CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VÁCH CỨNG
I- Khái niệm vách cứng (shear wall)
Vách, lõi hay còn có tên là tường chịu cắt, tường chịu trượt, tường chống trượt. Vách là cấu kiện
chịu lực đứng có chiều dài ≥ 4 lần chiều dày theo (BS 8110-1997, Điều 1.3.4.1)

Kết cấu vách là hệ kết cấu chịu lực cấu thành bởi những bức tường chịu lực và sàn nhà. Trong hệ
này, tường chịu lực thay thế dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng ngang.
Do tường chịu lực của nhà cao tầng ngoài việc phải chịu lực nén thẳng đứng do tải trọng thẳng
đứng gây ra, còn phải chịu lực trượt và mômen do tải trọng ngang sinh ra, cho nên ta mới gọi là kết
cấu vách. Mặt bằng bố trí vách của công trình
II- Ưu, nhược điểm:

1. Ưu điểm:
Kết cấu vách so với kết cấu khung thì có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn, độ cứng lớn và
chuyển vị ngang nhỏ, do đó, tác dụng của chính của vách, lõi là để tăng độ cứng(dùng để giảm
chuyển vị ngang ngang), tăng khả năng chịu tải ngang trong nhà cao tầng. Tải trọng gió và tải
trọng động đất là hai loại tải trọng ngang chính mà vách phải chịu.

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 2

Vách, lõi vừa làm chức năng tường chịu lực, lại vừa làm chức năng tường ngăn che. Hệ này phù
hợp với nhà cao tầng có nhiều bức tường như khách sạn, nhà ở Vách, lõi cũng có thể chịu tải

khung ở phần tầng dưới còn các tầng tiêu chuẩn bên trên thì sử dụng kết cấu vách.

Ở những vùng có động đất, không cho phép sử dụng kết cấu vách có khung đỡ bên duới dạng
‘chân gà nói trên, mà phải kéo dài một bộ phận vách xuống tận đất để tạo thành hệ ống khép kín
như một hệ kết cấu vách tựa trên khung có dạng chân voi.

III- Lịch sử phát triển kết cấu vách
Từ giữa những năm 60 lại đây, ở Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á, kết cấu vách bê
tông cốt thép phát triển rất mạnh để xây dựng nhà cao tầng và dần dần trở thành chủ thể của kết
cấu nhà ở cao tầng. Để xây dựng khách sạn cao tầng, người ta cũng sử dụng loại kết cấu này rất
nhiều.

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 3

mật độ sử dụng vách cứng trong nhà cao tầng qua các năm


a. Tổng quan:
 Phần tử màng Incomplete
Đặc tính:
 Nút: 4 nút
 Biến dạng: 2 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng
 Kích thước: phần tử 2 chiều
 Hình dạng: thông thường và dị thường
 Thuộc tính: Môđun đàn hồi E và hệ số Poission ratio (v),
chiều dày vách t
Lưu ý: Phần tử màng Incomplete không liên kết hoàn toàn
với dầm, chuyển vị xoay của dầm và đoạn mút bị “cô lập

 Phần tử màng Complete:
Đặc tính:
 Nút: 4 nút
 Biến dạng: 3 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng và 1 chuyển dịch xoay
 Kích thước: 2D
 Hình dáng: thông thường và dị thường
 Thuộc tính: Môđun đàn hồi E, hệ số Poission (v), chiều dày vách t

Mem brane

 Sử dụng phần tử màng Complete:
Được sử dụng đối với các phần tử phức tạp, độ chính xác cao hơn trong việc xác định sự
phân bố ứng suất và cho phép dễ dàng mô hình lỗ cửa (openings).
Việc chỉ dùng màng Complete Việc sử dụng dầm, cột không yêu cầu
(sự liên tục moment trong dầm
được cung cấp một cách tự động)

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 6

c. Liên kết giữa tường và sàn:
Trong mesh nói chung trong sàn nên làm cho tương xứng với mesh trong vách để tạo nên sự liên
kết.
Một vài phần mềm tạo liên kết một cách tự động bằng việc sử dụng constrainst (sự ép buộc) hay

dụng để hiểu dễ dàng về các kết quả.
Các dầm sàn và các tấm đan có thể liên kết trực tiếp với phần tử dàn.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 7


D : B e a m - C o l u m n M o d e l
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 8 So sánh mô hình vách bằng phần tử shell và mô hình bằng phần tử dầm Mô hình vách bằng phần tử shell

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4

II- Mô hình vách cứng trong Etabs:
1. Mesh vách và truyền tải trọng:
a. Tổng quan:
Mesh và đặt tên cho vách thích hợp là chìa khóa cho việc mô hình và thiết kế vách chính xác.
Mesh không tự động thích hợp cho tường vách (chỉ dùng thủ công)
Tải trọng chỉ được chuyển tới vách ở các điểm góc của đối tượng diện tích mà chúng hợp
thành vách.
Nhìn chung, các kiểu phần tử màng hoặc phần tử shell nên được sử dụng cho mô hình vách.
b. Mesh vách:
Piers và Spandrels mơi mà các biến dạng uốn là đáng chú ý (độ mảnh của Piers và Spandrels),
cần phải mesh Piers và Spandrels thành nhiều phần tử nhỏ.
Nếu tỉ số hình dạng của 1 pier hoặc spandrel của 1 phần tử vách dưới 3 đến 1, cần xem xét
mesh điều kiện của phần tử để đủ thể hiện biến dạng uốn.
 Ở trên cao độ, pier P1 được định nghĩa kéo dài suốt qua vách trên lỗ cửa.
 Pier P2 tạo thành cột vách bên trái lỗ cửa.
 Pier P3 xảy ra giữa lỗ cửa đi và lỗ cửa sổ.
 Pier P4 xảy ra giữa lỗ cửa và vùng biên vách.
 Pier P5 xảy ra dưới lỗ cửa sổ giữa cửa đi và vùng biên vách. Một tên tương tự cho pier
dưới cao độ tầng.
d. Đặt tên vùng Spandrel:
Tên Spandrels được phân chia cho đối tượng vùng theo phương đứng và đối tượng đường
theo phương ngang (dầm).
Không giống cac phần tử pier, một dầm vách đơn có thể tạo thành một đối tượng từ hai hoặc
nhiều hơn các cao độ tầng liền kề.
Phải ấn định tên cho một phần tử dầm vách trước khi bản có thể xuất hội lực cho phần tử
hoặc trước khi bạn có thể thiết kế cho phần tử này.
Nội lực của dầm vách được xuất ra ở bên trái và bên phải của phần tử dầm vách.
Thiết kế dầm vách chỉ biểu diễn tại vị trí xác định ở bên trái hoặc bên phải phần tử dầm vách.
Các dầm vách nhiều nhịp không thể được ấn định như một đối tượng vùng đơn
Minh họa cách chia phần tử
 Bước 3: tính lực dọc tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và mômen trong mặt phẳng gây ra.  Bước 4: tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
 Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu A
sc
<0 thì

đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo.

c. Nhận xét:
Phương pháp này do kể đến khả năng chịu nén của cốt thép nên giảm tiết diện bêtông của vách.
Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán không chỉ đối với vách phẳng.
Giả thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt tới giới hạn chảy là chưa chính xác. Chỉ tại những
phần tử biên hai đầu vách, cốt thép có thể đạt tới giới hạn chảy, còn ở giữa vách, cốt thép chưa
đạt tới giới hạn chảy. 2. Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mômen:
a. Mô hình:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 13

Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu tường được thiết kế để chịu
toàn bộ mômen. Lực dọc được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài tường.
Các giả thiết cơ bản:
 Ứng suất kéo do cốt thép chịu.
 Ứng suất nén do cả bêtông và cốt thép chịu.
 Bước 3: tính toán cốt thép chịu kéo và chịu nén.
Diện tích cốt thép chịu kéo yêu cầu:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 14

Diện tích cốt thép chịu nén yêu cầu:

Hệ số (Pmax factor) được xách định điều kiện tương thích thiết kế tường vách, mặc định Pmax
factor = 0,8.
Nếu A
sc
< 0, tức bố trí cốt thép chịu nén theo cấu tạo.
 Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Cốt thép chịu kéo lớn nhất được giứi hạn trong:
A
st-max
= 6%t
p
B1

Tương tự giá trị cốt thép chịu nén cũng giới hạn bởi:

sc
giá trị mới.
Quy trình cứ tiếp tục tới khi A
st
và A
sc nằm
trong hàm lượng cốt thép cho phép đối với tất cả các tổ
hợp tải trọng thiết kế.
Nếu độ lớn chiều dài vùng biên B vượt quá giá trị L/2 thì cần tăng bề dày tường.
 Bước 5:
Kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm.
Trường hợp bêtông đã đủ khả năng chiu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này đặt theo cấu tạo.
c. Nhận xét:
Phương pháp này bố trí tập trung lượng cốt thép chịu toàn bộ mômen ở hai đầu vách.
Phương pháp này khá thích hợp với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (bố trí cột
ở 2 đầu vách).
Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mômen của cốt thép.

3. Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác:
a. Khái niệm:
Phương pháp dựa trên một số giả thuyết về sự làm việc của bê tông và cốt thép để thiết lập trạng thái
chịu lực giới hạn (Nu,Mu) của một vách bê tông cốt thép đã biết. Tập hợp các trạng thái sẽ tạo thành
một đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mômen M của trạng thái giới hạn.
b. Các giả thuyết cơ bản:
Tiết diện vách phẳng trước khi chịu lực thì vẫn phẳng sau khi chịu lực.
Giả thiết quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép.
Giả thiết về biểu đồ ứng suất bê tông vùng nén và bê tông vùng nén quy đổi.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 15

d. Nhận xét
Là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách bê tông cốt thép.
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 16

Phương pháp này thực chất coi vách là một cấu kiện chịu nén lệch tâm và cốt thép phân bố trên
toàn tiết diện vách được kể đến trong khả năng chịu lực của vách.
Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. Để giám bớt khối lượng tính
toán, ta có thể sử dụng biểu đồ tương tác gần đúng.
II- Tính toán cốt thép ngang cho vách phẳng: (tính toán như cấu kiện dầm thông thường)
1. Tổng quan:
Điều kiện xét tới ảnh hưởng của lực cắt: khi tỷ lệ chiều cao/chiều dài tường tương đối nhỏ, vách
có dạng congxon ngắn, ảnh hưởng của lực cắt là nguy hiểm.
Khả năng chịu cắt của tường:
Q
u
= Q
b
+ Q
sw

Trong đó: Q
b
: khả năng chịu cắt của bêtông
Q
sw
: khả năng chịu cắt của cốt thép ngang
Chú ý: khi có lực nén, ứng suất kéo gây bởi lực cawtssex giảm, do đó làm tăng khả năng chịu cắt
của bêtông.


Diện tích cốt thép tính:
 


p
pu
ppcLWc
L
LP
LtfRV
4
8.0
8.03.3 


 
pp
p
u
u
pp
u
cLWp




















CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 17
2. Thiết kế chịu cắt cho spandrel: trình tự tính toán như đối với pier
 Các công thức tính toán spandrel theo ACI:

Mặt bằng

Mặt cắt


 
pys
c
u
v
Lf
V
VAbs
A
8.0







ppcLW
u
LtfR
VAbs
8.010

u
V
V
5.0

0
50
min
min


h
ys
s
v
A
f
t
A
5
s
s
d
L
c
u
V
V
5.0


min
min


CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 18

Chiều dài của spandrel
Chiều dày của spandrel
Khoảng cách mặt trên của spandrel đến tâm cốt thép trên
Khoảng cách mặt dưới của spandrel đến tâm cốt thép dưới
Tổng chiều cao của spandrel
Hệ số giảm lực cắt
Chiều cao có hiệu của spandrel
Phần lực cắt do cốt thép chịu
Phần lực cắt do bê tông chịu


trong đó:
Q
v
:lực cắt tính toán của vách hoặc của nhánh vách cứng
l,t: tương ứng là chiều dài và chiều dày tiết diện vách cứng
II- Bố trí cốt thép trong vách:
1. Trường hợp vách không có lỗ cửa:
Trong vách phải đặt 2 lớp lưới thép. Hai lớp lưới thép này phải được liên kết với nhau bằng các
móc đai hình chữ S với mật độ 4 móc/m
2

Đường kính cốt thép đứng và ngang không nhỏ hơn 10mm và không nhỏ hơn 0,1t.
Hàm lượng cốt thép đứng khi tính toán kể đến động đất thỏa:
 Lớn hơn 0,4% : động đất yếu
 Lớn hơn 0,6% : động đất trung bình + mạnh
 Tuy nhiên hàm lượng này không vượt quá 3%
Hàm lượng cốt thép ngang khi tính toán kể đến động đất thỏa:
 Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25% : động đất yếu
 Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% : động đất trung bình và mạnh
Khoảng cách giữa cốt thép doc và ngang s:
 s

200mm : t

300mm
 s


2
3

R


Q
lt
: lực cắt trong lanh-tô


: góc nghiêng của thanh chéo và phương nằm ngang
 Cốt chéo theo 2 phương buộc thành khung, dùng cốt đai chữ nhật hoặc đai lò xo để liên
kết, khoảng cách cốt đai không vượt quá 0,5b (b: chiều dày lanh-tô)
 Chiều dài đoạn neo l
neo
lấy theo tính toán nhưng không nhỏ hơn 2b và 600mm

Bố trí cốt thép chéo nghiêng trên cửa lanhtô
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 21

III- Một số yêu cầu cấu tạo khác:

PHẦN V- VÍ DỤ TÍNH TOÁN
I- Đề bài
Cho vách có tiết diện như hình vẽ. chịu lực N= 1000t; mô men trong mặt phẳng M
y
= 1050 kNm;
lực cắt tính toán Q
x
= 300t. tính toán và bố trí cốt thép cho tường. tiêu chuẩn áp dụng ACI-318. Bê
tông có f’
c
= 300MPa. Thép AIII, f
y
= 400MPa.

II- Bài làm
1. Tính toán cốt dọc
a. Tính theo phương pháp 1:

Chia vách thành các phần yử nhỏ như hình vẽ. vì lý do đối xứng và mô men có thể đổi chiều
nên chỉ cần tính cho 1 nửa vách.

Diện tích cốt thép chịu nén được tính từ phương trình cân bằng:

Với A
b
=t
w

s
=37.70 cm
2
, hàm lượng 1.77%; diện tích cốt thép
chịu nén tính được A
sc
= 50.92 cm
2
, hàm lượng 1.85%. chọn 20@200, do mômen có thể đổi
chiều nên bố trí như hình vẽ.
Tính toán kiểm tra phần còn lại:
Chiều dài đoạn tường giữa: B=2.4 m
KNCL nén của tường khi chưa có cốt thép: P
u
=856.8t. lực dọc trục mà tường phải chịu: N=
558.14t
Vậy cốt thép trong phần tường này đặt theo cấu tạo. chọn 12@200.
Mặt cắt bố trí thép:
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 24 c. Phương pháp 3: tiêu chuaanr áp dụng ACI-318. Thép đã bố trí 3020 Thiết lập biểu đồ tương tác
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG
(THANHVNLD)
NHÓM 11 Trang 25

Với s là bước cốt thép ngang tương ứng.