Nghiên cứu sự làm việc của dầm sàn toàn khối khi chuyển một phần cốt thép dầm vào trong sàn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------------------

ĐỖ ĐẠI THẮNG

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA
DẦM SÀN TOÀN KHỐI
KHI CHUYỂN MỘT PHẦN CỐT THÉP
DẦM VÀO TRONG SÀN
THUYẾT MINH
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
MÃ SỐ NGÀNH: 230410

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2003


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN VĂN HIỆP
Phó Giám đốc Sở Xây dựng Tp.HCM

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày
tháng
năm 2003


Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--o0o--

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
--o0o--

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : ĐỖ ĐẠI THẮNG

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 23-10-1975

Nơi sinh: Hà Bắc

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Mã số:230410
I.

Tên đề tài: Nghiên cứu sự làm việc của dầm sàn toàn khối khi chuyển một
phần cốt thép dầm vào trong sàn

II.

Nhiệm vụ và nội dung :

III. Ngày giao nhiệm vụ: 7/1/2003
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 7/6/2003
V.

Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hiệp

VI. Họ và tên cán bộ chấm nhận xét 1:
VII. Họ và tên cán bộ chấm nhận xét 2:
Cán bộ hướng dẫn

Cán bộ nhận xét 1

Cán bộ nhận xét 2

TS. Nguyễn Văn Hiệp
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày 7 tháng 6 năm 2003
PHÒNG QLKH-SĐH

CHỦ NHIỆM NGÀNH


Tp.HCM, ngày 5 tháng 6 năm 2003

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Văn Hiệïp, người thầy đã

hướng dẫn hết sức tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Với tất cả lòng chân thành của mình, em xin cám ơn Ban giám hiệu trường Đại
học Bách khoa, phòng QLKH – Sau đại học, các Thầy Cô đã hướng dẫn giúp đỡ tận
tình, truyền đạt cho em có được những kiến thức, kinh nghiệm để em có thể tiếp thu và
học hỏi phương pháp nghiên cứu mới.

Xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến các bậc đàn anh, bạn bè, đồng nghiệp và
những người thân đã nhiệt tình góp ý, giúp đỡ, tạo những điều kiện tốt nhất cho việc
nghiên cứu luận văn này.

Xin chân thành cám ơn.


MỤC LỤC
Trang bìa
Lời cám ơn
Mục lục
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 3
3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 4

CHƯƠNG 1 -

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T

1.1 Phân tích trạng thái chịu lực của phần cánh dầm tiết diện chữ T .................. 6
1.1.1. Cánh dầm T chịu nén ................................................................................ 7
1.1.2. Cánh dầm T chịu kéo .............................................................................. 11

1.2 Một số thí nghiệm phân bố cốt thép dầm vào sàn ở nước ngoài .................... 15
1.2.1 Xác định bề rộng cánh b’C làm việc hiệu quả trong dầm T ................... 15
1.2.2 Sàn panen hộp có sườn............................................................................ 16
1.2.3 Sàn-dầm cầu kiểu toàn khối lắp ghép .................................................... 17
1.3 Kết luận ............................................................................................................... 18

CHƯƠNG 2-

QUY ĐỊNH BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.1 Một số quy định của TCVN5574-1991 về bố trí cốt thép trong dầm
bêtông cốt thép .................................................................................................. 19
2.1.1 Lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép chịu lực ............................................... 19
2.1.2 Khoảng cách giữa các cốt thép................................................................ 20
2.1.3 Bề rộng cánh chịu nén b’C ....................................................................... 20
2.1.4 Bề rộng cánh chịu kéo bC và bC1 ............................................................. 21
2.1.5 Tính toán và bố trí cốt thép .................................................................... 22
2.1.6 Hàm lượng cốt thép tối thiểu  m in ........................................................... 23
2.1.7 Hàm lượng cốt thép tối đa  m ax ............................................................... 24


2.2 Qui định bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu uốn ở một số nước .................... 24
2.3 Sàn nấm .............................................................................................................. 25
2.3.1 Cấu tạo..................................................................................................... 25
2.3.2 Xác định diện truyền tải sàn nấm ........................................................... 26
2.3.3 Xác định nội lực ....................................................................................... 27
2.3.4 Nhận xét .................................................................................................. 31
2.4 Kết luận .............................................................................................................. 32

CHƯƠNG 3 - TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT Ở PHẦN BIÊN DẦM - SÀN TOÀN KHỐI

3.1 Trạng thái ứng suất ở biên sàn – dầm .............................................................. 33
3.2 Khảo sát trạng thái ứng suất bằng mô hình số ................................................ 36
3.2.1 Các bài toán ............................................................................................. 37
3.2.2 Phần tử SOLID trong Sap 2000 ............................................................... 38
3.2.3 Các bước thực hiện khi khảo sát bằng Sap2000 ..................................... 40
3.2.4 Kết quả và nhận xét ................................................................................ 45
3.3 Kết luận ............................................................................................................... 53

CHƯƠNG 4 -

KHẢO SÁT MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

4.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 55
4.2 Chọn sơ đồ thực nghiệm .................................................................................... 56
4.3 Chọn thiết bị thí nghiệm .................................................................................... 57
4.4 Chọn kích thước, số lượng mẫu thí nghiệm ..................................................... 59
4.5 Quá trình tạo mẫu thí nghiệm và lắp đặt vào vị trí gia tải ............................. 61
4.6 Nhật ký thí nghiệm ............................................................................................. 63
4.7 Kết quả lý thuyết ................................................................................................ 67
4.8 Kết quả theo phương pháp số ............................................................................ 68
4.9 Kết quả thực nghiệm .......................................................................................... 69
4.10 Nhận xét và kết luận .......................................................................................... 70


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 5 -

5.1 Kết quả ............................................................................................................... 71
5.2

Kiến nghị ............................................................................................................ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI
318-2002.
Phụ lục 2: Chương trình sinh lưới tự động phần tử SOLID
-

Chương trình sinh lưới tự động dầm chữ T độc lập

-

Chương trình sinh lưới tự động hệ dầm sàn toàn khối

Phụ lục 3: Kết quả Sap 2002


Phần mở đầu

PHẦN MỞ ĐẦU
1.
1.1.

Đặt vấn đề
Khi bố trí cốt thép vào dầm tại nút giao giữa cột - dầm, đối với những dầm vượt
nhịp lớn hoặc chịu tải trọng lớn, trong thực tế thì phải khống chế kích thước tiết
diện (nhất là chiều cao) dầm; do vậy số lượng cốt thép tại gối chịu moment âm

(M<0) trong dầm là rất lớn. Từ đó, phải bố trí thành nhiều lớp cốt thép và dẫn
đến việc thi công (đặt cốt thép và đổ bê tông) trong dầm rất khó khăn, phức tạp
không đảm bảo chất lượng; nút khung không làm việc hoàn toàn cứng như giả
thiết ban đầu. Đó là chưa kể tại những nút giao còn rất nhiều lớp cốt thép trực
giao khác của bản thân cột ở hai tầng kề nhau, của hệ dầm thẳng góc.
Ở TCVN 5574-1991, khi dầm đổ toàn khối, dầm được xem có tiết diện chữ T,
do có xét đến phần bản sàn cùng tham gia làm việc chung với dầm khi chịu lực,
nhưng tiêu chuẩn lại không đề cập đến sự phân bố một phần cốt thép chịu lực
của dầm vào trong sàn. Ngoài ra, do bê tông chịu kéo không tham gia chịu lực
việc tính toán dầm chữ U, I hoặc các loại dầm khác đều được quy đổi về dầm
chữ T (kết cấu bê tông cốt thép), và việc bố trí cốt thép ở dầm chữ U là không
khác so với dầm chữ T.
Nếu được phép đặt 1 phần cốt thép vào 2 đôi cánh của dầm (ở phần sàn cùng
làm việc) và đưa ra 1 lý thuyết tính toán cụ thể thì việc phân bố cốt thép dầm
vào sàn sẽ làm tăng chiều cao có ích của tiết diện dẫn đến việc thi công bố trí
cốt thép được dễ dàng. Vấn đề lượng phần trăm (%) phân bố cốt thép dầm vào
sàn và những quy định cụ thể khác sẽ được xét.
Đề tài: “Nghiên cứu sự làm việc của dầm sàn tòan khối khi chuyển 1 phần
cốt thép dầm vào trong sàn” nhằm xem xét lại việc tính toán cho dầm chữ
nhật, chữ T, chữ U,.. trong đó ,việc phân bố cốt thép sẽ hợp lý hơn, dễ thi công
1


Phần mở đầu

hơn, đảm bảo được chất lượng nút khung hơn và đặc biệt là vẫn thỏa mãn yêu
cầu về khả năng chịu lực của công trình.
1.2.

Trong nhà cao tầng, để đảm bảo điểu kiện sử dụng thường khẩu độ cột lớn dẫn

đến nội lực trong dầm lớn. Nhà càng cao ảnh hưởng nội lực do gió càng lớn nên
phải khống chế chiều cao nhà nhưng phải đảm bảo yêu cầu chiều cao kiến trúc
thông thoáng. Để giảm chiều cao nhà giải pháp chủ yếu chủ yếu là giảm chiều
cao dầm hoặc bề rộng dầm tăng (dầm “mập”), dẫn đến nhiều trường hợp bề
rộng dầm lớn hơn bề rộng cột, lúc này một số cốt thép sẽ bố trí lấn ra ngòai
phạm vi cột để neo vào dầm cứng trực giao mà không neo vào cột!

1.3.

Đối với sàn nấm: xét các dải trên cột tại vị trí có moment dương (tại gối), lúc
này dải trên cột làm việc giống như dầm chịu uốn mà gối tựa là các cột chịu
lực. Việc bố trí cốt thép phân bố ở dải trên cột cũng tương tự như việc phân bố
cốt thép của dầm (chịu M  0 theo trục). Sàn không dầm quy định rõ ràng là
cho phép đặt cốt thép phân bố trong phạm vi toàn chiều rộng dãy với cả 100%
diện tích cốt thép Fa được phép đặt trong chiều rộng này.
Như vậy, thực chất có thể hiểu rằng vẫn cho phép đặt cốt thép dầm vào sàn
(trong sàn nấm) nhưng các tiêu chuẩn tính toán không đề cập đến điều này
trong phần sàn dầm toàn khối.

1.4.

Khi tính nội lực của dầm sàn toàn khối, dầm lúc chịu kéo ở thớ trên (tại gối
tựa), lúc chịu kéo ở thớ dưới (giữa nhịp), các tiết diện tham gia chịu lực theo
chiều dài dầm khác nhau (chữ nhật lớn, chữ nhật nhỏ, chữ T,...) nhưng khi nhập
kích thước tiết diện để tính nội lực theo cơ học kế t cấu các tiết diện đều có
chung độ cứng EJ (mặc dù tiết diện dầm là không đổi theo nhịp!). Như vậy có
sự khác nhau giữa việc tính toán nội lực (theo cơ học kết cấu) và tính toán cốt
thép chịu uốn trong dầm (theo kết cấu bê tông cốt thép), ảnh hưởng đến trạng
thái làm việc thực của kết cấu.
2

Phần mở đầu

1.5.

Hơn nữa, trong sàn toàn khối, khi tính toán dầm chịu uốn tiết diện chữ T. Có xét
phần cánh tham gia chịu lực (chịu nén) nhưng tại sao lại không thể cho phép
một phần cốt thép dầm phân bố vào cánh khi chịu lực (chịu kéo) nghóa là không
xét đến phần cánh cùng tham gia chịu lực là không hợp lý.

1.6.

Do đó, nếu nghiên cứu trạng thái ứng suất trong sàn và dầm đổ toàn khối khi
chịu lực, nghiên cứu kỹ hơn cách bố trí cốt thép trong một số loại sàn, ta có thể
rút ra những kết luận: có nên đặt cốt thép dầm vào sàn hay không, cách đặt như
thế nào, tỷ lệ diện tích cốt thép đặt, bề rộng cánh dầm được đặt,… đây cũng sẽ
là phần nội dung chính của luận văn.

2.

Phương pháp nghiên cứu

-

Sử dụng lý thuyết đàn hồi nghiên cứu: sự làm việc của trạng thái ứng suất ở
vùng biên dầm sàn, sự phân bố ứng suất ở bản cánh và đặc biệt là phần tiết giáp
giữa bản cánh với sườn của dầm T khi chịu lực,…

-

Nghiên cứu sự làm việc của sàn nấm, sàn dầm đổ toàn khối và lắp ghép. Từ đó
có cái nhìn tổng quát về sự làm việc chung giữa sàn và dầm để đưa ra nhận xét
cho hệ sàn-dầm đổ toàn khối, dầm chịu uốn

-

Nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế nước ngoài như ACI318.2002, BS8110.1997
về lý thuyết tính toán, quy định về bố trí cốt thép trong dầm chịu uốn và so sánh
với tiêu chuẩn TCVN5574.1991

-

Xây dựng mô hình thí nghiệm trên dầm chịu uốn nhịp đơn giản tiết diện chữ T
cánh chịu kéo để nghiên cứu về sự phát triển trạng thái ứng suất biến dạng trong
quá trình chịu tải trọng để rút ra nhận xét và so sánh kết quả với lý thuyết.

-

Rút ra những kết luận quan trọng bước đầu cho đề tài là:


Khuyến cáo phần trăm (%) cốt thép dầm chuyển vào sàn tại gối.



Nguyên lý bố trí cốt thép khi chuyển
3

Phần mở đầu

3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Trong phạm vi nghiên cứu đề tài sẽ đề cập chủ yếu sự làm việc của dầm sàn toàn
khối và lắp ghép khi chuyển 1 phần cốt thép của dầm vào trong sàn; nghiên cứu quy
phạm một số nước trong việc bố trí cốt thép sàn và dầm; nghiên cứu mô hình số trạng
thái ứng suất dầm sàn qua phần mềm SAP2000, từ đó rút ra những kết luận và kiểm
chứng bằng thí nghiệm.

4


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỮ T
Tên gọi và ký hiệu kích thước dầm trong các quy phạm có sai khác. Hình H1.1 và hình
H1.2 thống nhất trong việc ký hiệu như sau:
Dầm T (đối xứng)

hC

Dầm L

h

lnhịp

B0
C

C

C

b
b'

C

C

C

b)

b
b'

C

C

Dầm T (đối xứng)

hC

b'

h

b

B0

C

b
b'

C

C

Hình H1.1: Ký hiệu kích thước dầm
a) Hệ dầm sàn toàn khối
b) Dầm T lắp ghép
C1

b'C
C1
C
b
Hình H1.2: Ký hiệu phần cánh dầm tham gia chịu lực

5


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

Với h: chiều cao dầm
b: bề rộng dầm
hC: chiều cao bản sàn
C: đoạn vươn cánh dầm
C1: đoạn vươn cánh cho phép bố trí
cốt thép dầm

bC: bề rộng cánh thực tế
bC1: bề rộng cánh bố trí cốt thép dầm
chịu kéo bC1 = b + 2C1
B0: khoảng cách giữa 2 mép trong của
sườn dọc
lnhịp: chiều dài nhịp dầm

b’C: bề rộng cánh tham gia chịu nén
1.1 Phân tích trạng thái chịu lực của phần cánh dầm tiết diện chữ T
Trong hệ dầm sàn toàn khối hoặc dầm liên tục, dưới tác dung của tải trọ ng làm xuất
hiện những khu vực chịu moment dương (tại nhịp) và moment âm (tại gối). Tuy có
kích thước tiết diện giống nhau nhưng trạng thái chịu lực của hai tiết diện tại gối và tại
nhịp có trạng thái chịu lực khác nhau dẫn đến việc tính toán cũng khác nhau.

Hình H1.3: Các trường hợp thiết kế cốt thép dầm tiết diện chữ T
Hình H1.3 Các trường hợp thiết kế cốt thép dầm tiết diện chữ T

6


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

1.1.1 Cánh dầm T chịu nén

a)

Ở vùng chịu moment dương: phần

Vùng bê tông chịu nén

sàn và có thể một phần sườn nằm
trong vùng chịu nén (hình H1.4).

M+

Phần sàn hoạt động như cánh của

Vùng BT chịu kéo

dầm T, chống lại lực nén dọc, cân
bằng với lực kéo trong cốt thép của

Hình H1.4: Tiết diện chữ T chịu moment dương

dầm.


Độ cứng của dầm được bổ sung thêm do bản sàn cùng tham gia chịu lực.



Làm tăng diện tích phần bê tông chịu nén, do kể thêm phần cánh chịu nén
phần bê tông chịu nén của sườn giảm dẫn đến giảm chiều cao, kích thước
tiết diện => kết cấu nhỏ và nhẹ hơn, giảm trọng lượng bản thân



Làm tăng cánh tay đòn của vùng chịu nén đối với vùng chịu kéo [2] (hình
H1.5): do bề rộng cánh dầm chữ T lớn nên bề dày x của khối ứng suất chịu
nén nhỏ dẫn đến việc khi bị phá hoại vị trí trục trung hoà sẽ nằm gần mép
ngoài của cánh chịu nén => biến dạng cốt thép tại lúc phá hoại tăng nhiều
lần so với trường hợp tính toán như dầm chữ nhật do tăng cánh tay đòn.
hc
Trục
trung
hoà

x

Rn
Rnbx

x

Ra

RaFa

Hình H1.5: Sơ đồ ứng suất dầm chữ T chịu moment dương
a) mặt cắt ngang tiết diện
b) biến dạng

c) ứng suất
d) lực

7


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

b)

Giới hạn của cánh dầm tiết diện chữ T khi chịu lực:

Trong kết cấu bê tông cốt thép sàn – dầm toàn khối, sàn làm việc chung với dầm chịu
uốn. Xét sự phân bố ứng suất trên cánh dầm để xác định bề rộng cánh dầm làm việc
hiệu quả trong dầm T:


Đối với tiết diện hình chữ nhật, ứng suất
vùng chịu nén phân bố theo chiều rộng tiết
diện dầm là hằng số (hình H1.6).



Đối với dầm chữ T chịu moment dương có

Hình H1.6: Sơ đồ ứng suất trong
tiết diện chữ nhật

cánh (mỏng và dài) nằm trong vùng chịu
nén, ứng suất phân bố trên cánh thay đổi dọc theo bề rộng của cánh [3, tr
136] giảm dần từ trong sườn ra ngoài (điều này là do sự biến dạng cắt trong
cánh “shear-lag” làm giảm các giá trị ứng suất nén dọc theo phương

ngang).
ng suất quy đổi về
dạng chữ nhật

b)
ng suất phân bố
thực tế

b’C

Rn

a)
b'C

Rn
Hình H1.7: Biểu đồ ứng suất trên cánh dầm tiết diện chữ T
a)

Biểu đồ ứng suất thực tế

b) ng suất quy đổi về dạng phân bố đều



Ở vùng moment dương lớn nhất, giá trị ứng suất nén của sàn lớn nhất tại
sườn và khi ra giữa khoảng cách 2 sườn càng giảm dần. Sự phân phối ứng
suất nén được mô tả như hình H1.7a.
8

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T



Giá trị vùng ứng suất nén thay đổi nên khi tính diện tích vùng bê tông chịu
nén vào tham gia chịu lực sẽ gặp nhiều khó khăn. Để đơn giản trong thiết
kế dầm chữ T, ta qui đổi phân bố ứng suất thực tế trên bề rộng cánh về
dạng phân bố đều như hình H1.7b. Độ lớn của vùng ứng suất qui đổi bằng
độ lớn ứng suất lớn nhất của vùng nén theo chiều rộng cánh [4]. Chiều rộng
của vùng ứng suất phân bố đều b’C, chính là bề rộng cánh quy đổi làm việc
hiệu quả chung với sườn được tính toán sao cho diện tích vùng chịu nén quy
đổi trong phạm vi b’C bằng diện tích vùng nén thực tế (hình H1.7).



Việc xác định bề rộng cánh b’C chịu nén từ sự phân bố ứng suất nén thực tế
khi dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi được tính theo lý thuyết đàn hồi
(bỏ qua sự xuất thiện vết nứt trong cánh), chiều rộng bản cánh b’ C phụ
thuộc vào các yếu tố:



-

Loại tải trọng: tải trọng phân bố đều hay tải trọng tập trung

-

Các phản lực gối tựa

-

Khoảng cách giữa các dầm

-

Độ cứng tương đối của sàn & dầm (chiều cao sàn và tiết diện dầm)

-

Mối quan hệ giữa kích thước tiết diện dầm

Điều này thiết lập việc giới hạn bề rộng cánh dầm, sao cho cánh dầm làm
việc hiệu quả trong vùng bê tông chịu nén khi dầm sàn đổ toàn khối.

Bảng so sánh quy định bề rộng cánh dầm tham gia chịu nén trong một số quy phạm
b’c

TCVN 5574-1991

ACI318-2002

BS8110-1997

(Điều 3.4) [19]

(code 8.10) [6]

(code 3.4.1.5) [15]

Dầm T đối C  1 lnhịp
6
xứng
C  1 B0
2

b’c  ¼lnhịp

b'C < b + lz/5

C  8hc

C  ½ Bo

C  ½ Bo

9


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

Dầm chữ T C  1 lnhịp và một trong các hc  ½ b
6
độc lập
b’c  4 b
trường hợp sau:
 hc  0.1h : C  6hc
 0.05 h  hc  0.1h : C  3hc
 hc  0.05 h : C  0

Dầm
không
xứng

T
đối

C  1 lnhịp
12

Chưa có quy định

C  6hc

(dầm

C  ½ Bo

chữ L)



b'c < b + lz/10
C  ½ Bo
lz: k/c 2 điểm có M=0
(thường lz=0.7nhịp)

Các tiết diện khác tính quy đổi về tiết diện chữ T: ngoài tiết diện chữ I, L
được tính toán như tiết diện chữ T, các tiết diện khác như hình hộp, chữ U
cũng có thể đưa về tiết diện chữ T tương đương để tính toán. Nguyên tắc

quy đổi các tiết diện nói trên là dựa vào diện tích vùng bê tông chịu nén
của các tiết diện sẽ tương đương với tiết diện chữ T.
Dầm chữ T
độc lập
bc

bc
Dầm T đôi

Quy đổi
b1

b1+b2

Dầm hộp
b1

b1

Quy đổi

2b1

Hình H1.8: Các tiết diện khác quy đổi về dạng chữ T
10


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

1.1.2 Cánh dầm T chịu kéo

a)

Ở vùng chịu moment âm, phần cánh và một phần sườn nằm trong vùng chịu kéo
(hình H1.9):
Phần cánh và một phần sườn nằm trong
Vùng bê tông chịu kéo

vùng chịu kéo, diện tích bê tông các
phần này không kể vào khả năng chịu
lực. Lúc này cốt thép được đặt trong

Vùng BT chịu nén

M-

vùng sườn chịu kéo. Theo tiêu chuẩn
TCVN thì cốt thép chỉ được đặt trong

Hình H1.9: Tiết diện chữ T chịu moment âm

sườn [19], trong khi đó ACI [5] và BS
[15] cho phép đặt cốt thép chịu kéo vào cả cánh và sườn.
b)

Tiêu chuẩn ACI cho phép, tại tiết diện dầm chữ T chịu moment âm, một số cốt
thép chịu lực trong cánh (phân bố theo chiều dọc cánh) tham gia chịu kéo chung
với cốt thép chịu lực trong sườn. Lực kéo truyền qua cánh vào dầm thông qua lực
cắt trong cánh.
Tiêu chuẩn ACI318-1971 không quy định cụ thể chiều rộng phần cánh có đặt
cốt thép tham gia chịu lực kéo chung với cốt thép trong dầm (cốt thép trong sườn)

là bao nhiêu. Trong một số giáo trình nước ngoài [4, trang 100] thời điểm bấy giờ
có đề nghị: cốt thép của sàn trong phạm vi 4 lần bề dày sàn ở mỗi bên sườn sẽ
được xem là cốt thép chịu kéo của dầm. Các tiêu chuẩn sau này đã bổ sung thêm
nội dung này.
Tiêu chuẩn ACI318-1993 và ACI318-2002 [15] có quy định cụ thể bề rộng sàn
được phép phân bố cốt thép dầm. Điều ACI 10.6.6 (hình H1.2): Khi dầm chữ T
chịu kéo, phần cốt thép chịu lực của dầm được phép phân bố trên bề rộng cánh
với phạm vi chiều rộng cho phép bC1 chọn giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị sau:
11


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

-

Bằng hoặc nhỏ hơn bề rộng ảnh hưởng của cánh dầm b’C (bC 1< b’C)

-

Bằng 1/10 nhịp dầm, (bC 1 < 1/10ldầm)

Nếu bề rộng cánh tính toán b’C >1/10 nhịp, phải đặt một số cốt thép dọc nằm ở
ngoài phạm vị b’C.
Nghóa là khi bố trí cốt thép chịu moment âm cho phép bố trí chuyển 1 phần cốt
thép dầm vào sàn (ngoài phạm vi sườn) bằng 1/10 nhịp dầm, nếu trong phạm vi
này mà vẫn không đủ thì phải đặt 2 lớp.
Ngoài phạm vi 1/10 nhịp dầm nhưng vẫn trong phạm vi bề rộng cánh ảnh hưởng
b’C thì phải đặt cốt thép cấu tạo chịu co ngót và nhiệt độ (thông thường phần cốt
thép này cốt thép trong sàn đã thoả yêu cầu nên không cần bố trí thêm).


Giá trị bC1 cần được giới hạn nhằm hạn chế các vết nứt xuất hiện theo phương
vuông góc với nhịp dầm trên bề mặt sàn và chỉ cho phép xuất hiện các vết nứt
nhỏ. Cụ thể là khống chế 2 vấn đề vết nứt sau:
-

Trên bề rộng cánh tính toán b’C, giữa khoảng cách ngang các cốt thép có
thể hình thành một vài vết nứt rộng trong bản gần sườn.

-

Khoảng lân cận sườn nằm ngoài phạm vi của cánh không được bảo vệ. Giới
hạn 1/10 để đảm bảo tránh bố trí khoảng cách quá rộng với một số cốt thép
bổ sung để bảo vệ phần ngoài phạm vi cánh.



Ví dụ minh hoạ khi thiết kế chuyển 1 phần cốt thép sàn vào dầm hình H1.9 [2]:
Đoạn bC1 được xác định hạn: ln/10 = 32.4in  82cm, giới hạn bề rộng sàn cho
phép phân bố cốt thép từ dầm vào sàn. Tiết diện moment âm tại gối bố trí 6 cây
cốt thép (No.7) gồm 2 cây thép góc, 2 cây thép phía trong sườn và 2 cây thép đặt
ngoài sàn cách mép sườn 5in  12.7cm .

12


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

ln/10=82cm
127

c

127
c
a=23.1

Hình H1.10: Ví dụ mặt cắt tiết diện tại gối theo ACI,
chuyển 1 phần cốt thép dầm ra sàn



Một điều khác, khi chịu tải trọng mỗi cốt thép chịu lực phân bố trên cánh cũng
như các cốt thép trong sườn về nguyên tắc có những ứng suất tới hạn khác nhau,
nhưng khi tính toán, khả năng chịu lực của từng cốt thép trên cánh và dầm lại sử
dụng chung cùng 1 giá trị đó là cường độ chảy dẻo. Do vậy nhất thiết phải giới
hạn phạm vi cho phép chuyển cốt thép dầm ra sàn sao cho ứng suất trong các cốt
thép dọc này đều tận dụng hết khả năng chịu lực khi tiết diện làm việc ở trạng
thái giới hạn.



Cốt thép đặt ngoài phạm vi sườn:
-

Khoảng cách tùy ý sao cho nằm trong phạm vi ln/10.

-

Phải bố trí thêm cốt thép sàn theo phương ngang để giữ các cốt thép ngoài
phạm vi sườn này. Trong trường hợp này chính là cốt thép của sàn .

c)

Cốt thép sàn theo phương ngang

Theo ACI code 8.10.5 [15] quy định: Trong kết cấu sàn dầm, ngoài việc tính toán cốt
thép sàn chịu moment uốn theo phương dọc (cốt thép chịu lực) còn phải kiểm tra cốt
thép chịu moment uốn theo phương ngang.


Đối với sàn liên tục hay sàn có nhịp tính toán theo hướng vuông góc dầm thì cốt
thép sàn được tính toán để chịu moment uốn theo phương ngang naøy.

13


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T



Đối với sàn không liên tục (như dầm chữ T đơn lẻ) hay nhịp tính toán của sàn
theo phương song song với dầm, (hình H1.11), thì phải đặt thêm cốt thép ở phía
trên theo phương vuông góc với dầm.
Tải trọng tác dụng trực tiếp trên cánh dầm T sẽ làm cánh dầm cong (hình
H1.11a) => đặt thêm cốt thép theo phương ngang ở thớ chịu moment âm của
phần hẫng. Việc tính toán phần cốt thép theo phương ngang xem cánh như 1
console có phần sườn (hình H1.11b).
q

q

Q
M
a)

b)

Hình H1.11a,b: Cánh dầm chịu uốn theo phương ngang
a) Mặt cắt theo phương ngang
b) Nội lực của console cánh dầm

Tính nội lực: Theo ACI 8.10.5.2: cốt thép theo phương ngang sẽ được thiết kế để
chịu cả tónh tải và hoạt tải ở phần hẫng của sàn (xem cánh của dầm như 1
console chịu). Đối với dầm T đơn lẻ thì tính với toàn bộ cánh là console. Đối với
các loại dầm T khác thì bề rộng console bằng bề rộng ảnh hưởng của phần hẫng
dầm.
Quy định bố trí cốt thép ngang: khoảng cách giữa các cốt thép ngang này không
vượt quá 5 lần bề dày sàn hoặc 18in (457mm). Các cốt thép dọc (đặt dưới) và các
cốt thép ngang (đặt trên) sẽ được buộc với nhau ở nguyên vị trí khi đổ bê tông.
Trường hợp tổng quát diện tích cốt thép bố trí tại mỗi tiết diện dương hay âm
phải lấy lớn hơn ít nhất 1/3 giá trị theo tính toán.
14


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

Nhận xét: khi chuyển 1 phần cốt thép dầm vào cánh:


Giúp cho việc bố trí cốt thép dễ dàng hơn đảm bảo chất lượng khi thi công

cốt thép và đổ bê tông dầm.



Giảm diện tích cốt thép, cho phép dùng các cốt thép có đường kính bé.



Tăng cánh tay đòn giữa vùng bê tông chịu nén và cốt thép chịu kéo, nâng
cao hiệu quả làm việc, khả năng chịu lực



Giảm sự tập trung phân bố ứng suất trong vùng gần biên dầm -sàn => vết
nứt xuất hiện nhỏ. Tăng độ cứng bản sàn vùng biên dầm sàn

1.2 Một số nghiên cứu trong nước và ứng dụng thực tế về sự làm việc của dầm T
1.2.1 Xác định bề rộng cánh b’C làm việc hiệu quả trong dầm T
Trong nước cũng đã có một số nghiên cứu về sự làm việc của dầm T. Bài báo tại
Hội nghị khoa học trẻ Bách Khoa lần 3/2001 tác giả Lê Đình Quốc và TS. Đỗ
Kiến Quốc khoa KT Xây dựng trường Đại học Bách Khoa [20] “Tính toán bề
rộng cánh làm việc hiệu quả trong dầm tiết diện chữ T”
Vấn đề tiếp cận: trong dầm tiết diện chữ T độc lập hay trong sàn dầm toàn khối,
xét khi bản nằm trong vùng chịu nén (bê tông bản sàn xét kể vào khả năng chịu
lực), tiết diện tính toán của dầm là tiết diện chữ T với bề rộng cánh quy đổi b’C.
Bề rộng cánh quy đổi làm việc hiệu quả chung với sườn b’C phụ thuộc vào rất
nhiều các kích thước khác như chiều cao dầm, bề rộng dầm, bề dày cánh dầm
thực tế và số lượng dầm ngang. Bài báo dựa vào sự phân bố ứng suất theo bề
rộng cánh từ đó tính toán bề rộng cánh quy đổi làm việc hiệu quả chung với
dầm, đối chiếu với quy phạm và rút ra một số kết luận.

15


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

Cơ sở lý thuyết: xem ứng suất nén cực tại các điểm trong phạm vi b’C là một
hằng số và bằng với ứng suất nén lớn nhất trên sườn, diện tích phần biểu đồ ứng
suất này sẽ bằng với diện tích biểu đồ ứng suất nén thực tế.
Kết luận:


Bề rộng cánh quy đổi b’C làm việc hiệu quả chung với sườn sẽ tăng khi bề
dày cánh hc, bề rộng cánh dầm thực tế bcánh, số lượng sườn ngang và giảm
bề rộng dầm b, và tỷ số h/hc tăng. Sự thay đổi của b’C khi bề rộng dầm b
thay đổi là nhỏ có thể bỏ qua



Khi nhịp dầm lớn b’C ít thay đổi khi tỷ lệ h/hc thay đổi. Vì vậy trong trường
hơp này ta lấy bC theo tỷ lệ h/hc là chưa chính xác.



Sự thay đổi của b’C khi nhịp dầm thay đổi là rất lớn vì vậy khống chế b’C
theo nhịp dầm theo quy phạm là chưa tổng quát. một số trường hợp khi
nhịp dầm bé nếu lấy b’C như quy phạm là thiếu an toàn.

1.2.2 Sàn panen hộp có sườn [18]
Sàn panen là loại sàn lắp ghép. Có 2 loại panen là panen sườn và panen hộp (có lỗ),

cấu tạo là các tấm panen gác lên dầm hoặc tường.
-

Khi tính nội lực xem panen là dầm đơn giản kê lên hai gối tựa.

-

Khi tính toán cốt thép chịu lực, đưa về trường hợp tính tiết diện chữ T (với panen
sườn), chữ I (với panen hộp) tương đương. Bề rộng sườn chữ T, chữ I bằng tổng
bề rộng các sườn của panen,


Bề rộng cánh chịu nén b’c = bề rộng tiết diện panen.
Nếu chiều dày cánh h’c  0.1h thì bề rộng cánh b’c=12(n-1)h’c + b
Với n: số sườn trong tiết diện ngang của panen



Khi cánh nằm trong vùng kéo thì trong tính toán không kể đến.

16


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

-

Cốt thép chịu lực chủ yếu trong panen là cốt dọc phía dưới, đặt trong sườn, đối
với panen có lỗ , chúng được phân đều trong phạm vi cánh dưới!
Cốt thép đặt trong cánh phía trên dùng để chịu moment uốn cục bộ trong bản

Nhận xét: Cấu tạo panen bề rộng phần sườn nhỏ không đủ đặt cốt thép dọc chịu lực
của dầm, do đó cho phép chuyển cốt thép dầm phân bố vào trong bản.

a)

b)
b2

b1

Fa

b1

2b1 + b2

b

b

Fa

Hình H1.12: Sàn panen hộp
a) Sàn panen hộp

b) Tiết diện tính toán quy đổi

1.2.3 Sàn-dầm cầu kiểu toàn khối lắp ghép [18]
Đây là kết cấu thuộc loại nửa lắp ghép gồm các cấu kiện dầm lắp ghép và phần bê

tông đổ toàn khối. Dầm lắp ghép có thể chưa được làm hoàn chỉnh có chừa ra ngoài
phần cốt thép hoặc chừa những phần chống để liên kết với bê tông sàn, nên có thể
sàn làm việc chung với dầm. Khi tính toán, sàn không được kể vào khả năng chịu lực
của dầm ngay cả khi cánh chịu nén.
Sàn đổ toàn khối

Dầm I lắp ghép

Hình H1.13: Sàn nửa lắp ghép
17


Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về sự làm việc của dầm chữ T

1.3 Kết luận
Sự làm việc của dầm chữ T đã có nhiều nghiên cứu trong cũng như ngoài nước qua
các cấu kiện dầm sàn toàn khối hay lắp ghép. Một số vấn đề liên quan đến cánh dầm
T chịu kéo:


Theo ACI và BS: bê tông sàn không kể vào khả năng chịu lực nhưng cho phép
chuyển 1 phần cốt thép trong dầm ra sàn. Bề rộng bC1 được phép phân bố cốt
thép giới hạn bC1 < b’C và bC1 < lnhịp/10 và trong phạm vi bC1 cốt thép dọc có thể
đặt cách nhau tùy ý.



Theo TCVN:
Hiện nay quy phạm không quy định việc chuyển 1 phần cốt thép dầm vào trong
sàn. Nhưng thực ra vấn đề phân bố cốt thép dầm trong sàn không mới và trên

thực tế vẫn diễn ra khi tính toán và thiết kế thực tế ở những cấu kiện:
-

Sàn nấm: toàn bộ cốt thép tại gối phân bố vào dải trên cột, khi không có
dầm.

-

Panen sàn lắp ghép dạng hộp: cốt thép vẫn bố trí được trong cánh dầm, ở
ngoài phạm vi các sườn.

-

Dầm T cánh chịu kéo trong kết cấu vượt nhịp của rất nhiều cầu bê tông.

Do các tiêu chuẩn chưa quy định cụ thể nội dung “chuyển” bớt cốt thép nêu trên,
nên thực tế cốt thép gối dầm tiếp tục được dồn vào sườn của dầm dầu cánh trên
của dầm đang chịu kéo, gây trở ngại cho thi công, cho việc đảm bảo chất lượng
công trình.

18