TỔ HỢP NỘI LỰC KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
Trong thiết kế kết cấu xây dựng, một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình là việc xác định và tính toán các nội lực trong kết cấu. Đặc biệt đối với các kết cấu khung bê tông cốt thép, việc tính toán tổ hợp nội lực trở nên phức tạp hơn do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tải trọng khác nhau và sự tương tác giữa các phần tử trong kết cấu. Bài viết dưới đây sẽ giải thích về khái niệm tổ hợp nội lực trong kết cấu khung bê tông cốt thép, các yếu tố cần lưu ý và cách thức tính toán.
1. Tổ hợp nội lực khung bê tông cốt thép là gì?
Khi tính toán nội lực kết cấu khung bê tông cốt thép cần tính riêng nội lực do tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và nội lực do các trường hợp khác nhau của tải trọng tạm thời (hoạt tải). Cuối cùng cần tổ hợp để tìm ra các giá trị nội lực bất lợi.
Với các khung phẳng thuộc kết cấu nhà dân dụng, trong tổ hợp cơ bản cần xét 6 trường hợp tải trọng sau:
- Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) khi tính toán nội lực kết cấu khung bê tông cốt thép
- Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp 1
- Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp 2
- Tải trọng tạm thời trên toàn bộ dầm
- Tải trọng gió từ trái sang
- Tải trọng gió từ phải sang
Tính toán khung bê tông với tổ hợp đặc biệt còn cần xét thêm nội lực do các tải trọng đặc biệt (động đất, cháy nổ,….):
Tổ hợp nội lực kết cấu khung bê tông cốt thép là một phép cộng có lựa chọn nhằm tìm ra những giá trị nội lực bất lợi để tính toán cốt thép hoặc để kiểm tra khả năng chịu lực. Việc tổ hợp nội lực (hoặc tổ hợp tải trọng ) được tiến hành theo tiêu chuẩn thiết kế 2737-1995.
Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 về tải trọng và tác động quy định hai tổ hợp cơ bản.
-
Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực do 1 trường hợp của hoạt tải (có lựa chọn)
-
Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực do ít nhất hai hoạt tải (có lực chọn trường hợp bất lợi) trong đó nội lực của hoạt tải được nhân với hệ số tổ hợp 0,9
2. Tổ hợp nội lực kết cấu khung bê tông phẳng theo tiêu chuẩn Việt Nam
Tổ hợp nội lực khung bê tông cần được lập riêng cho dầm và cột.
Tổ hợp nội lực cột khung bê tông:
Với cột cần tiến hành tổ hợp đồng thời lực dọc N và momen uốn M cho từng tiết diện vì rằng khi tính toán cốt thép cần sử dụng cùng lúc cả N và M. Với momen M cần quy định chiều dương và trong bảng tổ hợp giá trị của M được mang dấu đại số
Trong mỗi tổ hợp, tại mỗi tiết diện cần tổ hợp để tìm ra các cặp nội lực:
-
Mmax và N tương ứng
-
Mmin (giá tị max theo chiều ngược lại) và N tương ứng
-
Nmax và M tương ứng
Ví dụ về tổ hợp nội lực cột khung nhà dân dụng
Khi tổ hợp nội lực cột thường người ta chỉ chú trọng đến các cặp nội lực gồm M và N tác dụng đồng thời mà bỏ qua lực cắt với nhận xét là lực cắt trong cột là khá bé, riêng bê tông đủ khả năng chịu mà không cần tính toán cốt thép ngang (để chịu cắt)
Với tiết diện chân cột còn phải tổ hợp thêm lực cắt để có số liệu khi tính móng.
Với những tiết diện khác, nếu thấy rằng lực cắt là đáng kể cần phải tính toán cốt thép ngang thì cũng cần tổ hợp thêm lực cắt
Tổ hợp nội lực dầm:
Với dầm khung, nội lực chủ yếu là momen uốn M và lực cắt Q, ngoài ra còn có lực dọc N (nén hoặc kéo)
Thông thường đối với dầm có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực nén nếu Nn<=0,1Rb.h.ho và bỏ qua ảnh hưởng của lực kéo Nk nếu Nk<=0,1Rbt.b.ho (Rb và Rbt là cường độ tính toán của bê tông về nén và kéo) và chỉ tổ hợp nội lực M và Q
Cần tổ hợp riêng M và Q để vẽ biểu đồ bao của M và của Q.
Với dầm không tổ hợp M và Q tương ứng vì M va Q được dùng riêng để tính toán cốt thép dọc và cốt thép ngang (không dùng đồng thời như M và N ở cột)
Ví dụ về tổ hợp momen và lực cắt của dầm khung
Cần chú ý rằng Mmax và Mmin cũng như Qmax và Qmin được thể hiện với dấu đại số có thể là khác dấu hoặc cùng dấu.
Hình bao momen và hình bao lực cắt cả đoạn dầm:
Hình bao lực cắt ở trên ứng với trường hợp đoạn dầm không chịu tải trọng tập trung. Nếu trên đoạn dầm có tải trọng tập trung thì biểu đồ lực cắt có bước nhảy tại nơi đặt lực tập trung, cần xác định thêm Qmax và Qmin tại các tiết diện đó.
Trong trường hợp nếu xét thấy không thể bỏ qua lực dọc N khi tính toán dầm thì cần phải tổ hợp momen M trong dầm cùng với lực dọc N như đối với cột.
3. Tổ hợp nội lực khung không gian
So với việc tổ hợp nội lực khung phẳng thì tổ hợp nội lực khung không gian là phức tạp hơn rất nhiều vì phải xét đồng thời đến 6 thành phần nội lực.
Tổ hợp nội lực dầm: Gắn các trục Oxyz vào dầm.
Thông thường cần quan tâm tới Mx, Qx là nội lực tác dụng trong mặt phẳng xOz mà có thể bỏ qua My, Qy tác dụng trong mặt yOz. Tuy vậy với khung không gian cần chú ý đến momen xoắn Mt tác dụng trong mặt phẳng xOy (vuông góc với trục dầm).
Khi xét thấy không thể bỏ qua momen xoắn Mt thì cần tổ hợp nó cùng với momen uốn để tính toán hoặc kiểm tra cốt thép chịu đồng thời uốn và xoắn.
Tổ hợp nội lực cột: Gắn trục Oxyz vào cột
Tổ hợp nội lưc cần quan tâm gồm lực dọc N va momen Mx, My. Ngoài ra trong những trường hợp cần thiết còn phải xét đến lực cắt Qx, Qy và momen xoắn Mt. Để xác định được các giá trị bất lợi của Mx, My, và N cần phải chú ý phân tích sơ đồ khi tính với tải trọng đứng và tải trọng ngang.
Lấy ví dụ với mặt bằng kết cấu với 2 sàn thuộc hai tầng liên tiếp:
Ta xét 4 dạng chất tải: Cách tầng cách nhịp theo phương ngang và cách tầng cách nhịp theo phương dọc. Ở các ô gạch chéo hai phương được chất 100% hoạt tải còn các ô gạch chéo một phương được chất 50% hoạt tải.
Tuy vậy cách chất tải như thế mới tạo ra sự bất lợi cho cột còn với dầm thì chưa được hoàn toàn. Để có được giá trị bất lợi nhất của momen dương ở giữa mỗi nhịp dầm thì cần chất 100% hoạt tải lên các ô có gạch chéo.
Chú ý rằng nếu chất hoạt tải như vừa nói khi tổ hợp nội lực để tính cột sẽ có những ô được chất hoạt tải gấp đôi làm tăng quá mức lực nén trong cột. Ngoài 4 trường hợp chất tải cách tầng cách nhịp còn xét thêm trường hợp chất hoạt tải lên toàn bộ sàn.
Trong những nhà nhiều tầng có tĩnh tải khá lớn so với hoạt tải (g>=2p với g và p là tĩnh tải và hoạt tải trên dầm) và có chiều cao nhà khá lớn (trên 40 mét) thì momen trong dầm và cột do hoạt tải gây ra là khá bé so với momen do tĩnh tải và tải trọng gió gây ra. Lúc này có thể tính toán gần đúng bằng cách bỏ qua các trường hợp xếp hoạt tải đứng cách tầng cách nhịp mà gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tĩnh tải để tính.
Tổ hợp nội lực cột khung khong gian cần xét các trường hợp sau:
-
Mxmax, My và N tương ứng;
-
Mymax, Mx và N tương ứng;
-
Nmax, Mx và My tương ứng.
Trong quá trình tính toán nội lực cần quy định dấu của Mx, My. Khi tổ hợp cũng phải chú ý đến dấu. Tuy vậy cột khung không gian thường được bố trí cốt thép đối xứng do đó khi tổ hợp chỉ cần tìm Mxmax và Mymax là những momen lớn nhất về giá trị tuyệt đối mà không cần tìm giá trị lớn nhất của M dương và M âm.
Nếu có dự kiến đặt cốt thép không đối xứng thì bắt buộc phải tổ hợp để tìm được các bộ ba nội lực với Mx, My có giá trị dương lớn nhất (Max) và giá trị âm nhỏ nhất (min – momen âm có giá trị tuyệt đối lớn nhất).
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổ hợp nội lực
Để tính toán tổ hợp nội lực trong kết cấu khung bê tông cốt thép, cần xem xét các yếu tố sau:
-
Các loại tải trọng: Tải trọng tác dụng lên kết cấu có thể là tải trọng thường xuyên (như tải trọng bản thân, tải trọng sử dụng) và tải trọng không thường xuyên (như gió, động đất, tải trọng tạm thời). Mỗi loại tải trọng này sẽ tạo ra các nội lực khác nhau trong các phần tử của khung.
-
Tính chất vật liệu: Bê tông cốt thép là vật liệu tổ hợp, có khả năng chịu nén tốt nhưng kém chịu kéo. Vì vậy, việc tính toán phải xem xét đến tính chất của cả bê tông và cốt thép, và khả năng phối hợp của chúng trong các phần tử kết cấu.
-
Mối quan hệ giữa các phần tử trong khung: Trong một kết cấu khung, các phần tử như cột, dầm, liên kết phải làm việc đồng bộ với nhau. Mối quan hệ này ảnh hưởng đến việc phân phối tải trọng và sự phân bố nội lực trong khung.
-
Phương pháp phân tích: Việc phân tích tổ hợp nội lực có thể thực hiện theo các phương pháp khác nhau như phương pháp độ lớn biến dạng (phương pháp trực tiếp) hoặc phương pháp ma trận đàn hồi. Mỗi phương pháp sẽ có ưu nhược điểm tùy thuộc vào tính chất và độ phức tạp của kết cấu.
5. Tính toán tổ hợp nội lực
Trong tính toán tổ hợp nội lực cho khung bê tông cốt thép, các bước cơ bản bao gồm:
Xác định tải trọng tác dụng
Bước đầu tiên là xác định các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu. Các tải trọng này có thể bao gồm:
-
Tải trọng bản thân (trọng lượng của các phần tử cấu kiện).
-
Tải trọng sử dụng (người, vật dụng, máy móc, vv).
-
Tải trọng tạm thời hoặc bất thường (gió, động đất, vv).
Phân tích kết cấu
Sử dụng các phương pháp phân tích kết cấu để xác định các nội lực trong các phần tử kết cấu. Các phương pháp phân tích thường được sử dụng bao gồm:
-
Phân tích tĩnh: Tính toán các lực và mô men theo phương pháp tĩnh thông qua các phương trình cân bằng.
-
Phân tích động: Tính toán các nội lực dưới tác dụng của tải trọng động (gió, động đất).
Tổ hợp nội lực
Khi đã có các nội lực trong các phần tử dưới mỗi loại tải trọng, bước tiếp theo là tổ hợp chúng. Tổ hợp nội lực phụ thuộc vào các quy định trong tiêu chuẩn thiết kế, thường là quy định trong TCVN hoặc Eurocode. Tổ hợp này phải đảm bảo rằng tất cả các tải trọng và các hiệu ứng có thể xảy ra đều được tính toán đầy đủ.
Ví dụ, trong một số trường hợp, tổ hợp nội lực có thể là:
-
Tổ hợp của tải trọng chết (tải trọng bản thân) và tải trọng sử dụng.
-
Tổ hợp của tải trọng gió, động đất với tải trọng thường xuyên.
Tổ hợp có thể bao gồm các hệ số an toàn để đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu dưới mọi tình huống.
Kiểm tra sự thỏa mãn các điều kiện chịu lực:
Cuối cùng, sau khi tổ hợp các nội lực, cần kiểm tra xem các phần tử của kết cấu có thỏa mãn các điều kiện chịu lực hay không. Điều này bao gồm kiểm tra khả năng chịu uốn, chịu cắt, chịu nén, và kiểm tra sự ổn định của các phần tử trong khung.
Tổ hợp nội lực là một yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu khung bê tông cốt thép. Việc tính toán chính xác các nội lực trong các phần tử của kết cấu giúp đảm bảo an toàn và độ bền của công trình. Các kỹ sư thiết kế cần áp dụng đúng các phương pháp phân tích, tổ hợp nội lực theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành để đạt được kết quả tối ưu trong thiết kế kết cấu.
6. Giới thiệu đơn vị cung cấp dịch vụ tư vấn thiết kế & thi công uy tín
Tầm quan trọng của các đơn vị thi công là không thể phủ nhận, uy tín của họ sẽ đảm bảo chất lượng và tính thẩm mỹ cho công trình của bạn. Hiện nay, có rất nhiều đơn vị cung cấp dịch vụ thiết kế và thi công để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng tăng cao tại nước ta. Do đó, việc tìm kiếm một đơn vị uy tín không phải là điều dễ dàng và đòi hỏi bạn phải dành thời gian tìm hiểu. Trong quá trình lựa chọn, bạn cần tìm hiểu thật kỹ và đảm bảo rằng đơn vị đi cùng phải có chuyên môn cao, nhiều năm kinh nghiệm, có hợp đồng ký kết rõ ràng, chi phí minh bạch,... Để giúp khách hàng tiết kiệm thời gian tìm kiếm, Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng Hưng Nghiệp Phú tự tin rằng sẽ là sự lựa chọn tốt nhất dành cho bạn.
Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng Hưng Nghiệp Phú với sứ mệnh cung cấp các giải pháp và dịch vụ tốt nhất, xây dựng cộng đồng thịnh vượng cùng khách hàng, Hưng Nghiệp Phú đang từng bước khẳng định thương hiệu của mình thông qua sự hợp tác chân thành, với đội ngũ lãnh đạo có năng lực đạo đức, sáng tạo, chuyên môn cao và tầm nhìn chiến lược. Hưng Nghiệp Phú sở hữu đội ngũ nhân viên lành nghề, trình độ cao sẽ mang đến cho khách hàng những công nghệ chất lượng tốt nhất.
Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng Hưng Nghiệp Phú - chuyên thi công các công trình dân dụng và công nghiệp. Chúng tôi mong muốn được đồng hành cùng khách hàng trong các dự án xây dựng cũng như các thủ tục liên tục như sơ đồ quy hoạch, xin giấy phép xây dựng, hoàn thiện thủ tục, xin cấp chứng chỉ phòng cháy chữa cháy,... Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào hoặc đang có nhu cầu thiết kế, hoàn thiện thủ tục, hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn miễn phí!
>>> Xem thêm:
_____________________
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
Facebook: Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng Hưng Nghiệp Phú (興業富)
Đường dây nóng: 1800.3368 (Miễn phí)
Trang web: xaydunghungnghiepphu.com
Gmail: kinhdoanh01@xaydunghungnghiepphu.com
Địa chỉ: Số 2034D, tổ 22, Ấp Phước Thái, P. Thái Hòa, TP.Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương
------
Nguồn: Tổng hợp từ Internet
