(Luận văn thạc sĩ) xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung vách bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ NGỌC VĂN CHÍ

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ THIẾT KẾ
KẾT CẤU KHUNG-VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ NGỌC VĂN CHÍ

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ THIẾT KẾ
KẾT CẤU KHUNG-VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP

Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD & CN
Mã ngành: 85.80.201

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN ANH THIỆN

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Hồ Ngọc Văn Chí


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình nghiên cứu và học tập của bản thân, cùng với sự giúp đỡ tận tình
của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, luận văn thạc sĩ ứng dụng
“Xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép” đã được học viên
hồn thành.
Để có được kết quả này, học viên xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo TS. Trần
Anh Thiện đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn
này. Đồng thời xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo của khoa Xây dựng dân dụng
và công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, gia đình, bạn bè đã động viên để
học viên hoàn thành xong luận văn này.
Dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn nhưng do hạn chế về thời gian,
kiến thức khoa học và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân còn hạn hẹp nên luận văn
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Học viên mong nhận được ý kiến đóng góp và trao
đổi chân thành để học viên hoàn thiện hơn đề tài này
Xin trân trọng cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày

tháng 9 năm 2019

Học viên thực hiện
Hồ Ngọc Văn Chí


XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ THIẾT KẾ KẾT CẤU
KHUNG-VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP
Học viên: Hồ Ngọc Văn Chí, Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 85.80.201

Khóa: 35.

Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN

Tóm tắt- Kết cấu khung vách đang được sử dụng rất phổ biến trong các nhà cao tầng
ở Việt Nam. Hiện nay, việc thiết kế kết cấu khung vách đa phần đang dùng các phần
mềm thương mại (Etabs, Sap2000…) để phân tích, tính tốn mơ hình, xác định nội
lực, chuyển vị của kết cấu; còn việc lọc, xử lý số liệu xuất ra từ các phần mềm để phục
vụ cho việc tính tốn thiết kế kết cấu khung- vách đang được làm thủ công thủ công dễ
gây nhầm lần, sai xót, và mất khá nhiều thời gian cho quá trình thử sai trong thiết kế.
Chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung-vách bê tông cốt thép được phát triển trên
nền tảng ngơn ngữ lập trình VBA để tạo ra các module tính tốn giúp cơng tác xử lý
dữ liệu nhanh chóng hơn. Chương trình kết nối dữ liệu xuất ra từ các phần mềm
thương mại để thực tiện tính tốn thiết kế các cấu kiện dầm, cột và vách, sau đó kiểm
tra khả năng chịu lực trên tiết diện bằng cách xây dựng biểu đồ tương tác mô men-lực
dọc theo các tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 và ACI 318-14.
Từ khóa: bê tơng cốt thép, kết cấu khung-vách, nhà cao tầng
DEVELOPMENT OF A COMPUTER PROGRAM TO SUPPORT THE
DESIGNOF REINFORCED CONCRETE WALL-FRAME STRUCTURES
Abstract- Wall-frame structure is very commonly used in high-rise buildings in
Vietnam. At present, commercial structural softwares (Etabs, Sap2000 ...) are used to

develop structural models and determine internal forces and displacements of the
structures; while the filtering and processing of data exported from the software in
order to design the structures are manually done, which cause confusion, mistakes, and
take a lot of time for trial and error process in design. A computer program based on
VBA programing language was developed in order to create modules to support data
processing. The program uses data exported from commercial softwares to design
beams, columns and shear walls, and then check the strength capacity of these
structural elements according to TCVN 5574-2012 and ACI 318-14.
Key word: reinforced concrete, wall-frame structure, high-rise building


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 1
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2
5. Kết quả dự kiến............................................................................................................ 2
6. Bố cục đề tài ................................................................................................................ 2
CHƯƠNG 1 3TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG VÁCH ................... 3
1.1. Tổng quan về cấu tạo khung-vách ............................................................................ 3
1.1.1. Kết cấu vách ......................................................................................................... 3
1.1.2. Kết cấu khung ........................................................................................................ 5
1.1.3. Kết cấu khung - vách ............................................................................................ 5
1.2. Tổng quan về các chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung–vách........................ 7
1.2.1. Quy trình thiết kế kết cấu khung - vách ................................................................ 7
1.2.1. Chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung - vách ................................................ 7
CHƯƠNG 2. 9XÂY DỰNG CÁC MODULE THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG-VÁCH9
2.1. Module thiết kế kết cấu dầm .................................................................................... 9
2.1.1. Lý thuyết tính tốn................................................................................................. 9

2.1.2. Xây dựng module tính tốn dầm ......................................................................... 10
2.2. Module thiết kế kết cấu cột .................................................................................... 15
2.2.1. Lý thuyết tính tốn cốt thép dọc .......................................................................... 15
2.2.2. Xây dựng module tính tốn ................................................................................. 18
2.3. Module thiết kế kết cấu vách .................................................................................. 25
2.3.1. Lý thuyết tính tốn cốt thép dọc .......................................................................... 25
2.3.2. Xây dựng module tính tốn vách......................................................................... 30
2.4. Ví dụ tính tốn kết cấu khung vách ........................................................................ 35
2.4.1. Thiết kế dầm của cơng trình ................................................................................ 36
2.4.2. Thiết kế cột của cơng trình .................................................................................. 38
2.4.3. Thiết kế vách của cơng trình ............................................................................... 46
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 49
CHƯƠNG 3. 50XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC CỘT, VÁCH ....................... 50
3.1. Xây dựng biểu đồ tương tác cột lệch tâm phẳng theo tiêu chuẩn việt nam ........... 50
3.1.1. Lý thuyết tính tốn............................................................................................... 50
3.1.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột theo tiêu chuẩn Việt Nam .............. 50


3.2. Xây dựng biểu đồ tương tác cột lệch tâm xiên theo phương pháp gần đúng theo
tiêu chuẩn việt nam 5574-2012, kết hợp với kiểm tra bằng phương pháp nghịch đảo tải
trọng ............................................................................................................................... 51
3.2.1. Lý thuyết tính tốn............................................................................................... 51
3.2.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột......................................................... 55
3.3. Module xây dựng biểu đồ tương tác P-M của cột theo tiêu chuẩn ACI ................. 56
3.3.1. Lý thuyết tính tốn............................................................................................... 56
3.3.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác cột......................................................... 61
3.4. Xây dựng biểu đồ tương tác vách theo tiêu chuẩn ACI ......................................... 62
3.4.1. Lý thuyết tính tốn............................................................................................... 62
3.4.2. Xây dựng module vẽ biểu đồ tương tác vách ...................................................... 67
3.5. Ví dụ kiểm tra biểu đồ tương tác cột, vách ............................................................ 70

3.5.1. Xây dựng biểu đồ tương tác cột .......................................................................... 70
3.5.2. Xây dựng biểu đồ tương tác vách ........................................................................ 71
3.6. Đóng gói, hồn chỉnh chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép.. 73
3.7. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 75
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 75


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VBA
TCVN

Visual Basic Application
Tiêu chuẩn Việt Nam

f'c

Cường độ chịu nén của bêtông

fy

Giới hạn chảy của cốt thép

Ec

Môđun đàn hồi của bêtông

Es

Môđun đàn hồi của cốt thép

Bw

Chiều rộng của vách

Lw

Chiều dài của vách


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hiệu
bảng

Tên bảng biểu

Trang

biểu
2.1

Bảng xét uốn dọc theo 2 phương

17

2.2

Bảng hàm lượng cốt thép nhỏ nhất ứng với độ mảnh của cột

19

2.3

Bảng hỗ trợ lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối
của cột

23

2.4

Bảng hỗ trợ lấy nội lực nguy hiểm ở tiết diện - đầu cuối của vách

34

2.5

Kết quả thiết kế cột trục 2-B của cơng trình

41

2.6

Kết quả thép của vách trục 3A (vách V4STORY1) của cơng trình

45


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

1.1

Vách cứng bê tông cốt thép

3

1.2

Vách cứng phẳng

4

1.3

Lõi cứng

4

1.4

Kết cấu khung - vách

6

1.5

Sự làm việc kết cấu khung - vách

7

2.1

Chọn nội lực dầm xuất ra từ phần mềm Etabs

12

2.2

Nội lực các dầm xuất ra từ Etabs

13

2.3

Một phần đoạn Code VBA áp dụng xây dựng bảng tính dầm

13

2.4

Lọc lấy các tổ hợp nội lực ở tiết diện 2 gối và giữa nhịp dầm

14

2.5

Giao diện lựa chọn tiết diện thiết kế của dầm

14

2.6

Giao diện thiết kế cốt thép dầm

15

2.7

Một phần đoạn Code VBA áp dụng xây dựng bảng tính cột

16

2.8

Cột chịu lực theo 2 phương [3]

16

2.9

Cửa sổ xuất nội lực cột từ Etabs

21

2.1

Đoạn code VBA hỗ trợ tự dộng nhập nội lực cột vào bảng tính

21

2.11

Lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối của cột

22

2.12

Code VBA hỗ trợ lọc các tổ hợp nội lực ở tiết diện đầu- cuối của cột

24

2.13

Giao diện bảng tính thiết kế cột

25

2.14

Một phần Code VBA hỗ trợ thiết kế cốt thép cột

25

2.15

Các thành phần nội lực vách

26

2.16

Các thành phần nội lực vách

27

2.17

Xuất thành phần nội lực vách

32

2.18

Code VBA hỗ trợ tự động nhập dữ liệu vách

33

2.19

Các tổ hợp nội lực ở tiết diện đầu –cuối của vách

33

2.20

Giao diện thiết kế vách

35

2.21

Mặt bằng điển hình của cơng trình

36

2.22

Mơ hình khơng gian của cơng trình

36


Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

2. 23

Khung trục B của cơng trình

37

2. 24

Xuất nội lực dầm từ phần mềm Etabs

37

2. 25

Dữ liệu nội lực dầm được nhập vào bảng tính dầm

38

2. 26

Kết quả thép dầm được thiết kế từ bảng tính dầm [10]

39

2. 27

Xuất nội lực cột từ phần mềm Etabs

40

2. 28

Dữ liệu nội lực cột được nhập vào bảng tính cột

40

2. 29

Bố trí thép trong cột trục 2-B ở tầng một của cơng trình

43

2. 30

Xuất nội lực vách từ phần mềm Etabs

44

2. 31

Dữ liệu nội lực vách được nhập vào bảng tính vách

44

2. 32

Bố trí thép của vách được lựa chọn thiết kế

45

3. 1

Biểu đồ tương tác lệch tâm phẳng của cột theo tiêu chuẩn 5574-2012

47

3. 2

Sơ đồ tính tốn cốt thép lệch tâm phẳng đặt theo chu vi [11]

48

3. 3

Tiết diện có 12 thanh thép dọc đặt theo chu vi [11]

49

3. 4

Họ biểu đồ tương tác khi a/h=0.1 [3]

52

3. 5

Họ biểu đồ tương tác khi a/h=0.06 [3]

52

3. 6

Sơ đồ xác định điểm cân bằng của tiết diện

53

3. 7

Sơ đồ dầm chịu uốn thuần túy

54

3. 8

Sơ đồ quy đổi tiết diện cốt thép chịu lực sang tiết diện bê tông tương

55

đương
3. 9

Sơ đồ tính biến dạng của mỗi lớp thép cột

56

3. 10

Giao diện module kiểm tra biểu đồ tương tác

57

3. 11

Đoạn code VBA hỗ trợ module vẽ biểu đồ tương tác

58

3. 12

Sơ đồ tính biến dạng của mỗi lớp thép trong vách

59

3. 13

Biểu đồ ứng suất biến dạng của bê tông confined và unconfined [17]

63

3. 14

Giao diện thiết kế biểu đồ tương tác vách

64

3. 15

Biểu đồ tương tác không xét bê tông confined

64

3. 16

Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông confined và unconfined

65

3. 17

So sánh biểu đồ tương tác bê tông unconfined và confined (SBD)

65

3. 18

Biểu đồ tương tác xét bê tông confined (DBD)

66


Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

3. 19

Kết quả biểu đồ tương tác của một cột

67

3. 20

Biểu đồ tương tác của một vách không xét bê tông confined

68

3. 21

Biểu đồ tương tác vách khi chưa xét đến confined của bê tông

69

3. 22

Kết quả so sánh biểu đồ tương tác không xét confined và xét

69

confined
3. 23

Giao diện chương trình hỗ trợ thiết kế khung-vách bê tông cốt thép

70


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, dân số ở các thành phố lớn tăng rất nhanh, nhu cầu chiếm lĩnh không
gian sống rất cần thiết hiện nay, tuy nhiên quỹ đất có giới hạn. Do đó để giải quyết nhu
cầu về không gian sống, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, cộng với sự phát triển về khoa
học cơng nghệ trong lĩnh vực xây dựng thì việc số lượng các tòa nhà cao tầng tăng
nhanh là một xu thế tất yếu. Có rất nhiều sơ đồ kết cấu nhà cao tầng, nhưng kết cấu
khung- vách cứng (hoặc khung-lõi) là sơ đồ được lựa chọn nhiều để thiết kế kết cấu
của các nhà cao tầng hiện nay.
Thực tế, sinh viên và người thiết kế sử dụng các phần mềm thương mại (chẳng
hạn như ETABS, SAP2000…) để tính tốn nội lực và chuyển vị của kết cấu, sau đó
mất khá nhiều thời gian xử lý số liệu xuất ra từ các phần mềm để phục vụ cho việc tính
tốn thiết kế kết cấu khung- vách. Việc xử lý số liệu thủ cơng dễ gây nhầm lần, sai sót,
và mất khá nhiều thời gian cho quá trình thử sai trong thiết kế. Đồng thời, việc thiết kế
kiểm tra trên mỗi tiết diện của cấu kiện (biểu đồ tương tác, các đặc trưng hình học của
tiết diện…) cũng được xây dựng các module để việc tính tốn trên từng tiết diện nhanh
chóng hơn.
Do đó, một chương trình thiết kế khung- vách tự động lọc xử lý nội lực xuất ra từ kết
cấu khung – vách nhằm tăng hiệu quả công việc thiết kế là rất cần thiết. Chương trình
lấy số liệu từ các phần mềm, sau đó tự động lọc số liệu để tính tốn, thiết kế kết cấu
khung vách. Vì vậy, học viên đã chọn đề tài “Xây dựng chương trình hỗ trợ thiết kế
kết cấu khung – vách bê tông cốt thép”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết thiết kế kết cấu khung-vách; xây dựng các module thiết kế
được hỗ trợ bằng ngôn ngữ VBA; kết nối các module để tạo ra một chương trình tính
tốn hồn chỉnh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Kết cấu khung-vách bê tông cốt thép.

3.2. Phạm vi nghiên cứu


2
Thiết kế kết cấu khung vách theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 và
Hoa kỳ ACI 318-14.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính tốn kết cấu khung vách kết hợp việc xây dựng các
module tính tốn được hỗ trợ bằng ngôn ngữ VBA.
5. Kết quả dự kiến
- Xây dựng các module thiết kế kết cấu cột, dầm, vách cứng trong nhà cao tầng.
- Xây dựng các module kiểm tra tiết diện cột-vách bằng biểu đồ tương tác P-M.
6. Bố cục đề tài
Mở đầu:
1. Lý do chọn đề tài.
2. Mục tiêu đề tài.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Chương 1: Tổng quan về tình hình thiết kế kết cấu khung vách
Chương 2: Xây dựng các module thiết kế kết cấu khung-vách
Chương 3: Xây dựng biểu đồ tương tác cột, vách
Kết luận và kiến nghị


3
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG VÁCH
1.1. Tổng quan về kết cấu khung-vách
1.1.1. Kết cấu vách
a. Định nghĩa vách

Vách cứng BTCT là một cấu kiện thẳng đứng chịu lực chính trong cơng trình.
Cấu kiện vách cứng có chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với chiều cao và chiều rộng của
vách. Vách có độ cứng và khả năng chịu lực lớn trong mặt phẳng nên vách cứng
BTCT thường được sử dụng trong kết cấu nhà cao tầng, khi mà tải trọng ngang là yếu
tố quyết định đến nội lực, độ ổn định cũng như biến dạng của cơng trình. Hệ vách
cứng làm việc như tấm cơng xơn được ngàm vào móng và được bố trí liên tục suốt
chiều cao nhà.

Hình 1. 1.Vách cứng bê tơng cốt thép


4
Nếu hệ vách cứng chỉ là một tấm tường BTCT, tiết diện ngang hình chữ nhật
được gọi là vách cứng phẳng.

Hình 1. 2. Vách cứng phẳng
Nếu tiết diện ngang của vách cứng có dạng chữ T, L, U, E… và vách khơng
khép kín thì gọi là hệ vách cứng hở.
Nếu tiết diện ngang của vách cứng có dạng đa giác khép kín, được gọi là lõi
cứng.

Hình 1. 3. Lõi cứng


5
Ngoài ra vách cứng cũng thường được phân loại theo kích thước hình học như
sau:
- Vách cao (Slender Walls): có tỷ số Hw / Lw > 2,5 biến dạng chủ yếu là biến
dạng do uốn.
- Vách trung bình (Moderate Aspect Ratio Walls): có tỷ số 1,5 ≤ Hw / Lw ≤

2,5 biến dạng cả do uốn và do cắt.
- Vách ngắn (Squat Walls): có Hw / Lw < 1,5, biến dạng chủ yếu là biến dạng
do cắt.
b. Sự làm việc của vách cứng BTCT chịu tải trọng ngang
Tùy thuộc vào tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng, vách cứng có thể ứng xử như
một vách cao (slender walls), hay như một vách ngắn (squat walls) hoặc có thể là sự
kết hợp của cả 2 loại.
Vách cao thường có tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng lớn hơn 2,5. Sự làm việc
của vách giống như một dầm công xôn dài thẳng đứng, biến dạng chủ yếu của vách
khi chịu uốn, biến dạng cắt của vách nhỏ và có thể bỏ qua. Cường độ chịu uốn của
vách là yếu tố quyết định cho việc thiết kế dạng vách này.
Vách ngắn thường có tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng nhỏ hơn 1,5. Biến
dạng do cắt ảnh hưởng lớn hơn nhiều so với biến dạng do uốn. Cường độ chống cắt là
yếu tố quyết định cho việc thiết kế dạng vách này.
1.1.2. Kết cấu khung
Hệ kết cấu khung được tạo thành từ các cấu kiện đơn như cột, dầm liên kết
cứng tại các nút tạo thành các hệ khung phẳng hoặc khung không gian theo các nút cột
trên mặt bằng cơng trình [5].
Hệ khung chịu lực thuần túy có độ cứng theo phương ngang nhỏ hơn nhiều lần
độ cứng của khung theo phương thẳng đứng, do đó kết cấu khung chịu tải trọng thẳng
đứng rất tốt nhưng có chuyển vị lớn khi chịu tác dụng của tải ngang nên kết cấu khung
chỉ thích hợp với các cơng trình có chiều cao nhỏ hơn 40 mét.
1.1.3. Kết cấu khung - vách
Các hệ kết cấu Bê tơng cốt thép tồn khối được sử dụng phổ biến trong các nhà
cao tầng bao gồm: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, hệ khung vách hỗn


6
hợp, hệ kết cấu hình ống và hệ kết cấu hình hộp. Việc lựa chọn hệ kết cấu dạng này
hay dạng khác phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của cơng trình, cơng năng sử dụng,

chiều cao của ngơi nhà và độ lớn của tải trọng ngang (động đất, gió).

Hình 1. 4. Kết cấu khung - vách
Kết cấu khung vách được sử dụng khá phổ biến trong kết cấu các nhà cao tầng
hiện nay. Kết cấu khung vách bao gồm các dạng:


7
a. Hệ kết cấu khung - vách cứng
Hệ kết cấu khung vách được sử dụng phổ biến hiện nay, bởi vì hệ kết cấu này
phù hợp với hầu hết các giải pháp kiến trúc của nhà cao tầng, giúp ứng dụng linh hoạt
các công nghệ xây dựng khác nhau như vừa có thể lắp ghép vừa đổ tại chỗ các kết cấu
bê tơng cốt thép, có thể đổ tại chỗ các vách cứng bằng công nghệ ván khuôn trượt.
b. Hệ kết cấu khung - lõi
Lõi cơng trình được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương hoặc có
thể liên kết lại thành các hệ không gian gọi là lõi cứng. Đặc điểm quan trọng của loại
kết cấu này là khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các cơng
trình có chiều cao trên 20 tầng.
Kết cấu khung (cột- dầm) thường chịu tải trọng thẳng đứng của cơng trình rất
tốt, khi chịu tải trọng ngang thì kết cấu khung thường có sự chuyển vị lớn. Trong q
trình làm việc các nút khung thường có biến dạng cắt gây nguy hiểm cho nút khung.
Để khắc phục nhược điểm của kết cấu khung, ta tiến hành sử dụng kết hợp sự làm việc
chung của khung – vách. Kết cấu vách chịu tải trọng ngang tốt, hạn chế chuyển vị ở
các tầng của cơng trình, kết cấu vách thường được bố trí ở biên các cơng trình hoặc ở
khung vực bố trí thang máy (lõi cứng). Do đó, sự kết hợp kết cấu khung – vách giúp
cho kết cấu cơng trình làm việc hài hịa và khả năng chịu lực tốt hơn

Hình 1. 5. Sự làm việc kết cấu khung - vách
1.2. Tổng quan về các chương trình hỗ trợ thiết kế kết cấu khung–vách
Hiện nay, việc hỗ trợ thiết kế kết cấu khung vách cũng có một số chương trình

hỗ trợ, một số chương trình được viết với hình thức thương mại như: chương trình
RCC 2018 –Phần mềm tính tốn diện tích cốt thép cột, chương trình này là từng


8
module đơn lẻ, yêu cầu người thiết kế phải nhập các tổ hợp nội lực thủ cơng, chương
trình chỉ có tính năng kiểm tra, mất khá nhiều thời gian để hồn thành việc kiểm tra
tiết diện cột. Chương trình KCS KTV – Phần mềm kiểm tra khả năng chịu lực của
vách được viết trên nền tảng Visual basic autocad, Autolisp cad, zw cad của tác giả Hồ
Việt Hùng giúp người thiết kế xây dựng tiết diện vách có bố trí cốt thép vách, lựa chọn
vật liệu, nhập nội lực vách. Học viên nhận thấy, chương trình KCS KTV cũng chỉ hỗ
trợ việc kiểm tra tiết diện vách, chưa hỗ trợ thiết kế vách, việc nhập nội lực cũng được
tổ hợp thủ công trước khi nhập vào phần mềm. Công việc lọc nội lực mất nhiều thời
gian, dễ sai sót.
Đối với các bạn sinh viên đang học ngành xây dựng, việc lọc nội lực ở từng tiết
diện của từng cấu kiện trong tồn bộ kết cấu khung vách của cơng trình bằng thủ cơng
thì khối lượng cơng việc rất lớn, mất khá nhiều thời gian. Khi lọc nội lực xong, tiến
hành tổ hợp nội lực thủ cơng dễ sai sót vì xử lý rất nhiều nội lực của nhiều cấu kiện
trong cơng trình. Đồng thời, việc các tổ hợp nội lực sẽ được nhập thủ cơng vào bảng
tính được tạo theo các tiêu chuẩn tính tốn để tiến hành q trình thử sai trong thiết kế
là mất nhiều thời gian và dễ nhầm lẫn. Các bạn sinh viên và các tân kĩ sư mới bắt đầu
làm công việc thiết kế cần có một chương trình để hỗ trợ việc lọc, xử lý nội lực nhanh
chóng hơn so với việc làm thủ cơng để người dùng có thể hiểu quy trình thiết kế và áp
dụng hiệu quả vào công việc học tập và làm việc. Vì vậy, học viên đã thực hiện xây
dựng một chương trình tự động lọc nội lực, tổ hợp nội lực, tính tốn, thiết kế, kiểm tra
kết cấu khung- vách; đồng thời xây dựng module kiểm tra kết cấu cột- vách bằng biểu
đồ tương tác (P-M Diagram).


9

CHƯƠNG 2.
XÂY DỰNG CÁC MODULE THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG-VÁCH
2.1. Module thiết kế kết cấu dầm
Các trường hợp tải trọng được xét đến trong q trình tính tốn nội lực của phần
mềm Etabs là: Tĩnh tải (TT); Hoạt tải (HT); Gió tĩnh và động theo phương X (GX);
Gió tĩnh và động ngược phương X (GXX), gió tĩnh và động ngược phương Y (GYY);
động đất theo phương X (QX); động đất ngược phương X (QXX); động đất theo
phương Y (QY); động đất ngược phương Y (QYY).
2.1.1. Lý thuyết tính tốn
a. Tiết diện chịu mômen âm [10]
Cánh nằm trong vùng chịu kéo nên ta tính tốn với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn.
- Giả thiết trước khoảng cách trọng tâm cốt thép đến mép dầm tương ứng là a =
50 mm.
- Tính  m 

M
Rb .b.h02

(2.1)



+ Nếu  m   R : thì tính   0,5. 1  1  2. m



Diện tích cốt thép yêu cầu:
ASTT 

M

(cm 2 )
RS . .h0

(2.2)

+ Nếu  m   R : thì tăng kích thước tiết diện hoặc tăng cấp độ bền nén của
bêtông hoặc đặt cốt kép.
b. Với tiết diện chịu mômen dương [10]
Cánh nằm trong vùng chịu nén nên ta tính tốn với tiết diện chữ T.
Bề rộng cánh b 'f dùng để tính tốn lấy từ điều kiện: bề rộng mỗi bên cánh, tính từ
mép bụng dầm khơng được lớn hơn 1/6 nhịp cấu kiện, không lớn hơn 1/2 khoảng cách
thông thuỷ của các sườn dọc và 6hf.
Xác định vị trí trục trung hồ:
Mf = Rb. b 'f . h 'f .(h0 – 0,5. h 'f )
Trong đó:

(2.3)


10
b 'f : bề rộng cánh chữ T.
h 'f : chiều cao cánh.
ho : chiều cao làm việc của dầm.

Mf: giá trị mơmen ứng với trường hợp trục trung hồ đi qua mép dưới của
cánh.
* Nếu M  Mf thì trục trung hồ qua cánh, việc tính tốn như đối với tiết diện chữ
nhật b 'f xh = 2.5x0.4 m2.
* Nếu M > Mf thì trục trung hồ qua sườn.
Tính

m 

M  Rb .(b 'f  b).h 'f .(h0  0,5.h 'f )
Rb .b.h02

(2.4)

+ Nếu  m   R : thì từ  m tra phụ lục ta được 
Diện tích cốt thép yêu cầu:
ASTT 





Rb
 .b.h0  (b 'f  b).h 'f (cm 2 )
RS

(2.5)

+ Nếu  m   R : thì ta tính với trường hợp tiết diện chữ T đặt cốt kép.
* Kiểm tra hàm lượng cốt thép.
 min   t 

AS
  max .
bho

Hợp lí: 0,8%   t  1,5%.Thơng thường với dầm lấy  min =0,15%.
Đối với nhà cao tầng  max = 5%.
2.1.2. Xây dựng module tính tốn dầm
a. Các nút cơng cụ tính tốn dầm
Xây dựng các nút cơng cụ được lập trình bằng VBA nhằm thực hiện quá trình nhập
dữ liệu, lọc và xử lý số liệu nội lực, thiết kế cốt thép.
Mỗi phần tử dầm được tính toán với nội lực M max , M min ở 3 tiết diện (gối trái, gối
phải, vùng giữa).
Module được thiết kế với các nút công cụ hỗ trợ tự động quy trình lọc, xử lý số liệu
nội lực, thiết kế cốt thép dầm theo quy trình các bước (tương ứng với các nút công cụ
sau):


11
Bước 1: Nút công cụ “Beam Forces”
Được viết bằng ngôn ngữ VBA để lấy dữ liệu nội lực cột từ phần mềm Etabs bằng
nút công cụ “beam Forces” hoặc copy dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Etabs.
Bước 2: Nút công cụ “Assign section”
- Nút công cụ giúp người dùng thiết kế tiết diện cho các phần tử dầm
- Lọc và lựa chọn các nội lực nguy hiểm cho tiết diện dầm
Bước 3: Nút công cụ “Design beam”
- Tự động nhập các tổ hợp nội lực vào bảng tính dầm
- Tự động gắn các tiết diện ở bước 2 cho các phần tử dầm
- Tiến hành lựa chọn tiết diện và tính tốn cốt thép cho dầm
Bước 4: Redesign (thiết kế lại)
- Cập nhật lại tiết diện và tiết hành thiết kế lại theo bước 2, bước 3
Bước 5: Delete Data (xóa tồn bộ dữ liệu)
Tự động xóa tồn bộ dữ liệu đã nhập từ Etasbs và các kết quả đã tính.
b. Nhập tự động dữ liệu từ Etabs
Lấy nội lực beam Forces từ phần mềm Etabs theo trình tự :

Display -> Show table -> Frame Output -> Frame Forces -> beam Forces
-> xuất hiện cửa sổ “choose Tables for Display”

Hình 2. 1 Chọn nội lực dầm xuất ra từ phần mềm Etabs


12
Lựa chọn các tổ hợp nội lực trong Etabs, sẽ xuất được nội lực dầm như sau:

Hình 2. 2 Nội lực các dầm xuất ra từ Etabs
Lưu dữ liệu nội lực cột dưới dạng một file Excel có tên “Data_beam.xls” . Sau đó
sử dụng nút cơng cụ “beam Forces” để truy xuất và tự động lấy dữ liệu từ file
“Data_beam.xls” nhập vào bảng tính. Code VBA được viết để hỗ trợ việc truy xuất
đến đường link lưu file dữ liệu và nhập dữ liệu:

Hình 2. 3. Một phần đoạn Code VBA áp dụng xây dựng bảng tính dầm
c. Lọc các tổ hợp nội lực nguy hiểm
Mơ hình hồn chỉnh được hỗ trợ phân tích, tính tốn nội lực bằng phần mềm
thương mại Etabs, tuy nhiên phần mềm chương hỗ trợ thiết kế kết cấu thép dầm theo


13
TCVN 5574-2012. Do đó cần phải có cách lọc lấy nội lực nguy hiểm cho kết cấu từ
các số liệu nội lực lấy ra từ phần mềm.
Nội lực của nhiều phần tử dầm (D1, D2, D3…) ở nhiều tầng (Story1, Story2,
Story3, Story4…) tại nhiều tiết diện và nhiều tổ hợp tải trọng. Do đó cần xây dựng nút
cơng cụ “Assign section” phải có chức năng thiết kế tiết diện dầm và lấy nội lực nguy
hiểm nhất của các tổ hợp nguy hiểm ở 3 tiết diện đầu- vùng giữa- cuối của dầm:

Hình 2. 4. Lọc lấy các tổ hợp nội lực ở tiết diện 2 gối và giữa nhịp dầm

Chọn tiết diện dầm:

Hình 2. 5. Giao diện lựa chọn tiết diện thiết kế của dầm