Ứng dụng phần mềm ETABS để tính toán diện tích cốt thép dầm bê tông cốt thép tiết diện hình chữ nhật phù hợp với TCVN 5574:2012

Chia sẻ: Anhnangchieuta | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đã nghiên cứu tính toán diện tích cốt thép dầm BTCT có tiết diện hình chữ nhật theo các Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 và Tiêu chuẩn BS:811097 sau đó qui đổi các thông số vật liệu sao cho phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN:5574-2012 và tính toán trực tiếp trên phần mềm ETABS.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng phần mềm ETABS để tính toán diện tích cốt thép dầm bê tông cốt thép tiết diện hình chữ nhật phù hợp với TCVN 5574:2012

104 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC Ứng dụng phần mềm ETABS để tính toán diện tích cốt thép dầm bê tông cốt thép tiết diện hình chữ nhật phù hợp với TCVN 5574:2012 Lê Chí Phát Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng chiphatxd@gmail.com Tóm tắt. ETABS là phần mềm chuyên dụng để thiết kế kết cấu các công trình xây dựng dân dụng. Ở Việt Nam, phần mềm ETABS được sử dụng rộng rãi và đã khẳng định được tính chính xác, ưu việt trong thiết kế kết cấu các công trình đặc biệt là nhà cao tầng. Tuy nhiên, phần mềm ETABS chỉ hỗ trợ việc thiết kế theo Tiêu chuẩn của một số nước phương Tây và Châu Mỹ, .... Do đó việc sử dụng phần mềm ETABS để thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 gặp nhiều khó khăn vì phải sử dụng thêm một phần mềm trung gian. Nội dung bài báo này sẽ so sánh việc tính toán cốt thép dầm BTCT theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 và Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Canada CSA-A23.3-94, Tiêu chuẩn của Anh BS8110-97 nhằm tìm kiếm sự tương đồng giữa các Tiêu chuẩn thiết kế và đưa ra khuyến cáo điều chỉnh các tham số tính toán để có thể sử dụng các Tiêu chuẩn nước ngoài trong phần mềm ETABS tính trực tiếp cốt thép kết cấu BTCT phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012. Từ khóa: TCVN 5574:2012, CSA-A23.3-94, BS:8110-97, phần mềm ETABS, dầm bê tông cốt thép. 1 Đặt vấn đề ETABS là phần mềm chuyên dụng về thiết kế kết cấu các công trình xây dựng dân dụng. Ở Việt Nam, phần mềm ETABS được sử dụng rộng rãi và đã khẳng định được tính chính xác, ưu việt trong thiết kế kết cấu các công trình đặc biệt là nhà cao tầng. Tuy nhiên, phần mềm ETABS chỉ hỗ trợ việc thiết kế theo Tiêu chuẩn của một số nước phương Tây và Châu Mỹ, … [3]. Do đó để thiết kế kết cấu BTCT theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, chúng ta chỉ sử dụng phần mềm ETABS để phân tích và tổ hợp nội lực, sau đó xuất kết quả nội lực để đưa vào các chương trình thiết kế riêng theo TCVN 5574:2012. Việc này gây ra nhiều khó khăn trong việc sử dụng, quản lý số liệu thiết kế và dễ gây ra sai sót. Hình. 1. Sử dụng phần mềm ETABS để tính thép dầm BTCT theo TCVN5574:2012 hiện nay Do đó nhóm tác giả đề xuất sử dụng phần mềm ETABS để tính toán trực tiếp cốt thép dầm BTCT theo TCVN 5574:2012 bằng cách sử dụng một số Tiêu chuẩn nước ngoài như: CSA- A23.3-94, BS8110-97 và quy đổi một số tham số thiết kế sao cho phù hợp. Việc thiết kế hoàn toàn sử dụng phần mềm ETABS mà không sử dụng thêm một phần mềm nào khác nên hoàn toàn dễ quản lý số liệu tránh sai sót.
Lê Chí Phát 105 Hình. 2. Đề xuất tính thép dầm BTCT theo TCVN5574:2012 trực tiếp trên phần mềm ETABS 2 Cơ sở lý thuyết tính toán 2.1 so sánh công thức tính toán diện tích cốt thép cho dầm tiết diện chữ nhật theo BS: 8110-97 Và TCVN: 5574-2012 Công thức tính toán cốt thép dầm BTCT theo TCVN 5574-2012 [5,8] M - m  (1) Rb .b.h02 1  1  2. m -  (2) 2 M - As  (3)  .Rs .h0 Với: - M: Momen tính toán của dầm; - Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông theo TCVN 5574:2012; - Rs: Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép theo TCVN 5574:2012; - b, h0: bê rộng và chiều cao làm việc của tiết diện dầm BTCT hình chữ nhật. Công thức tính cốt thép dầm BTCT theo BS:8110-97 [6,7] M - K (4) f cu bh02 K - z  h0 ( 0,5  0, 25  ) (5) 0 ,9 M - As  (6) 0 ,95. f y .z Với: - fcu: Cường độ chịu nén của bê tông theo BS:8110-97; - fy: Cường độ chịu kéo của cốt thép theo BS:8110-97; So sánh (1), (2), (3) và (4), (5), (6) ta thấy có những điểm chung giữa các phương trình xác định các thông số tính toán. Do đó, nếu sử dụng các hệ số để quy đổi cường độ tính toán của vật liệu, có thể đem đến các công thức tương đương nhau. M Đặt f u  1 .Rb thế vào (4), (5) có: z  h0 ( 0,5  0, 25  ) (7) 1 .Rb .b.h02 .0,9 M 1 Thay m  vào (7) ta có: z  h0 ( 0,5  0, 25  2. m ) (8) 2 Rb .b.h0 2.1 .0 ,9 1 - z  h0 ( 0,5  0, 25.2.1 .0,9  2 m ) (9) 2.1 .0,9 f cu Do cường độ tính toán của bê tông theo BS:8110-97 được lấy bằng 0, 67 ; với  m  1,5 m 1,5 nên ta giả thiết 1  thế vào (9): 0, 67
106 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC 1 1,5 - z  h0 ( 0,5  0, 25.2. .0,9  2 m ) (10) 1,5 0,67 2. .0,9 0,67 - z  h0 ( 0,5  0, 498 1,007  2 m ) (11) 1  1  2 m - z  h0  h0 . (12) 2 M Thay (12) vào (6) ta có: As  (13) 0 ,95. f y .h0 . 1 M Đặt f y   2 .Rs thế vào (13): As  (14) 0,95. 2 .Rs .h0 Giả thiết  2  1, 05 , khi đó (14) được viết lại thành M - As  chính là công thức tính thép theo TCVN 5574:2012.  .Rs .h0 * Nhận xét: Giữa công thức tính toán cốt thép đơn dầm BTCT theo BS:811-97 và TCVN 5574-2012 có những sự tương đồng. Nếu đặt f u  1 .R b và f y   2 .R s thì ta có thể qui đổi công 1,5 thức giữa hai tiêu chuẩn về tương đương nhau khi 1  và  2  1, 05 . Do đó có thể sử dụng 0, 67 Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 và các giá trị qui đổi 1 cho cường độ bê tông và  2 cho cường độ cốt thép khi khai báo vật liệu để tính toán cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 trong phần mềm ETABS. Bảng 1. Quy đổi giá trị fcu theo BS:8110-97 khi khai báo trong phần mềm ETABS Cấp bền và Mác chịu nén tương ứng Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 nén BT (MPa) M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 TCVN 5574:2012 Rb 8,5 11,5 14,5 17 19,5 22 25 BS:8110-97 fcu (quy đổi) 19,03 25,75 32,46 38,06 43,66 49,25 55,97 Bảng 2. Quy đổi giá trị fy theo BS:8110-97 khi khai báo trong phần mềm ETABS Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu kéo CI CII CIII CIV TCVN 5574:2012 Rs (MPa) 225 280 365 510 BS:8110-97 fy (MPa) 236 294 383,25 535,5 2.2 So sánh công thức tính toán diện tích cốt thép cho dầm BTCT tiết diện chữ nhật theo CSA23.3-94 và TCVN: 5574-2012 Công thức tính cốt thép dầm BTCT theo CSA23.3-94 [1,4,6] 2.M Chiều cao vùng nén: a  d  d 2  (15) 1. fc '.c .b Chiều cao cân bằng của vùng nén ab  1.cb (16) M As  (17) a  s . f y .(d  ) 2 Với: - c  0, 6 ; 1  0,85  0, 0015. fc ' ; - d, b: chiều cao và bề rộng làm việc của tiết diện. - f’c, f y : cường độ chịu nén bê tông và chịu kéo cốt thép theo CSA23.3-94.
Lê Chí Phát 107 700 - cb  ; s  0,85 ; 700  f y Công thức (15) tương tự công thức tính h0 theo TCVN 5574:2012 nếu thay 1. fc '.c bằng Rb. Công thức (17) tương tự công thức tính As theo TCVN 5574:2012 nếu thay  s . f y bằng Rs. Từ đó ta rút ra được các giá trị cường độ bê tông và cốt thép f c ' , f y theo Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 tương ứng với giá trị cường độ bê tông Rb và cốt thép Rs theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 như sau: - f'c.α1.φc= Rb (Với φc= 0,6; α1= 0,85 – 0,0015.f'c) - fy.φs= Rs (Với φs= 0,85). Bảng 3. Quy đổi giá trị fc’ theo CSA-A 23.3-94 khi khai báo trong phần mềm ETABS Cấp bền và Mác chịu nén tương ứng Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu nén B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 BT (MPa) M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 TCVN 5574:2012 Rb 8.5 11.5 14.5 17 19.5 22 25 CSA-A 23.3-94 f'c 17.19 23.53 30.02 35.57 41.24 47.04 54.2 Bảng 4. Quy đổi giá trị fy theo CSA-A 23.3-94 khi khai báo trong phần mềm ETABS Tiêu chuẩn thiết kế Cường độ chịu kéo CI CII CIII CIV TCVN 5574:2012 Rs (MPa) 225 280 365 510 CSA-A 23.3-94 fy (MPa) 264.71 329.41 429.41 600.0 3 Kết quả nghiên cứu và khảo sát Bài báo trình bày kết quả tính toán diện tích cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật cho công trình Khách sạn SWETT HOME, Lô 33-B1, khu dân cư mới Phường Bắc Mỹ An, Quận Ngũ Hành Sơn tại Thành phố Đà Nẵng bằng kết cấu BTCT 9 tầng có mặt bằng kết cấu các tầng như sau: Hình. 3. Mặt bằng kết cấu công trình tầng trệt
108 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC Hình. 4. Mặt bằng kết cấu công trình tầng điển hình Hình. 5. Mặt bằng kết cấu công trình tầng mái 3.1 Số liệu phân tích Vật liệu: Bêtông cốt thép (bêtông cấp bền B25), cốt thép nhóm CII. Tiến hành khai báo vật liệu trong phần mềm ETABS theo các tiêu chuẩn thiết kế BS:8110-97, CSA-A 23.3-94. Tải trọng: - Tĩnh tải do trọng lượng bản thân kết cấu: sàn, dầm, cột, vách, … khai báo để phần mềm ETABS VER 9.7.1 tự tính. - Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn (không tính phần bê tông): gtt= 1,02 (kN/m2) - Hoạt tải sàn: hành lang (ptt= 1,2.3= 3,6 kN/m2); các ô sàn khác (ptt= 1,2.2= 2,4 kN/m2);
Lê Chí Phát 109 3.2 Kết quả phân tích Tiến hành phân tích và tính cốt thép cho công trình theo các tiêu chuẩn BS:8110-97, CSA-A 23.3-94 với các thông số vật liệu đã được quy đổi cho phù hợp với TCVN 5574:2012 ta được kết quả tính cốt thép dầm khung trục 1’ như sau: a) Mô hình công trình b) Kết quả theo BS:8110-97 c) Kết quả theo CSA-A 23.3-94 Hình. 6. Kết quả tính thép dầm khung trục 1’ trong ETABS Bảng 5. Kết quả tính thép dầm D1 khung 1’ theo TCVN 5574:2012 trong phần mềm Excel Tiết Cốt Mttoán b h a ho AsTT μTT Dầm αm ζ diện thép (kN.m) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm2) (%) Gối Trên -86,20 60 4 36 0,08 0.96 8,91 0,41% 40 trái Dưới 0,00 60 4 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% Trên 0,00 60 4 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% D1 Nhịp 40 Dưới 102,50 60 4 36 0,09 0.95 10,68 0,49% Gối Trên -115,80 60 4 36 0,10 0.95 12,15 0,56% 40 phải Dưới 0,00 60 4 36 0,00 c.tạo 2,16 0,10% 3.3 Tổng hợp kết quả Tổng hợp kết quả tính cốt thép dầm theo TCVN 5574:2012 và sử dụng Tiêu chuẩn BS:8110- 97, CSA-A 23.3-94 trong phần mềm ETABS sau khi quy đổi các thông số vật liệu ta được kết quả như sau Bảng 6. So sánh kết quả tính cốt thép dầm theo các Tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, BS:8110-97 và CSA- A 23.3-94. Kết quả tính thép (cm2) theo Tiết So sánh So sánh Ghi chú Dầm BS:8110- CSA-A TCVN (3) & (5) (4) & (5) diện (5)/(4) 97 23.3-94 5574:2012 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Gối trái 9,1 8,1 8,91 2,13% 10,00% 1,10 D1 khung Nhịp 11,3 10,1 10,68 5,81% 5,74% 1,06 K1’ Gối 12,6 11,3 12,15 3,70% 7,52% 1,08 phải
110 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA 2018 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC 4 Kết luận Bài báo đã nghiên cứu tính toán diện tích cốt thép dầm BTCT có tiết diện hình chữ nhật theo các Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 và Tiêu chuẩn BS:811097 sau đó qui đổi các thông số vật liệu sao cho phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN:5574-2012 và tính toán trực tiếp trên phần mềm ETABS. Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo nhóm tác giả có thể rút ra một số kết luận như sau: - Kết quả tính cốt thép dọc dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 và Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 sau khi đã quy đổi cường độ vật liệu bêtông, cốt thép cho kết quả gần giống nhau (Sử dụng Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 quy đổi cho kết quả lớn hơn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 khoảng 5%). Trong khi kết quả tính cốt thép theo Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 cho kết quả chênh lệch lớn hơn (Sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 quy đổi cho kết quả nhỏ hơn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 và sai số lên đến 10%). - Có thể sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 và Tiêu chuẩn Anh BS:8110-97 quy đổi trong phần mềm ETABS để tính trực tiếp cốt thép dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 bằng cách điều chỉnh các thông số vật liệu như: cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu kéo của cốt thép (xem bảng 1,2,3,4). - Tuy nhiên, do kết quả tính thép khi sử dụng Tiêu chuẩn Canada CSA-A 23.3-94 quy đổi nhỏ hơn so với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 nên để an toàn khi thiết kế với Tiêu chuẩn CSA-A 23.3-94 cần phải nhân hệ số điều chỉnh α = 1,1 vào kết quả tính toán. Tài liệu tham khảo 1. Arthur H. Nilson: Design of Concrete Structures, The McGraw-Hill Companies Inc (1997). 2. Bộ Xây dựng: TCVN 2737-1995. Tải trọng và tác động (soát xét lần 2), NXB Xây dựng, Hà Nội (1996). 3. Computers and Structures Inc, ETABS v9.7 Concrete Design manual (2017). 4. Nguyễn Thạc Vũ: Một số điều chỉnh trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép bằng phần mềm SAP2000 để phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam, Tạp chí KHCN Đại học Đà Nẵng số 5/7 (2000). 5. Ngô Thế Phong: Kết cấu Bê tông cốt thép. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội (1995). 6. Nguyễn Viết Trung: Thiết kế kết cấu Bê tông cốt thép hiện đại, Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội (2000). 7. Quy phạm Anh Quốc, BS:8110-97. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội (1997). 8. Tiêu chuẩn Quốc gia, TCVN 5574:2012. Bê tông và thiết kế công trình Bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội (2012).