Kết cấu bê tông cốt thép Cô Hảo

Bê tông cốt thép Cô Hảo

Giáo trình “Kết cấu bêtông cốt thép – phần kết cấu nhà cửa” đượcviết ra trên cơ

sởđề cương hệ tín chỉ của môn học “ Bê tông cốt thép – phần II “ của trường Đại học Kiến trúc – Thành phố Hồ Chí Minh Trong sách này trình bày những vấn đề về tính toán và cấu tạo các kết cấu của nhà dân dụng và công nghiệp

Sách được dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên các ngành xây dựng cơ bản của các trường đại học, hoặc có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế kết cấu

bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn hiện hành

Trong quá trình viết quyển sách này , chúng tôi có tham khảo các tài liệu về kết cấu

bê tông cốt thép của các tác giả trước nhằm kế thừa kiến thức đã có và bổ sung, cập nhật các nguyên lý tính toán mới để phục vụ bạn đọc

Sách gồm sáu chương

Trần Thị Nguyên Hảo viết chương 1,2,4,6 và là chủ biên

Đỗ Huy Thạc viết chương 3

Lê Tuấn Em viết chương 5

Với kiến thức và thời gian có hạn, tuy đã cố gắng rất nhiều trong biên soạn , song khó tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong các bạn sinh viên và bạn đọc

cảm thông và góp ý chân tình để quyển sách này ngày càng được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn Khoa Xây dựng trường Đại học Kiến Trúc đã hỗ trợ và giúp

đỡ chúng tôi hoàn thành giáo trình này

NHÓM TÁC GIẢ

CHƯƠNG 1 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 trong xây dựng dân công

nghiệp Đối với các công trình nhà ở và nhà làm việc, kết cấu khung cho ta mặt

bằng khá linh hoạt các không gian sử dụng vì tường ngăn các phòng không chịu lực

có thể phá bỏ chúng để mở rộng không gian hoặc xây thêm vách ngăn

Khung bê tông cốt thép có thể dùng cho nhà một tầng, nhiều tầng, một nhịp, nhiều

nhịp Khung bê tông cốt thép có thể đổ toàn khối hoặc lắp ghép từ các cấu kiện dầm

và cột Hệ lưới cột phải phù hợp với không gian kiến trúc mặt ngoài của công trình

1.1.1 KHE BIẾN DẠNG

Khe biến dạng là các khe được thiết kế đặc biệt nhằm cho phép xảy ra sự dịch

chuyển tương tối của hai phần cấu kiện kế cận nhau mà không phá hỏng tính

nguyên vẹn của kết cấu Chức năng chung của các khe biến dạng là cho phép xảy ra

khả năng dịch chuyển có thể kiểm soát được, tránh được các ứng suất có hại

– Khe nhiệt độ

Khe giữa hai cột riêng trên một bản móng chung, biến dạng chênh lệch giữa các

móng được giải quyết một phần, nếu hai khối bị biến dạng lớn thì móng này trở

thành khớp

Khoảng cách giữa hai khe phụ thuộc vào loại kết cấu chịu lực và kết cấu tường

ngoài của nhà Với hệ kết cấu khung vách BTCT:

+ Khoảng cách giữa 2 khe co giãn là 45m nếu tường ngoài là liền khối

+ Khoảng cách giữa 2 khe co giãn là 65m nếu tường ngoài là lắp ghép

Đối với kết cấu bê tông cốt thép thường và kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước có

yêu cầu chống nứt cấp 3, cho phép không cần tính toán khoảng cách nói trên nếu

chúng không vượt quá trị số trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Khoảng cách lớn nhất giữa các khe co giãn nhiệt cho phép không cần tính toán, m

Trong đất Trong nhà Ngoài trời

Kết cấu bản đặc toàn khối hoặc bán lắp

ghép

Chú thích:

Trị số trong bảng này không áp dụng cho các kết cấu chịu nhiệt độ dưới 40oC

Đối với kết cấu nhà một tầng , được phép tăng trị số cho trong bảng lên 20%

Trị số cho trong bảng này đối với nhà khung là ứng với trường hợp khung không có

hệ giằng cột hoặc khi hệ giằng đặt ở giữa khối nhiệt độ

– Khe lún

Khe lún tách rời hai cột trên hai móng riêng rẻ, giải pháp này giải quyết được triệt

để cho hai khối lún biệt lập Tuy nhiên trở nên phức tạp khi tính toán , móng tại vị

trí này bị lệch tâm rất lớn Được phép không bố trí khe lún khi công trình tựa trên

nền cọc, nền đá hoặc nền được gia cố có độ lún rất nhỏ

Móng giữa các phần nhà cao thấp khác nhau có phải tách ra hay không phải căn cứ

vào tính chất đất nền, kiểu loại móng, hình dáng của mặt bằng công trình để xử lý

cụ thể Khi đất nền rất kém, khó hạn chế được độ lún thì đành phải dùng khe lún để

tách rời móng của hai phần nhà có tầng cao thấp khác nhau

Ngược lại, khi tình hình địa chất là tương đối tốt, tính ra lún giữa các phần nhà cao

thấp là đủ độ tin cậy, trị số lún tương đối nhỏ thì có thể làm móng liền thành một

khối, không làm khe lún Khi không làm khe lún, để giảm nội lực trong kết cấu do

lún không đều gây ra, có thể làm băng đổ sau ở chỗ nối giữa nhà cao với nhà thấp,

băng đổ sau đặt ở một bên của nhà vây, bề rộng không nhỏ hơn 800mm

Hình 1.1 Khe biến dạng

– Khe kháng chấn

Trong các trường hợp sau, phải cắt nhà và công trình ra thành những khối nhà riêng

biệt (đơn nguyên) bằng các khe kháng chấn :

- Các kích thước mặt bằng công trình không thỏa mãn các điều kiện trong

bảng 1.2 mà không có biện pháp tăng cường

khe luùn

- Công trình với các khu vực có số tầng chênh nhau khá lớn

- Độ cứng hoặc tải trọng của các bộ phận kết cấu chênh nhau rõ rệt

màkhông có biện pháp hiệu quả

Bảng 1.3 Bề rộng tối thiểu của khe chống động đất (mm)

Ghi chú : H là độ cao mái của đơn nguyên thấp hơn trong các

đơn nguyên kề nhau tính bằng mét

Nếu nhà có chiều cao H ≤ 5m thì chiều rộng của khe kháng chấn không nhỏ hơn

30mm

Nếu nhà có chiều cao lớn hơn thì cứ 5m chiều cao thêm, chiều rộng của khe kháng

chấn phải tăng thêm 20mm

Khe kháng chấn phải phân chia nhà và công trình theo toàn bộ chiều cao nhưng

không nhất thiết phải xuyên qua móng ( trừ trường hợp khe kháng chấn trùng với

khe lún)

Các khe co giãn, khe lún và khe kháng chấn nên bố trí trùng nhau

Khi công trình được thiết kế kháng chấn thì khe co giãn và khe lún phải theo yêu

cầu của khe kháng chấn

Chiều rộng bé nhất của khe lún và khe kháng chấn được tính theo công thức sau:

phương vuông góc với khe lún và khe kháng chấn

1.1.2 KHÁI NIỆM NHÀ CAO TẦNG

Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế đưa ra định nghĩa nhà cao tầng như sau:

Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công

hoặc sử dụng khác với ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng Căn cứ

vào chiều cao và số tầng nhà, phân ra 4 loại như sau:

- Nhà cao tầng loại 1: 9- 16 tầng (cao nhất 50m);

- Nhà cao tầng loại 2: 17- 25 tầng (cao nhất 75m);

- Nhà cao tầng loại 3: 26- 40 tầng (cao nhất 100m);

- Nhà cao tầng loại 4: 40 tầng trở lên (gọi là siêu cao tầng);

Các nước tùy theo sự phát triển nhà cao tầng của mình thường có cách phân loại kh

ác nhau Hiện nay ở nước ta đang có xu thế chấp nhận sự phân loại trên đây

Theo TARANATH B.S, đối với nhà cao tầng, hệ chịu lực bằng bê tông cốt thép

1.2 KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI

Hệ khung thực chất là khung không gian nhưng có thể xem như nó được tạo nên từ

những khung phẳng nối với nhau Tùy trường hợp cụ thể mà phải tính toán khung

như khung phẳng, thí dụ đối với một ngôi nhà khá dài,bước cột gần như đều nhau,

khung đặt theo phương ngang nhà, chúng phải được nối lại nhau bằng hệ dầm giằng

dọc tại các mặt khung Đối với nhà có mặt bằng vuông hoặc gần vuông , gió và các

loại tải trọng ngang khác có thể tác dụng theo phương bất kỳ, khi đó phải tính

khung như một khung không gian

1.2.1 HỆ CHỊU LỰC KHUNG

Hệ khung là hệ thanh liên kết giữa các thanh đứng (là cột), thanh ngang (là dầm) tạo

thành các nút cứng khung Điện cần và đủ để khung ổn định là hệ bất biến hình Đối

với khung BTCT toàn khối nhiều nhịp , nhiều tầng là hệ siêu tĩnh Nút cứng khung

có chuyển vị, khác với ngàm cứng giũa cột với móng cao trình ngàm tại mặt trên

móng Vì vậy khi công trình không có sàn hầm và có sàn hầm cao trình ngàm tính

khung quy ước như hình 1.4

Hình 1.3.Khung bê tông cốt thép

Hình 1.4Quy ước cao trình ngàm

Mô hình tính toán khung thể hiện trục cột, trục dầm Có thể quy ước khi tỉ số L/B

>2, công trình có mặt bằng chạy dài, khung dọc nhiều nhịp hơn khung ngang nên độ

cứng khung ngang nhỏ hơn nhiều lần so với độ cứng khung dọc ,nội lực chủ yếu

gây ra trong khung ngang.Khi đó tách riêng từng khung phẳng để xác định nội lực

trong cột và dầm ngang, còn nội lực trong dầm dọc được tính như dầm liên tục

nhiều nhịp Giải pháp phân tích sơ đồ tính kết cấu như vậy chỉ phù hợp cho công

trình có bước cột theo phương dọc đều nhau, và kết quả nội lực khung phẳng ngang

sẽ lớn hơn so với kết quả nội lực của khung ngang này khi được xác lập mô hình

tính theo khung không gian

Vì vậy khái niệm khung nguy hiểm là khung ít phần tử, dựa vào số nhịp khung và

diện tích sàn truyền tải lên khung

Đà kiềng thường được xem không phải là bộ phận khung ngang(thiên về an toàn)

Tuy nhiên có ảnh hưởng nhất định đối với khung như:

Tăng độ cứng không gian của công trình khắc phục lún không đều

Đà kiềng được gán vào tính khung khi có đúc bêtông sàn trệt ( công trình khu vực

nền đất yếu) Đối với công trình có sàn hầm cùng cao độ với đà giằng móng và mặt

đài ( hình 1.4) nếu gán đà giằng móng vào cao trình ngàm tính khung, thì nhịp tính

toán đà giằng không chính xác vì không kể tới kích thước đài móng

-Thiết kế theo mô hình khung phẳng ngang

Hình 1.5.Sơ đồ tính khung phẳng

- Thiết kế theo mô hình khung không gian

Hình 1.6Sơ đồ tính khung không gian

- Thiết kế theo mô hình khung tương đương : trong trường hợp sàn không dầm

Nguyên tắc cơ bản: (Theo quy phạm ACI 318 )

Đặc điểm chung của phương pháp này là kết cấu không gian 3 chiều được

chia thành các khung phẳng dọc,khung phẳng ngang (hình 6.5).Mỗi khung

gồm cột và bản dầm kéo liên tục qua các cột ,với đường trục khung trùng với

đường trục các cột Dầm hoặc bản dầm bao gồm một phần bản sàn được giới

hạn bởi các đường tim của các ô bản liền kề với đường trục cột và kết cấu

dầm hoặc mũ cột (nếu có)

Khi tính toán khung tương đương chịu tải trọng thẳng đứng,sàn và cột được

tính toán riêng rẽ.Khi đó, cột được giả thiết ngàm cả đầu trên lẫn đầu dưới

Hình 1.7Sơ đồ tính khung tương đương

1.2.2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN

Khi chọn kích thước tiết diện các cấu kiện khung bê tông cốt thép, vì khung là hệ

siêu tĩnh, tỉ lệ độ cứng của các cấu kiện hợp lý sẽ cho sự phân phối nội lực hợp lý

giữa các bộ phận, đảm bảo sự bền vững, độ biến dạng nhỏ và dễ thi công

a Chiều dày sàn :

+ Sàn có dầm

1

.45

h

+ Sàn phẳng , sàn nấm (sàn không dầm)

1

.40

b Tiết diện dầm khung :

- Chiều cao dầm khung : h

12

1141

14

1161

- Chiều rộng dầm khung b h

2

131

- Đối với tiết diện dầm bẹt (sử dụng khi kiến trúc yêu cầu giảm chiều cao tầng)

32

.18

1201

h b

L h

Nếu chênh lệch chiều cao h không nhiều giữa các nhịp, đồng thời kết hợp với

yêu cầu kiến trúc có thể chọn tiết diện dầm caobằng nhau

c Tiết diện cột khung :

Diện tích tiết diện cột đƣợc sơ bộ theo công thức:

S (m2) diện tích sàn truyền tải lên cột khung

n : số tầng nhà

Kích thước tiết diện cột cần đáp ứng yêu cầu về chịu lực, phần tử cột nên có độ

cứng lớn hơn phần tử dầm, và đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ của kiến trúc

d Chiều dày vách : chiều dày vách được chọn theo chiều cao mỗi tầng nhà

cm h

- Tải trọng tường xây, vách hầm, vách thang

Đối với ô sàn vệ sinh, sàn mái ngoài trọng trượng các lớp cấu tạo trên cộng thêm

trọng lượng lớp chống thấm ( vửa hồ dầu, sika, hay flinkote, )

(2) Hoạt tải:

- Tùy theo chức năng sử dụng của sàn, giá trị tải trọng lấy theo TCXDVN

2737-1995 (xem phụ lục 1 trang 232)

(3) Tải trọng gió:

Theo TCXD 2737-1995 công trình có chiều cao H>40m, có xét thành phần động

của tải trọng gió (xem phụ lục 11; trích dẫn TCXD 229-1999)

Khi H<40m, gió tĩnh đƣợc xác định nhƣ sau

Gió tĩnh : W= W c n c k B (1.1)

Trong đó

W c : Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam,

phụ lục 10

Bảng 1.4.Giá trị áp lực gió chuẩn (tại cao độ 10m)

-0,6 -0,4 +0,3 +0,8

-0,7 -0.7 -0,2 +0,8

-0.8 -0.8 -0.4 +0,8

Bảng 1.5 Hệ số khí động c khi nhà có mái dốc hai phía

Hình 1.8Sơ đồ tải gió nhà hai mái dốc

Ví dụ công trình có chiều cao H=17.1m và L=12.8m

k : hệ số độ cao tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao z., ứng với dạng địa

hình t xác định theo công thức sau:

2

1.844

t m

g

– độ cao của địa hình dạng t mà ở đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hưởng của

mặt đệm, còn gọi là độ cao gradient;

Địa hình A là địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá

1,5m( bờ biển thoáng, mặt sông ,hồ lớn, cánh đồng, )

Địa hình B là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không

400 844

, 1 ) (

x t

z z

k

B: bề rộng đón gió, được xác định tùy theo cách nhập tải trọng gió vào phần mềm

tính khung

Khi gán tải vào phần tử cột thì B(m) là bước cột liền kề được gán tải,

cách nhập này khá mất công vì tải gió sẽ khác nhau cho từng cột theo mỗi phương, và giữa các phương x, y có bước cột khác nhau Có thể dùng cách gán tải này nếu chúng ta chọn giải pháp tính nội lực cho khung phẳng (gán áp lực gió đẩy, gió hút vào 2 cột biên của khung)

Khi gán tải vào phần tử dầm thì B(m) là trung bình cộng của chiều cao

hai tầng nằm liền kề cao trình z(m) đang xét Cách nhập này nhanh và

tiện vì lực gió theo hai phương trong từng tầng sẽ như nhau, không phụ thuộc vào bước cột phương x,y

Khi gán tải tập trung vào nút cột biên mỗi tầng, gió đẩy và gió hút

được cộng dồn giá trị, nghĩa là áp lực gió được tính với hệ số khí động c=1,4

Khi gán tải tập trung vào tâm cứng sàn mỗi tầng (phần mềm ETAB có

thêm chức năng này), gió đẩy và gió hút được cộng dồn giá trị, nghĩa

là áp lực gió được tính với hệ số khí động c=1,4 Vì vậy, B(m2) là diện tích mặt đón gió theo chiều rộng hoặc chiều dài nhà

1.2.4 CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI NHẬP VÀO MÔ HÌNH TÍNH KHUNG

của hoạt tải

tải

của hoạt tải

của hoạt tải (chất ngược với HT2)

Lưu ý khi tính khung phẳng chỉ có tải GIO TX, GIO PX

DEAD :

cấu (SAP, ETAB) tự động hóa trọng lượng bản thân các cấu kiện sàn, dầm, cột, vách BTCT

Trọng lượng các lớp hoàn thiện sàn cộng với phần dài hạn của hoạt tải

Giá trị tải thường xuyên được nhập dưới dạng tải phân bố trên diện tích sàn

Phần dài hạn

Tải Thường xuyên

Lớp Hoàn thiện

Phần dài hạn

Tải Thường xuyên

LIVE :Hoạt tải ngắn hạn có giá trị tải không lớn so với giá trị tải trọng thường

xuyên, nên việc chia nhiều các trường hợp đặt hoạt tải kh ác nhau không làm tăng

đáng kể nội lực tại tiết diện khảo sát.Chênh lệch nội lực do trường hợp hoạt tải chất

đầy và do đặt cách nhịp chỉ làm M thay đổi không qu á 3% Giá trị M chủ yếu là

do gió gây ra (nếu không xét ảnh hưởng động đất), nên việc thay đổi cách đặt hoạt

tải đứng càng không ảnh hưởng đáng kể đến giá trị này Vì vậy có thể tách riêng

phần hoạt tải đứng dài hạn vào tĩnh tải như đã trình bày ở bảng trên

WIND:

- Tính khung phẳng nên gán tải gió tập trung tại nút cột biên mỗi tầng, vì khi đó

hệ số c lấy bằng tổng của phía gió đẩy và gió hút c=0,8+0.6=1.4 → việc nhập tải

không cần tách hai phía đẩy và hút cho một hướng gió

- Tính khung không gian nên gán tải gió phân bố lên dầm biên mỗi tầng, hoặc tâm

cứng sàn

1.2.5 TÍNH TOÁN NỘI LỰC VỚI TỪNG TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG, TỔ

HỢP NỘI LỰC

Khung là kết cấu siêu tĩnh bậc cao, hiện nay thường sử dụng các chương trình tính

kết cấu đã được lập trình sẵn để xác định nội lực do từng trường hợp tải trọng gây

Tổ hợp đặc biệt gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và

tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải trọng đặc biệt

Tổ hợp tải trọng cơ bản có từ 2 tải trọng tạm thời trở lên thì phải nhân với hệ

số tổ hợp 0,9

Trong phạm vi đồ án môn học chỉ cần tính toán với tổ hợp nội lực cơ bản

Định nghĩa các tổ hợp nội lực :

Khi tính theo phương án khung phẳng bao gồm 7 tổ hợp (t ừ comb1 ÷ comb7) và 13

tổ hợp (từ comb1 ÷ comb13) khi tính theo phương án khung không gian Phần mềm

tính toán mặc định các COMBO theo kiểu cộng đại số (linear add) và 1 tổ hợp BAO

(mặc định Envelope) để lấy giá trị max, min từ các tổ hợp trên

Các tổ hợp

- Theo ACI CODE 318-1995

Là tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT của Hoa Kỳ Tiêu chuẩn quy định,

khi thiết kế vẫn dựa vào phương trình cơ bản quen thuộc:

Nội lực gây ra do tải trọng bất lợi ≤ khả năng chịu lực

Giá trị Ф tùy vào trạng thái ứng suất của tiết diện đang xét:

Ф =0.7 - 0.9; cấu kiện chịu uốn, chịu kéo đúng tâm, lệch tâm

Ф = 0.7; cấu kiện chịu nén đúng tâm, lệch tâm

Quy phạm không quy định phần hoạt tải tác dụng dài hạn riêng Chỉ có những dạng

tải tác động như sau:

D: Tĩnh tải - Dead load

L: Hoạt tải - Live load

W: Gió - Wind load

E: động đất - Earthquake load

H: Áp lực đất - Earth pressure

F: Áp lực chất lỏng -Fluid pressure

I : Xung động( va chạm, nổ ) - Impact allowance

T: Tác động môi trường - Environmental effects

(T có thể do co ngót, từ biến, lún, thay đổi nhiệt độ gây ra)

Sau khi sử dụng các phần mềm tính toán nội lực khung, xuất bảng giá trị nội lực cột

khung chỉ định ,chọn tất cả các COMBO khai báo Như vậy, tại mỗi vị trí tiết diện

ngang của cột sẽ lực có 7 cặp nội lực khi tính theo phương án khung phẳng và 13

cặp nội lực khi tính theo phương án khung không gian Cần làm thêm buớc lọc kết

quả trước khi tính thép Do tính chất đối xứng khi tính và bố trí thép cột, không cần

phân biệt momen âm hay dương ,chỉ cần lấy các cặp nội lực bất lợi cho cột như sau:

Hình 1.9Quy ước chiều phần tử cột

Chú ý quy ước trục tọa độ sử dụng trong các phần mềm tính toán kết cấu như sau:

Momen M 22 quay quanh tr ục OX có phương tác dụng theo phương OY Momen M 33

quay quanh tr ục OY có phương tác dụng theo phương OX Cạnh b song song OX,

cạnh h song song OY

Từ mỗi cặp nội lực trên, áp dụng bài toán tính thép cột cho cấu kiện chịu nén lệch

tâm đã được học trong giáo trình BTCT phần 1, tính được diện tích tiết diện cốt

thép c ột , chọn giá trị thép của cặp nào lớn nhất để bố trí

(2) Thép dầm :

Đối với phần tử dầm, là cấu kiện chịu uốn chỉ cần xuất nội lực của 1 tổ hợp BAO

Tương tự như cột, tại mỗi tiết diện dầm ta lọc các cặp nội lực sau:

Mmax→ tính thép dọc cho miền dưới (ứng với giá trị momen dương lớn nhất)

Mmin → tính thép dọc cho miền trên (ứng với giá trị momen âm lớn nhất)

Hình 1.10Quy ước chiều phần tử dầm

Lưu ý, khi sử dụng phần tính nội lực khung ,nên hạn chế chọn số vị thép trí mặt cắt

cho phần tử cột, dầm (2-3 mặt cắt) thì việc xuất và lọc kết quả nội tính

1.2.7 TÍNH THÉP VÁCH

Tính toán cốt thép dọc cho vách phẳng

Vách cứng dạng côngxon phải chịu tổ hợp nội lực sau: (N, Mx, My, Qx, Qy) Do

vách cứng chỉ chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó nên bỏ

Việc tính toán tác động đồng thời của cả mô men và lực cắt rất phức tạp và khó thực

hiện được Cho nên, đến nay trong các tiêu chuẩn thiết kế vẫn tách riêng việc tính

cốt dọc và cốt đai Dưới đây trình bày 3 phương pháp tính toán cốt thép dọc cho

vách phẳng có thể sử dụng thiết kế vách cứng cho nhà cao tầng

-Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi

-Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mô men

-Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác

(1)Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi

Phương pháp này chia vách thành những phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng

tâm, coi như ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử Tính toán cốt thép cho từng

phần tử Thực chất là coi vách như những cột nhỏ chịu kéo hoặc nén đúng tâm

3 (0,2 L)

4 (0,2 L)

5 (0,2 L)

L

i X

X

C

y J

+ M>0 theo chiều kim đồng hồ

-Ứng suất trung bình trong vùng (1), (2)

hv

i X

X C

X C

-Tính toán cốt thép cho các vùng (1), (2), (3), (4), (5), tính toán nhƣ cấu kiện chịu

nén hay kéo đúng tâm:

+ Nếu Ni> 0 :

s

v b si

R

L h R N

R

N A

- Tổng diện tích cốt thép trên tiết diện là As = 2 As + fs

Ví dụ : Tính toán và bố trí cốt thép cho vách có tiết diện (hvxL)= (250x2250) Bê

25 , 2 25 , 0

m

Jx

237,0

34005

,2.25,0

7200

1 ,

X

X v

y J

M A N

237,0

34005

,2.25,0

7200

2 ,

X

X v

y J

M A N

5,2.25,0

7200

m KN A

(2)Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mô men

Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu tường được thiết

kế để chịu toàn bộ mô men Lực dọc trục được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ

chiều dài tường Tương tự như phương pháp 1, chỉ khác ở chỗ bố trí tập trung lượng

cốt thép chịu toàn bộ momen ở hai đầu vách

Phương pháp này khá thích hợp đối với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở

hai đầu (bố trí cột ở hai đầu vách),thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu

mômen của cốt thép

Các bước tính toán:

- Bước 1: giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu mô men Xét vách chịu lực dọc

ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của tường

- Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên:

) 5 , 0 5

, 0 (

,

r l

x b

r

l

B B

L

M A

- Bước 3: tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén

- Bước 4: kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu không thỏa mãn thì phải tăng kích

thước B của vùng biên lên rồi tính lại từ bước 1 Chiều dài của vùng biên B có giá

trị lớn nhất là L/2, nếu vượt quá giá trị này cần tăng bề dày tường

- Bước 5: kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên như đối với cấu kiện chịu

nén đúng tâm Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén

trong vùng này được đặt theo cấu tạo

(3)Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác

a Khái niệm:

Phương pháp này dựa trên một số giả thiết về sự làm việc của bê tông và cốt

đã biết Tập hợp các trạng thái này sẽ tạo thành 1 đường cong liên hệ giữa lực dọc N

và mômen M của trạng thái giới hạn

- Tiết diện vách được giả thiết như sau: tiết diện vách phẳng trước khi chịu

lực thì vẫn phẳng sau khi chịu lực Đây là giả thiết rất quan trọng trong tính toán,

giả thiết này được sử dụng để tính toán cấu kiện chịu uốn(dầm), cấu kiện chịu nén

uốn (cột) trong các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ, Anh, Australia,… Dựa trên giả thiết

này, chúng ta có thể tính toán được biến dạng tại một điểm bất kỳ trên tiết diện theo

biến dạng lớn nhất của bê tông vùng nén và cốt thép trong vùng kéo hoặc nén ít

-Giả thiết quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép, quan hệ này đã được đơn

giản hóa để thuận tiện cho tính toán

-Giả thiết về biểu đồ ứng suất bê tông vùng nén và bê tông vùng nén quy đổi

-Giả thiết về biến dạng cực hạn quy ước của bê tông vùng nén

Thiết lập biểu đồ tương tác:

-Nguyên tắc chung: dựa vào biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén và vị trí

của trục trung hòa được thể hiện qua chiều cao vùng nén x, ta có thể xác định được

trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trong vách, các ứng suất này tổng hợp

lại thành 1 lực dọc và 1 mômen tại trong tâm hình học của vách, chính là 1 điểm

của biểu đồ tương tác

-Các điểm chính trên biểu đồ tương tác: vì biểu đồ tương tác là một đường

cong,mỗi điểm trên đường cong này tương ứng với 1 vị trí của trục trung hòa trên

tiết diện vách (1 giá trị của x), vì vậy việc thiết lập biểu đồ này thường đươc thiết

lập bằng sự trợ giúp của máy tính

 Tính toán cốt thép ngang cho vách phẳng

Đối với các vách cứng thông thường - tỷ lệ cao/chiều dài tường lớn, ảnh hưởng của

lực cắ

Qu=Qb+Qsw(1.10)

t là nhỏ Tuy nhiên, khi tỷ lệ chiều cao/chiều dài thường tương đối nhỏ, vách có

dạng côngxon ngắn, ảnh hưởng của lực cắt là nguy hiểm Lúc này, cần xét đến lực

cắt

dọc Khi có lực nén, ứng suất kéo gây bởi lực cắt sẽ giảm, do đó làm tăng khả năng

chịu cắt của bê tông

Quy trình tính toán cốt thép chịu cắt tương tự như đối với kết cấu dầm thông

thường :

-Bước 1: Kiểm tra xem vách có bị phá hoại giòn hay không? Tức là kiểm tra điều

kiện ứng suất nén chính có thỏa mãn hay không?

-Bước 2: Kiểm tra điều kiện tính cốt đai

-Bước 3: Tính toán khả năng chịu cắt của bê tông

-Bước 4: Tính toán cốt thép chịu lực cắt

-Bước 5: So sánh với các điều kiện hạn chế và bố trí được cốt thép ngang

cốt thép chịu kéo, là một thông số hết sức quan trọng trong quá trình tính toán cốt

1.2.8 KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG

Đối với cấu kiện chịu uốn phải đảm bảo ylêu cầu về chiều cao tối thiểu của tiết

diện, và tỷ lệ cao tiết diện trên chiều dài nhịp.Khi thỏa mãn các quy định này, hầu

hết các kết cấu đều đảm bảoyêu cầu về độ võng

Theo TCVN356-2005 cho phép không cần tính toán kiểm tra sự mở rộng vết nứt

và biến dạng nếu qua thực nghiệm hoặc thực tế sử dụng các kết cấu tương tự đã

khẳng định được : bề rộng vết nứt ở mọi giai đoạn không vượt quá giá trị cho phép

và kết cấu có đủ độ cứng ở giai đoạn sử dụng

- Kiểm tra võng của tấm sàn : kích thước (a x b) chiều dày h ,sử dụng công

thức của S Timoshenko& S.Woinowsky- Krieger (sách Theory of Plates and

α: hệ số tra bảng 1.7 dưới đây

- Kiểm tra võng và bề rộng vết nứt của các cấu kiện bê tông cốt thép tiết diện chữ

nhật chịu uốn, cốt thép đơn bằng công thức đơn giản và các biểu đồ từ 1 đến 5(xem

l – khẩu độ (nhịp)cấu kiện (m);

ho – chiều cao có ích của tiết diện cấu kiện (cm);

d – đường kính cốt thép (cm);

T và A – hệ số tra biểu đồ từ 1 đến 5 phụ thuộc vào:

+ Hàm lượng cốt thép %

+ Số hiệu bê tông (cấp độ bền B) và cốt thép

+ Tỉ lệ phần tải trọng tác dụng dài hạn trên tổng tải trọng (r)

c c

c dh c

p g

p g

- Có thể xem kết quả từ phần mểm tính khung độ võng của từng trường hợp

tải trọng sau:

B

EJ x f

fBTCT danhoi

Đ ộ cứng B của cấu kiện BTCT (xem sách BTCT phần1)

bred b

b s

s

s

A E A

E

Z h

(1.16)

1.2.9 QUY ĐỊNH CẤU TẠO THÉP NÚT KHUNG

Cấu tạo nút khung (nối cột với dầm, nối cột với móng, ) là rất quan trọng Nút

khung phải có kích thước hình học và bố trí cốt thép sao cho phù hợp với sơ đồ tính

toán Trong khung bê tông cốt thép toàn khối các nút được xem là nút cứng, vì thế

phải bảo đảm bê tông chịu nén không bị ép vỡ và cốt thép neo vào nút không bị

tuột.Trạng thái ứng suất nút khung khá phức tạp Ở các góc đều có sự tập trung ứng

suất , sự phân bố ứng suất phụ thuộc rất nhiều vào hình dáng và kích thước nút

khung (vát góc nút khung thì sự tập trung ứng suất giảm đi) Mặt khác bê tông cốt

thép là vật liệu không đồng chất và đẳng hướng, nên trạng thái ứng suất còn phụ

thuộc vào sự bố trí thép trong nút đó, người ta phải thí nghiệm nhiều mẫu nút khung

bằng chính vật liệu bê tông cốt thép để rút ra những cấu tạo hợp lý cho các loại nút

khác nhau

Khi cấu tạo cốt thép tại nút khung cần phải phân biệt cốt thép chịu kéo (đặt tại vùng

momen căng thớ), hoặc chịu nén để xác định chiều dài đoạn neo đúng quy định

Đoạn neo cốt thép kể từ mút thanh đến tiết diện vuông góc với trục dọc cấu kiện mà

ở đó nó được sử dụng toàn bộ khả năng chịu lực (tính với toàn bộ cường độ tính

an b

s an an

Các giá trị số của an , Δan , an và lmin cho trong bảng và là đường kính của cốt

b-Chịu nén hoặc kéo

trong vùng bê tông chịu

0.9 0.65

Trong trường hợp thanh cần neo có diện tích tiết diện lớn hơn diện tích yêu cầu theo

tính toán (chưa sử dụng hết khả năng chịu lưc) thì giá trị lan tính theo công thức

được phép giảm xuống bằng cách nhân với tỉ số diện tích yêu cầu và diện tích thực

có

`

Hình 1.11 Cấu tạo thép nút khung

Tại vị trí đà ngang bị gãy khúc, dưới tác dụng của momen dương, lực trong cốt thép

chịu kéo và chịu nén tạo thành những hợp lực hướng ra ngoài Góc gãy α< 160o,

ngoài việc bố trí đai gia cường trong vùng S=htg3/8α cần phải cắt cốt dọc chịu kéo

(toàn bộ hay một phần) để neo vào vùng bê tông chịu nén

Cốt đai dùng để giằng cốt dọc được được tính toán theo hai trường hợp:

Đủ chịu hợp lực trong các thanh cốt dọc không được neo trong vùng nén

2 cos 2

, 0

sw

Hình 1.11 Cấu tạo thép nút khung

Hình 1.12 Cấu tạo cốt treo gia cường

1.3 KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LẮP GHÉP

Khung bêtông cốt thép lắp ghép được thíết kế gồm các cấu kiện cột, dầm, kể cả

móng được chế tạo tại nhà máy, vận cuyển đến công trường lắp ráp lại Việc tính

toán khung lắp ghép hoàn toàn giống khung toàn khối, do vậy phần còn lại chỉ là

việc xử lý các mối liên kết Về nguyên tắc các mối nối phải chắc chắn, đảm bảo

cường độ và độ cứng của toàn bộ kết cấu để kết cấu làm việc giống như toàn khối

1.3.1 SƠ ĐỒ KHUNG LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP

H ình 1.13 Sơ đồ tính khung lắp ghép

Hình 1.14 Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp lắp ghép

Cột bêtông cốt thép lắp ghép kết hợp với dầm mái, dàn mái bằng thép hoặc bêtông

cốt thép cho phép làm nhà có dịp lớn 18m, 24m, 36m.Trong nhà có thể có cầu chạy

chạy trên vai cột hoặc cầu chạy treo vào kết cấu mái Nhiều nhà công cộng được

dựng lắp theo sơ đồ trên hình 1.13 Các sơ đồ này cũng thích hợp với kết cấu nhà

kho Sơ đồ trên hình 1.14 được dùng cho những nhà có dịp đến 15m có mái dốc lợp

bằng vật liệu nhẹ Do kết cấu là tĩnh định nên không phát sinh nội lực do lún không

đều

Đối với khung lắp ghép, việc tạo nút cứng là khó khăn hơn so với khung toàn khối

Vì vậy việc phân nhỏ khung thành những phần riêng biệt để chế tạo ở công xưởng

hoặc trên sân bãi rồi lắp ghép vào vị trí thiết kế đòi hỏi nhiều yêu cầu kỹ thuật

trong đó khâu chế tạo và nối ghép chính xác là đáng quan tâm Chi phí thép và nhân

công cho một mối nối cũng không nhỏ Tuy vậy, mối nối khớp rất dễ thực hiện đối

với khung lắp ghép, nên các nhà một tầng có sơ đồ như trên hình 1.15 khá thích hợp

với khung lắp ghép và được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công nghiệp và dân

dụng

Đối với khung nhiều tầng, việc chia cắt thành các cấu kiện lắp ghép (là những phần

riêng biệt để chế tạo sẵn) phải xuất phát từ khả năng của thiết bị cẩu, sự thuận tiện

trong chế tạo , chất kho, chuyên chở cẩu lắp và hàn nối, dễ hoán vị cấu kiện, dễ sử

sử lý sai số khi chế tạo và dựng lắp

Khi tính toán cấu kiện của kết cấu lắp ghép có kể đến nội lực bổ sung sinh ra trong

quá trình vận chuyển và cẩu lắp, tải trọng do trọng lượng bản thân cấu kiện cần

nhân với hệ số động lực, lấy bằng 1,6 khi vận chuyển và lấy bằng 1,4 khi cẩu lắp

Đối với các hệ số động lực trên đây, nếu có cơ sở chắc chắn cho phép lấy các giá trị

thấp hơn nhưng không thấp hơn 1,25

Các kết cấu bán lắp ghép cũng như kết cấu toàn khối dùng cốt chịu lực chịu tải

trọng thi công cần được tính toán theo độ bền , theo sự hình thành và mở rộng vết

nứt và theo biến dạng trong hai giai đoạn làm việc sau đây:

a) Trước khi bê tông mới đổ đạt cường độ quy định, kết cấu được tính toán theo

tải trọng do trọng lượng của phần bê tông mới đổ và của mọi tải trọng khác

tác dụng trong quá trình đổ bê tông

b) Sau khi bê tông mới đổ đạt cường độ quy định, kết cấu được tính toán theo

tải trọng tác dụng trong quá trình xây dựng và tải trọng khi sử dụng

Mối nối có thể là khớp (chỉ truyền lực cắt và lực dọc), cũng có thể là cứng (phải

truyền cả lực cắt, lực dọc và mômen) Dù là mối nối khớp hay cứng thì sau khi nối

chúng phải bảo đảm cho kết cấu có đặc trưng làm việc như sơ đồ tính toán, nghĩa là

làm việc như một kết cấu không bị chia cắt

Trên hình 1.15 trình bày một số phương án trong việc chia cắt khung