Trong công tác thiết kế, chúng ta luôn phải đảm bảo các cấu kiện thỏa mãn yêu cầu về độ bền (chịu lực – TTGH thứ nhất) và biến dạng (TTGH thứ 2). Kết cấu sàn BTCT cũng không ngoại lệ, việc tính toán kiểm tra độ võng sàn là yêu cầu cần thiết để đảm bảo tính an toàn, kinh tế và thẫm mĩ cho công trình.
Gửi các bạn mô hình SAFE dùng cho ví dụ này: SAFE TÍNH VÕNG SÀN – PHẦN 2
Tính toán độ võng sàn BTCT cần lưu ý vài điểm sau:
+ tính toán theo TTGH thứ 2, tải trọng tiêu chuẩn không có hệ số vượt tải
+ dưới tác dụng của tải trọng, xuất hiện vết nứt trong bê tông, làm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng
+ để xét tới sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT, cần xét tới các yếu tố từ biến và co ngót cũng như tác dụng dài hạn của các loại tải trọng. Theo TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được tính như sau:
f = f1 – f2 + f3
với:
- f1 – độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
- f2 – độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
- f3 – độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn
Bài viết ngày hôm nay sử dụng tính năng phân tích tính độ võng của sàn theo trường hợp tải trọng tác dụng theo giai đoạn (ví dụ như giai đoạn thi công đến khi đưa vào sử dụng). Ta có thể hiểu đại khái như cho phép phân tích trường hợp tải hiện tại với các thông số bắt đầu từ một trường hợp tải trọng khác tác dụng trước.
Lúc này ta bổ sung các Load Cases như dưới đây, kí hiệu (Sh: với tải trọng ngắn hạn; Lt: với tải trọng dài hạn):
- Sh1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Cracked) – Zero Initial Condition)
- Sh2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh1
- Sh3-1: Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
- Sh3-2: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
Ghi chú: Hệ số 0.3 xem giải thích ở mục 5
- Lt1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Longterm Cracked) – Zero Initial Condition)
- Lt2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt1
- Lt3: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt2
Như đã nói ở trên, lúc này ta có:
+ f1 = Sh3-1
+ f2 = Sh3-2
+ f3 = Lt3
Sau đây mình xin đi vào chi tiết:
1/ Bước 1: Xây dựng mô hình tính toán độ võng sàn BTCT
Các bạn có thể tạo mô hình trực tiếp trong phần mềm SAFE hoặc xuất mô hình (dưới dạng file .f2k) từ bên ETABS sang cũng được nhé. Cần tính toán kiểm tra sàn tầng nào thì xuất tầng đó.
Cách xuất mô hình từ ETABS sang SAFE mình đã thể hiện rất rõ trong bài viết Tính thép sàn BTCT bằng SAFE V12
Các loại tải trọng dùng để tính toán cũng giống như khi tính thép sàn nhé. Bao gồm các loại tải trọng tác dụng thẳng đứng:
- Tải trọng bản thân (Dead)
- Tải trọng hoàn thiện (SDL)
- Tải trọng tường xây, đất bồn hoa,…. (WALL, SOIL,…)
- Hoạt tải sử dụng (LIVE1, LIVE2)
2/ Chọn tiêu chuẩn áp dụng khi tính toán độ võng sàn BTCT
Ở đây mình sẽ tính toán với tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004
Các bạn nhấn Design => Design Preferences
Nhấn OK để kết thúc.
3/ Khai báo đặc trưng vật liệu
Nhấn Define => Materials…
Chọn MAT1 => Modify / Show Material…
Ở đây MAT1 chính là tên đã được thay đổi của vật liệu bê tông bên ETABS. Các bạn so sánh với bên ETABS để thấy rõ hơn nhé.
Các thông số chính các bạn giữ nguyên không thay đổi gì cả. Chỉ khai báo bổ sung thêm Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông ở tuổi 28 ngày – fctm
Ở phần Modulus of Rupture for Cracked Deflections, các bạn chọn phần nào cũng được:
+ Program Default (Based on Concrete Slab Desigh Code): để phần mềm tự tính toán theo tiêu chuẩn vừa rồi mình đã khai báo ở phần trên.
+ User Specified: người dùng khai báo, mình hay chọn cái này
Với bê tông cấp độ bền B25, ta có fctm = 2.2 N/mm2
Với các loại bê tông cấp độ bền khác các bạn tham khảo bảng Thông số Fctm nhé.
4/ Khai báo tác dụng của vết nứt, ảnh hưởng của cốt thép
Nhấn Run => Cracking Analysis Options => Quick Tension Rebar Specification
Các bạn áng chừng cốt thép sẽ sử dụng trong sàn hoặc có thể tính toán cốt thép sàn trước để khai báo vào mục này nhé. Ở đây mình đang thép sàn có đường kính d12.
+ Top Reinforcing: Thép lớp trên. Độ võng lớn nhất là khu vực giữa sàn, nên không kể đến lớp thép gia cường
+ Bottom Reinforcing: Thép lớp dưới. Kể đến khoảng cách thép nhỏ nhất ở khu vực giữa sàn
Phần Minimum Reinforcing Ratios Used for Cracking Analysis: hàm lượng cốt thép tối thiểu để tính toán
μ = As / b.h
với:
- μ: hàm lượng cốt thép, tính với khối lượng thép mình vừa khai báo ở trên
- As: diện tích cốt thép bố trí trong dải sàn có bề rộng 1m
- b: tính cho dải sàn có bề rộng 1m
- h: chiều dày tiết diện sàn, ở đây mình tính với chiều dày sàn là 18 cm
Ta có: μ = 0.003
Mình lập sẵn công thức tính hàm lượng bằng excel, các bạn tham khảo Tại đây nhé.
5/ Khai báo các tổ hợp tải trọng tính toán độ võng sàn BTCT
Nhấn Define => Load Cases… => Add New Case…
+ Sh1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Cracked) – Zero Initial Condition)
+ Sh2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh1
+ Sh3-1: Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
+ Sh3-2: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2
Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải có 2 thành phần: toàn phần và dài hạn. Phần dài hạn thường chiếm 20%-30%
giá trị phần toàn phần. Để thuận tiện, trong bài viết của mình xin dùng hệ số là 0.3
Nếu bạn nào muốn chính xác hơn, xem phần tải trọng tác dụng ở phần đầu TCVN 2737-1995, lấy phần dài hạn chia cho phần toàn phần là ra hệ số nhé.
+ Lt1: Tải trọng bản thân (Nonlinear (Longterm Cracked) – Zero Initial Condition)
Tổ hợp này kể đến tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn, dùng 2 đặc trưng Creep Coefficient (CR) cho từ biến và Shrinkage (SH) cho co ngót của bê tông.
Với bê tông cấp độ bền B25, sàn dày 180mm, bề rộng dải tính b = 1000mm: Có CR = 1.809, SH = 0.000256
Các bạn xem thêm bài viết “Từ biến và biến dạng co ngót – Creep and Shrinkage strain” để biết cách xác định 2 thành phần này nhé!!!
+ Lt2: Tải trọng hoàn thiện + Tường xây (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt1
+ Lt3: 0.3*Hoạt tải (Nonlinear (Longterm Cracked)) – Continue from State at End of Nonlinear Case Lt2
+ Tổ hợp tải trọng tính toán độ võng
Nhấn Define => Load Combinations… => Add New Combo…
6/ Phân tích, tính toán
Nhấn Run => Run Analysis & Design và chờ đợi mô hình phân tích xong
Nhấn Display => Show Deformed Shape… để xem biểu đồ biến dạng của kết cấu sàn
Chọn tổ hợp tải trọng tính võng, các bạn xem trực tiếp giá trị võng ngay tại đây. Vùng tối màu nhất thể hiện độ võng lớn nhất. Hoặc xem giá trị bằng số ở góc màn hình.
a. Phân tích độ võng
Như vậy độ võng lớn nhất của mình là Δ = -26.883mm
+ Theo phương LX:
Gọi ∆X1, ∆X2 là độ võng tại 2 điểm X1, X2 (điểm tại 2 biên sàn – các bạn di chuột đến các điểm này sẽ được giá trị độ võng, lấy tương đối là được).
Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LX là: ∆X = ∆ – 0,5.(∆X1 + ∆X2)
+ Theo phương LY:
Gọi ∆Y1, ∆Y2 là độ võng tại 2 điểm Y1, Y2 (điểm tại 2 biên sàn – các bạn di chuột đến các điểm này sẽ được giá trị độ võng, lấy tương đối là được).
Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LY là: ∆Y = ∆ – 0,5.(∆Y1 + ∆Y2)
+ Theo phương chéo LXY:
Gọi ∆XY1, ∆XY2 là độ võng tại 2 điểm XY1, XY2 (điểm tại 2 đầu nút sàn. Thường thì 2 đầu này là điểm cột, vách. Và có chuyển vị bằng ∆XY1 = 0, ∆XY2 = 0).
Ta có độ võng tương đối của ô sàn theo phương LY là: ∆XY = ∆ – 0,5.(∆XY1 + ∆XY2)
b. Kiểm tra độ võng
Độ võng giới hạn của các cấu kiện thông dụng các bạn xem Bảng 4, TCVN 5574-2012.
Kết cấu sàn thỏa mãn điều kiện độ võng khi Δ < [Δ]
Chú ý: Vùng có độ võng Δ = -40.1599mm là phần conson được được đỡ bởi tường gạch, nên mô hình không được trực quan lắm. Các bạn bỏ qua phần này nhé.
Gửi các bạn mô hình SAFE dùng cho ví dụ này: SAFE TÍNH VÕNG SÀN – PHẦN 2
Mình đã giới thiệu xong phương pháp tính toán độ võng sàn BTCT sử dụng phần mềm SAFE – Trường hợp tải trọng tác dụng theo giai đoạn theo tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004. Các bạn có ý kiến gì, để lại comment giúp mình nhé.