Ảnh hưởng kích thước mũ cột đến bề dày của sàn bê tông ứng lực trước

Bài viết trình bày ảnh hưởng kích thước mũ cột đến bề dày của sàn bê tông ứng lực trước. Do đó cần phải nghiên cứu tính toán, lựa chọn hợp lý kích thước mũ cột tương ứng với các giá trị tải trọng cân bằng cho giải pháp sàn phẳng bê tông ứng lực trước để khắc phục những hạn chế này.

Trương Hồi Chính, Lê Thanh Phú ẢNH HƯỞNG KÍCH THƯỚC MŨ CỘT ĐẾN BỀ DÀY CỦA SÀN BÊ TÔNGỨNG LỰC TRƯỚC EFFECTS OF THE COLUMN HEAD DIMENSION ON THE THICKNESS OF POST - TENSIONED CONCRETE FLOORS Trương Hồi Chính1, Lê Thanh Phú2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; thchinh@dut.udn.vn Công ty Xây dựng Hội An Tóm tắt - Kết cấu bê tơng ứng lực trước (sàn phẳng bê tơng ứng lực trước) có ưu điểm vượt trội như: khả vượt nhịp lên đến 10m, giảm giá thành xây dựng, giảm thời gian thi công, giảm chiều cao công trình nâng số tầng… Tuy nhiên, cơng trình sử dụng nhịp lớn chiều dày sàn tăng lên, số lượng cáp lượng cốt thép cấu tạo cần phải bố trí nhiều để hạn chế độ võng chống chọc thủng đầu cột, đồng thời làm tăng khối lượng cơng trình xuống móng dẫn đến chi phí xây dựng tăng cao Do cần phải nghiên cứu tính tốn, lựa chọn hợp lý kích thước mũ cột tương ứng với giá trị tải trọng cân cho giải pháp sàn phẳng bê tông ứng lực trước để khắc phục hạn chế Abstract - The Post- tensioned concrete structure (flat slab posttensioned concrete) has outstanding advantages such as the ability to span up to 10m, reduced construction costs, reduced construction time and reduced height of building.t can therefore increase the number of floors However, when large span is used, the floor thickness increases, the number of cables as well as reinforced structures need to allocate more to limit deflection and anti-puncture at the first column, and will increase the workload down the foundation leading to increased construction costs Therefore, it is necessary to study, calculate, and rationally choose size column head corresponding to the value of the balancing load for flat slab post - tensioned concrete to overcome these limitations Từ khóa - bê tơng ứng lực trước; sàn phẳng; mũ cột; độ võng; tải trọng cân Key words - post- tensioned concrete; flat slab; column head; deflections; balancing load Đặt vấn đề Với công nghệ bê tông ứng lực trước (ƯLT), giải pháp kết cấu cho cơng trìnhkiến trúcnói chung nhà cao tầng nói riêng khơng cịn bị hạn chế, nhịp lên đến 10m Nhờ vậy, kiến trúc sư dễ dàng việc xây dựng phương án mặt theo hướng công đa dạng, linh hoạt Ở Việt Nam, công nghệ ứng lực trước áp dụng khoảng chục năm trở lại có nhiều cơng trình sử dụng loại sàn này, đặc biệt sàn nhịp lớn ứng lực trước có mũ cột Với ưu điểm vượt trội mình, kết cấu sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột cần phải nghiên cứu cách cụ thể chặt chẻ mối quan hệ chiều dày sàn (chiều dày hợp lý) với kích thước mũ cột tải trọng cân phù hợp nhằm mang lại hiệu khả làm việc, chịu lực hợp lý mặt kinh tế cho cơng trình 2.2 Phương pháp khung tương đương Vì lực cắt mơmen uốn sàn tải trọng thẳng đứng tác dụng lên sàn nên phân tích độc lập sàn Phương pháp khung tương đương dùng để xác định nội lực cho sàn với số nhịp bất kỳ, nhịp không 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Phương pháp PTHH cơng cụ có hiệu lực để giải tốn từ đơn giản đến phức tạp nhiều lĩnh vực Các miền kết cấu gọi PTHH, chúng có dạng hình học kích thước khác nhau, tính chất vật liệu giả thiết khơng thay đổi phần tử thay đổi từ phần tử sang phần tử khác 2.4 Quy trình tính tốn sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột [5] Bước 1: Tính tốn sơ chiều dày sàn kích thước mũ cột; Bước 2: Xác định tải trọng cân bằng; Bước 3: Cơ sở chọn hình dạng cáp; Bước 4: Xác định độ lệch lớn nhất; Bước 5: Xác định hình dạng cáp lực ƯLT; Bước 6: Tính tổn hao ứng suất; Bước 7: Xác định số lượng phân bốcáp; Bước 8: Phân tích sàn phương phápPTHH (sử dụng phần mềm SAFE); Bước 9: Kiểm tra ứng suất trường hợp tải trọng; Bước 10: Kiểm tra yêu cầu cường độ chịu uốn; Bước 11: Kiểm tra khả chịu cắt; Bước 12: Kiểm tra độ võng Cơ sở lý thuyết tính tốn [1] 2.1 Phương pháp trực tiếp ❖ Phạm vi áp dụng Các phải hình chữ nhật, có tỷ lệ nhịp dài nhịp ngắn không lớn Sàn phải có tối thiểu nhịp với chiều dài nhịp xấp xỉ theo phương Chiều dài nhịp theo phương không sai khác 1/3 chiều dài nhịp lớn Vị trí đường tim cột cột theo phương không lệch 10% so với đường trục thuộc lưới tọa độ hình chữ nhật sàn Tất tải trọng tải trọng đứng, hoạt tải tiêu chuẩn phải tải trọng phân bố nhỏ lần tĩnh tải sử dụng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 Ví dụ tính tốn Cho hệ sàn ứng lực trước có mũ cột Hình Các thơng số chính: + Chiều cao tầng điển hình Hc = m + Tải trọng tĩnh phụ thêm (tiêu chuẩn) vách ngăn trần: kN/m2 + Bê tơng có cường độ: fc' = 28MPa + Cường độ bê tông buông cốt thép: fci' = 0, 75; fc' = 21MPa + Thép ứng lực trước: cáp đơn sợi, đường kính danh nghĩa 15,2 mm với diện tích tiết diện 1,4 cm2 + Giới hạn bền thép: fpu = 1860 MPa, giới hạn chảy fpy = 1690 MPa + Mô đun đàn hồi thép: Eps = 2.105 MPa + Chọn ứng suất căng trước: fpi = 0,7fpu = 1395 MPa + Thép thường có cường độ: fy = 400 MPa Hình Nội lực dải theo phương X Hình Nội lực dải theo phương Y - Tính tốn độ võng sàn : Giá trị độ võng vị trí cần thiết Ở đây, ta lấy giá trị vị trí sàn trục A-B 3-4 để so sánh, Hình Hình Mặt sàn 800 800 800 8000 60 60 60 90 180 40 40 3.1 Trường hợp nhịp 8m Chọn chiều dày sàn, kích thước mũ cột: - Chọn chiều dày bản: hb ≥ (1/40-1/45)L = (0,18- 0,2) m [5] Sơ chọn hb = 0,18m, tiết diện cột 0,5mx0,5m - Chọn kích thước mũ cột: + Chiều dày: hbm>1/4hb = 0,05 m → chọn hbm = 0,08 m [5] + Diện tích mũ cột: Sơ chọn 1mx1m Tính tốn bố trí hình dạng cáp sau: 800 800 8000 800 8000 Hình Hình dạng dải cáp theo phương X Bố trí tương tự hình dạng dải cáp theo phương Y Sử dụng phần mềm SAFE để tính tốn - Tính tốn mơ men tải trọng cân bằng: Hình Độ võng sàn - Tính tốn chịu cắt: + Vị trí cột biên: + Vị trí cột giữa: Kiểm tra khả chống cắt vị trí cột biên cột theo công thức (tiêu chuẩn ACI): Vn < Vc, với Vn: ứng suất cắt sàn gây ra; Vc: ứng suất cắt lớn cho phép Tính tốn thỏa mãn→ Sàn bảo đảm khả chống cắt [1]; [5] Tương tự, ta thay đổi diện tích mũ cột, giữ nguyên chiều dày sàn mũ cột kết tính tốn cho Bảng Trường hợp nhịp 8m, Bảng 1: Bảng Tổng hợp kết chiều dày sàn 0,18m Chiều dày sàn (m) Chiều dày mũ cột (m) Diện tích mũ cột (mxm) 1x1 0,18 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 1x1 0,18 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 1x1 0,18 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 Trương Hoài Chính, Lê Thanh Phú Tải trọng cân Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 + Dải CX2, CX3 + Dải CY1, CY4 + Dải CY2, CY3 Lực cắt (kN/m2) 0,7TLBT 9 1321,21/ 1024,41/ 1468 1468 α1 0,900 0,698 1429,92/ 1349,74/ +Vị trí cột 1599 1599 β1 0,894 0,844 Độ võng lớn nhất/ 15,182/ 14,231/ Độ võng tiêu chuẩn (mm) 16,667 16,667 +Vị trí cột biên 0,75TLBT 10 10 0,8TLBT 10 10 11 10 911,66/ 1216,14/ 982,50/ 909,63/ 1112,10/ 968,84/ 871,41/ 1468 1501 1501 1468 1501 1501 1501 0,621 0,810 0,655 0,620 0,741 0,645 0,581 1217,61/ 1425,34/ 1340,77/ 1213,44/ 1391,62/ 1307,93/ 1189,45/ 1599 1599 1599 1599 1631 1631 1631 0,761 0,891 0,839 0,759 0,853 0,802 0,729 13,512/ 14,930/ 14,009/ 13,443/ 14,740/ 13,886/ 13,235/ 16,667 16,667 16,667 16,667 16,667 16,667 16,667 Ghi chú:+ α1: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột biên + β1: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột Khi α1, β1>1: sàn bị chọc thủng vị trí đầu cột + Độ võng tiêu chuẩn: L/480 = 8000/480= 16,667mm [1]; [5] Tương tự tổng hợp kết chiều dày sàn 0,2m, Bảng Bảng Tổng hợp kết chiều dày sàn 0,20m Chiều dày sàn (m) Chiều dày mũ cột (m) Diện tích mũ cột (mxm) Tải trọng cân Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 + Dải CX2, CX3 + Dải CY1, CY4 + Dải CY2, CY3 Lực cắt (kN/m2) 1x1 0,2 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,7TLBT 8 1x1 0,2 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,75TLBT 9 0,2 0,08 1x1 1,3x1,3 1,6x1,6 0,8TLBT 10 10 1060,80/ 926,04/ 832,23/ 1056,51/ 919,81/ 820,04/ 1025,44/ 865,37/1 775,52/ 1455 1455 1455 1455 1455 1455 1485 485 1485 α2 0,729 0,636 0,572 0,726 0,632 0,564 0,691 0,583 0,522 1346,15/ 1272,55/ 1152,44/ 1333,71/ 1242,05/ 1118,31/ 1327,03/ 1232,19/ 1110,79/ +Vị trí cột 1543 1543 1543 1572 1572 1572 1572 1572 1572 β2 0,872 0,825 0,747 0,848 0,790 0,711 0,844 0,784 0,707 Độ võng lớn nhất/ 12,256/ 11,600/ 11,249/1 12,131/ 11,481/ 11,006/ 11,924/ 11,272/1 10,875/ Độ võng tiêu chuẩn (mm) 16,667 16,667 6,667 16,667 16,667 16,667 16,667 6,667 16,667 +Vị trí cột biên Ghi chú: + α2: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột biên + β2: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột Khi α2, β2>1: sàn bị chọc thủng vị trí đầu cột + Độ võng tiêu chuẩn: L/480 = 8000/480= 16,667mm [1]; [5] Trường hợp nhịp 9m: Bảng Tổng hợp kết chiều dày sàn 0.2m Chiều dày sàn (m) Chiều dày mũ cột (m) Diện tích mũ cột (mxm) Tải trọng cân Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 + Dải CX2, CX3 + Dải CY1, CY4 1x1 12 0,2 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,7TLBT 12 6 12 1x1 13 0,2 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,75TLBT 13 13 1x1 14 0,2 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,8TLBT 14 13 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 + Dải CY2, CY3 Lực cắt (kN/m2) 11 11 10 11 11 1516,10/ 1312,15/ 1230,30/ 1509,72/ 1301,56/ 1494 1494 1468 1494 1494 α3 1,015 0,878 0,838 1,011 0,871 1916,33/ 1832,63/ 1695,89/ 1905,66/ 1820,57/ +Vị trí cột 1625 1625 1599 1625 1625 β3 1,179 1,128 1,061 1,173 1,120 Độ võng lớn nhất/ 19,969/ 18,887/ 18,372/ 19,770/ 18,663/ Độ võng tiêu chuẩn (mm) 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 Ghi chú: + α3: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột biên + β3: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột Khi α3, β3>1: sàn bị chọc thủng vị trí đầu cột + Độ võng tiêu chuẩn: L/480 = 9000/480= 18,75mm [1], [5] +Vị trí cột biên 11 1182,91/ 1494 0,792 1662,01/ 1625 1,023 17,935/ 18,750 12 12 12 1503,58/ 1285,28/ 1169,21/ 1494 1494 1494 1,006 0,860 0,783 1890,86/ 1781,12/ 1626,22/ 1651 1651 1651 1,145 1,079 0,985 19,583/ 18,509/ 17,849/ 18,750 18,750 18,750 Bảng Tổng hợp kết chiều dày sàn 0,22m Chiều dày sàn (m) Chiều dày mũ cột (m) Diện tích mũ cột (mxm) Tải trọng cân Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 + Dải CX2, CX3 + Dải CY1, CY4 + Dải CY2, CY3 Lực cắt (kN/m2) +Vị trí cột biên α4 +Vị trí cột 1x1 11 10 0,22 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,7TLBT 11 10 11 10 0,22 0,08 1x1 1,3x1,3 1,6x1,6 0,75TLBT 12 11 12 11 12 11 1x1 13 12 0,22 0,08 1,3x1,3 1,6x1,6 0,8TLBT 13 12 13 11 1434,47/ 1228,45/ 1109,52/ 1380,12/ 1180,14/ 1062,61/ 1370,58/ 1161,82/ 1057,72/ 1456 1456 1456 1480 1480 1480 1480 1480 1480 0,985 0,844 0,762 0,933 0,797 0,718 0,926 0,785 0,715 1845,36/ 1723,48/ 1569,40/ 1788,30/ 1683,94/ 1533,98/ 1776,00/ 1647,03/ 1527,26/ 1575 1575 1575 1599 1599 1599 1622 1622 1599 1,172 1,094 0,996 1,118 1,053 0,959 1,095 1,015 0,955 β4 Độ võng lớn nhất/ 16,678/ 15,895/ 15,394/ 16,396/ 15,610/ 15,113/ 16,096/ 15,324/ 14,917/ Độ võng tiêu chuẩn 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 18,750 (mm) Ghi chú: + α4: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột biên + β4: tỷ số Vn/Vcđối với vị trí cột Khi α4, β4>1: sàn bị chọc thủng vị trí đầu cột + Độ võng tiêu chuẩn: L/480 = 9000/480= 18,75mm [1]; [5] Hình Quan hệ diện tích mũ cột độ võng (nhịp L=8m; bề dày sàn 0,18-0,2m) Hình Quan hệ diện tích mũ cột lực cắt (cột biên) (nhịp L=8m; bề dày sàn 0,18- 0,2m) Trương Hoài Chính, Lê Thanh Phú 10 Hình Quan hệ diện tích mũ cột lực cắt (cột giữa) (nhịp L=8m; bề dày sàn 0,18- 0,2m) Hình 10 Quan hệ diện tích mũ cộtvà lực cắt (cột biên) (nhịp L=9m; bề dày sàn 0,2-0,22m) Hình Quan hệ diện tích mũ cộtvà độ võng (nhịp L=9m; bề dày sàn 0,2- 0,22m) Hình 11 Quan hệ diện tích mũ cột lực cắt (cột giữa) (nhịp L=9m; bề dày sàn 0,2-0,22m) Từ kết số liệu Bảng 1, 2, 4, ta vẽ biểu đồ thể ảnh hưởng mũ cột chiều dày sàn, Hình đến Hình11 3.2 Bình luận kết Qua kết tính tốn sàn bê tơng ƯLT có mũ cột cho nhịp sàn 8m 9m trên, có nhận xét: ⬧ Độ võng sàn nhịp 8m, trường hợp mũ cột kích thước 1mx1mx0,08m lớn 1,123 lần so với trường hợp mũ cột có kích thước 1,6mx1,6mx0,08m ứng với tải trọng cân 0,7 TLBT, bê dày sàn 0,18m ⬧ Lực cắt sàn nhịp 8m, trường hợp mũ cột có kích thước 1mx1mx0,08m lớn 1,449 lần so với trường hợp mũ cột có kích thước 1,6mx1,6mx0,08m ứng với tải trọng cân 0,7 TLBT, bề dày sàn 0,18m ⬧ Độ võng sàn nhịp 9m, kích thước mũ cột 1mx1mx0,08m với tải trọng cân 0,7 TLBT lớn 1,02 lần so với tải trọng cân 0,8 TLBT,cùng bề dày sàn 0,2m ⬧ Lực cắt sàn nhịp 9m, kích thước mũ cột 1mx1mx0,08m với tải trọng cân 0,7 TLBT lớn 1,008 lần so với tải trọng cân 0,8 TLBT, bề dày sàn 0,2m ⬧ Số lượng cáp sàn nhịp 9m, kích thước mũ cột 1mx1mx0,08m với tải trọng cân 0,8 TLBT lớn 1,114 lần so với tải trọng cân 0,7 TLBT, bề dày sàn 0,2m Kết luận Qua kết tính tốn sàn bê tơng ƯLT có mũ cột cho nhịp sàn thông dụng từ 8m đến 9m trên, rút kết luận sau: - Khi tăng diện tích mũ cột giá trị độ võng lực cắt giảm dần vàkhông thay đổi bề dày sàn - Với nhịp sàn thông dụng 8-9m, để giá trị độ võng lực cắt đạt gần đến giá trị cho phép ta nên chọn: + Nhịp 8m: kích thước mũ cột nên chọnlà 1mx1m tải trọng cân 0,7TLBT chiều dày sàn tương ứng 0,18m (~1/45L) + Nhịp 9m: kích thước mũ cột nên chọn 1,6mx1,6m tải trọng cân 0,8TLBT chiều dày sàn tương ứng 0,2m (1/45L) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Quang Minh, Sàn phẳng bê tông ứng lực trước căng sau, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2010 [2] Nguyễn Tiến Chương, Kết cấu bê tông ứng lực trước, NXB Xây dựng, 2010 [3] Lê Thanh Huấn, Nguyễn Hữu Việt, Nguyễn Tất Tâm, Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau nhà nhiều tầng, NXB Xây dựng, 2012 [4] Tủ sách Khoa học công nghệ xây dựng, Kết cấu bê tông ứng lực trước dẫn thiết kế theo TCXDVN 356:2005, NXB Xây dựng 2010 [5] Post-Tensioning Institute, Post- Tensioning Manual 5th ed Phoenix: Post - Tensioning Institute, 1991 [6] Sami Khan, Martin Williams, Post - tensioned Concrete Floors, Butterword - Heinemann Ltd, 1995 (BBT nhận bài: 03/02/2015, phản biện xong: 02/03/2015) ... bề dày sàn 0,2m ⬧ Lực cắt sàn nhịp 9m, kích thước mũ cột 1mx1mx0,08m với tải trọng cân 0,7 TLBT lớn 1,008 lần so với tải trọng cân 0,8 TLBT, bề dày sàn 0,2m ⬧ Số lượng cáp sàn nhịp 9m, kích thước. .. thể ảnh hưởng mũ cột chiều dày sàn, Hình đến Hình11 3.2 Bình luận kết Qua kết tính tốn sàn bê tơng ƯLT có mũ cột cho nhịp sàn 8m 9m trên, có nhận xét: ⬧ Độ võng sàn nhịp 8m, trường hợp mũ cột kích. .. kích thước 1mx1mx0,08m lớn 1,123 lần so với trường hợp mũ cột có kích thước 1,6mx1,6mx0,08m ứng với tải trọng cân 0,7 TLBT, bê dày sàn 0,18m ⬧ Lực cắt sàn nhịp 8m, trường hợp mũ cột có kích thước