ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


NGÔ QUANG TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI
ĐẾN TỶ SỐ NÉN CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP
TRONG THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN KẾT CẤU
NHÀ NHIỀU TẦNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng
và công nghiệp
Mã số
: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. PHAN QUANG MINH

Phản biện 1: PGS.TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH
Phản biện 2: PGS.TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công

nhiều tầng” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xét ảnh hưởng của cốt đai đến tỷ số nén của cột bê tông cốt
thép (BTCT) trong thiết kế kháng chấn kết cấu nhà nhiều tầng. Qua
đó đề xuất giảm tiết diện cột hợp lý khi xét đến yêu cầu đảm bảo tỉ số
nén trong thiết kế kháng chấn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Cột BTCT


2
+ Tỷ số nén của cột BTCT trong thiết kế kháng chấn nhà
nhiều tầng.
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của cốt đai đến
tỷ số nén của cột BTCT trong thiết kế kháng chấn kết cấu nhà nhiều
tầng.Đối tượng nghiên cứu: Nút khung có xuất hiện vết nứt
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kháng chấn và sự làm việc nhiều trục
của bê tông (hạn chế nở hông).
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Về ý nghĩa khoa học: Xét đến sự làm việc của bê tông cột khi
bị hạn chế nở hông trong thiết kế kháng chấn kết cấu nhà nhiều tầng.
- Về ý nghĩa thực tiễn: Thông qua việc giảm tỷ số nén của cột
BTCT có thể làm giảm kích thước tiết diện của cột BTCT.
6. Bố cục đề tài
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về thiết kế công trình chịu động đất
Chương 2: Sự làm việc của cột khi hạn chế nở hông trong thiết
kế kháng chấn nhà nhiều tầng.


Hậu quả tác động động đất

Cường
độ động
đất

Động đất không cảm thấy, chỉ có máy mới Cấp động
ghi nhận được.
đất nhẹ,
Động đất ít cảm nhận (Rất nhẹ). Trong không
trường hợp riêng lẻ, chỉ có người nào đang gây ảnh
hưởng lớn
ở trạng thái yên tĩnh mới cảm thấy được.


4
Cấp
động đất
Cấp III

Cấp IV
Cấp V
Cấp VI
Cấp VII
Cấp VIII
Cấp IX
Cấp X
Cấp XI


và đường sắt bị hư hại nặng, mặt đất bị biến
đất có
dạng, vết nứt rộng, sụp đổ lớn ở núi.
mức độ
Thay đổi địa hình. Phá hủy mọi công trình ở
hủy diệt.
trên và dưới mặt đất, thay đổi địa hình trên
diện tích lớn, thay đổi cả dòng sông, nhìn
thấy mặt đất nổi sóng.
Hậu quả tác động động đất


5
b. Thang độ lớn động đất (Earthquake Magnitude)
Thang độ lớn động đất là thang đánh giá định lượng quy mô
động đất và độ lớn nứt gãy, dựa trên biên độ lớn nhất của các sóng
khối hoặc sóng mặt. Do vậy thang độ lớn động đất là một thang đánh
giá khách quan và định lượng theo các số liệu đo.
Bảng 1.2 Bảng thang độ lớn động đất Richter
Độ
Richter

Tác hại

Mô tả

Tần số xảy ra

Động đất thật nhỏ, không cảm
thấy được.

Rung chuyển đồ vật trong nhà.
Thiệt hại khá nghiêm trọng.

Nhẹ

Khoảng 6200
lần mỗi năm.

Trung
bình

Khoảng 800
lần mỗi năm.

Mạnh

Khoảng 120
lần mỗi năm.

Rất
mạnh

Khoảng 18 lần
mỗi năm.

< 2.0

5.0 – 5.9

6.0 – 6.9

mạnh
Cực
kỳ
mạnh
Kinh
hoàng

Khoảng 1 lần
mỗi năm.
Khoảng 20 lần
mỗi năm.
Cực hiếm.

1.2. TÁC HẠI CỦA ĐỘNG ĐẤT
1.3. QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI TRONG THIẾT KẾ CHỊU ĐỘNG
ĐẤT
1.3.1. Quan niệm thiết kế công trình chịu động đất

Hình 1.13. Các quan niệm mới và quan niệm cũ trong thiết kế công
trình chịu động đất


7
1.3.2. Các tiêu chí cần tuân theo
a. Các trạng thái giới hạn cực hạn
b. Các trạng thái hạn chế hư hỏng
1.3.3. Các biện pháp cụ thể
a. Thiết kế
b. Hệ móng
c. Kế hoạch đảm bảo chất lượng

chấn
a. Tổng quát
b. Neo cốt thép
c. Nối các thanh thép
1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương này của luận văn chủ yếu trình bày khái niệm về động
đất, ảnh hưởng của động đất đến con người, vật chất và đối với công
trình xây dựng. Quan niệm mới trong thiết kế công trình chịu động
đất, đó là thay đổi cơ bản trong mục tiêu thiết kế kháng chấn từ việc


9
bảo vệ công trình sang bảo vệ trực tiếp sinh mạng con người và tài
sản, của cải vật chất xã hội. Với cách thức thiết kế theo quan niệm
mới, cho phép hạn chế được hư hỏng ở công trình khi chịu các trận
động đất trung bình và có các chuyển vị không đàn hồi lớn nhưng
không bị sụp đổ khi chịu các trận động đất mạnh và rất mạnh.
Ngoài ra, các biện pháp tính toán kết cấu chịu động đất cũng
được nêu lên sơ lược. Căn cứ theo tính chất của tác động động đất lên
công trình và các đặc tính của hệ kết cấu chịu lực của công trình xây
dựng, ta có bốn nhóm phương pháp tính toán (tĩnh tuyến tính, động
tuyến tính, tĩnh phi tuyến và động phi tuyến); giới thiệu một số
phương pháp tính toán kết cấu chịu động đất.
Đối với công trình chịu động đất, khi thiết kế cột bê tông cốt
thép trong thiết kế kháng chấn theo EN 1992-1-1, tùy vào cấp dẻo
của kết cấu là cấp dẻo thấp, cấp dẻo trung bình, cấp dẻo cao thì các
yêu cầu về vật liệu, kích thước hình học, hệ quả tác động thiết kế,
kiểm tra và cấu tạo theo trạng thái giới hạn của cột cũng có sự khác
biệt. Ngoài ra trong thiết kế công trình kháng chấn cần phải tuân
cũng như các yêu cầu về neo và mối nối như đã trình bày ở trên.

tông. Hiện tượng bó này có thể được xem là thụ động, bởi vì khi bê


11
tông không bị nở ngang thì trong cốt thép đai sẽ không tồn tại bất kì
ứng suất nào.
Các thông số ảnh hưởng đến bó bê tông cốt thép là:
- Hàm lượng cốt thép ngang (w);
- Cường độ chảy của thép đai (fyw);
- Cường độ chịu nén của bê tông (fc);
- Khoảng cách giữa các lớp cốt đai (s);
- Cách thức cấu tạo cốt đai;
- Cốt thép dọc.
2.1.3. Bê tông hạn chế nở hông theo Tiêu chuẩn EN1992-11-2004
2.1.4 Mô hình Mander về quan hệ (-) của bê tông bị bó

Hình 2.5. Quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông hạn chế nở
ngang và không hạn chế ngang trong trường hợp bị nén.
2.2. KHÁI NIỆM TỈ SỐ NÉN CỦA CỘT THEO TCVN
9386:2012
Theo TCVN 9386:2012 tỉ số nén của cột hay còn được gọi là
lực dọc thiết kế quy đổi d được xác định theo công thức:


12

d 

N ed
Ac . f cd

13
hưởng của cốt đai cũng góp phần hạn chế tỉ số nén của cột bê tông
cốt thép trong thiết kế kháng chấn nhà nhiều tầng.
Từ lý thuyết trong chương 2, tác giả áp dụng các cho các ví dụ
tính toán, qua đó khảo sát tỷ số nén của cột bê tông cốt thép có xét
đến ảnh hưởng của cốt đai.


14
CHƯƠNG 3
ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI ĐẾN TỶ SỐ NÉN CỦA
CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG THIẾT KẾ KHÁNG
CHẤN KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG
Từ lý thuyết trong Chương 2, để xét đến ảnh hưởng của cốt đai
đến tỷ số nén của cột bê tông cốt thép trong thiết kế kháng chấn nhà
nhiều tầng. Tác giả tiến hành lựa chọn hai loại mô hình tiết diện cột
để tính toán:
- Tiết diện cột vuông BTCT có kích thước 1mx1m;
- Tiết diện cột tròn BTCT có đường kính 1m.
Sau đó tiến hành tính toán các bước chính sau:
- Bước 1: Tính toán tỉ số nén của cột khi chưa kể đến hiệu ứng
bó của bê tông;
- Bước 2: Tính toán tỉ số nén của cột khi kể đến hiệu ứng bó
của bê tông;
- Bước 3: Thay đổi các thông số thép đai, thông qua việc xét
đến hiệu ứng bó của bê tông, tính toán khảo sát sự thay đổi tỉ số nén
của cột;
- Bước 4: Sau khi giữ nguyên tỉ số nén ở mức hạn chế, không
vượt quá 0,65 đối với cấp dẻo trung bình, xét đến hiệu ứng bó của bê
tông, tiến hành thay đổi các thông số cốt đai qua đó lựa chọn lại tiết



16
ngoài cốt đai không tham gia chịu lực. Tính toán cường độ chịu nén
đặc trưng fck,c của bê tông khi xuất hiện hiệu ứng bó cột.
Qua tính toán, giá trị lực dọc thiết kế quy đổi d,c khi kể đến
hiệu ứng bó cột không cải thiện được nhiều 0,61 so với 0,65 (giảm
6,15%).
3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của cốt đai đến tỷ số nén của cột
BTCT hình vuông 1mx1m khi xét đến hiệu ứng bó bê tông
a. Điều chỉnh thông số thép đai
Bảng 3.5 Bảng tổng hợp thông số thép đai điều chỉnh
STT

Ø

nx

ny

st

(mm)

(nhánh

(mm)

(mm)


7

125

8

10

11

11

100

9

75

10

50

11

150

12

125


đai (mm)
150
125
100
75
50

% Tỉ số nén giảm xuống khi xét đến hiệu ứng bó bê
tông (νd,c so với νd)
Trường hợp 1
Trường hợp 2
Trường hợp 1
(d10, n x=ny=6) (d10, nx=ny=11) (d12, nx=ny=6)
5.73
9.50
12.98
16.82
23.57

15.58
19.20
22.52
29.30
38.18

11.62
14.30
19.20
23.57
32.66

2.50
4.50
6.50
9.50
13.50

7.50
10.00
12.50
17.50
23.50

6.00
7.50
10.00
13.00
19.50

Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ phần trăm kích thước cột điều chỉnh lại
giảm xuống so với tiết diện cột ban đầu


19
3.2 KHẢO SÁT TỶ SỐ NÉN CỦA CỘT BTCT CÓ XÉT ĐẾN
ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI CHO TRƯỜNG HỢP CỘT
TRÒN ĐƯỜNG KÍNH 1m
3.2.1. Mô hình phân tích
Xét cột tròn bê tông cốt thép đường kính 1m chịu tác dụng của
tải trọng thẳng đứng: N=1490.104(N). Cột được làm bằng bê tông cấp
độ bền C35/45 có cường độ đặc trưng fck=35(MPa). Cốt thép đai


1

150

2

125

3

10

100

4

75

5

50

6

150

7

125


75

15

50


21
b. Khảo sát giá trị tỉ số nén cột tròn khi kể đến hiệu ứng bó
của bê tông
Khảo sát với mô hình phân tích ở (Mục 3.2.1), xét tiết diện cột
tròn đường kính 1m. Thay đổi các thông số thép đai, thông qua việc
xét đến hiệu ứng bó của bê tông, tính toán khảo sát sự thay đổi tỉ số
nén của cột tương tự (Mục 3.2.3). Kết quả tính toán được tổng hợp tại
(Bảng 3.18) và biểu đồ (Hình 3.12):
Bảng 3.18 Bảng tổng hợp so sánh sự ảnh hưởng khi thay đổi
các thông số cốt đai đến tỉ số nén cột BTCT tròn đường kính 1m
Bước cốt
đai (mm)
150
125
100
75
50

% Tỉ số nén giảm xuống khi xét đến hiệu ứng bó bê
tông (νd,c so với νd)
Trường hợp 1
(d10)


c. Khảo sát tiết diện cột tròn BTCT khi kể đến hiệu ứng bó
của bê tông
Tính toán dựa trên việc giữ nguyên tỷ số nén ở mức giá trị giới
hạn đối với cấp dẻo trung bình d,c là 0,65. Tiến hành thay đổi các
thông số thép đai, ta tính toán ngược lại để lựa chọn tiết diện cột
BTCT phù hợp. Kết quả tính toán được tổng hợp trong (Bảng 3.20)
và biểu đồ (Hình 3.13)
Bảng 3.20 Bảng tổng hợp tỉ lệ phần trăm kích thước cột điều
chỉnh lại giảm xuống so với tiết diện cột ban đầu
Bước cốt
đai (mm)
150
125
100
75
50

% Tiết diện cột lựa chọn lại giảm xuống khi xét đến
hiệu ứng bó bê tông (ađiều chỉnh so với aban đầu)
Trường hợp 1
(d10)

Trường hợp 2
(d12)

Trường hợp 1
(d14)

9.50

của bê tông tăng lên, qua đó làm giảm đáng kể tỷ số nén.
Đối với kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất, yêu cầu
cơ bản của cấu tạo tiết diện là hạn chế tỷ số nén trong cột. Bằng việc
kể đến hiệu ứng bó bê tông do cốt đai gây ra, có thể giảm bớt kích
thước tiết diện cột một cách đáng kể mà không vi phạm yêu cầu về tỷ
số nén.
Các phân tích trong chương này cho thấy, bằng việc sử dụng
các biện pháp tăng hiệu quả của hiệu ứng bó của bê tông như: Tăng
đường kính cốt đai, bố trí thêm giằng, giảm khoảng cách giữa các lớp
cốt đai hoặc sử dụng đồng thời các giải pháp trên, người thiết kế có
thể lựa chọn tiết diện cột giảm đáng kể so với tiết diện cột ban đầu
khi chưa xét đến hiệu ứng bó, góp phần có thêm các phương án lựa
chọn trong thiết kế kiến trúc. Tiết diện giảm xuống, cũng góp phàn
tiết kiệm được vật liệu bê tông, hoặc bổ sung cho dầm để khung cứng
hơn, chịu được tải trọng ngang tốt hơn.