Tòa nhà được xây dựng trực tiếp phía trên một kết cấu ngầm. Do đó, một số cọc thông thường được thi công bên dưới các cột không thể được xây dựng. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư đề xuất sử dụng tường chuyển để đỡ các cột bị ảnh hưởng.
Tuy nhiên, thiết kế tường chuyển vốn dĩ phức tạp, đặc biệt khi có các lỗ mở. Hơn nữa, đối với các kết cấu ngầm, các yêu cầu về trạng thái giới hạn sử dụng (SLS), chẳng hạn như kiểm soát bề rộng vết nứt, càng trở nên quan trọng hơn, vì các kết cấu này tiếp xúc với đất và do đó dễ bị ảnh hưởng bởi các vấn đề về độ bền, bao gồm ăn mòn. Các phương pháp thiết kế đã được thiết lập, chẳng hạn như mô hình thanh chống - giằng, chủ yếu đáp ứng các yêu cầu về trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) nhưng không bao quát đầy đủ ứng xử SLS.
Thiết kế tường chuyển
Thiết kế tường chuyển là một chủ đề phức tạp vì nó thường có ứng xử như Vùng D (vùng gián đoạn), nơi giả thiết mặt cắt phẳng không còn hợp lệ, do đó các công thức thực nghiệm thông thường trong tiêu chuẩn thiết kế không thể áp dụng. Điều này có nghĩa là tính năng thiết kế trong phần mềm FEA tổng thể, thường sử dụng giả thiết thiết kế dầm hoặc cột, không phù hợp cho bài toán này.
Đối với tường được thể hiện ở trên, các kỹ sư có hai lựa chọn để thiết kế tường. Một là sử dụng mô hình thanh chống - giằng; mặc dù đây là phương pháp tốt và phù hợp, nhưng đòi hỏi nhiều công việc thủ công và thử nghiệm - sai số, có thể tốn nhiều thời gian. Hai là sử dụng phép xấp xỉ trong phần mềm FEA tổng thể bằng cách đánh giá ứng suất chính kéo để xác định yêu cầu cốt thép và xác minh rằng ứng suất chính nén vẫn nằm dưới cường độ thiết kế của bê tông.
Lựa chọn hai có vẻ thực tế và tiết kiệm thời gian hơn, nhưng ẩn chứa một nguy hiểm tiềm tàng trong đó.
IDEA StatiCa Detail
IDEA StatiCa Detail sử dụng CSFM (phương pháp trường ứng suất tương thích), có thể xử lý chính xác cả vùng B và Vùng D (vùng gián đoạn). Detail cũng tích hợp hiệu ứng mềm hóa do nén vào phân tích bằng cách sử dụng hệ số kc2, do đó cung cấp đánh giá thực tế và an toàn hơn về khả năng chịu lực của thanh chống bê tông.
IDEA StatiCa 25.1 cung cấp tính năng nhập các phần tử tường từ ETABS vào IDEA StatiCa Detail. Bằng cách sử dụng liên kết BIM này, các kỹ sư có thể dễ dàng nhập tường từ ETABS để phân tích kỹ lưỡng hơn trong IDEA StatiCa Detail.
Dưới đây là tường tương tự được nhập từ ETABS và phân tích trong IDEA StatiCa Detail. Bạn có thể thấy ở góc trên bên trái rằng với cốt thép cơ bản đã cho, phân tích ULS cho thấy phá hoại ngay cả khi ứng suất nén tương tự nhau (khoảng 17 MPa). Tại sao vậy?
Sự phá hoại ULS này là do việc xét đến hiệu ứng mềm hóa do nén thông qua hệ số kc2, làm giảm khả năng chịu lực của bê tông đi một hệ số 0,87. Do đó, khả năng chịu lực của bê tông hiện là σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. Đó là lý do tại sao với ứng suất nén 17 MPa, hệ số sử dụng (σc/σc,lim) được hiển thị là 99,5%. Vậy hiệu ứng mềm hóa do nén này là gì?
Mềm hóa do nén
Khi bê tông chịu nén lớn, nó thường xuất hiện biến dạng kéo theo phương vuông góc, được gọi là kéo ngang. Khi điều đó xảy ra, các vết nứt nhỏ bắt đầu hình thành và bê tông trở nên kém bị hạn chế và yếu hơn khi chịu nén. Hiệu ứng này, được gọi là mềm hóa do nén, có nghĩa là bê tông đã nứt không thể chịu được lực nén lớn như bê tông chưa nứt. Trong tiêu chuẩn thiết kế, hiệu ứng này được xét đến khi thiết kế, ví dụ như dầm sâu. Trong các thanh chống và nút của dầm sâu, hệ số k trong Eurocode (hoặc β trong ACI) với các giá trị khác nhau, tùy thuộc vào tình huống, được sử dụng để giảm khả năng chịu nén tối đa của bê tông do hiệu ứng mềm hóa do nén. Khi sử dụng IDEA StatiCa Detail, hệ số giảm này kc2 được tính toán tự động dựa trên điều kiện ứng suất thực tế.
Giải pháp
Giải pháp là bổ sung cốt thép để giảm bớt một phần ứng suất nén từ bê tông. Bằng cách này, tường chuyển có thể vượt qua kiểm tra tiêu chuẩn như được thể hiện dưới đây. Yêu cầu bổ sung cốt thép chịu nén sẽ bị bỏ sót nếu các kỹ sư không sử dụng IDEA StatiCa Detail.
Nếu bạn chưa để ý, ở góc trên bên trái, kết quả SLS, bao gồm giới hạn ứng suất, độ võng (có xét đến hiệu ứng dài hạn) và bề rộng vết nứt, cũng được xét đến trong IDEA StatiCa Detail. Kết quả SLS là điều mà hai phương pháp còn lại được mô tả ở trên không thể cung cấp.
Vì vậy, bằng cách sử dụng IDEA StatiCa Detail, các kỹ sư có thể nắm đầy đủ thông tin về ứng xử của tường chuyển, không chỉ ở ULS mà còn ở SLS.
Báo cáo
Sau khi hoàn thành thiết kế, các kỹ sư có thể tạo ra một báo cáo toàn diện thể hiện tất cả các kết quả phân tích để nộp. Ngoài ra, bảng thống kê vật liệu cho cốt thép cũng có thể được tạo ra cho mục đích gia công chế tạo.
Kết luận
Thiết kế tường chuyển đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến các tương tác ứng suất phức tạp xảy ra trong Vùng D (vùng gián đoạn). Các phương pháp đơn giản hóa hoặc sử dụng trực tiếp kết quả FEA tổng thể có thể bỏ qua các hiệu ứng quan trọng như mềm hóa do nén, dẫn đến đánh giá quá cao khả năng chịu lực của bê tông. Bằng cách sử dụng IDEA StatiCa Detail và phân tích dựa trên CSFM (phương pháp trường ứng suất tương thích), các kỹ sư có thể tính toán chính xác các ứng xử phi tuyến này, đảm bảo rằng cả yêu cầu ULS và SLS đều được kiểm tra đúng cách.
Tài nguyên
Dùng thử miễn phí 14 ngày với đầy đủ tính năng.
Dùng thử IDEA StatiCa miễn phí
