Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT
CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

15.1 VÁCH CHỊU LỰC (VÁCH CỨNG)
15.1.1 Khái quát
Định nghĩa: vách BTCT là cấu kiện kiểu “sàn đứng”, chỉ chịu các lực tác dụng trong mặt
phẳng vách (in-plane loads), chiều rộng vách tối thiểu bằng 6 lần chiều dày (L
w
≥ 6t
w
)
và 1/3 lần chiều cao (L
w
≥ H
w
/3).
Vách cứng thường được dùng để chống lực ngang trong công trình nhà cao tầng BTCT.
Tên không chính xác: vách chịu cắt: (Shear walls) vì có thể dẫn đến các lầm lẫn như sau:
 Kiểu phá hoại chính là phá hoại cắt !!!
 Cường độ chịu lực vách là cường độ chống cắt !!!
 Thiết kế vách đầu tiên kiểm tra khả năng chống cắt !!!
 Phân phối lực có thể dựa trên độ cứng tương đối !!!
 Tên chính xác nên là vách chịu lực (Structural walls).

a)- Vách cứng dạng phẳng b)- Vách cứng dạng hộp
Nên tránh bố trí vách cứng bất thường (irregularity) cả theo chiều cao công trình và mặt
bằng nhằm tránh tác động xoắn lớn
lên tổng thể công trình như các ví dụ dưới đây:


w
<

1-2: thiết kế chống cắt là ưu tiên do M/V
alls
d. Vách khoét lỗ - Punched walls
nhỏ)
c. Vách đôi có dầm nối - Coupled w
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương
15:
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

a)- Vách cao b)- Vách thấp c)- Vách đôi d)- Vách khoét lỗ
ng
o vị trí và công năng trong công trình. Ba chức năng thông
như
ngăn các căn
b. Hệ kết cấu khung - giằng
(hệ khung + vách cứng)
Frame walls, dual system:
vách cứng chủ yếu chịu tải
trọng ngang và m ần tải
trọng đứng, h g chịu
phần lớn tải trọ
c. Hệ kết cấu lõi cứng - Core
walls: vách cứng bao quanh
hệ thống thang máy vận
chuyển đứng.

- Vách ứng xử như một công xôn dà
kể.
(0,33

<

H
w
/L
w
<

1) thì kiểu phá hủy là biến dạng
i (slender cantilever)
Các nhận xét then chốt
 Nhìn chung vách cứng trong hệ kết cấu nhà cao tầng chịu chủ yếu bị biến dạng uốn
ủa khung Các giả thuyết bỏ qua sự chịu tải trọng ngang c
có thể dẫn đến kết quả sai sót lớn
 Hệ kết cấu liên hợp khung + vách (khung giằng) dẫn đến phương án thiết kế kinh tế hơn
ng chống cả lực dọc + lực gây uốn + lực cắt Vách cứng nên được thiết kế vách cứ
 Sơ đồ bố trí
mặt bằng các vách cứng là rất quan trọng cả cho các tải trọng đứng và ngang
Biến
dạn
g

uốn
Biến
dạn
g

75m) có vách cứng bố
trí ở trung tâm (core wa ). Vách cao
BTCT ( ) thiết kế dẻo vừa có
thể tạo p dẻo uốn tại đáy
móng với
BTCT, điều này có nghĩa là về mặt lý
thuyết có thể nới lỏng yêu cầu khung
BTCT là “cột cứng-dầm yếu” (xem
hình a bên dưới), do đó người kỹ sư
thiết kế có thể tự do hơn để lựa chọn
kích thước dầm và cột.
Hệ khung-giằng được sử dụng phổ
biến trong nhà thấp tầng và nh
ll
H
w
/L
w
>

2
thành khớ
ứng xử dẻo gần bằng hệ
T thiết kế dẻo cao. khung BTC
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương
15:
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

W
R
ZIC
V
base

(15-1)
Tron
W tác dụng lên công trình:
Z - hệ số khu vực động đất của Mỹ:
Vùng ực 3 khu v
g đó:
- toàn bộ tải trọng đứng



n
1i
i
WW
Đ.Đất khu vực 1 khu vực 2 khu v ực 4
Tính chất ĐĐ yếu ĐĐ vừa ĐĐ mạnh ĐĐ rất mạnh
Hệ số ĐĐ Z =
0.075
0.15  0.2
0.3 0.4
Theo FEMA 356, nếu phổ đàn hồi (phần 13.3.3 chương 13) thỏa mản cả hai điều kiện:
e B e

(1)

B
) > 0,5g và S
e
(T

=

1s) > 0,2g  động đất mạnh
I - h
C -
ệ số công trình: I = 1,0 (bình thường)  I = 1,25 (quan trọng)
hệ số vận tốc động đất:
75.2S
25.1
C 
(1
T
3/2
hệ số phụ thuộc loại đất nền công trình:
S = 1,0 (nền đá)  S = 1,2  S = 1,5  S = 2,0 (nền sét mề
5-2)
S -
m).
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương
15:
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
T - chu kỳ riêng thứ nhất của dao động công trình tính bởi (15-3a) hay (15-3b):
(15-3a)

n
kh
Vách cứng BTCT thường
+ khung BTCT thường
vùng 1 (ĐĐ yếu)
3,0
Vách cứng BTCT thường
+ khung BTCT trung gian
vùng 2 (ĐĐ
5,0
vừa)
Vách cứng BTCT đặc biệt
+ khung BTCT đặc biệt
vùng 3-4 (ĐĐ mạnh  rất mạnh)
6,0

Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương
15:
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

5. S - Phân phối lực cắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao nhà theo sơ đồ sau đây:

Phân phối lực cắt đáy móng tính theo công thức (15-4) như sau:
GHI CHÚ
Ordinary reinforced concrete structural wall - Vách cứng BTCT thông
thường đổ tại chổ, thoả mản ACI 318 từ C
hợp cho động đất vừa (vùng 2).
hương 1 đến 18, áp dụng thích

1

F
2

F
3

F
4
F
t

V
base
H
i

w
4

w
3

w
2

w
1


 s7.0Tkhi
(15-4b)
F
i
- lực tập




n
1j
jj
i
HW
F
(15-4c)
H
i
, H
j
- cao ính từ mặt đấ tầng thứ i, j
W
i
, W
j
- tải trọng đứng của tầng thứ i, j
Phân phối lực cắt đáy móng
iitbase
HW)FV(
độ t t đến

, H
j
- cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j
W
i
, W
j
- tải trọng đứng của tầng thứ i, j
6. Xác lập các tổ hợp tải trọng






s5.2Tkhi2
s5.0Tkhi1
k
(15-5c)
trong khung/vách chịu lực c tải tr ang F
i
và
các tải trọng đứng W
i
(có nhân hệ số tải trọng), tính nội lực thiết kế
gồm
cá ọng ng
(M, Q, N) trong
tất cả các thành phần kết cấu bằng cơ học kết cấu (dùng SAP2000, FEAP, ).
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh

M
, trong
M
bằng cách nhân các ển vị đàn h tic di ), D
s
số k h đại ch ị (displa plifi actor), 0,7R :
ift),  chuyển vị
chuy
hồi, D
splacementkhung/vách, tính D ồi (elas
, với hệ huyếc uyển v cement am cation f C
d
=





T,0
Thi,0
)D(R7
1i,s,s


7,0
s7,0
 D
i
 ,0
M

Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: = 27000 kN
Công thức tính lực cắt đáy móng theo tiêu chuẩn UBC-94:
phần d
phương heo UB
ết động đất nề
5m  30
225012WW
12
1i
i



W
R
ZIC
V
base


Trong đó chọn:
Z = 0.2 (vùng động đất vừa)
F
W
i

D
s,4

i

2
5 kN/m
2
N/m
2
7.5 m
3.6 m
5 m
5 k
43.2 m
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
I = 1.25 (công trình quan trọng)
R = 6.0 (vách + khung BTCT dẻo vừa)

4/3
4/3
t
3.0
2.43
02.0HCT





= 0.83 s


- lực tập trung tại đĩnh:
bast
TV07.0F
base
V
e
25.0


(do T = 0.83 s ,7 s) > 0

238583.007.0F
t


= 140 kN < 0,25  2385 = 595 kN
F
i
- lực tập trung tại tầng thứ i:




12
base
i
V(
F
1j
W

tần
230
g 2 16200
58
tầng 8 64800
tầng 3 24300
86
tầng 9 72900
259

tầng 4 32400
115
tầng 10 81000
288
tầng 5 40500
144
ng 11 89100
317
tầ
tầng 6 48600
173
tầng 12 97200
345
Ghi chú: V
base
- F
t
= 2385 - 140 = 2245 kN ; W
j j
= 631800 kNm H

tầng 8
tầng 6
tầng 10
t
tầng 12
140 kN
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
15.2.3 Nguyên tắc tính toán của phương pháp lực ngang tương đương (TCXDVN 356-2006)
Phương pháp lực ngang tương đương theo TCXDVN 356-2006 có thể áp dụng cho hệ
khung BTCT và hệ khung/vách BTCT ở khu vực động đất yếu  vừa cho các công trình
có chiều cao H < 70m và ảnh hưởng xoắn không đáng kể.
Các bước chính tính động đất của vách cứng BTCT theo phương pháp lực ngang tương
đương, dựa trên TCXDVN 356 6, tương tự như tính khung BTCT ở phần 14.3.1
(chương 14) có được liệt kê như sau:
1. Dùng phương pháp tính tay, thiết lập các kích thước sơ bộ
-200
thể
của dầm, cột và vách cứng;
tính các tải trọng đứng
m
i
(tĩnh tải+hoạt tải) tại các tầng (phần 13.5.1 của chương
13):

i,ki,Ei,ki
QGm


(1)
S (T = T ) < 0,167g và S (T = 1s) < 0,067g  động đất yếu

e B e
(2)
0,167g < S (T =
e

T ) < 0,5g và 0,067g < S (T = 1s) < 0,2g  động đất vừa

B e
(3)
S (T = và S (T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh
e
T ) > 0,5g
B e
3. Phân tích mô hình bước 2 để tìm các tần số riêng và các m d o động riêngode a , có thể
tính dao động riêng theo phươ háp PTHH hay công thức kinh nghi m (15-3). ng p ệ
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

ng 13 trong giáo trình này để tính lực cắt đáy móng 4. Tham khảo phần 13.5.1 của chươ
thiết kế (F ) bằng cách d
b
ùng chu kỳ riêng thứ nhất (T
1
) tính được từ bước 3 như sau:





n
1i
i
mM

5 ắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao hà (theo 13.5.1 của chương 13):

n
b
jj
m
n
1j
ii
i
F
s
ms
F 


(15-9) hay
b
n
1j
jj
ii

s
1
,
1
s
2
,
1
s
3
,
1
s
1
,
2
s
2
,
2
s
3
,
2
s
1
,
3
s
2

n
1j
j
n
1i
i
MFTHDB
(15-11)
F
i
- lực ngang phân theo tầng thứ i do tác động của động đất
M
j
- tải trọng đứng phân theo tầng thứ j, tính bằng:
j,kj,2j,kj
QGM 


(15-12)
G
k,j
, Q
k,j
- tĩnh tải và họat tải tính toán của tầng thứ j
F
i

M
j
tầng thứ 2

4

m
1

m
3

m
2

H
chuyển vị mode
s
j
(Z
j
)
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15:

2,j
- hệ số tổ hợp tải trọng đối với họat tải tầng thứ j (tham khảo 13.5.1, chương 13)
7. Kiểm tra độ trôi dạt (drift),  , theo Euroco
M
de 8 bằng chính chênh lệch giữa hai
chuyển vị tầng,
D

s,4


D
s,3


D
s,2

D
s,1
h
s4

h
s3

h
s2

h
s1

Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
15.3 THỰC HÀNH THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT THEO ACI 318-05


t
w
 4.5.3)
t
w2
 (h
s
/15, 200mm) nếu l
w2
< (2t
w2
, l
w
/5)
t
w2
 (h
s
/10, 200mm) nếu l
w2
> (2t
w2
, l
w
/5)
b)- Hàm lượng thép thép cấu tạo tối thiểu:
Đường kính thép cấu tạo:

u cấu tạo cốt thép vách cứng
ều dày vách tối thiểu:

s
1
 (3 t
w
, 450mm) (14.3.5)
s
2
 (3 t
w
, 450mm) (14.3.5)
trong đó:
H
w
- c
h
s
- chi ầng sàn nhà
l
w
,

l
w2
- c
t
w
,

t
w

s
2
s
2
A
h
A
v
V
u
M
u
P
u
l
w
t
w2
l
w2
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace

Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
15.3.2 Phân bố thép dọc chịu uốn
Thép dọc chịu uốn+nén trong vách cao BTCT có thể được bố trí theo các cách như sau:
- Bố trí thép dọc phân tán đều trên toà
n bộ tiết diện ngang vách cứng.

- Đặt dày thép dọc tín  > 16mm và có hàm lượng 

ống uốn tăng 25% khi bố trí thép d
lượng với phươ án 1.
Cách 1
Cách 2

Cách 3

0.1L
w
0.8L
w
0.1L
w



min
tt

tt

PA1: Bố trí thép đều nhau
M
max
= 380
M
max
= 475
Bố trí thép dày ở 2 đPA2: ầu
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh

-M
n
): - Hầu như vách hộp được tính như kết
cấu chịu nén hai phương.
 P = PR
n
yêu cầu MR
x
R  MR
nx
R ; MR
y
R  MR
ny
R

MR
y
R = MR
ny
yêu cầu P  PR
n
R ; MR
x
R  MR
nx
R

R] = N ; [f’R
c
R] = MPa ; [tR
w
R], [dR
w
R] = mm
với
ww
l8.0d 
(11.10.4)
UYêu cầuU:
umax,n
VV 
(Eq. 11-1)
Hệ số giảm cường độ
Uchống cắtU:  = 0.75
2. Tính cường độ chống cắt của bê tông:
w
wu
wwcc
l4
dP
dt'f
4
1
V 
(Eq. 11-29)
dấu
- khi PR

)VV(V
snu

(Eq. 11-2)

2
wyv
cu
s
dfA
VV


(Eq. 11-31) 
wy
cu
2
v
df
VV
s
A



(*)
Từ cặp (
AR
v
R, sR

1
R):
1w
h
n
st
A


UYêu cầuU:






hn
n
h
w
w
n
0025.0
)
0025.0)(
l
h
5.2(5.00025.0
(11.10.9.4)


u
M
u
P
u
tR
w
lR
w