Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 4 Tính toán thiết kế bê tông cốt thép
Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 1 Phần 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP Sau khi xây dựng xong mô hình và tính toán, có thể lấy các cấu kiện bê tông cốt thép tại công trình kết cấu đã tính toán nội lực để thiết kế cốt thép hoặc thiết kế cốt thép cho từng cấu kiện độc lập, không liên quan đến kết quả tính toán nói trên. Như đã giới thiệu tại phần “ Giới thiệu tổng quát”, Robot Structural Analysis Professional có các mô đun tính toán thiết kế độc lập như vỏ, sàn, vách cứng, khung thép, khung BTCT, v.v Tuy nhiên một công trình kiến trúc, nhà xưởng hoặc cầu đường là kết hợp các mô đun. Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép gồm hai việc chính là tính toán và cấu tạo. Quy trình thường theo bảy bước như sau: 1. Bước 1: Mô tả, giới thiệu kết cấu. • Trình bày về vị trí, nhiệm vụ, đặc điểm của kết cấu, lựa chọn phương án, thể hiện mặt bằng kết cấu, hình dáng và các kích thước cơ bản của kết cấu. 2. Bước 2: Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận. • Sơ bộ chọn các kích thước của các bộ phận chính như chiều dày bản sàn, chiều dày tường, kích thước dầm, cột… • Chọn vật liệu như chọn loại bê tông, cấp độ bền của bê tông, nhóm cốt thép, loại cốt thép… căn cứ vào đặc điểm kết cấu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng thi công. 3. Bước 3: Lập sơ đồ tính toán. • Trong bước này kết cấu thực được mô hình thành các sơ đồ tính. Các liên kết thực tế được chuyển thành các liên kết lý thuyết. Các liên kết lý thuyết phải lựa chọn hợp lý trên cơ sở phân tích khả năng ngăn cản chuyển vị của nó. 4. Bước 4: Xác định tải trọng. • Xác định tất cả các tải trọng tác dụng lên từng cấu kiện cụ thể trong kết cấu. • Với mỗi loại tải trọng cần xác định điểm đặt, phương, chiều, độ lớn, các trường hợp bất lợi của tải trọng. Cần phân biệt tải trọng thường xuyên tác dụng hay tạm thời tác dụng lên kết cấu. 5. Bước 5: Tính toán nội lực, tổ hợp nội lực. • Tính toán và vẽ biểu đồ nội lực cho từng trường hợp tải trọng, sau đó sẽ lựa chọn các giá trị nội lực ở các biểu đồ nội lực và tổ hợp lại để tìm ra các giá trị gây bất lợi nhất để tính toán tiếp theo. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 2 6. Bước 6: Tính toán về bê tông và cốt thép. • Tính toán cốt thép, nếu không đảm bảo cần phải quay lại từ bước 2 để chọn lại kích thước, chọn lại bê tông, nhóm thép để đảm bảo kết cấu chịu lực an toàn. Phần này do RSAP đảm nhiệm. 7. Bước 7: Thiết kế chi tiết và thể hiện. • Chọn và bố trí cốt thép theo các yêu cầu chịu lực và yêu cầu cấu tạo, thiết kế chi tiết các bộ phận, các thanh thép và thể hiện chúng trên các bản vẽ. Phần này do RSAP đảm nhiệm. Nội dung tài liệu được chia làm hai phần: • Tính toán thiết kế bê tông cốt thép cho các cấu kiện đã đưa vào công trình và đã tính toán nội lực. • Tính toán thiết kế bê tông cốt thép cho từng cấu kiện riêng rẽ đặt tải độc lập. IV.1 THIẾT LẬP TIÊU CHUẨN CHO CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP Các thiết lập tiêu chuẩn chung cho Dự án đã được giới thiệu tại các phần trước, tại đây tôi giới thiệu những thiết lập cụ thể cho các thành viên bê tông cốt thép để phục vụ tính toán. IV.1.1 Ra lệnh thiết lập 1. Ra lệnh: bằng một trong các cách sau: • Trình đơn: Tools Job Preferences hoặc Tools Units and Formats. • Thanh công cụ: . 2. Hộp thoại hiện ra để thực hiện công việc. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 3 3. Tại dòng đầu tiên, đặt tên tiêu chuẩn mới là BTCT-VN. 4. Nhấn chuột vào mục Units and Formats, nội dung hộp thoại trở thành như hình dưới. 5. Zero format: độ chính xác (số chữ số tập phân). Xóa số cũ và gõ số mới nếu cần. 6. Default units: các đơn vị mặc định. Ở Việt Nam, chúng ta chọn Metric. 7. Hộp thoại tiếp theo hiện ra để khẳng định. Nhấn Yes, toàn bộ các đơn vị chuyển về hệ mét. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 4 8. Nhấn vào dấu + tại Units and Formats, các thông số đ o lường hiện ra. Nhấn vào tên mục thấy các loại thông số hiện ra với các đơn vị hệ mét. Có thể để nguyên hoặc thay đổi. Ví dụ đại lượng lực tác dụng có các đơn vị như hình dưới. IV.1.2 Thiết lập cơ sở dữ liệu – Databases Để chọn vật liệu phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam, chúng ta phải thiết lập cơ sở dữ liệu phù hợp. Hiện nay chúng ta đang dùng các tiêu chuẩn dựa theo tiêu chuẩn Nga nên chúng ta đưa tệp cơ sở dữ liệu vào như trình bày dưới đây. 1. Tại hộp thoại Job Preferences nhấn mục Databases, hộp thoại có các thông số mặc định như hình dưới. 2. Nhấn vào dấu + triển khai các thông số. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 5 3. Nhấn Reinforcing bars: thanh cốt thép. Nội dung hộp thoại như hình dưới. • Nhấn nút thêm dữ liệu. • Hộp thoại hiện ra, nhấn chọn SNIP 2 (cốt thép theo tiêu chuẩn Nga phù hợp với TCVN), nhấn Add. • Trở lại hộp thoại trước, nhấn chọn SNIP 2, nhấn nút áp dụng tiêu chuẩn. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 6 IV.1.3 Thiết lập qui phạm thiết kế – Design codes 1. Tại hộp thoại Job Preferences nhấn mục Design codes, hộp thoại có các thông số mặc định như hình dưới. 2. Muốn có tiêu chuẩn thép Nga để có các thanh thêm các mã hiệu khác, nhấn nút More codes, hộp thoại hiện ra để chọn. 3. Nhấn nút tại ô dưới chữ Codes để chọn loại vật liệu và loại tải trọng. 4. Nhấn RC: bê tông cốt thép. Nhấn chọn SNiP 2.03.01-84, nhấn mũi tên chuyển vào dự án (chuyển sang ô bên phải). 5. Nhấn nút Set as Current để lấy làm tiêu chuẩn hiện hành. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 7 6. Nhấn OK trở lại hộp thoại trước. Nhấn mũi tên tại các ô tương ứng để chọn mã tiêu chuẩn như hình dưới. • Steel/aluminum structures: kết cấu thép/nhôm, chọn SNiP II 23-81. • Steel connection: thép nối góc. • RC structures: kết cấu bê tông cốt thép, chọn SNiP 2.03.01-84. • Timer structures : kết cấu gỗ. • Geotecnical: địa kỹ thuật. IV.1.4 Kết thúc tạo tiêu chuẩn 1. Sau khi đã tạo xong các thiết lập cần thiết, nhấn OK, kết thúc lệnh. 2. Các tiêu chuẩn này được tồn tại, có thể sử dụng cho các dự án khác. 3. Khi tạo dự án mới, ra lệnh Job Preferences. 4. Nhấn chọn tiêu chuẩn cần dùng. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 8 5. Nhấn OK, kết thúc lệnh. IV.2 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO TOÀN BỘ CÁC CẤU KIỆN TRONG CÔNG TRÌNH Việc xây dựng công trình và đặt tải và tính toán đã được giới thiệu tại các phần trước. Tại đây chúng ta lấy mô hình đã dựng và tính toán kết cấu để tính toán bê tông cốt thép. Đối với các cấu kiện trong công trình có hai phần tính toán: 1. Required (Theoretical) Reinforcement: thiết kế cốt thép yêu cầu (lý thuyết) cho tất cả các cấu kiện dạng thanh và dạng tấm trong kết cấu cùng lúc theo tải trọng và nội lực đã tính toán được. Kết quả là một bảng tổng hợp tỷ lệ (diện tích) cốt thép, số lượng và đường kính thanh cho từng cấu kiện trong công trình. 2. Provided (Real) Reinforcement: thiết kế cốt thép dự định (thực tế) cho riêng một cấu kiện dạng thanh hoặc dạng tấm được chọn trước trong kết theo tải trọng và nội lực đã tính toán mà kết cấu này phải chịu. Kết quả là một bản vẽ cốt thép, bảng tổng hợp tỷ lệ (diện tích) cốt thép, số lượng và đường kính thanh cấu kiện được tính. IV.2.1 TÍNH TOÁN CỐT THÉP YÊU CẦU CHO TẤT CẢ DẦM VÀ CỘT TRONG KẾT CẤU Đây là phần Required (Theoretical) Reinforcement cho dầm và cột. IV.2.1.1 Chọn thông số qui phạm – Code parameters Các qui phạm này đã được chọn từ khi xây dựng mô hình và chất tải, nếu thấy không cần thiết phải thay đổi thì không cần làm bước này. 1. Ra lệnh trên trình đơn: Design Required Reinforcement of Beams/Columns - Options Code parameters. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 9 2. Hộp thoại hiện ra. Tại đây có hai qui phạm mặc định cho cột và dầm. 3. Nhấn đúp vào một trong các qui phạm, hộp thoại hiện ra. Trong hộp thoại chứa nội dung qui phạm được chọn. IV.2.1.1.1 Định nghĩa kiểu thành viên theo Qui phạm tính toán cột 1. Nhấn đúp vào RC column trong hộp thoại, hộp thoại tiếp theo hiện ra như hình dưới. Tại đây có các phương án và các giá trị hệ số mặc định theo qui phạm đã chọn tại phần trước. Ví dụ qui phạm đã chọn là SNiP 2.03.01-84. Có thể chọn phương án và cho các giá trị khác. Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp 10 2. Buckling with respect to Y axis: biến dạng cong dọc theo trục Y gồm có: • Member length ly: độ dài của cấu kiện ly. Chọn một trong các phương án cho độ dài: o in axis: trên trục. o real: giá trị thực. Cho giá trị tại ô bên cạnh. o coeff.: cho hệ số so với độ dài L 0 . Gõ số tại ô bên cạnh. • Bukling length coefficient: hệ số độ dài bị uốn. Có hai cách cho giá trị: o Gõ giá trị khác tại Ky. o Nhấn nút , bảng các giá trị theo hình ảnh hiện ra. 3. Buckling with respect to Z axis: biến dạng cong dọc theo trục Z, tương tự như trục Y. 4. Maximum node displacement: chuyển vị tối đa của nút. Các giá trị mặc định. 5. Additional setting: các thiết lập thêm. • Đối với qui phạm SNiP 2.03.01-84, nút này không kích hoạt. • Đối với các qui phạm khác ví dụ ACI 318-08, nút này kích hoạt. • Nhấn nút này, hộp thoại hiện ra để đặt thiết lập thêm. • Moment Magnification: khuyếch đại mô men. Chọn một trong các phương án và cho giá trị. [...]... kiểu bê tông (hình trên bên phải) Nhấn nút, chọn: heavyweight: bê tông nặng fine-graned A: bê tông hạt mịn nhóm A fine-graned B: bê tông hạt mịn nhóm B fine-graned V: bê tông hạt mịn nhóm V lightweight-natural filler: bê tông nhẹ có độn lightweight-synthetic: bê tông nhẹ tổng hợp porous: bê tông rỗng cellular: bê tông có hốc Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán. .. tính toán, nghiên cứu các thông số tính toán tại các mục dưới đây Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 15 IV.2.1.3 Chọn thông số tính toán bê tông cốt thép cho thành viên kết cấu Nếu không muốn thay đổi thông số tính toán, giữ nguyên theo qui phạm đã chọn thì không phải làm các bước này 1 Nhấn nút tại thanh Structure Model (thường nằm tận cùng bên... trọng tham gia vào tính toán thiết kế • Design cases SLS: loạt tải SLS thiết kế, tại cột này cho biết số hiệu tải trọng hoặc tổ hợp tải trọng tham gia vào tính toán thiết kế • Thanh nào có màu đỏ là có cảnh báo không an toàn, phải xem lại Có thể thay đổi tiết diện và tính toán lại nội lực của toàn công trình kết cấu Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu... nhật Nhấn Close, kết thúc lệnh Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 23 IV.2.1.6 Tiến hành tính toán thiết kế BTCT Tại phần đầu tôi đã giới thiệu: sau khi ra lệnh Design Required Reinforcement of RC Beams/Columns, có thể tính toán ngay hoặc sau khi đã thiết lập thông số tính toán Tại đây tôi nhắc lại phần ra lệnh 1 Ra lệnh tính toán bằng một trong... án này là duy nhất • Capacty verification: tính toán kiểm tra Phương án này áp dụng cho trường hợp tính toán cho cấu kiện đã đặt cốt thép trước, đặt tải và tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của cấu kiện Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 24 4 Calculations for: tính toán cho thành ph nào Trong tính toán BTCT, chỉ có thành ần phần duy nhất là... dưới bên phải) Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 14 2 Màn hình hiện ra để chọn tiêu chuẩn và tính toán 3 Trong này g hộp thoại chọn loại tải để tính toán, bảng thống kê các thanh, bảng ồm thống kê thép (chưa có kết quả) Có thể tiến hành tính toán ngay bằng cách chọn tham biến tại hộp thoại tính toán như hình dưới 4 5 Nếu muốn thay đổi thông số tính. .. vệ tính từ mép thanh thép To axis: tính đến tim thanh thép (xem hình minh họa bên phải) Transversal reinforcement: cốt thép ngang (cốt đai) gồm: Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 20 • Steel: thép, tương tự như thanh dọc Nhấn chọn nhóm thép tai Grade Nhóm A-I có đường kính từ 6mm trở lên • Stirrups: đai chữ U, gồm: o Bar diameter: đường kính thép. .. reinforcement: cốt thép dọc Các thông số giống như SNiP 2.03.0184, chỉ khác đơn vị đo (hình dưới bên trái) Transversal reinforcement: cốt thép ngang (cốt đai) Các thông số giống như SNiP 2.03.01-84, chỉ khác đơn vị đo (hình dưới bên phải) Nhấn OK, kết thúc hộp thoại này, trở lại hộp thoại trước Tên thiết lập được đưa vào danh sách Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho... Thiệp Autodesk Robot Structural Analysis – Tính toán cốt thép cho các cấu kiện 35 IV.2.2.2.4 Cốt thép – Reinforcement 1 Bar diamenssions: kích thước thanh cốt thép, gồm: d1; d2; d1’; d2’ Đây là đường kính các thanh được minh họa trên hình • Nhấn , chọn đường kính 2 Cover (cm): lớp bê tông bảo vệ (áo) gồm các kích thước c1; c2; c1’; c2’ • Cho giá trị tại các ô nhập liệu Nguyễn Văn Thiệp Autodesk Robot Structural. .. Khi đó giá trị Unit weight cập nhật theo tên vật liệu đã chọn heavyweight: bê tông nặng fine-graned A: bê tông hạt mịn nhóm A fine-graned B: bê tông hạt mịn nhóm B fine-graned V: bê tông hạt mịn nhóm V lightweight-natural filler: bê tông nhẹ có độn lightweight-synthetic: bê tông nhẹ tổng hợp porous: bê tông rỗng cellular: bê tông có hốc Curing method: phương pháp làm khô Nhấn chọn: o o o normal: bình