Xây dựng - Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Xây dựng dân dụng và công nghiệp 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHU
G VÀ CÁC PHƯƠ
G PHÁP THIẾT KẾ 
1.1 
ỘI DU
G MÔ
 HỌC 
1.1.1 Mục tiêu 
Mục đích của môn học này là phát triển một kiến thức chuyên sâu về công trình BTCT 
chủ yếu dựa trên các phương pháp phát triển mới và áp dụng gần đây ở các nước tiên tiến 
Âu Mỹ (tiêu chuNn Mỹ ACI 318, tiêu chuNn châu Âu Eurocode 8). Mục tiêu chính sẽ là 
các hiểu biết về chế độ làm việc, phân tích và thiết kế các thành phần, kết cấu, và hệ 
thống thường dùng trong công trình xây dựng. N goài ra, phân tích động đất và phương 
pháp thiết kế chống động đất cũng được giới thiệu ở mức độ khái quát trong môn học này. 
1.1.2 Các chủ đề thuyết trình 
Cơ sở giáo trình này là các bài giảng cho học viên cao học - CIE 525 Reinforced Concrete 
Structures - của Prof. Andrew Whittaker (Buffalo University, N Y, USA, 2001). N ội dung 
chương 12 giới thiệu chương trình CAST tính giàn ảo - Computer Aided Strut and Tie - 
của Prof. Daniel A. Kuchma (University of Illinois at Urbana Champaign, IL, USA). N ội 
dung chương 13-15 tham khảo bài giảng - CE 243A Behavior and Design of RC Elements- 
của Prof. John Wallace (California University, CA, USA). 
Các chủ đề trình bày bao gồm: 

 Các phương pháp thiết kế 

 Vật liệu bê tông cốt thép 

 Phân tích mômen-độ cong 

 Phân tích đường chảy dẻo (yieldline analysis) của tấm sàn 

 Phương pháp dải (strip-method) trong phân tích tấm sàn 

 Mô hình “giàn ảo” (strut and tie) trong thiết kế BTCT 

 Chế độ làm việc của BTCT chịu tải gây uốn, tải dọc trục, và tải gây cắt 

 Phân tích và thiết kế công trình chống động đất 
1.1.3 Tài liệu tham khảo 
Học viên cao học cần tìm tiêu chuNn Mỹ ACI 318 Building Code, 2005 hay 2008 
Một số tài liệu tham khảo hữu ích khác bao gồm: 
[1] MacGregor, J. G., 1997, Reinforced Concrete Mechanics and Design, 3rd Ed., 
Prentice Hall. 
[2] Schaeffer, T. C., 1999, Design of Two-Way Slabs, SP 183, American Concrete 
Institute, Michigan. 
[3] Tjhin, T. N . and Kuchma, D. A., 2004, Computer Aided Strut-and-Tie, version 0.9.11, 
University of Illinois at Urbana Champaign, Illinois. 
[4] Priestley, M. J. N . and Paulay, T., 1992, Seismic Design of Reinforced Concrete and 
Masonry Buildings, John Wiley. 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUN G VÀ CÁC PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ 
[5] Booth, E. and Key, D., 2006, Earthquake Design Practice for Buildings, 2nd Ed., 
Thomas Telford Ltd. 
[6] ICBO, 2000, International Building Code, International Conference of Building 
Officials, Whittier, CA. 
[7] FEMA, 2000, Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of 
Buildings, FEMA 356, Washington, DC. 
[8] Bộ Xây Dựng, 2006, Thiết Kế Công Trình Chịu Động Đất, TCXDVN 375-2006, 
N XB Xây Dựng, Hà N ội. 
1.1.4 Thời gian giảng dạy (45 tiết) 
Bài giảng (số tiết) Tiêu đề 
Chương 1 
(3 tiết - tuần 1) 
Giới thiệu chung và các phương pháp thiết kế 
Chương 2 
(1 tiết - tuần 2) 
Vật liệu bê tông cốt thép 
Chương 3 
(2 tiết - tuần 2) 
Bê tông cốt thép bị ép ngang (confined) 
Chương 4 
(3 tiết - tuần 3) 
Phân tích mômen-độ cong 
Chương 5 
(3 tiết - tuần 4) 
Phân tích và thiết kế hệ thống tấm sàn 
Chương 6 
(3 tiết - tuần 5) 
Phân tích đường chảy dẻo của tấm sàn 
Chương 7 
(4 tiết- tuần 6-7) 
Phương pháp dải trong phân tích tấm sàn 
Chương 8 
(4 tiết- tuần 7-8) 
Mô hình “giàn ảo”: khái niệm và mô hình 
Chương 9 
(4 tiết - tuần 8-9) 
Mô hình “giàn ảo”: nút - thanh chống - thanh giằng 
Chương 10 
(3 tiết - tuần 10) 
Chế độ làm việc của kết cấu BTCT chịu lực uốn và lực dọc trục 
Chương 11 
(1 tiết - tuần 11) 
Chế độ làm việc của kết cấu BTCT chịu lực gây cắt 
Chương 12 
(3 tiết - tuần 12) 
Tính toán giàn ảo bằng chương trình CAST (Computer Aided 
Strut-and-Tie) 
Chương 13 
(4 tiết - tuần 13) 
Khái quát về phân tích và thiết kế công trình chống động đất 
Chương 14 
(4 tiết - tuần 14) 
Phân tích và thiết kế khung BTCT chống động đất 
Chương 15 
(4 tiết - tuần 15) 
Phân tích và thiết kế vách cứng BTCT chống động đất 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUN G VÀ CÁC PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ 
1.2 THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐ
G KHU
G KẾT CẤU CHNU LỰC 
1.2.1 Các vấn đề cần nghiên cứu và hạn chế trong thiết kế 
Quá trình thiết kế kết cấu bao gồm các vấn đề cần nghiên cứu sau: 
1) Công năng và hình dáng công trình 

 Truy tìm thông qua các phương án thiết kế kiến trúc và thiết kế kết cấu 
o nhu cầu bao hàm cả không gian tổng thể và nội dung bên trong 
o cung cấp độ an toàn cao cho người thụ hưởng 
o Sự làm việc thuận tiện trong không gian kèm theo của phuơng án 

 Sự mong muốn của chủ đầu tư 
o công trình có thể phát triển mở rộng hơn nữa, ... 

 N hu cầu uyển chuyển trong thiết kế qui hoạch và dể sửa sang cải tạo khi cho thuê mướn 
o có thể gây áp lực trong việc lựa chọn phương án hệ kết cấu chịu lực: khung chịu 
mô men (moment frame), vách cứng, hay khung hệ giằng (braced frame) 
2) Hiệu quả kinh tế, và giá thành xây dựng 

 Các kỳ vọng của chủ đầu tư: ví dụ đơn gía suất đầu tư so với các dự án khác, khả năng 
hoàn vốn... 

 Dùng bê tông nhẹ nhằm làm giảm tối đa tải trọng lên móng trong công trình nhà cao tầng 
3) Độ bền vững 

 Sự làm việc dài hạn, bảo quản công trình... 
o Dùng bê tông nặng cho công trình bảo vệ 
o Dùng bê tông thường (không dùng bê tông nhẹ) cho các kết cấu chịu lực bên ngoài 

 Áp dụng các lớp phủ có khả năng thích nghi với vết nứt do bê tông bị co ngót hay dùng 
các lớp phủ thêm để tăng thêm độ bền vững của công trình 

 Làm việc trong môi trường ăn mòn 
o Sơn phủ epoxy lên các thanh thép 
o Dùng các hệ thống chống ăn mòn kiểu ca tốt (cathodic protection systems) 
4) Tổng thể kết cấu 

 Bảo đảm độ an toàn công cộng 

 Thoả mản các qui phạm. tiêu chuNn xây dựng quốc gia tối thiểu, gồm ASCE-7, ACI 318, 
International Building Code 

 Thiết kế bảo đảm chịu tải bình thường (expected loads) và ứng xử dẻo (ductile response) 
trong các trường hợp vượt tải (do tải trọng lực, động đất, nổ, ...) 

 Thiết kế chịu mỏi (fatigue) trong một số trường hợp (như trong thiết kế cầu) 

 Độ cứng tổng thể đủ lớn để kiểm soát độ võng ngắn hạn và dài hạn trong giới hạn cho 
phép và để cực tiểu dao động công trình 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUN G VÀ CÁC PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ 
N hững giới hạn điển hình gì gây áp lực lên kỹ sư thiết kế kết cấu ? 
1) N gân quỹ xây dựng hạn chế từ chủ đầu tư 

 Chi phí xây dựng hệ khung kết cấu thường thấp hơn 25 % tổng chi phí của dự án 
2) Phí dịch vụ kỹ thuật kết cấu 

 Có thể thấp bằng 1 % tổng chi phí của dự án 

 Ít được khuyến khích để cách tân nếu lợi nhuận của người thiết kế bị mập mờ 
3) Chủ đầu tư và/hoặc kiến trúc sư thiếu kiến thức 

 sẽ gây trở ngại trong các thảo luận về các vấn đề mà qui phạm đã qui định về ứng xử của 
kết cấu và phương pháp thiết kế để cải thiện chế độ làm việc của kết cấu 
4) Kỹ sư thiết kế kết cấu thiếu kiến thức 

 N hiều kỹ sư thực hành được đào tạo trước khi ra đời các phương pháp thiết kế dựa trên 
chuyển vị (displacement-based design) và thiết kế dựa trên hiệu suất (performance-based 
design) và phần lớn tin cậy vào các phương pháp tuyến tính của phân tích kết cấu được 
trình bày trong các tiêu chuNn thực hành (ví dụ, 2000 IBC và UBC) 

 Ít kỹ sư kết cấu là chuyên gia dùng các phương pháp mới để phân tích và đánh giá kết 
cấu, ví dụ trình bày trong FEMA 273 (Hướng dẫn-Guidelines) và FEMA 274 (Bình luận- 
Commentary) và FEMA 356 (Tiêu chuNn sơ bộ-Pre-Standard) 
1.2.2 Qui trình thiết kế (5 bước) 
Thiết kế kết cấu (bao gồm phân tích, thiết kế, thiết kế chi tiết, và đánh gía kết cấu) là một 
quá trình nhiều bước tương tác lẫn nhau, mà thiết kế phải tuân theo tất cả các qui tắc bắt 
buộc (bao gồm tư vấn về kiến trúc, tư vấn về quản lý xây dựng, tư vấn về cơ-điện-nước_ 
M/E/P). Các bưóc chủ yếu của qui trình thiết kế thông thường cho công trình nhà như sau: 
1) Xác định các giới hạn của dự án, bao gồm vốn, hình dạng nhà và kiểu kiến trúc, các 
giới hạn chức năng (gồm bước cột, vật liệu xây dựng, giới hạn về dịch vụ [độ võng], 
giới hạn dao động, độ an toàn, nhu cầu vận chuyển đứng, các nhu cầu M/E/P) 
2) Xác định các mục tiêu về sự làm việc của kết cấu, mà quan trọng nhất thường là thoả 
các yêu cầu qui định trong các qui phạm xây dựng tương ứng. Các mục tiêu làm việc 
phức tạp có thể được định rõ trước. 
3) Tính toán tải trọng đứng và ngang sơ bộ. Đề xuất các kích thước và cốt thép tính thử 
(trial sizes) cho các thành phần kết cấu chịu tải trọng đứng và ngang sơ bộ. Lập thiết 
kế sơ bộ (Schematic Design) và khái toán công trình (cost estimate). 
4) Phân tích, đánh giá, và thiết kế lại một cách chi tiết hơn các kích thước và cốt thép đã 
dùng thử trước trong Bước 3. Chính xác hoá các tải trọng đứng và ngang. Tiếp tục 
phân tích kết cấu chịu tải trọng đứng và ngang, đánh giá khả năng chịu lực các thành 
phần kết cấu và tính toán lại tiết diện BTCT (re-proportioning). Lập thiết kế khai triển 
(Design-Development, DD) và lập lại dự toán công trình. 
5) Thiết kế cuối cùng bao gồm phân tích kết cấu chi tiết (theo kiểu kỹ lưỡng hơn giai 
đoạn DD), tính toán tiết diện BTCT lần cuối và thiết kế chi tiết các thành phần kết 
cấu. Lập tài liệu thi công (Construction Documents, CD). 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUN G VÀ CÁC PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ 
fall - ỨS cho phép 
Qui trình thiết kế 5-bước của Construction Administration (CA, USA) bảo đảm rằng nhà 
thầu tuân theo các bản vẽ kết cấu và cung cấp một chứng cứ kiểm soát chất lượng công 
trình của nhà thầu xây dựng. 
Ba giai đoạn trong thiết kế kết cấu công trình nhà được gọi tên là: 

 Thiết Kế Sơ Bộ (SD): gồm buớc 1 đến bước 3 ; chiếm 15% nội dung thiết kế tổng 

 Thiết Kế Khai Triển (DD): gồm buớc 4 ; chiếm 25 - 35% nội dung thiết kế tổng 

 Tài Liệu Thi Công (CD): gồm buớc 5; chiếm phần còn lại nội dung thiết kế tổng 
Trong một thiết kế thông thường, phân tích kết cấu là một Mô Hình Đàn Hồi Tuyến Tính 
(Linearly Elastic Model) của khung nhà. Việc kiểm tra thành phần kết cấu là theo Phương 
Pháp Ứng Suất Cho Phép (Allowable Stress Method), và Phương Pháp Độ Bền (Strength 
Method) mà cũng được biết với tên gọi khác là Phương Pháp LRFD (Load and Resistance 
Factor Design). Hai phương pháp này và các phương pháp khác được mô tả dưới đây. 
1.2.3 Các thủ tục đánh giá thành phần kết cấu 
1.2.3.1 Giới thiệu 
Dưới đây là một giới thiệu khái quát về các thủ tục (procedure) được dùng để tính toán 
các tiết diện BTCT cho tải trọng đứng và ngang. Cần các thông tin thêm, tham khảo 
Chương 2 của MacGregor [1]. 
1.2.3.2 Thiết Kế Ứng Suất Cho Phép (Allowable Stress Design - ASD) 
Thiết Kế ASD, mà cũng được biết là 
Working Stress Design, đã được dùng 
trong phân tích kỹ thuật kết cấu cách 
đây hơn 150 năm. Các phương pháp 
tính toán về tải trọng max đều áp dụng 
LTĐHTT (linearly elastic model) hay 
SBVL để tính ứng suất của các kết 
cấu thép hay ứng suất trong bê tông 
và cốt thép của kết cấu BTCT. Ứng 
suất trong cấu kiện yêu cầu phải nhỏ 
hơn ứng suất cho phép: f ≤ fall mà 
được thiết lập sẳn cho từng loại vật 
liệu tùy thuộc vào kiểu tác dụng lực 
khác nhau (dọc trục, uốn, cắt, xoắn). 
Ví dụ, fall = 0.6fy cho các kết cấu thép. 
Xem hình vẽ sơ họa phuơng pháp Thiết Kế ASD ở bên phải (cung cấp bởi J. P. Moehle) 
Phương pháp ASD có một số khiếm khuyết đáng kể. Trước hết, độ tin cậy của thiết kế 
(hay hệ số an toàn) là không biết. Thứ hai, không xét đến sự hay thay đổi, không cố định 
của tải trọng, mà cụ thể là, làm thế nào tính chính xác tĩnh tải và hoạt tải. Thứ ba, ứng suất 
trong các thành phần kết cấu cung cấp thông tin rất ít về khả năng chịu tải của cấu kiện 
hay toàn bộ kết cấu. Trong thiết kế BTCT hiện nay, ỨS cho phép hiếm khi được dùng: 
ngoại trừ tính độ võng dưới tác dụng của tải tiêu chuNn (service loads). Chúng ta sẽ không 
dùng phương pháp ASD để tính toán tiết diện BTCT trong giáo trình này (CIE 525). 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUN G VÀ CÁC PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ 
Mu - momen tính toán 
Mn - momen danh nghĩa 
φ - HS giảm sức bền 
1.2.3.3 Thiết Kế Sức Bền (Strength Design - SD hay Load and Resistance Factor Design - LRFD) 
Phương pháp Thiết Kế Sức Bền 
(SD hay LRFD) thường dùng trong 
thiết kế kết cấu BTCT và cũng 
được dùng trong thiết kế kết cấu 
thép (mặc dầu ASD tồn tại trong 
nhiều phần thiết kế thép ở Mỹ). Ở 
VN , tương đương với tính tóan 
BTCT theo TTGH 1. Tải tiêu 
chuNn được nhân với hệ số tải 
trọng để chuyển thành tải tính toán 
(ultimate load), ở đây các hệ số tải 
trọng xác định dựa trên phương 
pháp thống kê của các điều kiện đo 
lường và như vậy phản ánh các 
thay đổi tăng/giảm hợp lý của tải 
trọng tác dụng (ví dụ, các gía trị max) từ giá trị tải trọng trung bình tính toán. Sau đó, áp 
dụng LTĐHTT cho tải tính toán để tính nội lực các thành phần kết cấu, ví dụ tính Vu, Mu . 
Sức chịu tải của các thành phần (ví dụ, chịu nén, uốn, cắt), ví dụ Vn, Mn , được tính toán 
với giả thuyết rằng tiết diện kết cấu 
làm việc không đàn hồi (inelastic 
behavior). 
Xem hình vẽ sơ họa phuơng pháp SD 
ở bên trên (cung cấp bởi J.P. Moehle). 
Chú ý việc sử dụng khối ứng suất 
không đàn hồi, (non-linear stress 
block), trong hình vẽ mặc dầu hình 
dạng khối ỨS sẽ được đơn giản hoá để 
thuận tiện tính sức chịu tải của tiết 
diện BTCT. 
Phương pháp SD là hợp lý hơn phương 
pháp ASD. Độ tin cậy của tải trọng 
được xét đến trong phương pháp SD 
bằng việc sử dụng các hệ số tải trọng 
và các tổ hợp tải, xem trích dẫn từ tiêu 
chuNn ACI 318-02 ở hình bên phải. 
Các hệ quả phá hoại cũng được xét đến 
trực tiếp hơn thông qua sử dụng các hệ 
số giảm sức bền (capacity reduction factor, φ < 1), qui cho các kiểu phá hoại không mong 
muốn (ví dụ, φ = 0,9 cho uốn, φ = 0,75 cho cắt). Tuy nhiên chú ý rằng khi phân tích hệ 
kết cấu giả thiết ứng xử đàn hồi tuyến tính nhưng khả năng chịu lực cấu kiện lại tính theo 
cường độ (cross section analysis), mà hàm ý một lượng ứng xử không đàn hồi trong tiết 
diện cấu kiện. 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker 
Môn học: ... g tại tầng thứ i: basen k
ii
i V
HW
F (15-5b) 
1j
jj
kHW

Hi , Hj - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j 
Wi , Wj - tải trọng đứng của tầng thứ i, j 
6. Xác lập các tổ hợp tải trọng
s5.2Tkhi2
s5.0Tkhi1
k (15-5c) 
 trong khung/vách chịu lực c tải tr ang Fi và 
các tải trọng đứng Wi (có nhân hệ số tải trọng), tính nội lực thiết kế
 gồm cá ọng ng
 (M, Q, N) trong 
tất cả các thành phần kết cấu bằng cơ học kết cấu (dùng SAP2000, FEAP,...). 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
U - tải trọng tính toán (có HS vượt tải)
D - tĩnh tải 
ạt tải 
ọng do chất lỏng bể chứa 
ệt độ, co ngót ... 
H - áp lực ngang của đất, nước ngầm 
Lr - hoạt tải mái 
S - hoạt tải tuyết 
W - hoạt tải gió 
E - tải trọng đ ng đất 
L - ho
F - tải tr
T - tải trọng do nhi
rơi 
R - hoạt tải nước mưa 
ộ
Ví dụ theo , cần xét hACI 318-05 bảy tổ ợp tải trọng sau đây: 
7 ra đ ạt. Kiểm t ộ trôi d (dr M , do max không đàn M , trong 
M bằng cách nhân các ển vị đàn h tic di ), Ds 
 số k h đại ch ị (displa plifi actor), 0,7R : 
ift), chuyển vị
chuy
hồi, D
splacementkhung/vách, tính D ồi (elas
, với hệ huyếc uyển v cement am cation f Cd =
 T,0
Thi,0
)D(R7 1i,s,s 
7,0
s7,0 Di ,0M skhih020
kh025 s
s
 (15-6) 
ung/ á “mềm ông thoả ạ ước khung/vách và lập 
ước 
Nếu kh vách qu ” kh (15-6), chọn l i kích th
lại từ b 2. 
F i
Wi
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
8. Dùng nội lực bướ kế bố trí thépc 6, thiết các thành ầm, cột, vách theo ACI 318. 
15.2.2 Ví dụ tính toán theo pháp tuyến tính tĩnh t C-94 
Phân phối lực cắt đáy móng do động đất lên toàn bộ chiều cao H = 43.2 m của khung ngang công 
trình (12 tầng, 2 nhịp), giả thuy đất vừa (Z = 0.2), hệ số n S = 1.5 (nền sét cứng). 
Tải trọng đứng (tĩnh tải + hoạt tải) tác dụng trên mỗi tầng sàn: 
Wi = 1 m 5 kN/m2 = 2250 kN ( i = 1...12 ) 
Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: = 27000 kN 
Công thức tính lực cắt đáy móng theo tiêu chuẩn UBC-94: 
 phần d
phương heo UB
ết động đất nề
5m 30 
225012WW
12
1i
i  
W
R
ZICVbase 
Trong đó chọn: 
Z = 0.2 (vùng động đất vừa) 
F
Wi 
Ds,4 
i Ds,3 
Ds,2 
Ds,1 
hs4 
hs3 
hs2 
hs1 
30 m
15 m 1
3.6 m 
3.6 m 
5 kN/m2
5 kN/m2
N/m2
7.5 m 
3.6 m 
5 m
5 k
 43.2 m
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
I = 1.25 (công trình quan trọng) 
R = 6.0 (vách + khung BTCT dẻo vừa) 
4/3
4/3
t 3.0
2.4302.0HCT = 0.83 s 
 5.1
)83.0(
25.1S
T
25.1C 3/23/2 2.12 < 2.75 chọn: C = 2.12 
 27000
0.6
12.225.12.0Vbase = 2385 kN 
Phân phối lực cắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao khung nhà: 
 1i itbase
Trong đó: 
 FFV 12
Ft - lực tập trung tại đĩnh: bast TV07.0F baseVe 25.0 (do T = 0.83 s ,7 s) > 0
 238583.007.0Ft = 140 kN < 0,25 2385 = 595 kN 
Fi - lực tập trung tại tầng thứ i: 

 12basei
V(
F
1j
W jj
t
H
)F
Tầng
thứ (kN) 
iiHW 
 WiHi F
(kNm) (kN) thứ (kNm) 
i Tầng WiHi Fi 
 tầng 1 8100 29 tầng 7 56700 201 
 tần 230 g 2 16200 58 tầng 8 64800 
 tầng 3 24300 86 tầng 9 72900 259 
 tầng 4 32400 115 tầng 10 81000 288 
 tầng 5 40500 144 ng 11 89100 317 tầ
 tầng 6 48600 173 tầng 12 97200 345 
 Ghi chú: Vbase - Ft = 2385 - 140 = 2245 kN ; Wj j = 631800 kNm H
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
259 kN
288 kN
317 kN
345 kN
144 kN
201 kN
230 kN
173 kN H = 43.2 m
 2385 kN 
29 kN 
58 kN 
86 kN 
115 kN tầ
tầng 2
tầ
tầng 1
tầ
tầng 7
ầng 11
ng 4
ng 3
ng 5
tầng 9
tầng 8
tầng 6
tầng 10
t
tầng 12140 kN 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
15.2.3 Nguyên tắc tính toán của phương pháp lực ngang tương đương (TCXDVN 356-2006) 
Phương pháp lực ngang tương đương theo TCXDVN 356-2006 có thể áp dụng cho hệ 
khung BTCT và hệ khung/vách BTCT ở khu vực động đất yếu vừa cho các công trình 
có chiều cao H < 70m và ảnh hưởng xoắn không đáng kể. 
Các bước chính tính động đất của vách cứng BTCT theo phương pháp lực ngang tương 
đương, dựa trên TCXDVN 356 6, tương tự như tính khung BTCT ở phần 14.3.1 
(chương 14) có được liệt kê như sau: 
1. Dùng phương pháp tính tay, thiết lập các kích thước sơ bộ
-200
thể 
 của dầm, cột và vách cứng; 
tính các tải trọng đứng mi (tĩnh tải+hoạt tải) tại các tầng (phần 13.5.1 của chương 
13): 
 i,ki,Ei,ki QGm  (15-7) 
2. Sử dụng các kích thước ở bước 1 để lập mô hình tính toán (2D hay 3D) của hệ khung-
giằng (khung+vách) theo yêu cầu kháng chấn phù hợp, có thể tham khảo bảng sau 
đây: 
Lựa chọn hệ khung-giằng BTCT Điều kiện áp dụng q 
 Vách cứng thường o th ộng 1,5 + khung dầm-cột dẻ ấp đ đất yếu (1) ≥
 Vách cứng thường + khung dầm-cột dẻo vừa động đất vừa (2) ≥ 3,0 
 ng đất mạnh (3) ≥ 4,5 Vách cứng dẻo cao + khung dầm-cột dẻo cao độ
 Theo FEMA 356, nếu phổ đàn hồi (phần 13.3.3 chương 13) thỏa mản cả hai điều kiện: 
 (1) S (T = T ) < 0,167g và S (T = 1s) < 0,067g  động đất yếu 
e B e 
(2) 0,167g < S (T =e T ) < 0,5g và 0,067g < S (T = 1s) < 0,2g  động đất vừa 
B e 
(3) S (T = và S (T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh e T ) > 0,5gB e 
3. Phân tích mô hình bước 2 để tìm các tần số riêng và các m d o động riêngode a , có thể 
tính dao động riêng theo phươ háp PTHH hay công thức kinh nghi m (15-3). ng p ệ
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
 ng 13 trong giáo trình này để tính lực cắt đáy móng 4. Tham khảo phần 13.5.1 của chươ
thiết kế (F ) bằng cách db ùng chu kỳ riêng thứ nhất (T1) tính được từ bước 3 như sau: 
 M)T(SF db ,1 (15-8) 
t đ
S ,  ổ thi ế t ỳ T1; 
1 ương đang xét; 
1 2TC với nhà > 2 tầng;  = 1,0 vớ H khác. 
 tác dụng lên công trình: 
. Phân phối lực c
rong ó: 
d (T1 ) Tung độ của ph ết k ại chu k
T Chu kỳ dao động cơ bản do chuyển động ngang theo ph
 Hệ số hiệu chỉnh;  = 0,85 nếu T i T
M Tổng tải trọng đứng 
n
1i
imM 
5 ắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao hà (theo 13.5.1 của chương 13): 
 n
b
jjm
n
1j
ii
i F
s
msF 

 (15-9) hay bn
1j
jj
ii
i F
mZ
mZF 

 (15-10) 
g tác ụng tạ i 
ị của các khố i , mj trong dạng dao động cơ bản
trong đó: 
Fi Lực ngan d i tầng thứ
si , sj Chuyển v i lượng m (mode 1) 
j Cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j Zi , Z
mode 1 mode 2 mode 3 
s1,1 
s2,1 
s3,1 
 s1,2
 s2,2
 s3,2
s1,3
s2,3
s3,3
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
6. Thiết lập các tổ hợp tải trọng đặc biệt ồm các tải trọng ngang 
do động đất Fi và hợp khả dĩ
trong khung nhà, bao g
 các tổ củ ọng đứng Mj , để an các nội lực a tải tr tính tó
thiết kế (M, Q, N) trong tất cả các thành phần kết cấu khung-giằng bằng các phương 
pháp cơ học kết cấu thông thường (SAP2000, FEAP,...). 
Ví dụ theo TCXDVN 375-2006, cần xét tổ hợp đặc biệt sau đây: 
 
n
1j
j
n
1i
i MFTHDB (15-11) 
Fi - lực ngang phân theo tầng thứ i do tác động của động đất 
Mj - tải trọng đứng phân theo tầng thứ j, tính bằng: j,kj,2j,kj QGM  (15-12) 
Gk,j , Qk,j - tĩnh tải và họat tải tính toán của tầng thứ j 
Fi 
Mj
tầng thứ 2 
h1 
h2 
F1 
h3 
h4 
F2 
F3 
F4 
 Fb 
Z 2
m4 
m1 
m3 
m2 
 H 
chuyển vị mode 
sj(Zj) 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15:
2,j - hệ số tổ hợp tải trọng đối với họat tải tầng thứ j (tham khảo 13.5.1, chương 13) 
7. Kiểm tra độ trôi dạt (drift), , theo EurocoM de 8 bằng chính chênh lệch giữa hai 
chuyển vị tầng, Ds,i và Ds,i-1 , tính với phổ gia tốc thiết kế Sd (T, ) ở phần 13.3.4 của 
chương 13: ][DD M1i,si,sM 
Eurocode 8, chọn lại kích thướ
. Nếu khung/vách quá “mềm” không thoả yêu 
cầu của c khung/vách và lập lại từ bước 2. 
 PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
8. Dùng nội lực (M, Q, N) tính trong bước 6, thiết kế và bố trí cốt thép (tùy thuộc vào 
giá trị q đã sử dụng) các thành phần dầm, cột, vách theo TCXDVN 375-2006. 
Fi 
Mj 
Ds,4 
Ds,3 
Ds,2
Ds,1
hs4 
hs3 
hs2 
hs1 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
15.3 THỰC HÀNH THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT THEO ACI 318-05 
 Vách cao - flexural walls (Hw/Lw 2: thiết kế chống lực dọc + lực uốn + lực cắt
Các bàn luận dưới đây trình bày các vấn đề cơ bản trong thiết kế vách cứng BTCT theo tiêu 
chuẩn Mỹ ACI 318-05 có các điều kiện sau đây: 
) 
 Nhà cao trung bình - moderate height building (H = 20-75 m). 
 Vách cứng thông thường đổ tại chổ: thoả mản ACI 318 từ Chương 1 đến 18, áp dụng 
thích hợp cho động đất vừa: 
FEMA 356: 0,167g < Se(T = TB) < 0,5g và 0,067g < Se(T = 1s) < 0,2g 
15.3.1 Yêu cầ
a)- Chi
 tw 4.5.3) 
 tw2 (hs /15, 200mm) nếu lw2 < (2tw2 , lw /5) 
 tw2 (hs /10, 200mm) nếu lw2 > (2tw2 , lw /5) 
b)- Hàm lượng thép thép cấu tạo tối thiểu: 
 Đường kính thép cấu tạo: 
u cấu tạo cốt thép vách cứng 
ều dày vách tối thiểu: 
 (hs /25, lw /25, 100mm) (1
10
t, wAvAv  
 0015,0
st
A
1w
v
l (14.3.2) 
 0025,0
st
A
2w
h
t (14.3.3) 
c)- Bước bố trí cốt thép cấu tạo: 
 s1 (3 tw , 450mm) (14.3.5) 
 s2 (3 tw , 450mm) (14.3.5) 
trong đó: 
Hw - c
hs - chi ầng sàn nhà 
lw , lw2 - c 
tw , tw ứng và phần tử biên 
Av - thép c c thép s1  hàm lượng thép phương đứng l 
Ah - thép cấu tạo theo phương ngang, bước thép s2  hàm lượng thép phương ngang t 
hiều cao vách cứng 
ều cao mỗi t
hiều dài vách cứng và phần tử biên
2 - chiều rộng vách c
ấu tạo theo phương đứng, bướ
 tw 
s1 s1 s1 
s2 
s2 
s2 
 Ah Av 
Vu 
Mu 
Pu 
lw 
 tw2
 lw2 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
15.3.2 Phân bố thép dọc chịu uốn 
Thép dọc chịu uốn+nén trong vách cao BTCT có thể được bố trí theo các cách như sau: 
- Bố trí thép dọc phân tán đều trên toàn bộ tiết diện ngang vách cứng. 
- Đặt dày thép dọc tín  > 16mm và có hàm lượng tt thỏa mản 
chương 7, chương 10 ử biên
h toán (thép As đường kính 
 của ACI 318-05) ở hai phần t tại hai đầu vách ( 0.1Lw) và bố trí 
 như phần 15.3.1) ở phần giữa vách ( 
w ống uốn của vách. Ơ hai đầu vách phải bố trí 
thép dọc cấu tạo (thép Av hàm lượng xấp xĩ min = 0.15%
0.8L ): nhằm cải thiện độ dẻo và tăng khả năng ch
thép đai kín th CI 318-05, để tăng hiệu quả ép ngang 
(confined concrete) như hình bên dưới: 
 1
ỏa mản chương 7, chương 10 của A
Ví dụ : Mômen ch ọc vách phẳng phương án 2 có cùng hàm 
thép vách cứng 1% ng
ống uốn tăng 25% khi bố trí thép d
lượng với phươ án 1. 
Cách 1 
Cách 2 
Cách 3 
0.1Lw 0.8Lw 0.1Lw 
 mintt tt 
PA1: Bố trí thép đều nhau
Mmax= 380 Mmax= 475 
 Bố trí thép dày ở 2 đPA2: ầu 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
Trường hợp vách BTCT dạng hộp, có thể đặt dày thép ở các góc và phân tán ở phần giữa vách 
nhằm cải thiện độ dẻo và tăng khả năng chống uốn. 
UVí dụ 2U: Mômen chống uốn tăng 16% khi bố trí thép dọc vách hộp phương án 2 có cùng hàm 
lượng thép vách cứng 1% với phương án 1. 
PA1: Bố trí thép đều nhau PA2: Bố trí thép dày ở các góc 
Mmax = 16500 Mmax = 19200 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
15.3.3 Tính toán thép dọc chịu uốn 
Để tính thép dọc chịu uốn+nén của vách cao BTCT (chủ yếu thép tính toán ARsR ở hai đầu vách), 
áp dụng chương 10 (10.2→10.3, 10.10→10.14, 10.17) và chương 14 (14.2→14.3) của ACI 
318-05 kết hợp sử dụng đường cong tương tác (interaction curves Pn-Mn): 
 - Hầu như vách hộp được tính như kết 
cấu chịu nén hai phương. 
 P = PRn 
yêu cầu MRxR MRnxR ; MRyR MRnyR 
 MRyR = MRny 
yêu cầu P PRnR ; MRxR MRnxR 
 - Hầu như vách phẳng được tính như 
kết cấu chịu nén một phương. 
- Nội lực tính toán (P,M) tại các mặt 
cắt ngang phải nẳm trong đường cong 
tương tác (PRnR, MRnR): 
 P = PRn Ryêu cầu M MRnR 
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh 
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace 
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 
15.3.4 Tính toán thép chống cắt 
Áp dụng phần 11.10 của ACI 318-05, các bước chính Uthiết kế chống cắtU vách cao BTCT như sau: 
1. Kiểm tra cường độ chống cắt lớn nhất cho phép: 
wwcmax,n dt'f6
5V (11.10.3) 
UĐơn vị U : [VRnR] = N ; [f’RcR] = MPa ; [tRwR], [dRwR] = mm 
với ww l8.0d (11.10.4) 
UYêu cầuU: umax,n VV  (Eq. 11-1) 
Hệ số giảm cường độ Uchống cắtU:  = 0.75 
2. Tính cường độ chống cắt của bê tông: 
w
wu
wwcc l4
dP
dt'f
4
1V (Eq. 11-29) 
dấu - khi PRuR là kéo, dấu + khi PRuR là nén 
3. Xác định thép chịu cắt theo phương ngang (ARv R, sR2R): 
a/- Nếu cu V5.0V  bố trí (ARv R, sR2R) theo cấu tạo 
b/- Nếu cu V5.0V  tính toán (ARv R, sR2R) như sau: 
Do: nu VV  (Eq. 11-1) 
 )VV(V snu  (Eq. 11-2) 
 
2
wyv
cu s
dfA
VV
  (Eq. 11-31) 
wy
cu
2
v
df
VV
s
A

 (*) 
Từ cặp (ARv R, sR2R) tính được từ phương trình (*): 
UYêu cầuU: 0025.0
st
A
2w
v
h (11.10.9.2) 
UYêu cầuU: 
mm450
t3
5/l
s w
w
2
 (11.10.9.3) 
4. Kiểm tra thép chịu cắt theo phương đứng (ARh R, sR1R): 
1w
h
n st
A 
UYêu cầuU: 
hn
n
h
w
w
n
0025.0
)0025.0)(
l
h
5.2(5.00025.0
 (11.10.9.4) 
mm450
t3
3/l
s w
w
1
(11.10.9.5) 
s1 s1 s1 
s2 
s2 
s2 
 Av Ah 
Vu 
Mu 
Pu 
tRw
lRw