Nghiên cứu thiết kế kết cấu khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn eurocode 2

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Tác giả luận văn Bùi Hoàng Sơn i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Anh Dũng, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô môn Xây dựng dân dụng công nghiệp, thầy khoa Cơng trình, Phịng Sau Đại học, Trường Đại học Thủy Lợi Các thầy cô trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Trường đại học Thủy Lợi tơi q trình thực luận văn Sau cùng, xin cảm ơn thực quên giúp đỡ tận tình Thầy cô, bạn bè, anh, em động viên, tạo điều kiện người thân gia đình suốt trình thực luận văn Hà Nội, tháng năm 2022 Tác giả Bùi Hoàng Sơn ii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận đề tài Phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết đạt Kết cấu nội dung luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG LẮP GHÉP 1.1 Sự khác biệt hệ kết cấu bê tông lắp ghép 1.2 Sự làm việc kết cấu bê tông lắp ghép 11 1.3 Tại lại chọn hệ kết cấu lắp ghép chịu lực 19 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ THIẾT KẾ KHUNG BÊ TÔNG LẮP GHÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 39 2.1 Phân tích khung theo phương pháp đơn giản 39 2.2 Các phương pháp kết cấu phụ 46 2.2.1 Khung phẳng hai phương .46 2.2.2 Khung phụ dầm 48 2.2.3 Khung phụ cột sàn phía 50 2.2.4 Khung phụ cột sàn tầng 51 2.3 Tải trọng thiết kế tác động lên khung lắp ghép 51 2.3.1 Tải trọng thiết kế tác động lên dầm khung 51 2.3.2 Trọng lực tải trọng cực hạn phương ngang tác động lên khung 60 Kết luận chương 65 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KHUNG LẮP GHÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU .67 3.1 Lý thuyết áp dụng ví dụ tính tốn 67 3.1.1 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn cực hạn 67 3.1.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn ổn định 68 iii 3.1.2.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn chịu lực ngang khơng hồn chỉnh 71 3.2 Ví dụ tính tốn theo phương pháp khung phụ 74 Kết luận chương 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khung bê tông lắp ghép tạo dáng kiến trúc văn phòng Scottish, Leith, United Kingdom Hình 1.2: (a) Đúc chỗ sử dụng đúc chồng Polythene Hình 1.2: (b) Kết cấu hoàn thiện cột dầm tường lắp ghép Hình 1.3 Gối đỡ thông thường liên kết cột dầm Hình 1.4 (a) Chuyển động không hạn chế hai cấu kiến bê tông lắ ghép (b) Hạn chế chuyển động không ngăn ngừa nứt kéo (c) Giảm chiều dài liên kết làm tăng ứng suất tập trung góc quay uốn (d) Nứt bên diện truyền lực hẹp (trái) (A) cốt thép gia cường (phải) (B) .8 Hình 1.4 (tiếp) (e) Mất gối đỡ tác động vô tình (trái) (A); chốt ngăn ngừa (phải) (B); (f) Mất gối đỡ lún cột (trái) (A); vòng thép ngăn ngừa (phải) (B) .9 Hình 1.5 (a) Vỡ chuyển dịch tấp sàn dầm (b) Nứt ngăn cản liên kết dầm cột lắp ghép 10 Hình 1.6 Hệ khung giằng ‘xương’ bê tông lắp ghép, Trung tâm bán lẻ bãi đậu xe ‘Green Apple’, Helsinki 12 Hình 1.7 Khung lắc 'xương' bê tơng lắp ghép, Europark, Rome 13 Hình 1.8 Khung ‘xương’ bê tông lắp ghép biết tới khung nửa cứng, Đại học Recife, Brazil 13 Hình 1.9 Kết cấu ‘ xương’ lắp ghép kết hợp với cột kiến trúc dầm sườn, Reading Business Park, Vương quốc Anh 14 Hình 1.10 Khung ‘xương’ lắp ghép ‘khung-tường’, Barwa City, Qatar .14 Hình 1.11 Sơ đồ truyền tải vào khung không giằng (lắc) (a) trọng lưc (b) tải ngang .15 Hình 1.12 Hình dạng biến dạng cột cho điều kiện biên khác .17 Hình 1.13 Sơ đồ truyền lực hệ khung giằng sử dụng tường chèn (a) sàn lắp ghép (b) Chú ý hình Wk wk bao gồm lực FH ứng suất fH khuyết tật 18 Hình 1.14 Khung-tường bê tông lắp ghép cho nhà dân cư gần Helsinki 20 v Hình 1.15 Các tường bê tông lắp ghép cho nhà thấp tầng, O-Stable hệ panel, Malaysia 20 Hình 1.16 Kết hợp bê tơng lắp ghép bê tông chỗ với kết cấu thép 21 Hình 1.17 Bê tơng lắp ghép kết hợp với giằng thép hình ống, Bouwhuis, Hà Lan, 2008 22 Hình 1.18 Kết hợp hệ lắp ghép bê tông nhẹ đổ phủ chỗ sàn kim loại, Bracken House Leith, Vương quốc Anh 24 Hình 1.19 Xây dựng kết hợp sàn bê tơng lắp ghép với khung dầm-cột gỗ Derby, Vương quốc Anh 24 Hình 20 Chế tạo mối nối ba chiều thép-thép dầm-cột với khả chịu lực 360 kN bề mặt 25 Hình 1.21 Tận dụng ưu điểm cấu kiện sản xuất nhà máy: dầm bê tông ứng suất trước 55 m VBI, Hà Lan 25 Hình 1.22 Dầm lắp ghép tường cách nhiệt 26 Hình 1.23 Ngơi nhà hồn thiện sử dụng cấu kiện Hình 1.22 Đại học Nottingham, Anh 26 Hình 1.24 Các cấu kiện cột, dầm sàn sau hoàn thiện kiến trúc nhà ga Paddington, London 26 Hình 1.25 Cấu trúc khung xương lắp ghép cho không gian rộng lớn thơng suốt cho lợi ích cơng nhân xây dựng khách hàng 29 Hình 1.26 Các định nghĩa kết cấu khung xương lắp ghép 29 Hình 1.27 Kết cấu khung xương lắp ghép Bồ Đào Nha 30 Hình 1.28 Khung tường phù hợp cho hộ, khách sạn, trường học, trung tâm mua sắm, ví dụ Rhodes, gần Sydney, Úc 32 Hình 1.29 Khung tường sàn lắp ghép Kuala Lumpur, Malaysia 32 Hình 1.30 Hệ thống tường ngang khung tường lắp ghép 33 Hình 1.31 Khung tường lắp ghép Strijkijzer, Den Haag, Hà Lan 33 Hình 1.32 Định nghĩa khung cổng lắp ghép 35 Hình 1.33 Khung cổng lắp ghép (Madrid, Tây Ban Nha.) 35 Hình 1.34 Khung cổng với mái xếp, Đại học Sao Carlos, Brazil 36 Hình 2.1 Khung phẳng 2-D đơn giản hóa từ kết cấu khung xương khơng gian 3-D 39 vi Hình 2.2 Biến dạng mômen uốn phân bố kết cấu liên tục chịu (a) trọng lực (b) tải trọng ngang 40 Hình 2.3 Các mối nối-một nửa dầm 0,1xnhipj gần với điểm uốn ngược dầm liên tục 41 Hình 2.4 Biến dạng biểu đồ phân bố mômen kết cấu mối nối khớp chịu (a) trọng lực (b) tải trọng ngang 42 Hình 2.5 Kết cấu giằng phần 43 Hình 2.6 Các hệ kết cấu cho (a) Khung cổng chữ U (b) Khung cổng chữ L 44 Hình 2.7 Khung-H (a) Hệ kết cấu, (b) biến dạng mô men uốn 45 Hình 2.8 Phương pháp khung phụ cho dầm phía trong khung liên tục 46 Hình 2.9 Phương pháp khung phụ cho dầm phía cột khung có mối nối khớp (a) dầm phía (b) cột sàn tầng (c) cột sàn tầng 48 Hình 2.10 Mơmen uốn khung có mối nối khớp cho (a) dầm phía trong, (b) cột sàn tầng trên, (c) cột sàn tầng 50 Hình 2.11 Diễn tả tác động thay đổi .55 Hình 2.12 Ví dụ tổ hợp đặc trưng, thường xuyên giả tĩnh ứng suất phục vụ tiết diện bê tông dự ứng lực giả định .56 Hình 2.13 Thang nghiêng gây lực ngang cho hệ kết cấu khách sạn Bella Sky, Đan Mạch 62 Hình 2.14 Ví dụ ảnh hưởng khơng hồn chỉnh hình học .63 Hình 3.1 Chi tiết ví dụ 3.3 .70 Hình 3.2 Chi tiết cho ví dụ 3.4 (giằng) Ví dụ 3.5 (khơng giằng) 72 Hình 3.3 Chi tiết ví dụ 3.6 .76 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Ứng dụng loại khung bê tông lắp ghép 36 Bảng 2.1 Các hệ số tải trọng phần cho hoạt tải 55 Bảng 2.2 Các hệ số tải trọng phần hệ số an toàn cho trọng lực tải ngang 61 Bảng 3.1 Các tổ hợp tải trọng cực hạn mơ men ví dụ 3.3 69 viii PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) kết cấu sử dụng rộng rãi nước ta Với nhiều ưu điểm cường độ, độ ổn định biện pháp thi công đơn giản Song tồn khuyết điểm tải trọng thân kết cấu lớn, khó vượt nhịp lớn, thời gian thi công kéo dài, Thế với cơng nghệ bê tơng lắp ghép tất nhược điểm BTCT khắc phục triệt để Một cơng trình bê tơng lắp ghép kết hợp cấu kiện bê tông đúc sẵn kết nối với tạo thành khung khơng gian chiều có khả chịu tải trọng đứng gió (thậm chí tải trọng động đất) Cơng trình bê tơng lắp ghép phù hợp với cơng trình chung cư, cửa hàng, bãi đỗ xe, trường học, sân vận động loại cơng trình u cầu vượt nhịp lớn, có không gian rộng bên Khả chịu lực cấu kiện, kết nối cấu kiện tương tự kết cấu BTCT đổ chỗ Hiện nay, giới hay Việt Nam có nhiều dự án xây dựng thành cơng sử dụng bê tơng đúc sẵn cho tồn phần kết cấu với nhiều ưu điểm: - Ưu điểm tiến độ: Ưu điểm lớn cơng nghệ lắp ghép lớn cơng nghiệp hóa ngành Xây dựng giảm thiểu thời gian xây dựng Như biết, cơng trình xây dựng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố suốt thời gian xây dựng mà yếu tố khí hậu điều kiện xây dựng Việt Nam có tác động không nhỏ ảnh hưởng đến tiến độ chất lượng cơng trình Mặt khác, phần lớn cấu kiện sản xuất theo dây chuyền công nghiệp thông qua công đoạn kiểm tra nhà xưởng nên chất lượng sản phẩm đảm bảo mức tốt Các cơng việc cịn lại trường giảm thiểu đáng kể thời gian, nhân lực đặc biệt giảm khối lượng vật liệu cho biện pháp thi công đà giáo, cốp pha so với việc đổ bê tông chỗ - Ưu điểm giá thành: Rõ ràng công nghệ xây dựng phải mang lại ưu việt Nếu nói tới giảm giá thành phải tính lợi ích tổng thể mà phương pháp mang lại Đầu tiên hiệu cấu kiện sản xuất từ dây chuyền công nghiệp tạo suất cao giá trị gia tăng lớn theo; chi phí phát sinh q trình sản xuất giảm mức tối thiểu; chi phí quản lý giảm thiểu chun nghiệp hóa, chun mơn hóa cao trình sản xuất; rủi ro chất lượng chủ động nhận dạng khắc phục Do cơng nghiệp hóa q trình xây dựng nhà ở, cấu kiện điển hình hóa phí thiết kế giảm thiểu Nhưng giá thành xây dựng giảm đáng kể tiến độ thi cơng nhanh chất lượng kiểm sốt tốt tuổi thọ cơng trình đảm bảo Chủ trương Chính phủ phát triển nhà xã hội với giá thành rẻ chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu ngày lớn nhu cầu nhà cho người lao động nước, cơng nghệ bê tơng lắp ghép vô phù hợp với ưu điểm nêu Điển làm việc với Bộ Xây dựng đây, lãnh đạo UBND TP Hà Nội nêu vấn đề ứng dụng công nghệ bê tông lắp ghép vào đảm bảo đa dạng kiến trúc, giảm giá thành xây dựng Vì việc “Nghiên cứu công nghệ lắp ghép ứng dụng vào thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode 2” phù hợp với tình hình phát triển xã hội tương lại đất nước ta nói chung phát triển ngành xây dựng nói riêng Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cơng nghệ lắp ghép ứng dụng vào thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khung bê tông lắp ghép cơng trình xây dựng 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Các giải pháp lắp ghép hướng dẫn tính tốn kết cấu theo tiêu châu Eurocode Cách tiếp cận đề tài Dùng tài liệu nước kết cấu khung bê tông lắp ghép tiêu chuẩn Eurocode 2; sách Precast Concrete Structures tác giả Kim S.Elliott; tài liệu khác nêu mục tài liệu tham khảo, để nghiên cứu đúc rút phương pháp bố trí tính tốn kết cấu khung bê tơng lắp ghép CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN KHUNG LẮP GHÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 3.1 Lý thuyết áp dụng ví dụ tính tốn 3.1.1 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn cực hạn Ví dụ 3.1 Tính phản lực cực hạn lớn Fed gối tựa dầm đơn giản có nhịp tính tốn 6.0 m chịu tải trọng Gk = 30 kN/m, Qk1 = 20 kN/m, Qk2 = 40 kN đặt nhịp 0 = 0.7 Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.3.1.2 Luận văn: - Mômen cực hạn thiết kế MEd, lực cắt VEd phản lực FEd dựa tải trọng cực hạn thiết kế Ed = tải trọng đặc trưng x tập hợp hệ số tải trọng phần  - Công thức (2.10a); (2.11a); (2.11b) 6.10a BS EN 1990 1.35Gk , j + 1.5 x0.7Qk ,1 (2.10a) 6.10b BS EN 1990 0.925 x1.35Gk , j + 1.5Qk ,1 + 1.05Qk (2.11a) 6.10b BS EN 1990 0.925 x1.35Gk , j + 1.05Qk ,1 + 1.5Qk (2.11b) Lời giải Công thức 2.10a wEd = 1.35x30 + (0.7 *1.5) x20 = 61.5kN / m PEd = 1.05 x40 = 42kN Khi FEd = 61.5 x6.0 / + 42 / = 205.5kN Công thức 2.11a = 1.25 x30 + 1.5 x 20 = 67.5kN / m + 42kN Khi FEd = 67.5 x6.0 / + 42 / = 223.5kN 67 Công thức 2.11b FEd = 61.5x6.0 / + 42 / = 205.5kN = 1.25x30 + 1.05x20 = 58.5kN / m + 1.5x40 = 60kN Khi FEd = 58.5x6.0 / + 60 / = 205.5kN 3.1.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn ổn định Ví dụ 3.2 Tính phản lực nhỏ Fed gối tựa dầm đơn giản có nhịp tính tốn 6.0 m với nhịp cơng xơn 3.0 m có tải trọng điểm nút Qk = 30 kN/m Qk = 20kN/m Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.3.1.3 Luận văn: - Công thức (2.13) 6.10 BS EN 1990  G , j Gk , j "+ " Q,1Qk ,1 "+ "   Q,i 0,i Qk Với j ≥ i > G,j = 1.1 (không thuận lợi) 0.9 (thuận lợi) Q = 1.5 (không thuận lợi) 1.5 0 kèm Q = 1.5 (thuận lợi) Khi lắp đặt, tham khảo BS EN 1990, Bảng A2.4 (A) sau: G,j = 1.05 (không thuận lợi) 0.95 (thuận lợi) G,j = 1.35 (không thuận lợi) (thuận lợi) Lời giải: Công thức 2.13 Phương = 0.9 x30 = 27 kN / m Công thức 2.13 Phương công xôn =1.1x30+1.5x20=63 kN/m Momen cực hạn = 63x3.02/2=283.5 kN 68 (2.13) Khi FEd= 27x6.0/2-283.5/6.0=81.0-47.25=33.75 kN > i.Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn chịu tác động thường xuyên, tác động thay đổi gió Ví dụ 3.3 Tính mơ men uốn cực hạn lớn MEd chân cột có chiều cao h=4.0m Hình 3.22 Mối nối dầm-cột khớp, với móng ngàm cứng Khoảng cách từ mép biên cột tới tâm phản lực dầm 100 mm Tải trọng dầm đặc trưng Gk=40 kN/m Qk=30 kN/m, áp lực gió tải trọng ngang Wk=12 kN Mô men truyền chân cột 50% mô men đầu cột gây dầm đặt lệch tâm Lấy 0 (tải trọng lực)=0.7 Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.3.2.1 Luận văn: Bảng 3.1 Tải trọng dài hạn Tải trọng hoạt tải Tổ hợp tải trọng 2.10 2.11 Bất lợi Thuận lợi Bất lợi Thuận lợi Gió Tải dài hạn + hoạt tải 1.35 1.0 Ψ01.5 N/A Tải dài hạn + gió 1.35 1.0 N/A N/A Ψ01.5=0.75 Tất tải trọng 1.35 1.0 Ψ01.5 Ψ01.5=0.75 Tải dài hạn + hoạt tải 1.25 1.0 1.5 N/A Tải dài hạn + gió 1.25 1.0 N/A N/A 1.5 Tất tải trọng 1.25 1.0 1.5 Ψ01.5=0.75 - Các ý: Tất nhịp chất tải trọng cực hạn lớn wEd,max = GGk + QQk (theo BS EN 1990, biểu thức 2.10a 2.11a (6.10a 6.10b BS EN 1990) Lý thuyết áp dụng phần 2.3.1.2 Luận văn: 69 - Mômen cực hạn thiết kế MEd, lực cắt VEd phản lực FEd dựa tải trọng cực hạn thiết kế Ed = tải trọng đặc trưng x tập hợp hệ số tải trọng phần  - Công thức (2.10a); (2.11a); (2.11b) 6.10a BS EN 1990 1.35Gk , j + 1.5 x0.7Qk ,1 (2.10a) 6.10b BS EN 1990 0.925 x1.35Gk , j + 1.5Qk ,1 + 1.05Qk (2.11a) 6.10b BS EN 1990 0.925 x1.35Gk , j + 1.05Qk ,1 + 1.5Qk (2.11b) Lời giải: Độ lệch tâm phản lực gối tựa dầm R tính từ tâm cột e = 300/2 + 100 =250 mm Hình 3.1 Chi tiết ví dụ 3.3 Mơ men chân cột tải trọng gió gây MEd = WEdh/2 (vì có cột) 70 Các tổ hợp tải trọng cực hạn mô men tổng hợp bảng sau: Tải trọng tác dụng vào dầm Tổ hợp tải trọng WEd (kN/m) Tải trọng gió MEd=0.5 REd (kN) MEd = WEd Tổng MEd h/2 (kNm) (kNm) WEd (kN) REd (kNm) Tĩnh tải + hoạt tải 85.5 342.0 42.75 _ _ 42.75 Tĩnh tải + gió 54.0 216.0 27.0 9.0 18.0 45.0 Tổng tải trọng 85.5 342.0 42.75 9.0 18.0 60.75 Tĩnh tải + hoạt tải 95.0 380.0 47.5 _ _ 47.5 Tĩnh tải + gió 50.0 200.0 25.0 18.0 36.0 61.0 Tổng tải trọng 95.0 380.0 47.5 9.0 18.0 65.5 2.10 2.11 P-thường xuyên (tĩnh tải), I-áp thêm (hoạt tải), W-tải trọng gió Sau MEd,max = 65.5 kNm sử dụng biểu thức 6.10b cho tất tải (Chú ý theo BS 8110 giá trị cho tất trường hợp tải, wult=1.2x70 = 84kN/m, Mu (trọng lực_ = 42 kNm, Wu = 1.2x12 = 14.4 kN, Mu(gió) = 28.8 kNm Tổng Mu = 70.8 kNm) 3.1.2.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn chịu lực ngang khơng hồn chỉnh Ví dụ 3.4 Tính lực ngang mức sàn mơmen lật móng khơng hồn chỉnh kết cấu khung xương có giằng Hình 3.25 Số lượng cột nhịp 6, có hàng cột Có hai tường chịu cắt hàng cột Tải trọng lực cực hạn sàn = 15,000 kN mái 7,000 kN 71 Hình 3.2 Chi tiết cho ví dụ 3.4 (giằng) Ví dụ 3.5 (khơng giằng) Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.3.2.2 Luận văn: - Đối với kết cấu, lực ngang Hi đặt vào hệ kết cấu giằng mức sàn lực nằm ngang tổng tải trọng trọng lực cực hạn mức sàn dó, ví dụ hệ kết cấu giằng hệ lõi hệ tường chịu cắt Xem Hình 3.24a (đã tra từ BS EN 1992-1-1, Hình 5.1b) Hi = i(Nb – Na) = iVEd liên kết cao độ sàn (2.19) Trong i = 0αhαm (2.20) 0 = 1/200 (Phụ lục BS EN 1992-1-1) b = /  (2 / l )  (2.21) L = tổng chiều cao kết cấu giằng (m) m = 0.5(1 + 1/ m) (2.22) m = số lượng cấu kiện đứng đóng góp vào lực ngang tác động lên hệ giằng Lời giải l = 10.5 m, αh = 2/√10.5 = 0.617 sử dụng 2/3 72 m = 30 cột αm = √0.5(1+1/30) = 0.719 = 0.002396 (hoặc phần 417) Tại cao độ mái, Hi,roof=IN/2 đặt vào tường chịu cắt = 0.002396x7000/2=8.38kN cho tường Tại mức sàn, Hi,floor = 0.002396x15,000/2 = 17.97 kN cho tường Mômen lật Mi Hi = 8.38x10.50 + 17.97x(7.25 + 4.00) = 290.1 kNm cho tường Ví dụ 3.5 Tính lực ngang mức sàn mơ men lật móng khơng hồn chỉnh cột phía trong, kết cấu giống ví dụ 3.25 khơng giằng Hệ số chiều dài tính tốn cho cột (trong ví dụ này) lấy 2.2 Tổng tải trọng trọng lực cực hạn cho cột cao độ sàn = 900 kN mái =500kN Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.3.2.2 Luận văn: - Đối với cột cách ly, Hi áp cho cột không giằng độ lệch tâm ei thể Hình 3.24b (được tra từ BS EN 1992-1-1, Hình 5.1a biểu thức 5.2) Điều sử dụng cột kết cấu lắp ghép xác định tĩnh khơng có mô men liên tục (continuity) hàng cột ei = il0/2 (2.23) Trong l0 chiều dài tính tốn cột mức sàn ei xét tới, mức sàn tầng l0 xác định dựa chiều cao sàn tầng 2, … αh=2/3≤ (2/√l) ≤ 1, l = chiều dài thực cột độ cao mà ei tác động (m) m=αm=1 Lời giải Tại cao độ mái, l=10.50m; b = / 10.50 = 0.617 dùng 2/3xl0=2.2x10.5=23.1m ei=(1/200)x(2/3)x23.1/2=0.039 Sau Mi ei = 500x0.039 = 19.5 kNm với Hi = 19.5/10.5 = 1.85 kN Tại cao độ sàn tầng 2, l=7.25m, b = / 7.25 = 0.742 73 l0=2.2x7.25=15.95m ei=(1/200)x0.742x15.95/2=0.030m Khi Mi có ei=900x0.030=27.0 kNm tương đương với Hi=27.0/7.25=3.72 kN Tại cao độ sàn tầng 1, l=4.00 m, b = / 4.00 = l0=2.2x4.00=8.80 m ei=(1/200)x1x8.80/2=0.022 m Khi Mi có ei=900x0.022=19.8 kNm tương đương với Hi=19.8/4.00=4.95 kN Tổng cộng Mi=19.5+27.0+19.8 = 66.3 kNm cột (Chú ý Mi cho cột cách ly lớn cột tổng Mi cho tường chia cho tổng số lượng cột) 3.2 Ví dụ tính tốn theo phương pháp khung phụ Đề bài: Sử dụng kỹ thuật khung phụ, hay tìm mơ men uốn dầm X cột Y Z xác định Hình 3.27 Các mối nơi dầm-cột khớp, liên kết với móng ngàm cứng Khoảng cách từ biên cột tới tâm phản lực dầm 100 mm Tải trọng dầm đặc trưng Gk = 40 kN/m Qk = 30 kN/m Lý thuyết áp dụng: Lý thuyết áp dụng phần 2.1 Luận văn: - Khung phụ dầm: Mô men lớn dầm là: M1 = wEd ,max ( L2 − 2e)2 / (2.1) Phản lực đầu dầm R1 = wEd ,max L2 / (2.2) (Chú ý lực cắt dầm VEd = wEd ,max ( L2 − 2e) / Phản lực dầm liên kề R1 = wEd ,min L1 / R3 = wEd ,min L3 / (2.3) 74 Mô men uốn lớn sinh cột tính M col = ( R2 − R1 )eh3 / (h2 + h3 ) (2.4) - Khung phụ cột: Khung phụ cột sàn phía trên: Mơmen đầu cột thiết kế tính công thức M col ,upper = ( R4 e4 − R5 e5 ) EI h2 (2.5) EI EI + h2 h3 Và chân cột M col ,upper EI1 h1 = ( R4 e4 − R5 e5 ) EI1 EI + h1 h2 (2.6) Khung phụ cột sàn tầng trệt: Nếu móng cứng (kháng mômen), mô men đỉnh cột thiết kế tính theo cơng thức 3.5 với ghi thích hợp Mơmen truyền vào chân cột 50% đỉnh cột Nếu móng khớp, mơ men đỉnh cột tính EI1 h1 = ( R4 e4 − R5 e5 ) EI EI 0.75 + h1 h2 0.75 M col ,upper (2.7) mơ men chân cột không Lời giải WEd.max = max{1.35x40+1.05x30;1.25x40+1.5x30} = max {85.5; 95.0} =95.0 kN/m; wEd,min = 40kN/m 75 Khung phụ dầm E = 450/2 +100 = 325 mm Công thức 3.1 M1 = 95.0x(8.000-2x0.325)2/8 = 641.5 kNm Khung phụ cột Y Các phản lực đầu dầm R1 = 95.0x8.000/2 = 380.0 kN R2 = 40x6.000/2 = 240.0 kN e1 = e2 = 300/2 + 100 * 250 mm Hình 3.3 Chi tiết ví dụ 3.6 EI1/h1 = EI2/h2 Cơng thức 2.7 Tại đỉnh chân, Mcol = (380.0 – 24.0)x0.250x0.5 = 17.5 kNm Khung phụ cột Z Phản lực đầu dầm phần trước e1 = e2 = 450/2 + 100 = 325 mm Đưa đến E số 76 300 x4503 I1 / b1 = = 451x103 mm2 12 x5050 300 x3003 I / b2 = = 211x103 mm2 12 x3200 Công thức 3.5 Tại đỉnh cột Mcol,upper = (380 – 240)x0.325x451/(451 + 211) = 31.0 kNm Tại chân cột, Mcol,lower = 50%x31.0 = 15.5 kNm 77 Kết luận chương - Từ lý thuyết chương 2, sử dụng công thức để giải tốn cụ thể thực tế, từ rút cách tính cho loại tốn loại cấu kiện - Sử dụng ví dụ tường minh để đúc kết phương pháp tính tốn cụ thể cho cấu kiện Bê tông lắp ghép 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với hàng loạt ưu điểm nêu phía trên, kết cấu bê tông lắp ghép ứng dụng cho nhiều cơng trình dân dụng công nghiệp Và với tiêu chuẩn Eurocode 2, ta hồn tồn tính tốn thiết kế khung bê tông lắp ghép để ứng dụng vào thực tế - Về phương pháp tính: Kết cấu khung bê tơng lắp ghép có nhiều phương pháp tính tốn với loại cấu kiện dầm, cột, sàn, chi tiết liên kết, Luận văn nêu số phương pháp phân tích tính tốn kết cấu khung bê tơng lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode2 đủ để ứng dụng vào tính tốn cấu kiện bê tơng lắp ghép thực tế Các phương pháp tính phương pháp phân tích khung theo phương pháp đơn giản, phương pháp kết cấu phụ để tính tốn cột, dầm, - Về tải trọng: Tiêu chuẩn tải trọng Eurocode tính tốn kết cấu khung lắp ghép có nhiều chỗ khác biệt so với tiêu chuẩn Việt Nam Theo tiêu chuẩn Eurocode tải trọng gọi ”Tác động” thay đổi tùy thuộc vào chất ”tác động” Ngoài khác biệt nằm phần tổ hợp tải trọng để tính tốn trạng thái giới hạn khác Dựa vào kết nghiên cứu tính tốn luận văn, tốn tính tốn khung bê tông lắp ghép giải hồn tồn áp dụng vào tính tốn thực tế cơng trình Đã có đủ sở từ ”tác động” đến tổ hợp tải trọng, trạng thái giới hạn cấu kiện lý thuyết tính tốn khung bê tơng lắp ghép Từ đó, Luận văn hệ thống quy định thiết kế khung lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode2 tính tốn khung lắp ghép, làm tài liệu để sử dụng cho tính toán thực tế sau kỹ sư xây dựng Mặc dù sử dụng Việt Nam từ lâu phát triển mạnh với tham gia nhiều công ty lớn, tiêu chuẩn thiết kế dẫn kỹ thuật dạng kết cấu lắp ghép có TCVN 9115-2019 cịn nhiều điều chưa hồn thiện Vì sở hội nhập chuẩn bị cho thay đổi hệ thống TCVN thời gian tới, tác giả nghiên cứu tính tốn khung bê tơng lắp ghép theo tiêu 79 chuẩn Châu Âu Mong tài liệu hữu ích cho kỹ sư thực hành thiết kế cơng trình bê tơng lắp ghép phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn đại, tiên tiến 80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kim S Elliott 2017 “Precast concrete structures” 2nd ed., New York, USA [2] Kim S Elliott and Colin K Jolly 2013 “Multi-storey Precast Concrete Framed Structures” 2nd ed., New York, USA [3] Hubert Bachmann and Alfred Steinle (2011) “Precast Concrete Structures” Berlin, Germany [4] New Zealand Concrete Society 1999 “Guidelines for the Use of Structural Precast Concrete in Buildings” Christchurch, New Zealand [5] “Precast Eurocode 2: Design Manual” 2007 For the design of precast concrete building structures to BS EN 1992-1-1: 2004 and UK National Annex: 2005 [6] British Precast 2008 “Precast Eurocode 2: Worked Examples”, British Precast Concrete Federation, Leicester, UK [7] BS EN 13225 2013 “Precast concrete products – Linear structural elements”, BSI, London, UK [8] BS EN 206 2013 “Concrete – Specification, performance, production and conformity”, BSI, London, UK [9] BS EN 1992-1-1 2004 “Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings”, BSI, London, UK., February 2014 81