Tweet
Tranh thủ lúc ngồi tàu đi công tác gõ tóm tắt một số lưu ý cơ bản về vấn đề tính toán và thiết kế kết cấu nhà (trong đó có một số vấn đề anh em đã viết mail riêng hỏi tôi)! Hi vọng anh em kết cấu thực hiện nhiệm vụ được tốt. Thực tế sản phẩm của anh em kết cấu tạo ra chủ yếu để phục vụ và đảm bảo tính mạng cho người khác, chứ ngay cả nhiều người làm về thiết kế kết cấu cũng không có điều kiện để tự thiết kế kết cấu cho chính nhà (chung cư) mình ở!
Một số lưu ý cơ bản về việc tính toán và thiết kế kết cấu nhà
1. Việc thiết kế kết cấu nhà được đơn giản hoá dựa trên kết quả phân tích của mô hình kết cấu đàn hồi tuyến tính. Điều này cũng được áp dụng trong giai đoạn thiết kế ban đầu ở những nước có động đất mạnh. Với việc giả thiết mô hình kết cấu đơn giản như vậy ta hoàn toàn có thể sử dụng nguyên lý cộng tác dụng trong quá trình phân tích nội lực kết cấu, tức là việc tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực đều không có gì khác biệt.
2. Nhiệm vụ của người thiết kế là phải tìm ra được những trường hợp bất lợi nhất cho từng vị trí mặt cắt của các cấu kiện kết cấu dưới tác dụng của các ngoại lực có thể xảy ra. Hay nói cách khác là phải xác định được yêu cấu lớn nhất có thể có về hàm lượng thép, bố trí thép, và tiết diện mặt cắt cho từng cấu kiện.
3. Tác dụng dụng của các tải trọng thiết kế như tĩnh tải, gió (gồm gió trái, phải, trước, và sau), và lực động đất tĩnh tương đương (theo phương từ trái, phải, trước, và sau) lên một công trình nào đó đều được quy định có sự phân bố không thay đổi. Do vậy ta có thể tìm ra được trường hợp bất lợi cho những loại tải trọng này bằng cách tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực.
4. Đối với hoạt tải thì việc tác dụng của nó có thể có rất nhiều trường hợp phân bố khác nhau, và thực tế ta khó có thể xét hết được tất cả các trường hợp có thể xảy ra. Quy định trong các tiêu chuẩn cũng chỉ là chung chung, còn cụ thể cho từng trường hợp thì anh em kết cấu phải tự chủ động xử lý cho hợp lý.
5. Độ lớn của hoạt tải, khẩu độ của nhịp kết cấu, và độ mạnh của lực động đất (theo phương ngang) là những yếu tố chính để xem xét đến việc cần thiết chất hoạt tải lệch nhịp và lêch tầng.
6. Ở Việt nam trong trường hợp khi công trình có giá trị hoạt tải là khá nhỏ so với tĩnh tải (kể cả trọng lượng tường xây ngăn,...), nhịp kết cấu không lớn lắm,... thì ta có thể chỉ đơn giản xét đến một một trường hợp hoạt tải tác dụng đều lên toàn bộ công trình và đồng thời sử dụng thêm những hệ số sửa đổi để tăng giảm nội lực trong các cấu kiện kết cấu.
7. Khi giá trị hoạt tải là khá lớn so với tĩnh tải, nhất là nhịp kết cấu và hoạt tải lại đồng thời lớn (chẳng hạn khu vực hội trường, sàn nhảy),... thì ta cần phải xét đến một số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng, có thể thêm cả chất cách tầng.
8. Đối với nhà BTCT có nhịp kết cấu khoảng 7-8 m thì đã là khá lớn rồi. Nếu nhịp kết cấu lên đến 9-10 m và lại là nhịp biên (thực tế đã có trong kết cấu nhà chung cư ở ta) thì cần phải xem xét và thiết kế thật cẩn thận!
10. Vì hệ kết cấu nhà thường được bố trí khá đối xứng và các cấu kiện ở các tầng lân cận thường được thiết kế có kích thước và bố trí thép giống nhau,... nên số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng cần xem xét sẽ giảm đi rất nhiều. Cái này liên quan đến khả năng phân tích kết cấu của mỗi người, và cả khả năng "bốc thuốc" trong thiết kế kết cấu!
11. Để tính đầm ta quan tâm đến giá trị nội lực lớn nhất Mmax và Qmax. Trong trường hợp dầm biên ta nên quan tâm đến cả giá trị Mxoắn. Thường giá trị Mmax ở gối đầm có được từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng đều lên toàn bộ công trình, và giá trị Mmax ở nhịp có được từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng cách nhịp và cách tầng.
12. Liên kết dầm cột thực tế có biến dạng ít hơn so với mô hình ta hay giả thiết trong tính toán (liên kết không kích thước). Một số chương trình phân tích kết cấu có giả thiết liên kết dầm cột là rất cứng bằng cách mô tả thêm những đoạng dầm và cột có độ cứng rất lớn ở xung quanh nút khung, và như vậy có thể nói mômen ở gối dầm có xu hướng tăng lên một chút còn mômen ở nhịp thì giảm đi một chút so với kết quả tính theo mô hình ta hay sử dụng.
13. Việc sử dụng giá trị nội lực ở mép dầm cột để (có thể lấy sâu vào trong một chút) để tính toán thép và kiểm tra tiết diện sẽ sát với thực tế hơn. Nhưng cũng trong thực tế để thuận tiện ta hay giả thiết liên kết dầm cột là không kích thước (có biến dạng lớn hơn so với thực tế) và đồng thời ta sử dụng giá trị nội lực ở tâm dầm cột (lớn hơn giá trị ở mép dầm cột) để tính toán, và như vậy ta có thể coi hai điều này dẫn đến bù trừ cho nhau!
14. Việc hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng (ngoài việc làm thay đổi nội lực trong dầm) còn làm thay đổi cả nội lực M (theo phương x và y) và N ở trong cột, hay cụ thể là làm thay đổi lượng thép yêu cầu trong cột.
15. Khi tính toán tiết diện, nhất là cho cấu kiện cột, thì nên tính thép cho tất cả các trường hợp tổ hợp theo nội lực hay theo tải trọng đã được xem xét và từ đó chọn ra lượng thép yêu cầu lớn nhất (là mục tiêu cuối cùng). Tức là không nên tính thép chỉ cho một trường hợp nào đó vì khó có thể đoán ngay được tổ hợp nào có nội lực M (theo phương x và y) và N sẽ cho hàm lượng thép yêu cầu là lớn nhất, nhất là khi khối lượng cấu kiện tính toán lớn sẽ mất rất nhiều thời gian cho việc lựa chọn.
16. Việc tính toán thép được thực hiện rất dễ dàng và nhanh chóng khi sử dụng các chương trình máy tính. Ngoài ra để giảm bớt khối lượng in ấn và thuận tiện cho việc kiểm tra, nên có những chương trình máy tính để lọc ra các trường hợp nội lực tương ứng với hàm lượng thép yêu cầu lớn nhất cho các cấu liện cột và dầm khung, và đồng thời nên chỉ rõ cả tên của loại tổ hợp tương ứng.
17. Nên thiết kế cho kết cấu cột theo xu hướng an toàn hơn (khoẻ hơn) so với kết cấu dầm, vì tránh hiện tượng cột bị biến dạng dẻo hay chảy dẻo khi chịu tác dụng của tải trọng động đất. Không nên (không được) áp dụng việc tăng giảm mômen (phân phối lại mômen) tính toán giữa hai đầu cột, chẳng hạn như không được tăng một chút mômen ở đỉnh cột và đồng thời giảm một chút mômen ở chân cột! Một số tiêu chuẩn kháng chấn quy định mômen của cột nên tăng thêm khoảng ít nhất là 20% (ACI), 30% (EC8), hay có thể lớn hơn nữa (NZS),...
18. Động đất ở Việt Nam không lớn lắm nên chỉ cần tăng mômen của cột, trừ chân cột tầng 1, khoảng 10-20% là có thể OK để đảm bảo chịu được lực động đất lớn nhất có thể xảy ra và đảm bảo yêu cầu về kinh tế. Thường liên kết tại chân cột tầng 1 được giả thiết là ngàm trong mô hình tính toán kết cấu nên giá trị mômen theo tính toán có xu hướng lớn hơn một chút so với thực tế. Dưới tác dụng của lực động đất, mômen ở chân cột tầng 1 cũng thường lớn hơn nhiều so với mômen ở đỉnh cột tầng 1 cho dù mômen ở đỉnh cột có tăng thêm 20 hay 30%.
19. Lực cắt để tính toán thép đai của cột cũng phải được tăng lên tương ứng với mômen tính toán ở hai đầu cột, để nhằm đảm bảo cột không bị phá hoại cắt khi động đất xảy ra. Ngoài ra kết cấu dầm cũng cần được thiết kế đảm bảo phá hoại cắt không xảy ngay cả sau khi khớp dẻo đã xuất hiện dưới tác dụng của lực động đất mạnh. Hay nói cách khác thép đai của dầm cũng cần được thiết kế để đảm bảo khả năng chịu cắt của dầm là lớn hơn lực cắt tương ứng với mômen thiết kế ở hai đầu dầm. Nói chung phá hoại cắt trong kết cấu BTCT, đặc biệt là đối với kết cấu cột chịu lực dọc lớn, dưới tác dụng của lực động đất (có tính chất đổi chiều) thường kèm theo hiện tượng giảm cường độ (trength deterioration) và dẫn đến kết cấu bị sụp đổ rất nhanh chóng.
20. Nên bố trí đầy đủ cả thép đai trong (inner ties) trong kết cấu cột có kích thước vừa và lớn (ngay cả khi chỉ đặt theo cấu tạo) để nhằm mục đích tăng khả năng chịu cắt và tăng độ dẻo (ductile capacity) của kết cấu dưới tác dụng của lực động đất. Ngoài ra cũng nên đặt cả thép đai cho cột trong các liên kết dầm cột (nút khung).
(còn nữa)
Một số lưu ý cơ bản về việc tính toán và thiết kế kết cấu nhà
1. Việc thiết kế kết cấu nhà được đơn giản hoá dựa trên kết quả phân tích của mô hình kết cấu đàn hồi tuyến tính. Điều này cũng được áp dụng trong giai đoạn thiết kế ban đầu ở những nước có động đất mạnh. Với việc giả thiết mô hình kết cấu đơn giản như vậy ta hoàn toàn có thể sử dụng nguyên lý cộng tác dụng trong quá trình phân tích nội lực kết cấu, tức là việc tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực đều không có gì khác biệt.
2. Nhiệm vụ của người thiết kế là phải tìm ra được những trường hợp bất lợi nhất cho từng vị trí mặt cắt của các cấu kiện kết cấu dưới tác dụng của các ngoại lực có thể xảy ra. Hay nói cách khác là phải xác định được yêu cấu lớn nhất có thể có về hàm lượng thép, bố trí thép, và tiết diện mặt cắt cho từng cấu kiện.
3. Tác dụng dụng của các tải trọng thiết kế như tĩnh tải, gió (gồm gió trái, phải, trước, và sau), và lực động đất tĩnh tương đương (theo phương từ trái, phải, trước, và sau) lên một công trình nào đó đều được quy định có sự phân bố không thay đổi. Do vậy ta có thể tìm ra được trường hợp bất lợi cho những loại tải trọng này bằng cách tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực.
4. Đối với hoạt tải thì việc tác dụng của nó có thể có rất nhiều trường hợp phân bố khác nhau, và thực tế ta khó có thể xét hết được tất cả các trường hợp có thể xảy ra. Quy định trong các tiêu chuẩn cũng chỉ là chung chung, còn cụ thể cho từng trường hợp thì anh em kết cấu phải tự chủ động xử lý cho hợp lý.
5. Độ lớn của hoạt tải, khẩu độ của nhịp kết cấu, và độ mạnh của lực động đất (theo phương ngang) là những yếu tố chính để xem xét đến việc cần thiết chất hoạt tải lệch nhịp và lêch tầng.
6. Ở Việt nam trong trường hợp khi công trình có giá trị hoạt tải là khá nhỏ so với tĩnh tải (kể cả trọng lượng tường xây ngăn,...), nhịp kết cấu không lớn lắm,... thì ta có thể chỉ đơn giản xét đến một một trường hợp hoạt tải tác dụng đều lên toàn bộ công trình và đồng thời sử dụng thêm những hệ số sửa đổi để tăng giảm nội lực trong các cấu kiện kết cấu.
7. Khi giá trị hoạt tải là khá lớn so với tĩnh tải, nhất là nhịp kết cấu và hoạt tải lại đồng thời lớn (chẳng hạn khu vực hội trường, sàn nhảy),... thì ta cần phải xét đến một số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng, có thể thêm cả chất cách tầng.
8. Đối với nhà BTCT có nhịp kết cấu khoảng 7-8 m thì đã là khá lớn rồi. Nếu nhịp kết cấu lên đến 9-10 m và lại là nhịp biên (thực tế đã có trong kết cấu nhà chung cư ở ta) thì cần phải xem xét và thiết kế thật cẩn thận!
10. Vì hệ kết cấu nhà thường được bố trí khá đối xứng và các cấu kiện ở các tầng lân cận thường được thiết kế có kích thước và bố trí thép giống nhau,... nên số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng cần xem xét sẽ giảm đi rất nhiều. Cái này liên quan đến khả năng phân tích kết cấu của mỗi người, và cả khả năng "bốc thuốc" trong thiết kế kết cấu!
11. Để tính đầm ta quan tâm đến giá trị nội lực lớn nhất Mmax và Qmax. Trong trường hợp dầm biên ta nên quan tâm đến cả giá trị Mxoắn. Thường giá trị Mmax ở gối đầm có được từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng đều lên toàn bộ công trình, và giá trị Mmax ở nhịp có được từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng cách nhịp và cách tầng.
12. Liên kết dầm cột thực tế có biến dạng ít hơn so với mô hình ta hay giả thiết trong tính toán (liên kết không kích thước). Một số chương trình phân tích kết cấu có giả thiết liên kết dầm cột là rất cứng bằng cách mô tả thêm những đoạng dầm và cột có độ cứng rất lớn ở xung quanh nút khung, và như vậy có thể nói mômen ở gối dầm có xu hướng tăng lên một chút còn mômen ở nhịp thì giảm đi một chút so với kết quả tính theo mô hình ta hay sử dụng.
13. Việc sử dụng giá trị nội lực ở mép dầm cột để (có thể lấy sâu vào trong một chút) để tính toán thép và kiểm tra tiết diện sẽ sát với thực tế hơn. Nhưng cũng trong thực tế để thuận tiện ta hay giả thiết liên kết dầm cột là không kích thước (có biến dạng lớn hơn so với thực tế) và đồng thời ta sử dụng giá trị nội lực ở tâm dầm cột (lớn hơn giá trị ở mép dầm cột) để tính toán, và như vậy ta có thể coi hai điều này dẫn đến bù trừ cho nhau!
14. Việc hoạt tải chất lệch nhịp và lệch tầng (ngoài việc làm thay đổi nội lực trong dầm) còn làm thay đổi cả nội lực M (theo phương x và y) và N ở trong cột, hay cụ thể là làm thay đổi lượng thép yêu cầu trong cột.
15. Khi tính toán tiết diện, nhất là cho cấu kiện cột, thì nên tính thép cho tất cả các trường hợp tổ hợp theo nội lực hay theo tải trọng đã được xem xét và từ đó chọn ra lượng thép yêu cầu lớn nhất (là mục tiêu cuối cùng). Tức là không nên tính thép chỉ cho một trường hợp nào đó vì khó có thể đoán ngay được tổ hợp nào có nội lực M (theo phương x và y) và N sẽ cho hàm lượng thép yêu cầu là lớn nhất, nhất là khi khối lượng cấu kiện tính toán lớn sẽ mất rất nhiều thời gian cho việc lựa chọn.
16. Việc tính toán thép được thực hiện rất dễ dàng và nhanh chóng khi sử dụng các chương trình máy tính. Ngoài ra để giảm bớt khối lượng in ấn và thuận tiện cho việc kiểm tra, nên có những chương trình máy tính để lọc ra các trường hợp nội lực tương ứng với hàm lượng thép yêu cầu lớn nhất cho các cấu liện cột và dầm khung, và đồng thời nên chỉ rõ cả tên của loại tổ hợp tương ứng.
17. Nên thiết kế cho kết cấu cột theo xu hướng an toàn hơn (khoẻ hơn) so với kết cấu dầm, vì tránh hiện tượng cột bị biến dạng dẻo hay chảy dẻo khi chịu tác dụng của tải trọng động đất. Không nên (không được) áp dụng việc tăng giảm mômen (phân phối lại mômen) tính toán giữa hai đầu cột, chẳng hạn như không được tăng một chút mômen ở đỉnh cột và đồng thời giảm một chút mômen ở chân cột! Một số tiêu chuẩn kháng chấn quy định mômen của cột nên tăng thêm khoảng ít nhất là 20% (ACI), 30% (EC8), hay có thể lớn hơn nữa (NZS),...
18. Động đất ở Việt Nam không lớn lắm nên chỉ cần tăng mômen của cột, trừ chân cột tầng 1, khoảng 10-20% là có thể OK để đảm bảo chịu được lực động đất lớn nhất có thể xảy ra và đảm bảo yêu cầu về kinh tế. Thường liên kết tại chân cột tầng 1 được giả thiết là ngàm trong mô hình tính toán kết cấu nên giá trị mômen theo tính toán có xu hướng lớn hơn một chút so với thực tế. Dưới tác dụng của lực động đất, mômen ở chân cột tầng 1 cũng thường lớn hơn nhiều so với mômen ở đỉnh cột tầng 1 cho dù mômen ở đỉnh cột có tăng thêm 20 hay 30%.
19. Lực cắt để tính toán thép đai của cột cũng phải được tăng lên tương ứng với mômen tính toán ở hai đầu cột, để nhằm đảm bảo cột không bị phá hoại cắt khi động đất xảy ra. Ngoài ra kết cấu dầm cũng cần được thiết kế đảm bảo phá hoại cắt không xảy ngay cả sau khi khớp dẻo đã xuất hiện dưới tác dụng của lực động đất mạnh. Hay nói cách khác thép đai của dầm cũng cần được thiết kế để đảm bảo khả năng chịu cắt của dầm là lớn hơn lực cắt tương ứng với mômen thiết kế ở hai đầu dầm. Nói chung phá hoại cắt trong kết cấu BTCT, đặc biệt là đối với kết cấu cột chịu lực dọc lớn, dưới tác dụng của lực động đất (có tính chất đổi chiều) thường kèm theo hiện tượng giảm cường độ (trength deterioration) và dẫn đến kết cấu bị sụp đổ rất nhanh chóng.
20. Nên bố trí đầy đủ cả thép đai trong (inner ties) trong kết cấu cột có kích thước vừa và lớn (ngay cả khi chỉ đặt theo cấu tạo) để nhằm mục đích tăng khả năng chịu cắt và tăng độ dẻo (ductile capacity) của kết cấu dưới tác dụng của lực động đất. Ngoài ra cũng nên đặt cả thép đai cho cột trong các liên kết dầm cột (nút khung).
(còn nữa)
:
Ghi chú