Khi phân tích nội lực trong Etabs cho các nhà cao tầng theo cách thông thường (không sử dụng chức năng phân tích theo giai đoạn thi công - Sequential Construction Case) chúng ta sẽ bắt gặp trường hợp mô men của dầm tại các vị trí có liên kết với vách tăng lên đột biến, trong khi mô men của đầu kia giảm rất nhiều thậm chí đảo chiều (ở mép cột nhưng căng thớ dưới). Trong trường hợp này, diện tích cốt thép tính toán sẽ rất lớn, hàm lượng thép đôi khi vượt quá hàm lượng lớn nhất theo khuyến cáo. Nếu quan sát kết quả nội lực trong các trường hợp tải trọng, chúng ta sẽ thấy tải trọng ngang (gió, động đất) không phải là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này. Nguyên nhân chính gây lên tăng đột biến giá trị mô men của dầm tại điểm liên kết với vách là Tĩnh tải. Hiệu ứng mà như các kỹ sư kết cấu vẫn gọi - Shortening - hay lún đàn hồi.
Khái niệm
Sự co ngắn không đồng đều dưới các nguyên nhân khác nhau của các cấu kiện thẳng đứng gây ra sự phân phối nội lực trong toàn bộ kết cấu được gọi ngắn gọn là Shortening (lún đàn hồi). Hình ảnh dưới đây mô tả một cách sơ lược hệ quả của hiệu ứng này.
Nguyên nhân
Về lý thuyết, sự co ngắn của các cấu kiện xảy ra do các nguyên nhân sau
- Lực dọc
- Từ Biến
- Co ngót
Trong tính toán thông thường chỉ xét đến sự co ngắn do lực dọc, bởi vì ảnh hưởng của Lực dọc tới sự co ngắn là rõ rệt nhất và có thể tính toán được một cách phổ thông.
Các cấu kiện thẳng đứng chịu lực dọc đều co ngắn, tuy nhiên mức độ co ngắn phụ thuộc vào tải trọng và độ cứng dọc trục (modul đàn hồi và diện tích tiết diện), và do đó giữa các cấu kiện thẳng đứng có sự co ngắn khác nhau. Sự chênh lệch về mức độ co ngắn diễn ra rõ rệt nhất là ở phần lõi (hệ vách) và các cột xung quanh lõi, nguyên nhân là do độ cứng dọc trục của lõi thường rất lớn, vì lõi được thiết kế để chịu tải trọng ngang, ứng suất nén trong lõi đối với tĩnh tải là rất nhỏ. Các dầm xung quanh lõi thường chịu mô men uốn lớn do chịu chuyển vị cưỡng bức, và phần lõi thường chịu thêm một phần lực dọc do sự phân phối lại theo chuyển vị.
Đối với nhà thấp tầng, khi tính toán trong mô hình Etabs thì hệ quả của hiệu ứng trên không đáng kể, do sự chênh lệch chuyển vị tại các tầng là khá nhỏ.
Hệ quả của Shortening chỉ đáng kể khi tính toán cho nhà cao tầng, và diễn ra rõ rệt ở các tầng phía trên do độ chênh lệch chuyển vị được cộng dồn. Dầm của các tầng trên thường phải chịu độ lún lệch của bản thân tầng đó cộng với độ lún của các tầng phía dưới.
Mẫu thuẫn
Phân tích kỹ hơn cho thấy không chỉ làm thay đổi một cách kỳ dị nội lực trong dầm, Shortening còn phân phối lại lực dọc trong cột và từ đó ảnh hưởng đến phần kết cấu móng. Lực dọc không còn được phân phối theo diện tích như cách thông thường, dưới tác dụng của chuyển vị không đều, cấu kiện cứng hơn (chuyển vị ít hơn) sẽ phải chịu một tải trọng phân phối lớn hơn.
Tuy nhiên Shortening không diễn ra một cách tự nhiên như thế. Tải trọng bản thân của kết cấu và khối xây (chiếm hơn 80% tổng tải trọng thẳng đứng) được chất từ từ theo thời gian thi công. Việc thi công tuần tự các tầng theo dây chuyền đã triệt tiêu được một phần chênh lệch chuyển vị công dồn (do công tác thi công đã hiệu chỉnh cao độ sàn phù hợp). Do đó, trên thực tế, hệ quả của Shortening không lớn như trong tính toán hệ kết cấu hoàn chỉnh. Việc tính toán hệ kết cấu không xét đến sự triệt tiêu của hiệu ứng Shortening theo giai đoạn thi công sẽ dẫn đến một sự sai lệch rất lớn về kết quả của toàn bộ kết cấu từ phần móng đến phần thân.
Hệ kết cấu trên thực tế sẽ vẫn phải chịu hệ quả của Shortening, nhưng đã giảm đi đáng kể, và chỉ đáng kể ở các tầng phía dưới (ngược với theo tính toán).
Phương pháp hạn chế sai sót
Một số quan điểm cho rằng nên giải phóng liên kết (hóa khớp) các dầm liên kết với vách trong mô hình Etabs để khắc phục hiện tượng trên. Tuy nhiên cách làm này có những điểm không phù hợp, đó là:
- Không phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của cấu kiện
- Độ cứng của hệ kết cấu bị thay đổi do liên kết đã được chuyển từ nút cứng sang khớp
Để khắc phục những sai sót khi phân tích kế cấu, Etabs cung cấp chức năng tính toán nội lực của hệ kết cấu theo giai đoạn thi công (Sequential Construction Case), bạn có thể tìm hiểu tại đây: http://www.youtube.com/watch?v=wTEuKAIhp-E
Tuy nhiên, việc phân tích nội lực theo giai đoạn thi công trong Etabs chiếm một lượng thời gian rất lớn. Một phương pháp khác để hạn chế sai sót do tính toán nội lực trong Etabs theo cách thông thường (không sử dụng chức năng phân tích theo giai đoạn thi công - Sequential Construction Case) là sử dụng nội lực của trường hợp tỉnh tải của các tầng dưới.
Do các tầng dưới chịu ảnh hưởng ít của Shortening, chúng ta có thể lấy nội lực trong trường hợp tĩnh tải của các tầng dưới để tính toán diện tích cốt thép cho các tầng phía trên. Tuy nhiên phương pháp này chỉ đạt được hiệu quả hạn chế, mà không đưa được kết quả chính xác như phân tích kết cấu theo giai đoạn thi công.
Clip ví dụ so sánh nội lực trong Etabs
Quan tâm Zalo KetcauSoft để theo dõi các bài viết và tài liệu mới
