CHƯƠNG 1. KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “Kết cấu bêtơng cốt thép – phần kết cấu nhà cửa” đượcviết sởđề cương hệ tín mơn học “ Bê tông cốt thép – phần II “ trường Đại học Kiến trúc – Thành phố Hồ Chí Minh Trong sách trình bày vấn đề tính tốn cấu tạo kết cấu nhà dân dụng công nghiệp Sách dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành xây dựng trường đại học, làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn hành Trong q trình viết sách , chúng tơi có tham khảo tài liệu kết cấu bê tông cốt thép tác giả trước nhằm kế thừa kiến thức có bổ sung, cập nhật ngun lý tính tốn để phục vụ bạn đọc Sách gồm sáu chương Trần Thị Nguyên Hảo viết chương 1,2,4,6 chủ biên Đỗ Huy Thạc viết chương Lê Tuấn Em viết chương Với kiến thức thời gian có hạn, cố gắng nhiều biên soạn , song khó tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong bạn sinh viên bạn đọc cảm thơng góp ý chân tình để sách ngày hồn chỉnh Xin chân thành cảm ơn Khoa Xây dựng trường Đại học Kiến Trúc hỗ trợ giúp đỡ chúng tơi hồn thành giáo trình NHĨM TÁC GIẢ CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƯƠNG Trang1 KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Ngày nay, kết cấu khung bê tông cốt thép sử dụng rộng rãi xây dựng dân cơng nghiệp Đối với cơng trình nhà nhà làm việc, kết cấu khung cho ta mặt linh hoạt không gian sử dụng tường ngăn phịng khơng chịu lực phá bỏ chúng để mở rộng không gian xây thêm vách ngăn Khung bê tơng cốt thép dùng cho nhà tầng, nhiều tầng, nhịp, nhiều nhịp Khung bê tơng cốt thép đổ tồn khối lắp ghép từ cấu kiện dầm cột Hệ lưới cột phải phù hợp với không gian kiến trúc mặt ngồi cơng trình 1.1.1 KHE BIẾN DẠNG Khe biến dạng khe thiết kế đặc biệt nhằm cho phép xảy dịch chuyển tương tối hai phần cấu kiện kế cận mà khơng phá hỏng tính ngun vẹn kết cấu Chức chung khe biến dạng cho phép xảy khả dịch chuyển kiểm sốt được, tránh ứng suất có hại – Khe nhiệt độ Khe hai cột riêng móng chung, biến dạng chênh lệch móng giải phần, hai khối bị biến dạng lớn móng trở thành khớp Khoảng cách hai khe phụ thuộc vào loại kết cấu chịu lực kết cấu tường nhà Với hệ kết cấu khung vách BTCT: + Khoảng cách khe co giãn 45m tường liền khối + Khoảng cách khe co giãn 65m tường lắp ghép Đối với kết cấu bê tông cốt thép thường kết cấu bê tơng cốt thép ứng lực trước có u cầu chống nứt cấp 3, cho phép khơng cần tính tốn khoảng cách nói chúng khơng vượt q trị số bảng 1.1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang2 Bảng 1.1 Khoảng cách lớn khe co giãn nhiệt cho phép không cần tính tốn, m Điều kiện làm việc kết cấu Trong đất Trong nhà Ngoài trời Khung lắp ghép 40 35 30 có bố trí thép cấu tạo 30 25 20 Bê tơng Tồn khối khơng bố trí thép cấu 20 15 10 tạo Khung lắp ghép nhà tầng 72 60 48 Kết cấu nhà nhiều tầng 60 50 40 Bê tông cốt thép Khung bán lắp ghép toàn khối 50 40 30 Kết cấu đặc toàn khối bán lắp 40 30 25 ghép Chú thích: Trị số bảng không áp dụng cho kết cấu chịu nhiệt độ 40oC Đối với kết cấu nhà tầng , phép tăng trị số cho bảng lên 20% Trị số cho bảng nhà khung ứng với trường hợp khung khơng có hệ giằng cột hệ giằng đặt khối nhiệt độ – Khe lún Khe lún tách rời hai cột hai móng riêng rẻ, giải pháp giải triệt hai khối lún biệt lập Tuy nhiên trở nên phức tạp tính tốn , móng vị trí bị lệch tâm lớn Được phép khơng bố trí khe lún cơng trình tựa cọc, đá gia cố có độ lún nhỏ Móng phần nhà cao thấp khác có phải tách hay khơng phải vào tính chất đất nền, kiểu loại móng, hình dáng mặt cơng trình để xử lý cụ thể Khi đất kém, khó hạn chế độ lún đành phải dùng khe lún để tách rời móng hai phần nhà có tầng cao thấp khác Ngược lại, tình hình địa chất tương đối tốt, tính lún phần nhà cao thấp đủ độ tin cậy, trị số lún tương đối nhỏ làm móng liền thành khối, khơng làm khe lún Khi không làm khe lún, để giảm nội lực kết cấu lún không gây ra, làm băng đổ sau chỗ nối nhà cao với nhà thấp, băng đổ sau đặt bên nhà vây, bề rộng không nhỏ 800mm TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP Trang3 khe lún khe nhiệt khe lún Hình 1.1 Khe biến dạng – Khe kháng chấn Trong trường hợp sau, phải cắt nhà cơng trình thành khối nhà riêng biệt (đơn nguyên) khe kháng chấn : - Các kích thước mặt cơng trình khơng thỏa mãn điều kiện bảng 1.2 mà khơng có biện pháp tăng cường TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang4 - Cơng trình với khu vực có số tầng chênh lớn - Độ cứng tải trọng phận kết cấu chênh rõ rệt mà khơng có biện pháp hiệu Bảng 1.2 Giới hạn L B Cấp động đất L/B L/Bmax l/b VII ≤6 ≤6 ≤2 VIII- IX ≤5 ≤5 ≤1,5 Hình 1.2 Mặt cơng trình TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang5 Bảng 1.3 Bề rộng tối thiểu khe chống động đất (mm) Hệ kết cấu Khung Khungvách cứng Vách cứng Cấp động đất thiết kế VI VII 4H+10 5H-5 2,5H+9 4,2H-4 2,8H+7 3,5H-3 XIII 7H- 35 6H-30 5H-25 IX 10H-80 8,5H-68 7H-55 Ghi : H độ cao mái đơn nguyên thấp đơn nguyên kề tính mét Nếu nhà có chiều cao H ≤ 5m chiều rộng khe kháng chấn không nhỏ 30mm Nếu nhà có chiều cao lớn 5m chiều cao thêm, chiều rộng khe kháng chấn phải tăng thêm 20mm Khe kháng chấn phải phân chia nhà cơng trình theo tồn chiều cao khơng thiết phải xuyên qua móng ( trừ trường hợp khe kháng chấn trùng với khe lún) Các khe co giãn, khe lún khe kháng chấn nên bố trí trùng Khi cơng trình thiết kế kháng chấn khe co giãn khe lún phải theo yêu cầu khe kháng chấn Chiều rộng bé khe lún khe kháng chấn tính theo cơng thức sau: Dmin= V1 + V2+ 20mm Trong V1 V2 chuyển dịch ngang cực đại đỉnh khối thấp theo phương vng góc với khe lún khe kháng chấn 1.1.2 KHÁI NIỆM NHÀ CAO TẦNG Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế đưa định nghĩa nhà cao tầng sau: Ngôi nhà mà chiều cao yếu tố định điều kiện thiết kế, thi công sử dụng khác với ngơi nhà thơng thường gọi nhà cao tầng Căn vào chiều cao số tầng nhà, phân loại sau: - Nhà cao tầng loại 1: 9- 16 tầng (cao 50m); TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang6 - Nhà cao tầng loại 2: 17- 25 tầng (cao 75m); - Nhà cao tầng loại 3: 26- 40 tầng (cao 100m); - Nhà cao tầng loại 4: 40 tầng trở lên (gọi siêu cao tầng); Các nước tùy theo phát triển nhà cao tầng thường có cách phân loại kh ác Hiện nước ta có xu chấp nhận phân loại Theo TARANATH B.S, nhà cao tầng, hệ chịu lực bê tông cốt thép HỆ CHỊU LỰC SỐ TẦNG TỐI ĐA Sàn phẳng (không dầm) cột 10 Sàn phẳng vách cứng 15 Sàn phẳng, vách cứng cột 20 Khung cứng (có dầm) 25 Khung cứng với dầm mở rộng vách 30 Có lõi cứng chịu lực (và cột ) 40 H ệ khung vách cứng 50 H ệ khung vách cứng, dầm có vách 60 1.2 KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI Hệ khung thực chất khung khơng gian xem tạo nên từ khung phẳng nối với Tùy trường hợp cụ thể mà phải tính tốn khung khung phẳng, thí dụ ngơi nhà dài,bước cột gần nhau, khung đặt theo phương ngang nhà, chúng phải nối lại hệ dầm giằng dọc mặt khung Đối với nhà có mặt vng gần vng , gió TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang7 loại tải trọng ngang khác tác dụng theo phương bất kỳ, phải tính khung khung không gian 1.2.1 HỆ CHỊU LỰC KHUNG Hệ khung hệ liên kết đứng (là cột), ngang (là dầm) tạo thành nút cứng khung Điều kiện cần đủ để khung ổn định hệ bất biến hình Đối với khung BTCT toàn khối nhiều nhịp , nhiều tầng hệ siêu tĩnh Nút cứng khung có chuyển vị, khác với ngàm cứng giũa cột với móng cao trình ngàm mặt móng Vì cơng trình khơng có sàn hầm có sàn hầm cao trình ngàm tính khung quy ước hình 1.4 Hình 1.3.Khung bê tơng cốt thép TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang8 Hình 1.4Quy ước cao trình ngàm Mơ hình tính tốn khung thể trục cột, trục dầm Có thể quy ước tỉ số L/B >2, cơng trình có mặt chạy dài, khung dọc nhiều nhịp khung ngang nên độ cứng khung ngang nhỏ nhiều lần so với độ cứng khung dọc ,nội lực chủ yếu gây khung ngang.Khi tách riêng khung phẳng để xác định nội lực cột dầm ngang, nội lực dầm dọc tính dầm liên tục nhiều nhịp Giải pháp phân tích sơ đồ tính kết cấu phù hợp cho cơng trình có bước cột theo phương dọc nhau, kết nội lực khung phẳng ngang lớn so với kết nội lực khung ngang xác lập mơ hình tính theo khung khơng gian Vì khái niệm khung nguy hiểm khung phần tử, dựa vào số nhịp khung diện tích sàn truyền tải lên khung TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang9 Đà kiềng thường xem phận khung ngang(thiên an tồn) Tuy nhiên có ảnh hưởng định khung như: • Giảm chiều dài tính tốn cột→ giảm độ mảnh cột tầng • Tăng độ cứng khơng gian cơng trình→ khắc phục lún khơng Đà kiềng gán vào tính khung có đúc bêtơng sàn ( cơng trình khu vực đất yếu) Đối với cơng trình có sàn hầm cao độ với đà giằng móng mặt đài ( hình 1.4) gán đà giằng móng vào cao trình ngàm tính khung, nhịp tính tốn đà giằng khơng xác khơng kể tới kích thước đài móng -Thiết kế theo mơ hình khung phẳng ngang Hình 1.5.Sơ đồ tính khung phẳng TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang10 - Thiết kế theo mơ hình khung khơng gian Hình 1.6Sơ đồ tính khung khơng gian - Thiết kế theo mơ hình khung tương đương : trường hợp sàn không dầm Nguyên tắc bản: (Theo quy phạm ACI 318 ) Đặc điểm chung phương pháp kết cấu không gian chiều chia thành khung phẳng dọc,khung phẳng ngang (hình 6.5).Mỗi khung gồm cột dầm kéo liên tục qua cột ,với đường trục khung trùng với đường trục cột Dầm dầm bao gồm phần sàn giới TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang11 hạn đường tim ô liền kề với đường trục cột kết cấu dầm mũ cột (nếu có) Khi tính tốn khung tương đương chịu tải trọng thẳng đứng,sàn cột tính tốn riêng rẽ.Khi đó, cột giả thiết ngàm đầu lẫn đầu Hình 1.7Sơ đồ tính khung tương đương 1.2.2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN Khi chọn kích thước tiết diện cấu kiện khung bê tơng cốt thép, khung hệ siêu tĩnh, tỉ lệ độ cứng cấu kiện hợp lý cho phân phối nội lực hợp lý phận, đảm bảo bền vững, độ biến dạng nhỏ dễ thi công a Chiều dày sàn : TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang12 + Sàn có dầm 1 1 hb =  ÷ .L1  40 45 Có thể chọn chiều dày theo công thức kinh nghiệm sau nhằm khống chế độ võng hmin = Chuvibansà n 180 + Sàn phẳng , sàn nấm (sàn khơng dầm) 1 1 hb =  ÷ .L1  30 40 b Tiết diện dầm khung : - Chiều cao dầm khung : h 1 1 ÷ .L 14 12  Dầm liên kết với cột: h =  1 1 ÷ .L 16 14 Dầm liên kết với dầm: h =  - Chiều rộng dầm khung 1 1 b =  ÷ .h  2 - Đối với tiết diện dầm bẹt (sử dụng kiến trúc yêu cầu giảm chiều cao tầng)   h= ÷  L  20 18  b = (2 ÷ ).h → Nếu chênh lệch chiều cao h không nhiều nhịp, đồng thời kết hợp với yêu cầu kiến trúc chọn tiết diện dầm caobằng c Tiết diện cột khung : Diện tích tiết diện cột sơ theo công thức: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƯƠNG Ab = K Trang13 N Rb Trong K= 1,1÷1,25 : hệ số kể tới ảnh hưởng momen cột N= q S n q= g+p (kN/m2), giá trị tải trọng đứng sơ bộtrên m2 sàn, có thểlấy trị số sau: q= 0,8 ÷1 (kN/m2) cao ốc văn phòng, tường vách nhẹ q= 1,1 ÷1,3 (kN/m2) chung cư, tường vách gạch S (m2) diện tích sàn truyền tải lên cột khung n : số tầng nhà Kích thước tiết diện cột cần đáp ứng yêu cầu chịu lực, phần tử cột nên có độ cứng lớn phần tử dầm, đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ kiến trúc d Chiều dày vách : chiều dày vách chọn theo chiều cao tầng nhà hvach = htan g & > 10 cm 25 1.2.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG (1) Tĩnh tải : - Trọng lượng thân lớp cấu tạo sàn,chống thấm, dầm ,cột - Trọng lượng đường ống kỹ thuật - Tải trọng tường xây, vách hầm, vách thang Đối với ô sàn vệ sinh, sàn mái trọng trượng lớp cấu tạo cộng thêm trọng lượng lớp chống thấm ( vửa hồ dầu, sika, hay flinkote, ) Trọng lượng lớp chống thấm gc=10 daN/m2 , n=1,2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần : Kết Cấu Nhà Cửa CHƯƠNG - KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang14 (2) Hoạt tải: - Tùy theo chức sử dụng sàn, giá trị tải trọng lấy theo TCXDVN 27371995 (xem phụ lục trang 232) (3) Tải trọng gió: Theo TCXD 2737-1995 cơng trình có chiều cao H>40m, có xét thành phần động tải trọng gió (xem phụ lục 11; trích dẫn TCXD 229-1999) Khi H