M T S ĐI U CH NH TRONG THI T K K T C UỘ Ố Ề Ỉ Ế Ế Ế Ấ
BÊ TÔNG C T THÉP B NG PH N M M SAP2000Ố Ằ Ầ Ề
Đ PHÙ H P V I TIÊU CHU N VI T NAMỂ Ợ Ớ Ẩ Ệ
APPLICATIONS OF THE DESIGN STANDARD OF VIETNAM
FOR DESIGNING THE REINFORCED CONCRETE STRUCTURE
BY THE SAP2000 SOFTWARE
NGUY N TH C VŨỄ Ạ
Tr ng Đ i h c Bách khoa, Đ i h c Đà N ngườ ạ ọ ạ ọ ẵ
TÓM T TẮ
Nhi u năm qua, ph n m m phân tích - thi t k k t c u SAP c a công ty CSI (Computers andề ầ ề ế ế ế ấ ủ
Structures Inc, M ) t version đ u tiên năm 1970 đ n version SAP2000 hi n nay, đã kh ngỹ ừ ầ ế ệ ẳ
đ nh đ c tính chính xác và tính u vi t. Vi t Nam, ph n m m SAP2000 đ c s d ngị ượ ư ệ Ở ệ ầ ề ượ ử ụ
r ng rãi nh nh ng tính năng cao c p và giao di n đ ho rõ ràng. Tuy nhiên, vì là ph nộ ờ ữ ấ ệ ồ ạ ầ
m m do n c ngoài l p trình d a trên tiêu chu n thi t k c a m t s n c ph ng Tây, nênề ướ ậ ự ẩ ế ế ủ ộ ố ướ ươ
tr c nay ta không s d ng đ n tính năng thi t k c a SAP2000 mà ch s d ng tính năngướ ử ụ ế ế ế ủ ỉ ử ụ
phân tích, sau đó xu t k t qu n i l c đ đ a vào các ch ng trình thi t k riêng bi t, đi uấ ế ả ộ ự ể ư ươ ế ế ệ ề
này m t nhi u th i gian và d có nh ng sai sót. Bài báo trình bày m t phép chuy n đ i tínhấ ề ờ ễ ữ ộ ể ổ
năng thi t k k t c u bê tông c t thép c a SAP2000 đ c áp d ng tính toán theo tiêu chu nế ế ế ấ ố ủ ượ ụ ẩ
Vi t Nam.ệ
ABSTRACT
In recent years, designing and analyzing structures using SAP2000 software of CSI
(Computers and Structures, Inc) have recorded in noticeable achievements. However, this
software is commonly used in Vietnam with force-displacement diagrams only, because of the
next design steps applied by the formatting programs of foreign. In this paper, the real
functions of reinforced concrete with the design standard of Vietnam are introduced for
facilities in designs.
1. C s lý thuy tơ ở ế
So sánh tiêu chu n thi t k k t c u bê tông c t thép c a Vi t Nam và các tiêuẩ ế ế ế ấ ố ủ ệ
chu n c a n c ngoài đ c s d ng trong ph n m m SAP2000, d dàng nh n th y tiêuẩ ủ ướ ượ ử ụ ầ ề ễ ậ ấ
chu n CSA-A23.3-94 (CSA 1994) có nhi u đi m t ng đ ng v i tiêu chu n Vi t Nam, bàiẩ ề ể ươ ồ ớ ẩ ệ
báo này s tóm t t tiêu chu n CSA 1994, t đó tìm ra s th ng nh t c a hai tiêu chu nẽ ắ ẩ ừ ự ố ấ ủ ẩ
b ng vi c thay đ i các tham s tính toán.ằ ệ ổ ố
1.1. Thi t k d mế ế ầ
D m đ c tính toán theo c u ki n ch u u n, ch u tác d ng c a moment M:ầ ượ ấ ệ ị ố ị ụ ủ
- Chi u cao vùng nén: ề
2
1
2.
. '. .
c c
M
a d d f b
α ϕ
= − −
(1.1)
v i:ớ
0,6
c
ϕ
=
;
10,85 0,0015. '
c
f
α
= −
(h đ n v N-mm-s)ệ ơ ị
d: chi u cao làm vi c c a ti t di n.ề ệ ủ ế ệ
b: b r ng c a ti t di n.ề ộ ủ ế ệ
'
c
f
: c ng đ ch u nén c a bê tông.ườ ộ ị ủ
- Chi u cao cân b ng c a vùng nén ề ằ ủ
1.
b b
a c
β
=
v i:ớ
700
700
b
y
cf
=+
;
y
f
: c ng đ ch u kéo c a c t thép.ườ ộ ị ủ ố
- Tr ng h p ườ ợ
: tính c t đ n ố ơ
. .( )
2
s
s y
M
Aa
f d
ϕ
=−
(1.2)
v i:ớ
0,85
s
ϕ
=
- Tr ng h p ườ ợ
b
a a>
: tính c t képố
1
1
. . '. . .( )
2
'( . ' . . ').( ')
b
c c b
s
s s c c
a
M f b a d
Af f d d
ϕ α
ϕ ϕ α
− −
=− −
(1.3)
1
1
. . '. . .( )
. . '. . 2
. . .( ')
b
c c b
c c b
s
s y s y
a
M f b a d
f b a
Af f d d
ϕ α
ϕ α
ϕ ϕ
− −
= + −
(1.4)
1.2. Thi t k c tế ế ộ
C t đ c tính toán theo c u ki n ch u nén l ch tâm (nén - u n hai ph ng):ộ ượ ấ ệ ị ệ ố ươ
- H s tăng moment do u n d c: ệ ố ố ọ
1,0
1.
m
b
m c
C
P
P
δ
ϕ
= ≥
−
(1.5)
v i:ớ
0,75
m
ϕ
=
;
2
2
.
( )
c
EI
PkL
π
=
; (1.6)
0,25. c g
EI E I=
;
0,6 0,4. 0,4
a
m
b
M
CM
= + ≥
- V bi u đ t ng tác P-M d a vào s đ ng su t c a ti t di n ẽ ể ồ ươ ự ơ ồ ứ ấ ủ ế ệ
Hình 1. S đ ng su t trong ti t di n c tơ ồ ứ ấ ế ệ ộ
Bi u đ t ng tác đ c v v i các giá tr hàm l ng c t thép gi thi t t 1% đ nể ồ ươ ượ ẽ ớ ị ượ ố ả ế ừ ế
6% và d a vào cách b trí c t thép trong ti t di n c t.ự ố ố ế ệ ộ
- Tính toán l ng c t thép c n thi t, t ng ng v i m t t ng tác có ch a đi mượ ố ầ ế ươ ứ ớ ặ ươ ứ ể
thi t k .ế ế
1.3. So sánh v i tiêu chu n Vi t Namớ ẩ ệ
- Công th c (1.1) t ng t công th c xác đ nh hứ ươ ự ứ ị 0 n u thay ế
1. '.
c c
f
α ϕ
b ng Rằn.
- Công th c (1.2), (1.3), (1.4) t ng t các công th c xác đ nh di n tích c t thép Fứ ươ ự ứ ị ệ ố a
và F'a n u thay ế
.
s y
f
ϕ
b ng Rằa.
Hình 2. Bi u đ t ng tác P-ể ồ ươ
M
T đó ta rút ra đ c các giá tr c ng đ bê tông và c t thépừ ượ ị ườ ộ ố
'
c
f
,
y
f
t ng ng v iươ ứ ớ
giá tr c ng đ bê tông và c t thép theo tiêu chu n Vi t Nam nh sau:ị ườ ộ ố ẩ ệ ư
B ng 1. Giá tr ả ị
'
c
f
t ng ng v i mác bê tông theo TCVNươ ứ ớ
Mác Bê tông 150 200 250 300 350 400 500 600
Rn (kg/cm2)65 90 110 130 155 170 215 250
f'c (kg/cm2)130.39 182.22 224.40 267.26 321.85 355.16 457.85 540.81
B ng 2. Giá tr ả ị
y
f
t ng ng v i lo i c t thép theo TCVNươ ứ ớ ạ ố
Lo i thépạAI AII AIII CI CII CIII
Ra (kg/cm2)2100 2700 3600 2000 2600 3400
fy (kg/cm2)2470.59 3176.47 4235.29 2352.94 3058.82 4000.00
- Công th c (1.5) t ng t công th c xác đ nh ứ ươ ự ứ ị
η
n u thay ế
.
m c
P
ϕ
b ng ằ
th
N
và cho
1
m
C=
.
T đó ta tìm đ c h s k trong công th c (1.6) tuỳ thu c vào mác bê tông và hàmừ ượ ệ ố ứ ộ
l ng c t thép gi thi t trong ti t di n c t nh sau:ượ ố ả ế ế ệ ộ ư
B ng 3: Giá tr k tả ị ng ng v i mác bê tông và hàm l ng c t thépươ ứ ớ ượ ố
Mác bê tông
Hàm l ng ượ µgt
150 200 250 300 350 400 500 600
1.0% 0.73 0.75 0.77 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83
1.5% 0.64 0.67 0.69 0.71 0.72 0.73 0.75 0.76
2.0% 0.58 0.61 0.63 0.65 0.66 0.68 0.69 0.71
2.5% 0.54 0.56 0.59 0.60 0.62 0.63 0.65 0.66
3.0% 0.50 0.53 0.55 0.57 0.58 0.59 0.61 0.62
3.5% 0.47 0.50 0.52 0.53 0.55 0.56 0.58 0.59
4.0% 0.45 0.47 0.49 0.51 0.52 0.53 0.55 0.56
4.5% 0.43 0.45 0.47 0.49 0.50 0.51 0.53 0.54
5.0% 0.41 0.43 0.46 0.47 0.48 0.49 0.51 0.52
5.5% 0.39 0.41 0.43 0.45 0.46 0.47 0.49 0.50
6.0% 0.38 0.40 0.42 0.43 0.44 0.46 0.47 0.48
2. Thi t k k t c u bê tông c t thép b ng SAP2000 theo TCVNế ế ế ấ ố ằ
Nh p s li u cho SAP2000 ậ ố ệ đ phân tích và thi t k k t c u bê tông c t thép theoể ế ế ế ấ ố
TCVN ta c n l u ý m t s đi m sau:ầ ư ộ ố ể
- Khai báo v t li u (Define ậ ệ Material): nh p giá tr f'ậ ị c và fy theo b ng 1 và b ng 2ả ả
tuỳ theo mác bê tông và lo i c t thép đ c s d ng trong h .ạ ố ượ ử ụ ệ
- Khai báo ti t di n (Define ế ệ Frame Section) chia làm hai lo i:ạ
+ Ti t di n d m (Element Class: Beam): khai báo chi u dày a.ế ệ ầ ề
+ Ti t di n c t (Element Class: Column): khai báo a, cách b trí c t thép.ế ệ ộ ố ố
- Khai báo t h p t i tr ng (Define ổ ợ ả ọ Load Combination): theo TCVN, ch n các tọ ổ
h p thích h p đ thi t k k t c u bê tông c t thép (ch n Use for concrete design).ợ ợ ể ế ế ế ấ ố ọ
- Ch n tiêu chu n thi t k (Option ọ ẩ ế ế Preference Concrete) là CSA-A23.3-94.
- Sau khi phân tích (Analyze Run) và thi t k (Design ế ế Start design) c n ch nầ ọ
các thanh đ ng trong h đ khai báo l i h s k (Design ứ ệ ể ạ ệ ố Redefine), giá tr h s k đ cị ệ ố ượ
l y theo b ng 3 (nên ch n ấ ả ọ µgt = 1,5%), khai báo h s Cệ ố m = 1. Ch y l i ch ng trình thi tạ ạ ươ ế
k (Design ế Start design) l n n a. ầ ữ
3. Ví d tính toán, ki m traụ ể
Hình 3. S đ tính và t i tr ng tác d ng c a h khung ơ ồ ả ọ ụ ủ ệ
H khung b ng bê tông M.250#, c t thép lo i AII, có kích th c ti t di n và ch uệ ằ ố ạ ướ ế ệ ị
t i tr ng tác d ng nh hình 3.ả ọ ụ ư
V i s li u c a h , ta khai báo v t li u có fớ ố ệ ủ ệ ậ ệ c' = 224,4 kg/cm2; fy = 3176,47kg/cm2.
1
T
4
T
6
T
7
T
3
T
1
T
T/m
0,8
T/m
0,8
T/m
2,4 2,4
T/m T/m
1,6
T
52,4
T/m TT T/m
42,4 7
T
2
1,6
T/m
5
TT/m
2,4
T/m
2,4
4
T
7
T T
2
T/m
1,6
1m 3,6m 3,6m 2,4m 1m
0,9m 3,9m 3,6m 3,6m
3,9m
2,4m3,6m
1m 3,6m
0,9m
1m
0,8
T/m
1,1
3,2
TT
T/m
1,1
3
T
4
3,6m
0,7
T/m
3,6m
2,4
0,7
T/m T
2,4
T
1,6
T
4
T
T T
T/m
3
T/m
1,1 1,1
T
2,4
T/m
3
T/m
1,1
T
1,1
T
0,8
1,6
T
4
T/m
0,7
T
Tĩnh t iả
Ho t ạt iả
đ ngứ
3,6m
1m 3,6m 2,4m 1m
3,9m
0,9m 3,6m 3,6m
0,28
T/mT/m
0,21
0,32
T/m
0,64
0,36
T/m
T
T/m
0,24
0,27
T/m
T
0,48
3,9m
1m
3,6m
1m 3,6m 2,4m
0,9m 3,6m 3,6m
0,64
T
0,48
T
T/m
0,28
T/m
0,32
T/m
0,36
T/m
0,21
0,24
T/m
0,27
T/m
Gió bên trái Gió bên ph iả
Gi thi t hàm l ng c t thép µả ế ượ ố gt = 1,5%, ta có giá tr h s k = 0,69.ị ệ ố
K t qu tính c t thép c a SAP2000 nh sau: (so sánh v i k t qu tính b ng FBTW)ế ả ố ủ ư ớ ế ả ằ
Hình 4. K t qu b trí c t thép khung tính b ng SAP2000(4a) và FBTW(4b)ế ả ố ố ằ
4. K t lu nế ậ
Qua ví d đi n hình trên (và r t nhi u ví d khác, k c h khung không gian, màụ ể ấ ề ụ ể ả ệ
không th trình bày h t do khuôn kh bài vi t có h n), tác gi nh n th y r ng vi c tínhể ế ổ ế ạ ả ậ ấ ằ ệ
toán thi t k k t c u bê tông c t thép b ng cách khai thác ph n m m SAP2000 nh trìnhế ế ế ấ ố ằ ầ ề ư
bày trên cho k t qu trong d m r t chính xác (100%), còn trong c t thì sai s m c d iở ế ả ầ ấ ộ ố ở ứ ướ
5% - m t m c sai s có th ch p nh n đ c trong th c t tính toán các công trình xâyộ ứ ố ể ấ ậ ượ ự ế
d ng ph bi n. Vi c áp d ng các h s tính toán cũng t ng đ i đ n gi n d th c hi n,ự ổ ế ệ ụ ệ ố ươ ố ơ ả ễ ự ệ
và nh v y ta có th khai thác đ y đ tính năng c a m t trong nh ng ph n m m tính k tư ậ ể ầ ủ ủ ộ ữ ầ ề ế
c u u vi t nh t trên th gi i hi n nay. Bài vi t này là k t qu c a b c đ u nghiên c uấ ư ệ ấ ế ớ ệ ế ế ả ủ ướ ầ ứ
v v n đ này, tác gi mong nh n đ c nhi u s đóng góp t các nhà chuyên môn đ k tề ấ ề ả ậ ượ ề ự ừ ể ế
qu có đ chính xác cao h n. ả ộ ơ
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả
[1] Ngô Th Phong, ếK t c u Bê tông c t thép, ế ấ ố Nhà xu t b n Khoa h c và K thu t,ấ ả ọ ỹ ậ
1995.
[2] Arthur H.Nilson, Design of Concrete Structures, The McGraw-Hill Companies Inc,
1997.
[3] Nguy n Vi t Trung, ễ ế Thi t k k t c u Bê tông c t thép hi n đ i, ế ế ế ấ ố ệ ạ Nhà xu t b n Giaoấ ả
thông V n t i, 2000.ậ ả
[4] Computers and Structures Inc, SAP2000 Concrete Design manual, 2000.
Hình 4a Hình 4b