Trong phân tích kết cấu bằng phần mềm ETABS, việc hiểu rõ sự khác biệt giữa Rigid Diaphragms (Tấm cứng) và Semi-Rigid Diaphragms (Tấm nửa cứng) là vô cùng quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế công trình.

1. Rigid Diaphragms (Tấm cứng)

Khái niệm

Rigid Diaphragms là những tấm mà biến dạng trong mặt phẳng của chúng được coi là không đáng kể khi chịu lực ngang. Điều này có nghĩa là toàn bộ tấm hoạt động như một khối cứng để phân phối lực ngang đồng đều tới các cột và vách.

Ứng dụng

• Sàn bê tông cốt thép dày: Với độ cứng lớn, các sàn này thường được giả định là tấm cứng trong các mô hình kết cấu.

• Công trình cao tầng: Rigid Diaphragms thường được sử dụng để giảm thiểu sai số trong phân tích lực ngang do gió và động đất.

2. Semi-Rigid Diaphragms (Tấm nửa cứng)

Khái niệm

Semi-Rigid Diaphragms cho phép sự biến dạng trong mặt phẳng dưới tác động của lực ngang. Điều này đồng nghĩa với việc tải trọng ngang không được phân bố đồng đều mà phụ thuộc vào độ cứng của các phần khác nhau trong tấm.

Ứng dụng

• Sàn thép hoặc bê tông cốt thép mỏng: Do độ cứng thấp hơn, những sàn này thường được mô hình hóa như Semi-Rigid Diaphragms để phản ánh chính xác sự phân phối lực.

• Nhà công nghiệp và nhà xưởng: Thường có các đặc tính kết cấu yêu cầu mô hình hóa chi tiết hơn bằng Semi-Rigid Diaphragms.

3. So sánh và Lựa chọn

Rigid Diaphragms

• Ưu điểm: Đơn giản hóa mô hình hóa và phân tích kết cấu, giảm bớt yêu cầu tính toán chi tiết.

• Nhược điểm: Có thể không phản ánh chính xác phân bố lực trong các kết cấu phức tạp hoặc không đồng đều.

Semi-Rigid Diaphragms

• Ưu điểm: Cung cấp mô hình hóa chính xác hơn, phản ánh đúng sự phân phối lực dựa trên độ cứng thực tế của từng phần sàn.

• Nhược điểm: Phức tạp hơn trong việc mô hình hóa và yêu cầu tài nguyên tính toán cao hơn.

Kết Luận

Việc lựa chọn giữa Rigid và Semi-Rigid Diaphragms phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của công trình và yêu cầu chính xác trong phân tích kết cấu. Đối với những công trình yêu cầu sự chính xác cao và phản ánh đúng sự phân bố lực, Semi-Rigid Diaphragms có thể là lựa chọn tối ưu. Trong khi đó, đối với các công trình có độ cứng lớn và đơn giản hơn, Rigid Diaphragms vẫn là giải pháp hiệu quả và tiết kiệm thời gian.

Câu hỏi:

Thưa thầy! Tại sao phải gán Diaphragm khi gán tải trọng ngang do gió và động đất.? Khi chọn Diaphragms thì có 2 lựa chọn: Rigid và Semi Rigid, thầy giải thích sự khác nhau giữa Rigid Diaphragm và Semi Rigid Diaphragm và phạm vi áp dụng của chúng.

Trả lời:

Việc gán sàn là tấm cứng (Diaphragm) mục đích là để gán tải trọng ngang tập trung của tải gió hoặc tải động đất lên sàn. Trường hợp tải gió gán trực tiếp lên tấm none (tường ảo) hoặc dầm biên, cột biên thì không cần gán sàn là Rigid Diapharagm, riêng tác động của động đất thì gán vào tâm khối lượng nên phải gán sàn là tấm cứng Diaphragm thì mới thực hiện được tính toán tải trọng động đất trong phần mềm Etabs.

Trong Etabs tấm cứng theo phương ngang phân thành 2 loại: Rigid Diaphragm (tạm dịch tuyệt đối cứng trong mặt phẳng sàn), Semi Rigid Diaphragm (tạm dịch là nửa cứng).

Việc lựa chọn giữa Rigid Diaphragm và Semi-Rigid Diaphragm phụ thuộc vào đặc điểm sàn và yêu cầu phân tích:

• Rigid Diaphragm:

Phù hợp với sàn cứng, dày, ít lỗ mở lớn, biến dạng ngang nhỏ, thường áp dụng nhà cao tầng sàn bê tông cốt thép.

• Semi-Rigid Diaphragm:

Áp dụng cho sàn mỏng, nhẹ, hoặc công trình có yêu cầu phân tích chi tiết ảnh hưởng biến dạng ngang, xoắn của sàn, thường áp dụng cho nhà xưởng, sàn composite.

So sánh giữa Rigid và Semi-Rigid Diaphragm

Phạm vi áp dụng

Để giảm thiểu thời gian phân tích bài toán trong Etabs kĩ sư đơn giản chọn bài toán Rigid diaphagm.

• Trong trường hợp tính toán kết cấu cho nhà dân dụng bê tông cốt thép toàn khối, hệ kết cấu đối xứng, ít lỗ mở lớn hoặc bỏ qua biến dạng méo mó của sàn do xoắn ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng ngang vào hệ cột và vách.
• Trong trường hợp sàn mỏng như sàn thép, sàn composite, sàn có lỗ mở lớn hoặc nhà cao tầng hệ kết cấu phức tạp kể đến biến dạng xoắn ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng và biến dạng vào kết cấu đứng cột và vách.

Kĩ sư có thể tham khảo  mục 12.2.1 tiêu chuẩn ASCE7-16 để lựa chọn sàn tuyệt đối cứng hay nữa cứng phân tích kết cấu trong phần mềm ETABS như hình dưới đây:

Các tài liệu tham khảo:

https://web.wiki.csiamerica.com/wiki/spaces/etabs/pages/1474609/Rigid+vs.+Semi-rigid+diaphragm

https://www.youtube.com/watch?v=HYtnLqXRRYM