Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước bản đệm đầu cột đến sự làm việc của sàn bê tông cốt thép không dầm (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------

HOÀNG ANH TÚ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC
BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------

HOÀNG ANH TÚ
KHÓA: 2012 – 2014

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC
BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM

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

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

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kiến trúc Hà
Nội, các thầy cô trong khoa Sau đại học, cùng với các thầy cô giáo các bộ
môn đã tạo mọi điều kiện để chúng tôi có thể hoàn thành khoá học 20122014.
Đặc biệt tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn
luận văn tốt nghiệp của tôi là thầy giáo, PGS.TS. Nguyễn Tiến Chương. Tôi
xin cảm ơn thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện, dành nhiều thời gian
cũng như đầu tư tài liệu để hướng dẫn tôi hoàn thành được luận văn tốt
nghiệp của mình!
Luận văn của tôi còn chưa thật hoàn chỉnh, nhiều chỗ trình bày còn
thiếu sót. Nhưng tôi xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn
thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong quá trình làm việc
sau này!


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đã thực hiện đầy đủ các yêu cầu của một luận văn tốt
nghiệp thạc sỹ chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tôi cam
đoan đã thực hiện đúng quy cách luận văn, và nội dung đề tài phù hợp với
chuyên ngành. Đề tài luận văn của tôi cũng không bị trùng lặp với các đề tài
luận văn tốt nghiệp trước đây. Nội dung của luận văn đã được trích dẫn đầy

đủ các tài liệu tham khảo.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

HOÀNG ANH TÚ


LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC............................................................................................... ............
Danh mục hình vẽ ................................................................................................
Danh mục bảng biểu.............................................................................................
MỞ ĐẦU................................................................................................Trang 1
* Lý do nghiên cứu...............................................................................................
* Mục đích nghiên cứu .........................................................................................
* Phương pháp nghiên cứu...................................................................................
* Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................
* Đối tượng nghiên cứu........................................................................................
* Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế .................................................................
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM
CÓ BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT .................................................................................. 3
1.1 Tổng quan về kết cấu sàn bê tông cốt thép .................................................... 3
1.1.1 Lịch sử phát triển của sàn bê tông cốt thép ................................................. 3
1.1.2 Tình hình ứng dụng sàn bê tông cốt thép tại Việt Nam .............................. 4
1.1.3 Khái niệm về các loại sàn bê tông cốt thép ................................................. 4
1.1.4 Liên kết của bản sàn .................................................................................... 11
1.1.5 Một số phương pháp xác định nội lực trong kết cấu sàn ............................ 12
1.2 Kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm đầu cột ....................... 13
1.2.1 Khái niệm .................................................................................................... 13
1.2.2 Vật liệu ........................................................................................................ 15
1.2.3 Cột ............................................................................................................... 16

1.2.4 Bản đệm....................................................................................................... 16
1.2.5 Bản sàn ........................................................................................................ 17
1.2.6 Tải trọng ...................................................................................................... 17


1.3 Nhiệm vụ của luận văn ................................................................................... 19
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT
THÉP KHÔNG DẦM CÓ BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ............................................ 20
2.1 Đặc điểm làm việc của kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm .................. 20
2.1.1 Sự làm việc của bản khi chịu uốn ............................................................... 20
2.1.2 Mối quan hệ giữa các độ cong của sàn và các mô men uốn ....................... 21
2.1.3 Mô men trong sàn được đỡ trên các cột ...................................................... 22
2.1.4 Sự truyền mô men từ sàn tới các cột ........................................................... 24
2.1.5 Trạng thái làm việc của các mối nối sàn-cột chịu lực cắt và mô men ........ 25
2.1.6 Trạng thái của sàn bị phá hoại do lực cắt 2 hướng ..................................... 31
2.2 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp trực tiếp.................................. 32
2.2.1 Những yêu cầu (hạn chế) của phương pháp trực tiếp ................................. 32
2.2.2 Mô men tĩnh tải Mo ..................................................................................... 34
2.2.3 Các mô men dương và mô men âm trong các panen .................................. 35
2.2.4 Sự phân bố mô men giữa dải giữa và dải cột ............................................. 37
2.3 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp khung tương đương ............... 38
2.3.1 Tính toán độ cứng các cấu kiện .................................................................. 39
2.3.2 Đặc điểm của các dầm- bản ....................................................................... 40
2.3.3 Đặc điểm của các cột................................................................................... 41
2.3.4 Các cấu kiện xoắn và các cột tương đương ............................................... 42
2.3.5 Mô men tại tiết diện mặt cột ....................................................................... 47
2.3.6 Tính toán mô men với trọng tâm chu vi hình chịu cắt ................................ 49
2.3.7 Sử dụng máy tính trong phương pháp khung tương đương ........................ 50
2.4 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua
các phần mềm máy tính........................................................................................ 52

2.4.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn ................................................... 52
2.4.2 Phần mềm tính toán kết cấu dạng bản - SAFE ........................................... 53


CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC BẢN ĐỆM
ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP
KHÔNG DẦM ..................................................................................................... 56
3.1 Giới thiệu kết cấu ........................................................................................... 56
3.2 Khảo sát trường hợp panen chỉ thay đổi chiều rộng và dài ........................... 58
3.2.1 Sàn không có bản đệm ................................................................................ 58
3.2.2 Sàn có bản đệm kích thước 0,96x0,96x0,15m ............................................ 62
3.2.3 Kết quả khảo sát các trường hợp bản đệm có kích thước rộng và dài
khác nhưng cùng độ dày 0,15m ........................................................................... 65
3.3 Khảo sát trường hợp bản đệm chỉ thay đổi chiều dày.................................... 71
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m ................................................ 71
3.3.2 Kết quả khảo sát các trường hợp bản đệm có chiều dày khác nhưng cùng
kích thước rộng và dài .......................................................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m ................................................ 71
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m ................................................ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu hình

Tên hình

Hình 1.1

Sàn không dầm

Hình 1.2

Sàn ô cờ

Hình 1.3

Sàn ô cờ

Hình 1.4

Sàn có bản đệm đầu cột

Hình 1.5

Sàn có bản đệm và mũ cột

Hình 1.6

Sàn làm việc 1 phương

Hình 1.7

Sàn làm việc 2 phương

Hình 1.8

Hệ dầm chính phụ

Hình 1.9

Sàn dầm kết hợp với sàn đệm đầu cột

Hình 1.10

Sàn Bubble Deck

Hình 1.11

Sàn không dầm có bản đệm đầu cột

Hình 1.12

Hệ kết cấu các sàn không dầm có bản đệm kết hợp cột vách

Hình 1.13

Tòa nhà TMCP Quân đội (Liễu Giai-Ba Đình-Hà Nội)

Hình 1.14

Bãi đỗ xe ôtô (Melbourne-Australia)

Hình 1.15

Chi tiết sàn đệm đầu cột

Hình 2.1

Các giai đoạn làm việc của sàn

Hình 2.2

Các mô men trong sàn được đỡ trên các cột

Hình 2.3

Ứng suất cắt do sự truyền lực cắt và mô men tại cột trong


Hình 2.4
Hình 2.5

Hình 2.6

Hình 2.7

Ứng suất cắt do sự truyền lực cắt và mô men tại cột biên
Mô hình giàn đối với sự truyền mô men và lực cắt tại cột
trong
Mô hình giàn đối với sự truyền mô men và lực cắt tại cột
biên
Các biến dạng được đo trong các thanh liền kề cột biên vào
lúc phá hỏng

Hình 2.8

Tương tác giữa lực cắt và mô men tại các cột biên

Hình 2.9

Các vết nứt xiên trong sàn do lực cắt

Hình 2.10

Mô hình đối với sự truyền lực cắt ở cột trong

Hình 2.11

Mặt cắt các sàn trong việc thiết kế các khung

Hình 2.12

Phân định Mo cho các vùng có mô men âm và dương

Hình 2.13

Sự xác định các dải giữa và dải cột

Hình 2.14

Sự biến thiên độ cứng dọc theo nhịp

Hình 2.15

Các giá trị EI đối với sàn có panel đầu cột

Hình 2.16

Các điều kiện để tính toán độ cứng cột Kc

Hình 2.17

Hoạt động của khung và sự xoắn của cấu kiện biện

Hình 2.18

Tính toán Kt

Hình 2.19

Mặt cắt tới hạn đối với mô men âm

Hình 2.20

Mô men âm và dương trong dầm bản

Hình 2.21

Mô men đối với trọng tâm của chu vi chịu cắt


Hình 2.22

Mô hình hóa cho máy tính của khung phẳng

Hình 3.1

Mô hình 3D

Hình 3.2

Mặt bằng kết cấu

Hình 3.3

Bảng thống số đầu vào của vật liệu bê tông

Hình 3.4

Bảng thống số đầu vào của cấu kiện sàn

Hình 3.5

Bảng thống số đầu vào của cấu kiện cột không bản đệm

Hình 3.6

Mặt bằng kết cấu trường hợp sàn không có bản đệm

Hình 3.7

Dải đầu cột dùng để khảo sát (trục C)

Hình 3.8

Tổ hợp tải trọng dùng để khảo sát

Hình 3.9

Biểu đồ mô men sàn theo các dải phương trục C

Hình 3.10

Biểu đồ mô men M (trục C)

Hình 3.11

Bảng thống số đầu vào chiều dày của bản đệm
0,96x0x96x0,15m

Hình 3.12

Mặt bằng kết cấu sàn sử dụng bản đệm 0,96 x 0,96 x 0,15m

Hình 3.13

Dải đầu cột trục C có bản đệm 0,96x0,96x0,15m

Hình 3.14

Biểu đồ mô men M (trục C)

Hình 3.15

Hình 3.16

Hình 3.17

Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,2x1,2x0,15m
theo các dải phương trục C
Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,2x1,2x0,15m
Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,15m
theo các dải phương trục C


Hình 3.18

Hình 3.19

Hình 3.20

Hình 3.21

Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,15m
Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 2,4x2,4x0,15m
theo các dải phương trục C
Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
2,4x2,4x0,15m
Bảng thống số đầu vào chiều dày của bản đệm
1,6x1,6x0,12m

Hình 3.22

Mặt bằng kết cấu sàn sử dụng bản đệm 1,6x1,6x0,12m

Hình 3.23

Dải đầu cột trục C có bản đệm 1,6x1,6x0,12m

Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26

Hình 3.27

Hình 3.28

Hình 3.29

Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,12m
theo các dải phương trục C
Biểu đồ mô men M (trục C)
Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,18m
theo các dải phương trục C
Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,18m
Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,2m
theo các dải phương trục C
Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,2m


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng
Bảng 2.1
Bảng 3.1

Bảng 3.2

Tên bảng
Phân bố tổng mô men tĩnh tải nhân hệ số, Mo, trong một
nhịp đầu mút
Giá trị mô men trường hợp sàn không sử dụng bản đệm
Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm
0,96x0,96x0,15m

Bảng 3.3

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,2x1,2x0,15m

Bảng 3.4

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,15m

Bảng 3.5

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 2,4x2,4x0,15m
Bảng tổng hợp các giá trị mô men dải đầu cột khảo sát

Bảng 3.6

trong các trường hợp thay đổi kích thước dài và rộng bản
đệm

Bảng 3.7

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0.12m

Bảng 3.8

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,18m

Bảng 3.9

Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,2m

Bảng 3.10

Bảng tổng hợp các giá trị mô men dải đầu cột khảo sát
trong các trường hợp thay đổi chiều dày bản đệm


1

Mở đầu
* Lý do nghiên cứu
Trong tin trỡnh hi nhp v phỏt trin, vic ụ th húa xõy dng cỏc
cụng trỡnh cao tng, khỏch sn, khi chung c nh , vn phũng nhng cụng
trỡnh ũi hi b trớ tng, vỏch ngn linh hot, h thng thụng giú chiu sang
thun li, ngy cng nhiu v l nhu cu cp thit ca nc ta.
Hin nay, sn bờ tụng ct thộp c ng dng ngy cng ph bin
trong cỏc cụng trỡnh xõy dng cao tng ỏp ng yờu cu v k thut, kinh
t, cỏc cụng trỡnh cú sn vt nhp va v nh. Tuy nhiờn, ti u hn cho
gii phỏp kt cu sn bờ tụng ct thộp khụng dm, ta cú th b sung thờm tm
bn m cho sn ti cỏc v trớ u ct.
ti Nghiờn cu nh hng ca kớch thc bn m u ct n s
lm vic ca sn bờ tụng ct thộp khụng dm s xem xột nh hng ca kớch

thc bn m ti v trớ u ct n s lm vic ca sn bờ tụng ct thộp
khụng dm.
* Mục đích nghiên cứu
Nghiờn cu lm sỏng t mc nh hng ca kớch thc bn m
u ct n s lm vic ca sn bờ tụng ct thộp khụng dm cú bn m u
ct.
* Phơng pháp nghiên cứu
Nghiờn cu lý thuyt kt hp vi kho sỏt cỏc vớ d, a ra cỏc kt qu
bng s liu.
So sỏnh, tng hp rỳt ra nhn xột, kt lun.
* Phm vi nghiờn cu
nh hng ca bn m u ct n s phõn phi mụ men trong di
u ct ca sn bờ tụng ct thộp khụng dm.


2

* Đối tượng nghiên cứu
Sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm đầu cột.
* Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Đưa ra sự tác động, ảnh hưởng của bản đệm tới kết
cấu sàn không dầm nói chung và sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm
đầu cột nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đưa ra được giải pháp thay đổi sự làm việc của chịu
uốn của sàn bê tông cốt thép không dầm.


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


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Bản đệm đầu cột trong kết cấu sàn bê tông cốt thép ngoài tác dụng tăng
khả năng chịu cắt, chống chọc thủng cho sàn tại vị trí đầu cột, còn làm thay
đổi sự làm việc chịu uốn của sàn, ảnh hưởng tới sự phân bố mô men trong
sàn.
Khi thay đổi kích thước bản đệm đầu cột trong kết cấu sàn bê tông cốt
thép không dầm thì sự phân phối mô men trong dải đầu cột cũng thay đổi. Cụ
thể với ví dụ khảo sát trong chương 3, sự ảnh hưởng của kích thước bản đệm
ảnh hưởng tới sự phân phối mô men dải đầu cột như sau:
- Thay đổi chiều dài và chiều rộng bản đệm từ không sử dụng bản đệm
rồi tăng kích thước bản đệm lần lượt tương ứng với 1/5, 1/4, 1/3, 1/2 nhịp
ngắn:
+ Trị số mô men dương tại các nhịp ảnh hưởng ít hơn, nhịp biên mô
men dương giảm 30,7%, nhịp giữa mô men dương giảm 27,82%.
+ Trị số mô men âm tại các gối bị ảnh hưởng nhiều hơn so với mô men
dương tại nhịp, mô men âm tại gối biên tăng 47,71%, mô men âm tại gối thứ
2 tăng 46,31%, mô men âm tại gối giữa tăng 47,39%..
- Thay đổi chiều dày bản đệm từ không sử dụng bản đệm rồi tăng dần
chiều dày bản đệm lần lượt tương ứng bằng với 1/2, 1/5, 1/8, 2 lần chiều dày
sàn:
+ Mô men dương nhịp biên giảm 39,11%, mô men dương nhịp giữa

giảm 24,78 %, mô men âm tại gối biên tăng 48,54%, gối thứ 2 tăng 45,11%,
và gối giữa tăng 48,08%.
Qua kết quả khảo sát trong cả 2 trường hợp thay đổi kích thước rộng,
dài và thay đổi chiều dày bản đệm, khi bản đệm có kích thước rộng và dài
khoảng 1/3 nhịp và có chiều dày bằng 1,5 chiều dày sàn thì mô men âm và


dương trong vùng sàn ngoài bản đệm là khá đồng đều về trị số, nên rất thuận
lợi cho việc bố trí thép ở vùng sàn này.
Kiến nghị
Nghiên cứu trên đây mới chỉ đề cập đến sự ảnh hưởng của kích thước
bản đệm đầu cột đến sự phân bố mô men trong dải đầu cột, đưa ra thêm một
giải pháp cho người thiết kế khi muốn thay đổi sự phân bố mô men trong sàn
theo mục đích. Bài toán về kích thước tối ưu của bản đệm đầu cột với kết cấu
sàn bê tông cốt thép không dầm là bài toán phức tạp cần xem xét thêm các
yếu tố như khả năng chịu cắt, giới hạn võng sàn, hàm lượng cốt thép, bài toán
kinh tế, kỹ thuật thi công. Vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Trung Hòa (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa
Kỳ, NXB Xây dựng, Hà Nội.
[2] Nguyễn Trung Hòa (2006), Tiêu chuẩn Châu Âu - Eurocode EN 1992-1-1,
Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội
[3] Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo
tiêu chuẩn ACI, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
[4] Phan Quang Minh, GS. TS. Ngô Thế Phong (2010), Kết cấu bê tông cốt
thép thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, NXB Xây dựng, Hà Nội.
[5] Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam (TCVN 5574 : 2012), Kết cấu bê tông và

bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội.
[6] Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737 – 1995), Tải trọng và tác động tiêu
chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội.
[7] Võ Bá Tầm (2006), Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản,
NXB Đại học Quốc Gia, Tp. Hồ Chí Minh.
Tiếng Anh
[8] American concrete institute, ACI 318-11 (2011), Building code
requirements for structure concrete.
[9] Australian standard, AS 3600-2009 (2009), Concrete structure.
[10] European standard, Eurocode 0 (2001), Basic of structural design.
[11] European standard, Eurocode 2 (2001), Design of concrete structures.
[12] European concrete platform (2007), How to design concrete structures
flat slabs.
[13] National University of Singapore, CE 5510-2004 (2004), Advanced
structural concrete design.