PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU LÕI THANG MÁY BÊ TÔNG CỐT THÉP
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU LÕI THANG MÁY BÊ TÔNG CỐT THÉP
Kinh nghiệm chia sẻ
1 - Tóm tắt:
Tính lõi thang máy bê tông cốt thép (BTCT) là vấn đề quan trọng và luôn được quan tâm đặc biệt đối với kỹ sư thiết kế kết cấu nhà cao tầng. Hầu như rất hiếm tài liệu bằng tiếng Việt viết và nghiên cứu về vấn đề này dẫn đến việc áp dụng Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam khi tính kết cấu lõi thang máy gặp nhiều khó khăn.
Dựa trên triết lý thiết kế kết cấu theo tiêu chuẩn của các nước tiên tiến, bài viết sau đây giới thiệu về hai mô hình tính kết cấu lõi thang máy BTCT (lõi cứng) đang được áp dụng rộng rãi trong tiêu chuẩn các nước cũng như trong các phần mềm tính kết cấu nổi tiếng trên thế giới.
2 - Mô hình lõi cứng trong phân tích hệ kết cấu công trình & nhà cao tầng:
Trong các phần mềm phân tích nội lực nhu SAP, Etab… tấm vách được mô hình hóa bằng các phần tử phẳng chịu uốn, nén, cắt đồng thời (thường là membrane) khi phân tích nội lực tác dụng. Tùy theo hệ kết cấu được phân tích đàn hồi hay tương tự đàn hồi, các hệ số sẽ được kể đến.
Để tính kết cấu lõi cứng, các phần mềm yêu cầu người dùng phải định nghĩa các phần tử trong mô hình lõi thang máy thành các phần tử kết cấu chịu nén uốn, cắt (phần tử Pier trong Etab)
Tùy theo quan niệm tính toán và yêu cầu của kỹ sư thiết kế, lõi thang máy bê tông cốt thép có thể được định nghĩa thành phần tử chịu nén uốn và cắt (pier) theo 2 cách:
- Rời rạc hóa các phần tử vách thang máy bằng các phần tử tấm cứng phẳng (shear wall) độc lập. Khi đó các phần tử vách cứng có tiết diện ngang chữ nhật
- Tổng hợp các phần tử vách thang máy thành 1 phần tử (pier) duy nhất chịu uốn nén đồng thời và chịu cắt.
Khi đó tiết diện ngang của lõi cứng phải được mô hình tương tự như mô hình trong kết cấu khi phân tích nội lực. Trong trường hợp đơn giản, lõi cứng có thể có tiết diện hình hộp hở như hình vẽ bên dưới
MẶT CẮT LÕI CỨNG TIẾT DIỆN HỞ
3 - Mô hình lõi cứng khi tính toán kết cấu bê tông cốt thép
Việc định nghĩa mô hình kết cấu cần phải được thực hiện trên các phần mềm như đã nêu trên. Khi rời rạc hóa các phần tử trong lõi cứng, người thiết kế thu nhận được các cấu kiện chịu nén uốn riêng biệt với các giá trị nội lực thiết kế tương ứng trên phần tử được mô hình. Điều này khác biệt với khi tổng hợp các phần tử thành 1 cấu kiện duy nhất.
3.1 - Mô hình lõi cứng thành cấu kiện duy nhất (mô hình tổng hợp)
Điều này giúp giãm thiểu khối lượng tính toán do chỉ 1 cấu kiện duy nhất. Tuy nhiên, với các trường hợp có tiết diện phức tạp như lõi cứng không có dạng chữ nhật; lõi cứng có nhiều vách dọc, vách ngang; lõi cứng có nhiều ô trống… việc tính toán đôi khi dẫn đến việc bố trí cốt thép không hợp lý hay lãng phí.
3.2 - Mô hình lõi cứng thành nhiều cấu kiện chịu nén uốn riêng biệt (mô hình rời rạc)
Điều này là cho phép vì phù hợp với sơ sở lý thuyết cũng như theo tiêu chuẩn các nước. Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng việc rời rạc hóa chỉ có thể áp dụng trên đúng phần mềm đã sử dụng khi phân tích mô hình.
Việc phân chia lõi thang máy bằng nhiều cấu kiện riêng biệt tuy làm tăng lên khối lượng tính toán nhưng giúp cho kỹ sư thiết kế tính toán bố trí cốt thép và tiết diện hợp lý hơn.
Ví dụ hình vẽ rời rạc hóa các phần tử lõi cứng thành các phần tử vách cứng từ mô hình lõi cứng có tiết diện hở
MÔ HÌNH RỜI RẠC CÁC PHẦN TỬ LÕI CỨNG
4 - Cơ sở lý thuyết cho việc tính kết cấu lõi cứng BTCT
Lõi cứng bê tông cốt thép được thiết kế dựa trên quan niệm:
- Lõi cứng làm việc như cấu kiện chịu nén uốn đồng thời. Điều này cho phép áp dụng hệ phương trình cân bằng của lực nén (N) và momen (M) tương tự như khi tính cột
- Lõi cứng làm việc như cấu kiện chịu cắt
5 - Kinh nghiệm chia sẽ về sự khác biệt về kết quả tính giữa mô hình tính kết cấu:
Cả hai phương pháp tính khi mô hình kết cấu đều nhằm mục tiêu xác định, bố trí cốt thép và kiểm tra khả năng chịu lực của lõi cứng. Mỗi cách tính đều có ưu nhược điểm riêng
|
Stt |
Các điều kiện đánh giá |
Mô hình tổng hợp |
Mô hình rời rạc |
|
1 |
Khối lượng tính toán |
Chỉ tính 1 tiết diện duy nhất |
Tính nhiều tiết diện khác nhau với các tổ hợp nội lực tương ứng khác nhau. |
|
2 |
Tiết diện lõi cứng trên mặt bằng |
Chỉ nên áp dụng cho các tiết diện có trục đối xứng |
Có thể áp dụng cho các tiết diện bất kỳ |
|
3 |
Bố trí cốt thép trong tiết diện |
Thường bố trí cùng loại thép, cùng khoảng cách thép trong các tấm tường khác nhau. Điều này thuận lợi cho công tác thi công và giám sát |
Có thể bố trí cốt thép và khoảng cách thép khác nhau tùy theo yêu cầu chịu lực của từng bộ phần riêng rẽ. Điều này không thuận lợi cho thi công |
|
4 |
Xem xét vị trí chịu lực bất lợi |
Khó đánh giá được vị trí chịu lực bất lợi, vị trí cần tăng cường cốt thép hạn chế các ứng suất tập trung |
Xem xét đánh giá được các cấu kiện làm việc bất lợi của lõi cứng, dễ dàng bố trí thêm cốt thép tại các vị trí có tập trung ứng suất (như cạnh cửa…) |
|
5 |
Tối ưu hóa kết cấu và tối ưu hóa bố trí cốt thép |
Có thể tối ưu hóa khả năng chịu lực của kết cấu nhưng khó đánh giá khả năng bố trí cốt thép tối ưu |
Dễ dàng tối ưu hóa từng cấu kiện riêng lẻ cả về cách bố trí cốt thép và khả năng chịu lực |
6- Kết luận:
Việc tùy chọn mô hình và tính kết cấu cho lõi thang máy BTCT trong nhà cao tầng ngày càng thuận tiện và dễ dàng do có nhiều phần mềm tiện ích hỗ trợ cho công tác thiết kế. Để dễ dàng vận dụng tiêu chuẩn Việt Nam trong công tác thiết kế kết cấu vách cứng & lõi cứng, CdfDesign đã xây dựng các chương trình tính kết cấu phù hợp với TCVN 5574:2012 như VN041-RecShearWall.xlsm & VN043-CoreWallDesign.xlsm nhằm giúp các kỹ sư thuận tiện trong thiết kế và nâng cao năng suất làm việc.
Tài liệu tham khảo:
Xin trân trọng các ý kiến đóng góp.
TP HCM, ngày 01/03/2016
Th.s Ks. Lê Hoan Cường
Phần mềm liên quan: Lõi cứng BTCT, Vách cứng BTCT
Bài viết liên quan: Tính lõi cứng BTCT, Tính vách cứng BTCT
Trở về- XEM XÉT CÁC QUI TRÌNH TÍNH CỐT THÉP CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP
- SAI LẦM TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT. P.2
- VỀ LIÊN KẾT CHÂN CỘT THÉP
- SAI LẦM TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT. P.3
- KINH NGHIỆM THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN
- MÓNG CỌC & ĐÀI CỨNG ? ĐÀI MỀM ?
- DÀNH CHO NGƯỜI BẮT ĐẦU NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN
- THIẾT KẾ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP & BÊ TÔNG CỐT THÉP
- KHE PHÂN CÁCH TRONG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
- NHỮNG SAI LẦM CẦN TRÁNH TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
