Tính độ võng sàn BTCT bằng phần mềm SAFE – Trường hợp tải trọng tác dụng theo giai đoạn

0
67

Trong thiết kế, chúng ta luôn phải đảm bảo các cấu kiện đạt yêu cầu về độ bền ( TTGH thứ nhất) và biến dạng (TTGH thứ 2). Kết cấu sàn BTCT cũng không ngoại lệ, việc tính toán kiểm tra độ võng sàn là yêu cầu cần thiết để đảm bảo tính an toàn, kinh tế và thẫm mĩ cho công trình. Việc tính toán độ võng cho sàn cần lưu ý các yêu cầu sau:

  • Tính toán theo TTGH thứ 2, tải trọng tiêu chuẩn không có hệ số vượt tải.
  • Dưới tác dụng của tải trọng, xuất hiện vết nứt trong bê tông, làm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng.
  • Để xét tới sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT, cần xét tới các yếu tố từ biến và co ngót cũng như tác dụng dài hạn của các loại tải trọng. Theo TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được tính như sau:
f = f1 – f2 + f3

Trong đó:

  • f1 – độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
  • f2 – độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
  • f3 – độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn

Bài viết này sử dụng tính năng phân tích tính độ võng của sàn theo trường hợp tải trọng tác dụng theo giai đoạn (ví dụ như giai đoạn thi công đến khi đưa vào sử dụng). Có thể hiểu như cho phép phân tích trường hợp tải hiện tại với các thông số bắt đầu từ một trường hợp tải trọng khác tác dụng trước. Lúc này ta bổ sung các Load Cases như dưới đây, kí hiệu (Sh: với tải trọng ngắn hạn; Lt: với tải trọng dài hạn):

  • Sh1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Cracked) – Zero Initial Condition)
  • Sh2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh1
  • Sh3-1: Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
  • Sh3-2: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
  • Lt1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Longterm Cracked) – Zero Initial Condition)
  • Lt2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt1
  • Lt3: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt2

Ghi chú: Hệ số 0.3 xem giải thích ở mục 5. Lúc này ta có:

  • f1 = Sh3-1
  • f2 = Sh3-2
  • f3 = Lt3

Sau đây là chi tiết các bước:

  1. Xây dựng mô hình

Các bạn có thể dựng mô hình trực tiếp trong phần mềm SAFE hoặc xuất mô hình (dưới dạng file .f2k) từ ETABS qua. Cần tính toán kiểm tra sàn tầng nào thì xuất tầng đó. Với các phiên bản ETABS mới thì mình thường sử dụng ETABS để tính luôn. Cách xuất mô hình từ ETABS sang SAFE mình đã thể hiện rất rõ trong bài viết Tính thép sàn BTCT bằng SAFE V12

Các loại tải trọng dùng để tính toán cũng giống như khi tính thép sàn nhé. Bao gồm các loại tải trọng tác dụng thẳng đứng:

  • Tải trọng bản thân (Dead)
  • Tải trọng hoàn thiện (SDL)
  • Tải trọng tường xây, đất bồn hoa,…. (WALL, SOIL,…)
  • Hoạt tải sử dụng (LIVE1, LIVE2)

2. Lựa chọn tiêu chuẩn tính toán

Ở đây mình sẽ tính toán với tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004. Các bạn nhấn Design => Design Preferences

Nhấn OK để kết thúc.

3. Khai báo đặc trưng vật liệu

Nhấn Define => Materials

Chọn MAT1 => Modify / Show Material…Ở đây MAT1 chính là tên đã được thay đổi của vật liệu bê tông bên ETABS. Các bạn so sánh với bên ETABS để thấy rõ hơn nhé.

Vật liệu bê tông B25 – ETABS
Vật liệu bê tông B25 (đổi thành MAT1) – SAFE

Các thông số chính các bạn giữ nguyên không thay đổi gì cả. Chỉ khai báo bổ sung thêm Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông ở tuổi 28 ngày – fctm

Ở phần Modulus of Rupture for Cracked Deflections, các bạn chọn phần nào cũng được:

Program Default (Based on Concrete Slab Desigh Code): để phần mềm tự tính toán theo tiêu chuẩn vừa rồi mình đã khai báo ở phần trên.

User Specified: người dùng khai báo, mình hay chọn cái này

Với bê tông cấp độ bền B25, ta có fctm = 2.2 N/mm2

Với các loại bê tông cấp độ bền khác các bạn tham khảo bảng Thông số Fctm nhé.

4. Khai báo tác dụng của vết nứt, ảnh hưởng của cốt thép

Nhấn Run => Cracking Analysis Options => Quick Tension Rebar Specification

Các bạn dự đoán theo kinh nghiệm cốt thép sẽ sử dụng trong sàn hoặc có thể tính toán cốt thép sàn trước để khai báo vào mục này nhé. Ở đây mình đang thép sàn có đường kính d12.

Top Reinforcing: Thép lớp trên. Độ võng lớn nhất là khu vực giữa sàn, nên không kể đến lớp thép gia cường

Bottom Reinforcing: Thép lớp dưới. Kể đến khoảng cách thép nhỏ nhất ở khu vực giữa sàn

Phần Minimum Reinforcing Ratios Used for Cracking Analysis: hàm lượng cốt thép tối thiểu để tính toán

μ = As / b.h

Trong đó:

  • μ: hàm lượng cốt thép, tính với khối lượng thép mình vừa khai báo ở trên
  • As: diện tích cốt thép bố trí trong dải sàn có bề rộng 1m
  • b: tính cho dải sàn có bề rộng 1m
  • h: chiều dày tiết diện sàn, ở đây mình tính với chiều dày sàn là 18 cm

Ta có: μ = 0.003

Mình lập sẵn công thức tính hàm lượng bằng excel, các bạn tham khảo tại đây nhé.

5. Khai báo tổ hợp tải trọng

Nhấn Define => Load Cases… => Add New Case…

Sh1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Cracked) – Zero Initial Condition)

Sh2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh1

Sh3-1: Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2

Sh3-2: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2

Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải có 2 thành phần: toàn phần và dài hạn. Phần dài hạn thường chiếm 20%-30%

giá trị phần toàn phần. Để thuận tiện, trong bài viết của mình xin dùng hệ số là 0.3

Nếu bạn nào muốn chính xác hơn, xem phần tải trọng tác dụng ở phần đầu TCVN 2737-1995, lấy phần dài hạn chia cho phần toàn phần là ra hệ số nhé.

Lt1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Longterm Cracked) – Zero Initial Condition)

Tổ hợp này kể đến tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn, dùng 2 đặc trưng Creep Coefficient (CR) cho từ biến và Shrinkage (SH) cho co ngót của bê tông. Với bê tông cấp độ bền B25, sàn dày 180mm, bề rộng dải tính b = 1000mm: Có CR = 1.074, SH = 0.00002445

Các bạn xem thêm bài viết “Từ biến và biến dạng co ngót – Creep and Shrinkage strain” để biết cách xác định 2 thành phần này nhé!!!

Lt2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt1

Lt3: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt2

Tổ hợp tải trọng tính toán độ võng

Nhấn Define => Load Combinations… => Add New Combo…

6. Phân tích mô hình

Nhấn Run => Run Analysis & Design và chờ đợi mô hình phân tích xong

Nhấn Display => Show Deformed Shape… để xem biểu đồ biến dạng của kết cấu sàn

Chọn tổ hợp tải trọng tính võng, các bạn xem trực tiếp giá trị võng ngay tại đây. Vùng tối màu nhất thể hiện độ võng lớn nhất. Hoặc xem giá trị bằng số ở góc màn hình.

a. Phân tích độ võng

Như vậy độ võng lớn nhất của mình là Δ = -26.883mm

+ Theo phương LX:

Gọi X1X2 là độ võng tại 2 điểm X1, X2 (điểm tại 2 biên sàn – các bạn di chuột đến các điểm này sẽ được giá trị độ võng, lấy tương đối là được).

Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LX là: X = ∆ – 0,5.(∆X1 + ∆X2)

+ Theo phương LY:

Gọi Y1Y2 là độ võng tại 2 điểm Y1, Y2 (điểm tại 2 biên sàn – các bạn di chuột đến các điểm này sẽ được giá trị độ võng, lấy tương đối là được).

Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LY là: Y = ∆ – 0,5.(∆Y1 + ∆Y2)

+ Theo phương chéo LXY:

Gọi XY1XY2 là độ võng tại 2 điểm XY1, XY2 (điểm tại 2 đầu nút sàn. Thường thì 2 đầu này là điểm cột, vách. Và có chuyển vị bằng XY1 = 0XY2 = 0).

Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LY là: XY = ∆ – 0,5.(∆XY1 + ∆XY2)

b. Kiểm tra độ võng

Độ võng giới hạn của các cấu kiện thông dụng các bạn xem Bảng 4, TCVN 5574-2012.

Kết cấu sàn thỏa mãn điều kiện độ võng khi Δ < [Δ]

Chú ý: Vùng có độ võng Δ = -40.1599mm là phần conson được được đỡ bởi tường gạch, nên mô hình không được trực quan lắm. Các bạn bỏ qua phần này nhé.

Gửi các bạn mô hình SAFE dùng cho ví dụ này: SAFE TÍNH VÕNG SÀN – PHẦN 2

Mình đã giới thiệu xong phương pháp tính toán độ võng sàn BTCT sử dụng phần mềm SAFE – Trường hợp tải trọng tác dụng theo giai đoạn theo tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004. Các bạn có ý kiến gì, để lại comment giúp mình nhé.

 

BÌNH LUẬN

Please enter your comment!
Please enter your name here