Tính Võng Bằng SAFE | Kỹ Năng Thiết Kế Xây Dựng Căn Bản (phần 1)

Trong thiết kế xây dựng, việc tính toán kiểm tra độ võng sàn trở thành yêu cầu cần thiết để đảm bảo tính kinh tế đối với các tình huống sau:

- Chiều dài nhịp lớn

- Tải trọng lớn, rất hay gặp đối với các sàn nhà dân dụng (landscape tầng 1, sàn mái đỡ thiết bị cơ điện nặng…)

Khi tính toán võng, kỹ sư thiết kế cần chú ý:

- Tổ hợp tải trọng theo TTGH thứ 2 (không có hệ số vượt tải)

- Sự xuất hiện của vết nứt trong bêtông khi chịu lực, dẫn tới giảm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng

- Sự làm việc dài hạn của kết cấu bê tông cốt thép, cần xét tới các yếu tố từ biến và co ngót cũng như tác dụng dài hạn của các loại tải trọng. Theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ võng toàn phần f được tính như sau:

f = f1 - f2 + f3

trong đó:

+ 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

Với kết cấu sàn làm việc theo hai phương, việc tính võng chỉ tiện trong thực hành khi dùng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) có kể đến các yếu tố trên khi tính biến dạng. Dưới đây tôi xin trình bày cách áp dụng SAFE 8.x và 12.x để tính toán độ võng từ một số kinh nghiệm thực hành tư vấn thiết kế.

Tải trọng:

Để tính toán võng thông thường đưa vào các trường hợp tải sau:

- DEAD: chỉ kể đến trọng lượng bản thân (Self Weight Multiplier = 1)

- SDEAD: trọng lượng các lớp hoàn thiện sàn (Superimpose). Trong ví dụ SDEAD=1500kg/m2

- LIVE: hoạt tải tác dụng lên sàn. Theo TCVN 2737:1995, hoạt tải cũng có thành phần tác dụng dài hạn, thường chiếm 20%-30% giá trị của hoạt tải toàn phần. Để thuận tiện, các ví dụ dưới đây dùng hệ số 0.3, LIVE=500kgf/m2

(các file SAFE dưới đây vui lòng download từ mục File đính kèm theo chủ đề này)

VD1: SAFE 8.8

- Kể đến tác dụng của vết nứt: dùng Normal and Crack Deflections Analysis với cốt thép phân bố, trong ví dụ là f16a300 2 phương. Lựa chọn Cubic cho Interpolation Options, chương trình sẽ tính lặp 3 lần.

- Kể đến tác dụng dài hạn: dùng hệ số Long Term Deflection Multiplier l≤2, công thức cụ thể lấy theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ACI 318. Trong ví dụ tạm lấy l=2, tuy nhiên trong SAFE vẫn khai báo bằng 1 và nhân hệ số này ở bên ngoài.

- Các tổ hợp tính võng:

+ f1 = 1*DEAD+1*SDEAD+1*LIVE

+ f2 = 1*DEAD+1*SDEAD+0.3*LIVE

+ f3 = l*f2 = 2*f2

- Kết quả, lấy với độ võng max (đơn vị m):

f1 = 0.051

f2 = 0.044

f3 = 2*f2 = 0.088

f = f1-f2+f3 = 0.095

VD2: SAFE 12.3.0

- Mô hình thiế kế kết cấu sử dụng cùng các đặc trưng hình học, vật liệu và tải trọng

- Kể đến tác dụng của vết nứt: Cracking Analysis Options: Quick Tension Rebar Specification Ø16a300 2 phương. Phương pháp tính độ cứng sau khi nứt Modulus of Rupture: Program Default.

- Kể đến tác dụng dài hạn: dùng hai đặc trưng là Creep Coefficient (CR) cho từ biến và Shrinkage Strain (SH) cho co ngót.

Có thể tính toán thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn, trong ví dụ tính theo Eurocode 2 với các điều kiện: thời gian dài hạn, nhiệt độ và độ ẩm môi trường theo điều kiện Việt Nam.

Tính ra: CR=1.7 và SH=0.

Các tổ hợp tính võng: define trong Load Cases

+ f1, f2 như trên, với Analysis Type là Nonlinear (Cracked)

+ f3 như f2, với Analysis Type là Nonlinear (Longterm Crack); CR=1.7 và SH=0.0003

- Kết quả, lấy với độ võng max (đơn vị m):

f1 = 0.067

f2 = 0.055

f3 = 0.081

f = f1-f2+f3 = 0.093, khá phù hợp với tính theo SAFE 8

VD3: Dùng State Analysis trong SAFE 12

SAFE v12 mới bổ sung tính năn phân tích theo giai đoạn thi công, cụ thể trong phần Define Load cases/ Initial Conditions/ Continue from State at End of Nonlinear Case. Hiểu nôm na là cho phép phân tích trường hợp tải hiện tại với các thông số bắt đầu từ một trường hợp khác coi là giai đoạn chịu tải trước (bạn nào đã dùng Plaxis sẽ quen với kiểu phân tích này). Chức năng này rất thuận tiện và phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu hơn, đặc biệt cho trường hợp tính võng trong thiết kế xây dựng.

Có thêm các Load Cases như dưới đây với Sh cho ngắn hạn và Lt cho dài hạn:

+ Sh1: 1*DEAD - Nonlinear (Crac ked) - Zero Initial Condition

+ Sh2: 1*SDEAD - Nonlinear (Crac ked) - Continue from State at End of Nonlinear Case Sh1

+ Sh3-1: 1*LIVE - Nonlinear (Crac ked) - Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2

+ Sh3-2: 0.3*LIVE - Nonlinear (Crac ked) - Continue from State at End of Nonlinear Case Sh2

+ Lt1: 1*DEAD - Nonlinear (Longterm Crac ked) - Zero Initial Condition

+ Lt2: 1*SDEAD - Nonlinear (Longterm Crac ked) - Continue from State at End of Nonlinear Case Lt1

+ Lt3: 0.3*LIVE - Nonlinear (Longterm Crac ked) - Continue from State at End of Nonlinear Case Lt2

- Như vậy, các tổ hợp theo TCXDVN sẽ là: f1 = Sh3-1, f2 = Sh3-2, f3 = Lt3

- Kết quả, lấy với độ võng max (đơn vị m):

f1 = 0.0317

f2 = 0.0276

f3 = 0.0395

f = f1-f2+f3 = 0.0436, nhỏ hơn nhiều so với hai ví dụ trên

Cá nhân tôi thấy kết quả này phù hợp hơn, vì việc phân tích theo giai đoạn mô phỏng chính xác hơn sự làm việc thực tế của kết cấu: đảm bảo sự thay đổi độ cứng gây ra bởi vết nứt đã phát triển ở giai đoạn trước được kể đến khi phần tải trọng phụ thêm tác dụng tại giai đoạn sau.

Tham khảo nguồn: http://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=246507&page=1

Kiểm tra độ võng sàn

Sau khi tính được độ võng toàn phần f như trên, việc quan trọng là phải kiểm tra và điều kiện thông thường là f

- Sàn công-xôn, L = 2 * độ vươn công-xôn

- Ô sàn trên lưới cột chữ nhật làm việc theo hai phương với chiều dài nhịp mỗi phương là L1, L2; L = min (L1,L2)

- Với lưới cột bất kỳ, L là khoảng cách giữa 2 điểm kề nhau trên sàn có độ cong khi biến dạng bằng không, không nhất thiết phải là điểm gối (cột, vách). Còn độ võng f được xác định là khoảng cách lớn nhất từ đường nối 2 điểm đó đến mặt sàn sau biến dạng (xem hình vẽ, với d ký hiệu thay cho f)

- Tương tự như vậy, độ vươn công-xôn được xác định bằng khoảng các từ điểm có độ cong bằng không phía trong sàn đến điểm bất kỳ dọc mép sàn phần công-xôn (xem hình vẽ)

Nguồn tham khảo: Dr. Bijan O Aalami - ADAPT Corporation

🎁File đính kèm