Bối cảnh và nhiệm vụ nghiên cứu

  • Bối cảnh thực tiễn và lý do thực hiện: Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp như sàn và mái nhà xưởng, bản mặt cầu, mặt cầu cảng, tường và đáy bể chứa, móng bè. Trong hệ thống kết cấu nhà nhiều tầng hoặc nhà công nghiệp, sàn đóng vai trò tiếp nhận trực tiếp các tải trọng sử dụng (tĩnh tải hoàn thiện và hoạt tải sử dụng), truyền tải trọng này qua hệ dầm phụ, dầm chính, cột và cuối cùng truyền xuống hệ móng công trình. Đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép tập trung vào việc tính toán, thiết kế và bố trí cốt thép cho hệ sàn sườn toàn khối có bản dầm nhằm đảm bảo khả năng chịu lực, độ võng, độ bền nứt và tính kinh tế - kỹ thuật theo các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
  • Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế cụ thể:
    1. Lựa chọn vật liệu và kích thước hình học sơ bộ: Xác định cấp độ bền bê tông, nhóm cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo; xác định sơ bộ chiều dày bản sàn ($h_b$), kích thước tiết diện dầm phụ ($b_{dp} \times h_{dp}$) và dầm chính ($b_{dc} \times h_{dc}$).
    2. Thiết kế bản sàn theo sơ đồ khớp dẻo: Lập sơ đồ tính dải bản liên tục có bề rộng 1m, xác định tĩnh tải và hoạt tải tác dụng, tính toán nội lực (mômen uốn, lực cắt) có xét đến sự phân phối lại nội lực, tính toán và bố trí cốt thép chịu lực, thép mũ chịu mômen âm và thép phân bố.
    3. Thiết kế dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo: Xác định tải trọng truyền từ bản sàn và trọng lượng bản thân dầm phụ, thiết lập sơ đồ tính dầm liên tục nhiều nhịp, vẽ biểu đồ bao mômen và bao lực cắt, tính toán cốt thép dọc (tiết diện chữ T ở nhịp và tiết diện chữ nhật ở gối), tính toán cốt đai chịu cắt, xác định tiết diện cắt và neo cốt thép.
    4. Thiết kế dầm chính theo sơ đồ đàn hồi: Xác định tải trọng tập trung từ dầm phụ và trọng lượng bản thân quy đổi, kiểm tra điều kiện độ cứng giữa dầm và cột, xác định nội lực qua các trường hợp chất tải (tĩnh tải và hoạt tải cách nhịp, liền nhịp), lập biểu đồ bao mômen và lực cắt, tính toán cốt thép dọc, cốt đai và cốt treo tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính.
  • Đối tượng và phạm vi thiết kế:
    • Đối tượng nghiên cứu: Hệ kết cấu sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép loại bản dầm cho nhà sản xuất/nhà công nghiệp.
    • Phạm vi không gian: Mặt bằng kết cấu gồm 36 ô bản; kích thước mỗi ô bản là $l_1 = 1,9\text{ m}$ (phương cạnh ngắn) và $l_2 = 4,5\text{ m}$ (phương cạnh dài). Hệ thống dầm khung gồm 5 trục (dầm khung trục 2, 3, 4 và trục B, C); chiều dày tường gạch chịu lực ở biên là $t = 330\text{ mm}$.
    • Phạm vi tải trọng: Tác giả chỉ xem xét sàn chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải bản thân, các lớp hoàn thiện và hoạt tải phân bố đều $p^s_{tc} = 1710\text{ daN/m}^2$), bỏ qua các tải trọng ngang (gió, động đất).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

  • Tiêu chuẩn và khung kỹ thuật áp dụng:
    • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018.
    • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995.
  • Đặc trưng cơ lý của vật liệu sử dụng:
    • Bê tông: Cấp độ bền chịu nén B25, hệ số điều kiện làm việc $\gamma_b = 1,0$; cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$; cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$; mô đun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$; hệ số giới hạn vùng nén $\alpha_{pl} = 0,4132$ (với CB240-T) và $\alpha_{pl} = 0,302$ (với CB300-V); hệ số chiều cao vùng nén giới hạn $\xi_R = 0,5833$ (với CB300-V) và $\xi_R = 0,6154$ (với CB240-T).
    • Cốt thép chịu lực cho dầm: Thép thanh vằn nhóm CB300-V có cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 260\text{ MPa}$, cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 260\text{ MPa}$.
    • Cốt đai và cốt thép bản sàn: Thép thanh tròn trơn nhóm CB240-T có cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 210\text{ MPa}$, cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 210\text{ MPa}$, cường độ tính toán chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 170\text{ MPa}$.
  • Phương pháp tính toán kết cấu thực tế:
    • Phương pháp phân tích theo sơ đồ khớp dẻo (Plastic Hinge Method): Áp dụng cho bản sàn và dầm phụ có kể đến sự hình thành khớp dẻo và phân phối lại nội lực giữa các tiết diện nhịp và gối tựa khi độ chênh lệch giữa các nhịp không vượt quá 10%.
    • Phương pháp giải tích theo sơ đồ đàn hồi (Elastic Method): Áp dụng cho dầm chính liên tục nhiều nhịp, sử dụng bảng tra hệ số nội lực $\alpha$ lập sẵn cho các trường hợp chất tải tập trung kết hợp phương pháp cộng tác dụng và phương pháp treo mômen để nội suy giá trị tại các tiết diện trung gian.
    • Phương pháp tính toán tiết diện cấu kiện bê tông cốt thép: Tính toán cấu kiện chịu uốn theo bài toán đặt cốt đơn cho tiết diện chữ nhật và tiết diện chữ T (có cánh nằm trong vùng chịu nén); kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và tính toán cốt đai chịu cắt theo mô hình dải nghiêng dầm bê tông.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ kết cấu chịu lực của sàn sườn toàn khối được triển khai theo quy trình kỹ thuật thống nhất từ kiến trúc mặt bằng đến chi tiết cấu tạo:

Cấu kiện Kích thước tiết diện thiết kế Sơ đồ hình học & nhịp tính toán Sơ đồ làm việc & tính toán
Bản sàn Chiều dày $h_b = 100\text{ mm}$ (chọn sơ bộ theo $h_b = \frac{D}{m}l_1 = \frac{1,4}{30} \times 1900 = 88,67\text{ mm}$) Dải bản rộng $b = 1000\text{ mm}$, 12 nhịp liên tục; nhịp biên $l_{0b} = 1695\text{ mm}$, nhịp giữa $l_0 = 1700\text{ mm}$ Sơ đồ khớp dẻo; bản dầm chịu uốn theo phương cạnh ngắn ($l_2/l_1 = 2,37 > 2$)
Dầm phụ Tiết diện $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 350\text{ mm}$ (chọn từ $h_{dp} = (\frac{1}{12} \div \frac{1}{16})L_2 = 375 \div 281\text{ mm}$) Dầm liên tục 4 nhịp; nhịp biên $l_{0b} = 4,295\text{ m}$, nhịp giữa $l_0 = 4,200\text{ m}$ Sơ đồ khớp dẻo; gối lên dầm chính và tường biên ($t = 330\text{ mm}$)
Dầm chính Tiết diện $b_{dc} \times h_{dc} = 300 \times 650\text{ mm}$ (chọn từ $h_{dc} = (\frac{1}{8} \div \frac{1}{12})L_{dc} = 712,5 \div 475\text{ mm}$) Dầm liên tục 4 nhịp, chiều dài mỗi nhịp $L_{dc} = 3l_1 = 5,700\text{ m}$ Sơ đồ đàn hồi; gối tựa lên cột bê tông cốt thép và tường biên
  • Kiểm tra liên kết cột và dầm chính: Tác giả xác định độ cứng đơn vị của cột $i_c = \frac{E_c I_c}{l_c} = 4,42 \times 10^3\text{ kN/m}$ và độ cứng đơn vị của dầm chính $i_d = \frac{E_c I_c}{l_d} = 36,135 \times 10^3\text{ kN/m}$. Do tỷ số $\frac{i_d}{i_c} = \frac{36,135}{4,42} = 8,175 > 4$, dầm chính được mô hình hóa làm việc tự do trên các gối tựa cột (bỏ qua độ ngàm cứng của nút khung dầm - cột).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Thiết kế sàn bản dầm theo sơ đồ khớp dẻo

  • Phân loại ô bản và sơ đồ tính toán:
    • Tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn $l_2 / l_1 = 4,5 / 1,9 = 2,37 > 2$, do đó toàn bộ 36 ô bản làm việc theo phương một phương cạnh ngắn (loại bản dầm). Tải trọng truyền chủ yếu theo phương cạnh ngắn lên dầm phụ (chiếm trên 94%), chỉ một phần nhỏ truyền lên dầm chính.
    • Cắt một dải bản có bề rộng đơn vị $b = 1\text{ m}$ vuông góc với dầm phụ, mô hình hóa thành dầm liên tục nhiều nhịp (12 nhịp) tựa khớp lên tường biên và tựa lên các dầm phụ ở các gối giữa.
    • Độ chênh lệch chiều dài giữa nhịp giữa và nhịp biên: $\frac{l_0 - l_{0b}}{l_{0b}} = \frac{1700 - 1695}{1695} \times 100% = 0,295% < 10%$, đủ điều kiện áp dụng sơ đồ khớp dẻo đều nhịp.
  • Tải trọng và nội lực dải bản:
    • Tĩnh tải tính toán: $g_s = \sum (\gamma_i \times \delta_i \times \gamma_{f,i}) = 4,023\text{ kN/m}^2$ (bao gồm lớp gạch ceramic, vữa lót, bản bê tông cốt thép $h_b = 100\text{ mm}$ và vữa trát trần).
    • Hoạt tải tính toán: Với hoạt tải tiêu chuẩn $p^s_{tc} = 17,10\text{ kN/m}^2 \ge 2\text{ kN/m}^2$, hệ số độ tin cậy $\gamma_{f,p} = 1,2 \rightarrow p_s = 17,10 \times 1,2 = 20,52\text{ kN/m}^2$.
    • Tổng tải trọng phân bố: $q_s = (g_s + p_s) \times 1\text{ m} = (4,023 + 20,52) \times 1 = 24,543\text{ kN/m}$.
    • Mômen uốn và lực cắt tính toán:
      • Mômen nhịp biên: $M_{nb} = \frac{q_s l_{0b}^2}{11} = \frac{24,543 \times 1,695^2}{11} = 6,410\text{ kNm}$.
      • Mômen tại gối 2: $M_{g2} = -\frac{q_s \max(l_{0b}, l_0)^2}{11} = -\frac{24,543 \times 1,700^2}{11} = -6,448\text{ kNm}$.
      • Mômen nhịp giữa và gối giữa: $M_{ng,gg} = \pm \frac{q_s l_0^2}{16} = \pm \frac{24,543 \times 1,700^2}{16} = \pm 4,433\text{ kNm}$.
      • Lực cắt lớn nhất: $Q_{g1} = 0,4 q_s l_{0b} = 16,64\text{ kN}$; $Q_{g2}^{tr} = 0,6 q_s l_{0b} = 24,96\text{ kN}$; $Q_0 = 0,5 q_s l_0 = 20,80\text{ kN}$.
  • Tính toán và bố trí cốt thép bản sàn:
    • Chiều cao làm việc tiết diện: $h_0 = h_b - a = 100 - 24 = 76\text{ mm}$.
    • Tại nhịp biên và gối 2: $\alpha_m = 0,077 < \alpha_{pl} = 0,302$; diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 339,08\text{ mm}^2$, chọn thép $\varnothing 8a140$ ($A_{sc} = 359\text{ mm}^2$, hàm lượng $\mu = 0,472%$).
    • Tại nhịp giữa và các gối giữa: $\alpha_m = 0,053 < \alpha_{pl} = 0,302$; diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 228,88\text{ mm}^2$, chọn thép $\varnothing 8a200$ ($A_{sc} = 252\text{ mm}^2$, hàm lượng $\mu = 0,332%$).
    • Kiểm tra điều kiện chịu cắt của bê tông sàn: $Q_{max} = 24,96\text{ kN} \le 0,625 \gamma_b R_{bt} b h_0 + 2,4 h_0(g + 0,5p)$, bê tông đủ khả năng chịu cắt, không cần bố trí cốt đai.
    • Cấu tạo neo và cốt thép phụ: Cốt thép mũ chịu mômen âm dọc tường biên kéo dài $l_{an} = 300\text{ mm}$; cốt thép mũ dọc dầm chính và dầm phụ kéo dài $l_{an} = 600\text{ mm}$ (do tỷ số $p_s / g_s = 5,1 > 3$, lấy $\alpha = 0,33$); cốt thép phân bố vuông góc với cốt chịu lực chọn $\varnothing 6s200$ (ở nhịp) và $\varnothing 6s250$ (ở gối).

Chương 2: Thiết kế dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo

  • Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng:
    • Dầm phụ có 8 dầm trên toàn mặt bằng, liên kết dạng dầm liên tục 4 nhịp gối lên các dầm chính và tường gạch biên. Nhịp tính toán nhịp biên $l_{0b} = 4,295\text{ m}$, nhịp giữa $l_0 = 4,200\text{ m}$.
    • Tĩnh tải dầm phụ: Trọng lượng bản thân phần sườn dầm $g_0 = 1,1 \times 25 \times 0,2 \times (0,35 - 0,10) = 1,375\text{ kN/m}$; tĩnh tải từ sàn truyền vào $g_1 = g_s \times l_1 = 4,023 \times 1,9 = 7,644\text{ kN/m} \rightarrow$ tổng tĩnh tải $g_{dp} = 9,019\text{ kN/m}$.
    • Hoạt tải dầm phụ: $p_{dp} = p_s \times l_1 = 20,52 \times 1,9 = 38,988\text{ kN/m}$ (tác giả lấy giá trị tính toán tổng tải $q_{dp} = 49,007\text{ kN/m}$).
  • Xác định nội lực dầm phụ:
    • Tra hệ số mômen theo tỷ số $\frac{p_{dp}}{g_{dp}} = \frac{39,988}{9,019} = 4,434 \rightarrow k = 0,3227$.
    • Mômen dương lớn nhất nhịp biên: $M_{max} = 82,267\text{ kNm}$ tại vị trí cách gối biên $x_4 = 0,425 l_{0b} = 1,825\text{ m}$.
    • Mômen âm lớn nhất tại gối 2: $M_{min} = -64,638\text{ kNm}$.
    • Mômen dương lớn nhất tại nhịp giữa: $M_{max} = 54,030\text{ kNm}$.
    • Lực cắt thiết kế: Lực cắt gối biên $Q_A = 84,194\text{ kN}$; lực cắt bên trái gối 2 $Q_B^{tr} = 126,291\text{ kN}$; lực cắt bên phải gối 2 và các gối giữa $Q = 102,915\text{ kN}$.
  • Tính toán cốt thép dọc và cốt đai dầm phụ:
    • Tiết diện nhịp biên: Tính theo tiết diện chữ T có bề rộng cánh tính toán $b'f = 1400\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 300\text{ mm}$. Khả năng chịu lực của cánh $M_f = 507,5\text{ kNm} > M{max} = 82,267\text{ kNm}$ (trục trung hòa đi qua cánh). Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 1080\text{ mm}^2$, chọn $2\varnothing 22 + 1\varnothing 20$ ($A_{sc} = 1074,2\text{ mm}^2$, $\mu = 1,8%$).
    • Tiết diện gối 2: Vùng cánh chịu kéo nên tính theo tiết diện chữ nhật $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 350\text{ mm}$. Hệ số $\alpha_m = 0,248 < \alpha_{pl} = 0,302$; diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 970\text{ mm}^2$, chọn $2\varnothing 20 + 1\varnothing 22$ ($A_{sc} = 1008,1\text{ mm}^2$, đặt thớ trên, $\mu = 1,62%$).
    • Tiết diện nhịp giữa: Tính theo tiết diện chữ T ($M_f = 507,5\text{ kNm} > 54,03\text{ kNm}$). Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 703\text{ mm}^2$, chọn $2\varnothing 22$ ($A_{sc} = 760\text{ mm}^2$, $\mu = 1,172%$).
    • Cốt đai chịu cắt: Bê tông vùng cuối tiết diện nghiêng không đủ khả năng chịu cắt đơn thuần, tiến hành tính toán cốt đai nhánh đôi $\varnothing 8$ ($A_{sw} = 100,5\text{ mm}^2$). Bố trí cốt đai đoạn gần gối tựa là $\varnothing 8a100$, đoạn giữa nhịp dầm đặt theo cấu tạo là $\varnothing 8a150$.
    • Quy cách cắt và neo cốt thép dọc: Tại gối 2, cắt bớt 1 thanh $\varnothing 22$ tại vị trí cách mép gối $l_3 = 1050\text{ mm}$. Tại nhịp biên, cắt bớt 1 thanh tại vị trí cách mép gối $l_5 = 700\text{ mm}$ và cách tường $300\text{ mm}$.

Chương 3: Thiết kế dầm chính theo sơ đồ đàn hồi

  • Mô tả cấu kiện và xác định tải trọng tập trung:
    • Dầm chính gồm 4 nhịp liên tục với nhịp thiết kế $L_{dc} = 3l_1 = 5,7\text{ m}$. Dầm chính tiếp nhận tải trọng từ các dầm phụ truyền vào dưới dạng các lực tập trung đặt tại các điểm chia 1/3 nhịp.
    • Tĩnh tải tập trung tác dụng lên dầm chính:
      • Trọng lượng bản thân phần sườn dầm chính quy đổi: $G_0 = 1,1 \times 25 \times 0,3 \times [(0,65 - 0,10) \times 1,9 - (0,35 - 0,10) \times 0,2] = 8,209\text{ kN}$.
      • Tĩnh tải từ dầm phụ truyền vào: $G_1 = g_{dp} \times l_2 = 9,019 \times 4,5 = 40,586\text{ kN}$.
      • Tổng tĩnh tải tập trung: $G_{dc} = G_0 + G_1 = 8,209 + 40,586 = 48,795\text{ kN}$.
    • Hoạt tải tập trung tác dụng lên dầm chính: $P_{dc} = p_{dp} \times l_2 = 39,988 \times 4,5 = 179,946\text{ kN}$.
  • Tổ hợp tải trọng và phân tích nội lực:
    • Xác định mômen uốn theo công thức tra bảng sơ đồ đàn hồi: $M_G = \alpha G_{dc} L_{dc} = 278,13 \alpha$ đối với tĩnh tải; $M_{Pi} = \alpha P_{dc} L_{dc} = 1025,69 \alpha$ đối với hoạt tải.
    • Khảo sát 6 sơ đồ chất hoạt tải (HT1 đến HT6) gồm các trường hợp chất tải lệch tầng, cách nhịp và liền nhịp để tìm tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất:
      • HT1 & HT2: Hoạt tải chất trên các nhịp lẻ (1, 3) hoặc nhịp chẵn (2, 4).
      • HT3 & HT4: Hoạt tải chất trên hai nhịp liền kề để tạo mômen âm lớn nhất tại các tiết diện gối tựa B, C.
      • HT5 & HT6: Hoạt tải chất trên các sơ đồ đối xứng để xác định mômen dương lớn nhất tại từng tiết diện giữa nhịp.
    • Đối với các sơ đồ không có sẵn bảng tra tại tiết diện trung gian (như HT3, HT4, HT5, HT6), tác giả áp dụng phương pháp tách đoạn dầm đơn giản và dùng phương pháp treo mômen để xác định chính xác tung độ biểu đồ bao mômen và biểu đồ bao lực cắt.

Kết quả và đóng góp

  • Tổng hợp thông số kết cấu và cốt thép bố trí:
Cấu kiện Tiết diện kiểm tra Mômen thiết kế ($M$) Lực cắt thiết kế ($Q$) Cốt thép dọc lựa chọn ($A_{sc}$) Cốt đai / Cốt phân bố
Bản sàn ($h_b = 100\text{ mm}$) Nhịp biên & Gối 2 $6,410\text{ kNm}$ / $-6,448\text{ kNm}$ $24,96\text{ kN}$ (lớn nhất) $\varnothing 8a140$ ($A_{sc} = 359\text{ mm}^2$) Thép phân bố: $\varnothing 6s200$ (nhịp), $\varnothing 6s250$ (gối)
Nhịp giữa & Gối giữa $\pm 4,433\text{ kNm}$ $20,80\text{ kN}$ $\varnothing 8a200$ ($A_{sc} = 252\text{ mm}^2$) Thép mũ neo tường: $l_{an} = 300\text{ mm}$; dầm: $l_{an} = 600\text{ mm}$
Dầm phụ ($200 \times 350\text{ mm}$) Tiết diện nhịp biên $82,267\text{ kNm}$ $84,194\text{ kN}$ (gối biên) $2\varnothing 22 + 1\varnothing 20$ ($A_{sc} = 1074,2\text{ mm}^2$) Đoạn gần gối: $\varnothing 8a100$
Tiết diện gối 2 $-64,638\text{ kNm}$ $126,291\text{ kN}$ (trái gối 2) $2\varnothing 20 + 1\varnothing 22$ ($A_{sc} = 1008,1\text{ mm}^2$) Đoạn giữa nhịp: $\varnothing 8a150$
Tiết diện nhịp giữa $54,030\text{ kNm}$ $102,915\text{ kN}$ $2\varnothing 22$ ($A_{sc} = 760,0\text{ mm}^2$) Cắt thép: gối 2 cắt $1\varnothing 22$ ($l_3 = 1050\text{ mm}$)
Dầm chính ($300 \times 650\text{ mm}$) Tải tập trung dầm phụ $G_{dc} = 48,795\text{ kN}$ $P_{dc} = 179,946\text{ kN}$ Tính toán theo biểu đồ bao mômen sơ đồ đàn hồi HT1-HT6 Cốt đai và cốt treo tại vị trí liên kết dầm phụ
  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
    • Tận dụng sự làm việc đồng thời của bản sàn với dầm phụ tại các vùng chịu mômen dương bằng cách tính toán theo tiết diện chữ T có bề rộng cánh tham gia chịu lực $b'_f = 1400\text{ mm}$, giúp giảm đáng kể lượng thép dọc yêu cầu tại nhịp dầm.
    • Phân chia khu vực đặt cốt đai dầm phụ thành hai vùng rõ rệt: vùng chịu lực cắt lớn gần mép gối bố trí cốt đai dày $\varnothing 8a100$, vùng giữa dầm đặt cốt đai cấu tạo $\varnothing 8a150$ nhằm tối ưu hóa chi phí vật liệu.
    • Tiết kiệm thép dọc dầm phụ bằng giải pháp cắt thanh hợp lý (cắt 1 thanh tại gối 2 và nhịp biên) đảm bảo không vượt quá 50% diện tích tiết diện cốt thép tại một mặt cắt và thỏa mãn chiều dài đoạn neo an toàn $l_{an}$.
  • Đóng góp về mặt kỹ thuật của đồ án:
    • Cung cấp quy trình tính toán hoàn chỉnh kết hợp cả hai trường phái tính toán kết cấu: sơ đồ khớp dẻo (áp dụng cho bản sàn và dầm phụ chịu tải trọng tĩnh - hoạt tải phân bố đều) và sơ đồ đàn hồi (áp dụng cho dầm chính chịu hệ lực tập trung phức tạp có xét tổ hợp tải trọng bất lợi).
    • Áp dụng đầy đủ và đồng bộ các quy định kỹ thuật của bộ tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 về xác định chiều cao làm việc $h_0$, hệ số giới hạn $\alpha_m \le \alpha_{pl}$, điều kiện nén chính của bụng dầm và kiểm tra thông thủy $t \ge d_{max}$, lớp bảo vệ bê tông $C_{bv} \ge 25\text{ mm}$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong phạm vi tính toán:
    • Đồ án chỉ khảo sát kết cấu dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng phân bố đều; chưa tính toán đến các tác động bất lợi của tải trọng ngang (tải trọng gió, động đất) lên sự làm việc tổng thể của khung nhà.
    • Tính toán dầm chính được đơn giản hóa xem cột là các gối tựa khớp dựa trên tỷ số độ cứng đơn vị ($i_d / i_c = 8,175 > 4$), chưa xét đến mômen uốn truyền từ dầm vào cột trong sơ đồ khung không gian toàn khối.
    • Giả thiết phân phối lại nội lực theo sơ đồ khớp dẻo chỉ áp dụng cho trường hợp các nhịp có chiều dài bằng nhau hoặc sai lệch dưới 10%; không áp dụng được khi mặt bằng sàn có bước cột biến thiên không đều.
  • Hướng phát triển và hoàn thiện tiếp theo:
    • Mở rộng bài toán tính toán dầm chính và hệ khung chịu lực theo mô hình khung phẳng hoặc khung không gian 3D, có xét đến tương tác toàn diện giữa dầm chính, dầm phụ, cột và vách cứng dưới tổ hợp đầy đủ các loại tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang.
    • Bổ sung các bước tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai theo TCVN 5574:2018, bao gồm kiểm tra độ võng của bản sàn, dầm phụ, dầm chính và kiểm tra bề rộng khe nứt trong giai đoạn sử dụng dài hạn.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng:
    • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép 1, Kết cấu Bê tông cốt thép 2 hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
    • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tài liệu tham khảo về trình tự tính toán hệ sàn sườn toàn khối có bản dầm theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018.
  • Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:
    • Quy trình xác định tải trọng và thiết lập biểu đồ bao mômen dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo dựa vào tỷ số $p_{dp} / g_{dp}$.
    • Phương pháp kiểm tra sự làm việc của bản cánh chữ T tại nhịp dầm phụ và các điều kiện cấu tạo cắt thanh, neo cốt thép trong dầm liên tục.
    • Phương pháp treo mômen trên từng nhịp dầm đơn giản để xác định nội lực cho các trường hợp chất hoạt tải dầm chính khi bảng tra không hỗ trợ đầy đủ các tiết diện trung gian.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dựa vào cơ sở nào để đồ án phân loại 36 ô bản trên mặt bằng là ô bản dầm và chọn sơ đồ tính là dầm liên tục 12 nhịp?
    Ô bản có kích thước hai phương là $l_1 = 1,9\text{ m}$ và $l_2 = 4,5\text{ m}$. Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn là $\frac{l_2}{l_1} = \frac{4,5}{1,9} = 2,37 > 2$. Theo quy chuẩn kết cấu bê tông, khi tỷ số này lớn hơn 2 thì bản làm việc uốn theo một phương cạnh ngắn (hơn 94% tải trọng truyền vào dầm phụ). Do đó, tác giả cắt một dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn để tính toán như một dầm liên tục 12 nhịp tựa lên các dầm phụ và tường biên.

  2. Cấp độ bền bê tông B25 và nhóm cốt thép CB300-V, CB240-T có các thông số cường độ tính toán nào trong đồ án?
    Theo bảng tra của đồ án:

    • Bê tông B25: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$.
    • Cốt thép dọc CB300-V: Cường độ chịu kéo $R_s = 260\text{ MPa}$, cường độ chịu nén $R_{sc} = 260\text{ MPa}$, hệ số $\alpha_{pl} = 0,302$.
    • Cốt đai và thép bản sàn CB240-T: Cường độ chịu kéo $R_s = 210\text{ MPa}$, cường độ chịu nén $R_{sc} = 210\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, hệ số $\alpha_{pl} = 0,4132$.

  3. Tại sao khi tính toán cốt thép dọc cho dầm phụ, tiết diện nhịp biên được tính theo tiết diện chữ T trong khi tiết diện tại gối 2 lại tính theo tiết diện chữ nhật?
    Tại nhịp biên, dầm phụ chịu mômen uốn dương ($M = 82,267\text{ kNm}$), thớ dưới chịu kéo và thớ trên chịu nén; phần bản sàn nằm ở vùng chịu nén nên tham gia chịu lực cùng sườn dầm, tạo thành tiết diện chữ T có bề rộng cánh $b'f = 1400\text{ mm}$. Ngược lại, tại gối 2 dầm chịu mômen uốn âm ($M = -64,638\text{ kNm}$), thớ trên chịu kéo và thớ dưới chịu nén; phần bản sàn nằm hoàn toàn trong vùng chịu kéo nên bê tông sàn bị nứt và không tham gia chịu nén, do đó tiết diện tính toán chỉ là tiết diện chữ nhật có kích thước $b{dp} \times h_{dp} = 200 \times 350\text{ mm}$.

  4. Quy cách bố trí cốt đai chịu cắt cho dầm phụ được xác định cụ thể ra sao?
    Qua kiểm tra, bê tông ở vùng cuối tiết diện nghiêng không đủ khả năng chịu lực cắt lớn nhất ($Q_{B}^{tr} = 126,291\text{ kN}$). Tác giả chọn cốt đai 2 nhánh nhóm CB240-T đường kính $\varnothing 8$ ($A_{sw} = 100,5\text{ mm}^2$). Đoạn gần gối tựa có lực cắt lớn được bố trí cốt đai tính toán với bước đai dày $\varnothing 8a100$; đoạn giữa dầm có lực cắt giảm dần được bố trí cốt đai theo yêu cầu cấu tạo với bước đai thưa hơn là $\varnothing 8a150$.

  5. Tại sao dầm chính liên tục 4 nhịp có thể xem các cột giữa là gối tựa khớp mà không cần giải theo khung cứng?
    Tác giả thực hiện so sánh độ cứng đơn vị giữa dầm chính ($i_d = \frac{E_c I_c}{L_{dc}} = 36,135 \times 10^3\text{ kN/m}$) và cột đỡ tầng dưới ($i_c = \frac{E_c I_c}{l_c} = 4,42 \times 10^3\text{ kN/m}$). Do tỷ số độ cứng $\frac{i_d}{i_c} = 8,175 > 4$, độ cứng chống uốn của dầm chính lớn hơn rất nhiều so với độ cứng của cột, nên ảnh hưởng ngàm của nút khung là không đáng kể. Vì vậy, sơ đồ tính toán của dầm chính được đơn giản hóa thành dầm liên tục 4 nhịp tựa tự do trên các cột.

Kết luận

Đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép của sinh viên Nguyễn Minh Tâm (Trường Đại học Xây dựng Miền Trung) đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật cho hệ thống sàn sườn toàn khối bản dầm gồm 36 ô bản kích thước $1,9\text{ m} \times 4,5\text{ m}$. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp khớp dẻo cho bản sàn, dầm phụ và phương pháp đàn hồi cho dầm chính theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018, đồ án đã xác định đầy đủ nội lực nguy hiểm, lựa chọn quy cách cốt thép tối ưu và thiết lập các chi tiết cấu tạo neo nối an toàn. Đây là tài liệu tính toán mẫu mực, phản ánh đầy đủ các bước thực hành kỹ thuật kết cấu bê tông cốt thép trong công trình công nghiệp và dân dụng.