê tông và đi qua bản cạnh trên của dầm thép (a- Trục trung hòa dẻo P.N.A nằm trong bản bê tông đi qua mép
trên của dầm thép (a- Nếu Ncf,x=a < Npl,a và trục trung hòa dẻo P.N.A nằm trong bản
bê tông đi qua mép trên của dầm thép. Cân bằng hợp lực vùng kéo và
nén ta có:


16
Ncf,x + Npl,a1 = Npl,a2
beff
a
hd

y

h

tp

yc

hp

ht

hd

t

hp

x

0,85f ck/yc

t
bp

b

t

f y/ya
bp

Biểu đồ ứng suất dẻo khi TTH đi qua mép trên dầm thép
Vị trí trục trung hòa dẻo so với mặt trên của bản sàn x được
N pl ,a  2.b.t. f yd
tính theo công thức:
x
0,85. f cd .beff  2.b. f yd
Lấy mô men quanh trọng tâm vùng bê tông chịu nén, thu được
mô men bền dẻo như sau:
a
M pl .Rd  N pl ,a ( y  hd  )  b.( x  a). f yd .x
2
2.4.4.3. Trường hợp trục trung hòa dẻo P.N.A nằm trong bản

bê tông và đi qua phía dưới bản cạnh trên của dầm thép
(a+t
Phân bố ứng suất pháp, khi trục trung hòa dẻo đi qua bụng của dầm
thép, phía dưới bản cạnh trên của hộp thép, nhưng ở phía trên mặt
tôn sàn
Lấy mô men do các lực quanh trọng tâm vùng bê tông chịu
nén, ta có mômen bền dẻo như sau:


17
t
x
x
h


M pl .Rd  (b  2t ).t. f yd  h   a    2.hb .t. f yd .  b  hd  
2
2
2

2

t
x
a
h 
2.bp .t p . f yd .  p  hd    2.t.(hc  x). f yd .  c   2.t.( x  a). f yd .
2
2
2
2
x
t
(b  2t ).t. f yd .   a  
2
2

2.4.4.4. Trường hợp trục trung hòa dẻo P.N.A nằm ở sóng
tôn (hcTrục trung hòa dẻo P.N.A nằm ngoài bản bê tông và phía dưới
tôn sàn nếu thõa mãn các điều kiện: N pl ,a  Ncf , x hc  2 N pl ,a1
beff

hd

y

h

tp

yc

hp

hd

ht

x

t

hp

a

0,85f ck/yc

t
bp

b

t

f y/ya
bp

Biểu đồ ứng suất dẻo khi TTH đi qua sóng tôn
Lấy mô men quanh trọng tâm vùng bê tông chịu nén ta có mô
men bền dẻo như sau:
t
h



M pl .Rd  (b  2t ).t. f yd  h   a  z   2.hb .t. f yd .  b  hd  z 
2
2




 tp

h
a


2.bp .t p . f yd .   hd  z   2.t.(hc  a). f yd .  c   z 
2
2
2






t

(b  2t ).t. f yd .   a  z 
2

2.4.5. Khả năng chịu cắt của dầm liên hợp
Lực cắt thiết kế Ved không vượt quá khả năng chịu cắt
Vpl,Rd của bụng dầm thép:


18
VEd  Vpl , Rd  Av .

f yd
3

2.4.6. Khả năng chịu uốn và lực cắt đồng thời
Theo EN1994, khi lực cắt tính toán vượt quá một nửa khả
năng chịu cắt Vpl,Rd thì khả năng chịu uốn của dầm sẽ giảm đi theo
công thức sau:
M Rd  M f , Rd  M


pl , Rd

2

  2V
 
E
d
. 1  
 1 
  Vpl,Rd  



2.4.7. Khả năng chịu trượt dọc
Theo tiêu chuẩn EN1992-1-1, khả năng chịu cắt của phần bê
tông qua lỗ mở dầm thép được tính như sau:
h
VRd,c  ( min  k1. cp ).b0 . 0

c

 cp 

3
200
N Ed
2
 0, 2. f cd ;  min  0, 035.k 2 . f ck ; k  1 
d
Ac

2.4.8. Giới hạn độ võng đứng
Đối với dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều, độ võng tại

vị trí giữa nhịp tính theo công thức:
5 qL4
 max 
384 Ea I1
CHƯƠNG 3
VÍ DỤ BẰNG SỐ VỀ LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN
DẦM LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
3.1. TÍNH TOÁN DẦM ĐƠN GIẢN LIÊN HỢP THÉP - BÊ
TÔNG TRUYỀN THỐNG TIẾT DIỆN CHỮ I VÀ DẦM LIÊN
HỢP THÉP - BÊ TÔNG TIẾT DIỆN HỘP CHỮ NHẬT HCN
VỚI NHỊP L=6M.
3.1.1 Các thông số tính toán


19
+ Các kích thước của dầm thép tiết diện hộp chữ nhật HCN
Chiều cao dầm thép h = 250 mm; chiều dày bản t= 6 mm; bề rộng
dầm thép b = 150 mm; chiều cao phía trên bản đỡ tôn ht= 130 mm;
chiều rộng bản đỡ tôn bp = 50 mm; chiều dày bản đỡ tôn tp = 5 mm.
+ Các kích thước của dầm thép tiết diện chữ I
Chiều cao dầm thép h= 250 mm; chiều dày bụng dầm tw= 6
mm; bề rộng cánh dầm bf = 180 mm; chiều dày cánh tf= 8 mm.
Bảng 3.1. Chiều cao và diện tích tiết diện 2 dầm
Dầm HCN

Dầm I (2)

Sai khác [(1)-

(1)

(2)]/(2) (%)

Chiều cao dầm liên hợp h(cm)

26

39

- 33,3

Diện tích tiết diện thép A (cm2)

42,56

42,84

- 0,7

Diện tích tiết diện hai dầm thép không khác nhau nhiều,
xong chiều cao dầm liên hợp tiết diện thép hộp có chiều cao nhỏ
hơn dầm I là 33%.
3.1.2. Kết quả tính toán và nhận xét
+ Tính toán các dầm trong giai đoạn thi công (không sử dụng
hệ chống tạm)
Bảng 3.2. Khả năng chịu mômen và độ võng của dầm thép 6m trong
giai đoạn thi công
Dầm HCN

Dầm I Sai khác [(1)-

(1)

(2)

(2)]/(2) (%)

Mô men yêu cầu Med (kN.m)

60,53

60,1

+ 0,7

Khả năng chịu mô men Mael,Rd (kN.m)

65,51

87,0

- 24,7

Độ võng trong giai đoạn thi công tc (mm)

20,1

15,9

+ 26,4

20
+ Tính toán các dầm trong giai đoạn liên hợp
Dầm HCN
(1)
Mô men uốn tác dụng Med (kN.m)
104,46
Mô men bền dẻo dương với liên kết
123,84
hoàn toàn M+pl,Rd ( kN.m)

Dầm I
(2)
104,04

Mức độ liên kết của dầm liên hợp 

50,1%

Mức 1

70,8%

Mức 2

164,5

Mức 1

-24,7

192,8

Mức 2

- 35,8

14,83

Mức 1

+27,3

14,79

Mức 2

+27,7

132%

Mô men bền dẻo dương với liên kết
không hoàn toàn M+pl.Rd ( kN.m)
Độ võng tổng thể của dầm liên hợp
t (mm)
Độ võng cho phép [L mm

18,88

Sai khác [(1)(2)]/(2) (%)
+ 0,45

232,45

30,0

Từ kết quả tính toán trong bảng 3.3, nhận thấy liên kết trong
dầm HCN là hoàn toàn. Mức độ liên kết trong dầm liên hợp tiết diện
dầm thép chữ I phụ thuộc vào số lượng chốt hàn ở mỗi rãnh tôn. Cả
hai mức độ liên kết 1 và 2 (tương ứng sử dụng 1 và 2 chốt trên một
rãnh song tôn) cho thấy liên kết trong dầm tiết diện chữ I là liên kết
không hoàn toàn.
Với mức liên kết 1 thì dầm chữ I có mô men bền dẻo lớn hơn
so với dầm HCN 25%, để có được mô men bền dẻo lớn hơn nữa
(36%) sử dụng lượng chốt tăng gấp đôi (mức liên kết 2).
Các kết quả độ võng cũng cho thấy độ võng của dầm liên hợp
HCN lớn hơn của dầm liên hợp chữ I khoảng 27-28%.
+ Khả năng chịu cắt của dầm thép trong giai đoạn liên hợp
Bảng 3.4. Khả năng chịu cắt của dầm thép 6m trong giai đoạn
liên hợp
Dầm HCN Dẫm chữ I Sai khác [(1)-(2)]/(2)
(1)
(2)
(%)
Lực cắt thiết kế VSd (kN)
Khả năng chịu cắt Vpl,Rd (kN)

69,6
135,68

69,4
90,71

+ 0,35
+ 49,6


21
Khả năng chịu cắt của phần dầm thép HCN lớn hơn khả năng
chịu cắt của dầm chữ I do dầm HCN có 2 bụng với tổng chiều dày
lớn hơn bản bụng của dầm chữ I.
3.2. VÍ DỤ TÍNH TOÁN DẦM ĐƠN GIẢN LIÊN HỢP THÉP
BÊ TÔNG TRUYỀN THỐNG TIẾT DIỆN THÉP CHỮ I VÀ
DẦM LIÊN HỢP THÉP- BÊ TÔNG TIẾT DIỆN HỘP CHỮ
NHẬT HCN VỚI NHỊP L = 9M
3.2.1 Các thông số tính toán
Các dữ liệu tính toán về vật liệu, tải trọng, kích thước tôn, sàn
bê tông, chốt neo cho tương tự như ví dụ 3.1.
+ Các kích thước của dầm thép tiết diện hộp chữ nhật HCN
Chiều cao dầm thép h = 400 mm; chiều dày bản t= 6 mm; bề
rộng dầm thép b=180 mm; chiều cao phía trên bản đỡ tôn ht= 130
mm; chiều rộng bản đỡ tôn bp=50 mm; chiều dày bản đỡ tôn tp = 5
mm.
+ Các kích thước của dầm thép tiết diện chữ I
Chiều cao dầm h= 380 mm; chiều dày bụng dầm tw= 6 mm; bề
rộng cánh dầm bf= 180 mm; chiều dày cánh tf= 8 mm.
3.2.2 Kết quả tính toán và nhận xét
Bảng 3.5. Chiều cao và diện tích tiết diện 2 dầm 9m
Dầm HCN (1) Dầm I (2)

Sai khác [(1)(2)]/(2) (%)

Chiều cao dầm liên hợp h(cm)

41

52

- 21,2

Diện tích tiết diện thép A (cm2)

64,16

50,64

+ 26,7

Với nhịp lớn (9m), diện tích tiết diện cần thiết của dầm thép
hộp chữ nhật lớn hơn dầm chữ I (cả 2 dầm luôn phải đảm bảo yêu
cầu chịu lực và chuyển vị trong quá trình thi công - bảng 3.6).


22
Bảng 3.6. Khả năng chịu mô men và độ võng của dầm thép 9m trong
giai đoạn thi công
Dầm HCN (1) Dầm I (2)

Sai khác [(1)(2)]/(2) (%)

Mô men yêu cầu Med (kN.m)

138,51

136,1

+ 2,0

Khả năng chịu mô men Mael,Rd (kN.m)

141,96

145,79

- 2,6

Độ võng trong giai đoạn thi công tc

- 5,3

(mm)

30,13

31,8

Kết quả tính toán của dầm liên hợp dùng tiết diện thép hộp chữ
nhật và dầm thép chữ I với cùng nhịp 9m trong giai đoạn liên hợp thể
hiện ở bảng 3.7; 3.8. Từ các bảng này cho thấy độ võng của dầm liên

hợp tiết diện thép hộp nhỏ hơn của dầm có tiết diện thép I, trong khi
mô men bền dẻo dương chỉ lớn hơn dầm liên hợp thép chữ I có mức
liên kết 1
Bảng 3.7. Mô men bền dẻo và độ võng của dầm 9m trong giai đoạn
liên hợp
Dầm HCN

Sai khác [(1)-

Dầm I (2)

(1)

(2)]/(2) (%)

Mô men uốn tác dụng Med (kN.m)

237,34

234,93

Mô men bền dẻo dương với liên kết

295.58

353,86

Mức độ liên kết của dầm liên hợp

127,2

63,6%

Mức 1



%

89,9%

Mức 2

Mô men bền dẻo dương với liên kết

284,83

Mức 1

+3,8

không hoàn toàn M+pl.Rd ( kN.m)

334,73

Mức 2

-11,7

Độ võng tổng thể của dầm liên hợp

31,04

Mức 1

-13,5

+1,0

hoàn toàn M+pl.Rd ( kN.m)


23
t (mm)
Độ võng cho phép [L mm

26,84

30,87

Mức 2

-13,1

45,0

Bảng 3.8. Khả năng chịu cắt của dầm 9m trong giai đoạn liên hợp
Dầm HCN (1) Dầm I (2)

Sai khác

[(1)-(2)]/(2) (%)

Lực cắt thiết kế VSd (kN)

105.49

104.41

+ 1,1

Khả năng chịu cắt Vpl,Rd (kN)

251.9

141.1

+ 78,5

Qua các ví dụ tính toán so sánh 2 dầm với cùng nhịp và điều
kiện chịu lực, nhận thấy:
- Đối với dầm có nhịp ngắn (6m): có thể chọn được tiết diện
thép của cả 2 dầm là tương đương nhưng vẫn đảm bảo quá trình thi
công không cần hệ đỡ tạm, khi đó khả năng chịu lực của dầm liên
hợp sử dụng dầm thép tiết diện hộp chữ nhật HCN có mô men bền
dẻo và độ cứng có thể nhỏ hơn dầm liên hợp sử dụng dầm thép chữ I.
- Đối với dầm có nhịp lớn (9m): do tiêu chí đặt ra là không
dùng hệ đỡ tạm trong thi công nên diện tích tiết diện dầm thép hộp
chữ nhật cần thiết luôn lớn hơn diện tích tiết diện thép I. Tuy nhiên
lúc này độ cứng của dầm tăng lên đáng kể và khả năng chịu lực của
dầm liên hợp tiết diện thép hộp chữ nhật lớn hơn dầm sử dụng thép I

với mức độ liên kết 1.
3.3. KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ
NĂNG CHỊU LỰC VÀ ĐỘ CỨNG CỦA DẦM LIÊN HỢP
THÉP – BÊ TÔNG TIẾT DIỆN DẦM THÉP HỘP CHỮ NHẬT
3.3.1. Thay đổi chiều cao h tiết diện dầm thép
3.3.2 Thay đổi chiều cao ht (độ sâu ngàm dầm thép trong
sàn)