Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1 Tom tat thiet ke san tuan v1
5/03/2014 TĨM TẮT TÍNH TỐN SÀN SƯỜN BTCT TỒN KHỐI TS NGUYỄN HỮU ANH TUẤN Trường Đại học Kiến trúc TP.HCM KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BẢN SÀN (1) Bố trí hệ dầm sàn • Trước hết, thường bố trí hệ dầm liên kết với cột theo phương nhà, tạo thành khung Nếu bước cột lớn, ví dụ từ 8m trở lên, dùng dầm phụ để chia sàn thành có kích thước thường gặp 4-6m Một phương án khác dùng ô sàn lớn cần tăng chiều dày sàn để đảm bảo khả chịu lực hạn chế biến dạng (độ võng) • Dầm phụ cịn dùng xung quanh ô trống sàn (ô cầu thang, giếng trời, vv.), nơi cao độ sàn BTCT phòng vệ sinh hạ thấp xuống, vị trí có tường nặng xây sàn mỏng, vv (2) Chọn chiều dày sàn, kích thước tiết diện dầm • • • • Bản phương kê lên gối song song nhau: hb = (1/25-1/35)l Bản phương kê lên gối l2/l1 >2: hb = (1/25-1/35)l1 Bản công-xon: hb = (1/10-1/15)l Bản hai phương kê cạnh (1 ≤ l2/l1 ≤ 2): hb = (1/40-1/50)l1 Côngthức cho chiều dày sàn tương đối nhỏ kích thước cạnh chênh nhiều, ví dụ l2/l1 >1.5 Có thể tham khảo TL nước ngồi: hb = (1/80-1/100)(l1+ l2) Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BẢN SÀN • • • • • Chiều cao tiết diện dầm nhịp: hd = (1/10-1/14)l Chiều cao tiết diện dầm nhiều nhịp: hd = (1/12-1/16)l Chiều cao tiết diện hệ dầm phụ trực giao: hdg = (1/15-1/20)ldg Chiều rộng tiết diện dầm : bd = (1/3-2/3)hd Nên chọn hd, bd bội số 50mm 100mm (3) Xác định tải trọng sàn • Tĩnh tải (g): trọng lượng thân lớp cấu tạo sàn; thơng thường bao gồm gạch lát, vữa lót, BTCT, vữa trát Có thể kể thêm trọng lượng lớp chống thấm, vữa tạo dốc, xà bần độn sàn, cách nhiệt, trần treo (nếu có) Trọng lượng tường xây sàn mà khơng có dầm phụ đỡ tường đổi thành tải phân bố sàn • Hoạt tải (p): tùy cơng sàn, xác định theo TCVN 2737-1995 • Tải trọng tổng cộng: q = g + p KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BẢN SÀN (4) Xác định nội lực • (i) Tính tay: - Phân loại sàn theo kích thước, điều kiện biên, tải trọng - Sàn phương: cắt dải rộng 1m theo phương chịu lực tính dầm - Sàn phương: xem công thức xác định moment uốn lực cắt cho sàn, nhận xét thảo luận, mục tóm tắt • (ii) Dùng phần mềm phân tích kết cấu: - Nội lực sàn lấy từ kết phần mềm phân tích kết cấu phương pháp PTHH Sap2000 - Có thể xét số trường hợp xếp hoạt tải sàn, ví dụ dạng ô cờ Tuy nhiên, việc làm có ý nghĩa thực tiễn hoạt tải sàn lớn so với tĩnh tải, moment hoạt tải chiếm tỷ lệ đáng kể so với moment tổng tải trọng (ít xảy với sàn BTCT hoàn thiện nhà chịu hoạt tải nhỏ-trung bình) - Các mơ hình tính tốn thường dùng: - Đơn giản nhất: bao gồm [sàn & dầm] tầng nhà xét Giả thiết điều kiện biên lý tưởng chỗ dầm liên kết với cột - Chi tiết hơn: gộp cột tầng liền liền vào mơ hình [sàn + dầm] xét - Tổng quát nhất: hệ khung-sàn hỗn hợp (nhiều tầng) Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BẢN SÀN (5) Tính tốn cấu tạo cốt thép • Từ moment uốn, tính cốt thép theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, đặt cốt đơn Có thể lấy chiều dày lớp BT bảo vệ 10mm (khi hb < 100mm) 15mm (hb > 100mm) xác định a chiều dày hiệu h0 =h-a tiết diện • Đường kính cốt thép : φ ≤ 1/10 hb • Khoảng cách cốt thép: 100-200mm hb ≤ 150mm • Đoạn kéo dài thép mũ qua khỏi gối: ≥ 0.2 l1 p < g ≥ 0.25 l1 p < 3g ξ =1− αm = M ≤α R b bh 02 − 2α As = ξ m Rb bh Rs R ( ζ = ,5 + − 2α m ) As = M ζ R s h0 (6) Kiểm tra khả chịu lực cắt • Chứng minh BT sàn đủ khả chịu lực cắt mà không cần đặt cốt đai sàn Qmax ≤ 0,5ϕ ϕb4 (1 + ϕn) Rbtbh0= 0,75Rbtbh0 KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BẢN SÀN (7) Tính tốn biến dạng (theo TTGH II) • Với sàn có kích thước lớn, ví dụ 6m, cần kiểm tra độ võng nhỏ độ võng giới hạn, thường lấy 1/250-1/200 nhịp • Với kết cấu chịu áp lực chất lỏng, thành đáy bể chứa nước, cần kiểm tra bề rộng khe nứt nhỏ giá trị giới hạn cho phép (thơng thường 0.20.3mm) để hạn chế thấm • Dùng nội lực tải trọng tiêu chuẩn tính theo TTGH II • Lưu ý biến dạng cấu kiện BTCT tính theo độ cứng đàn hồi thơng thường EI D = EI/(1-ν2) giá trị nhỏ so với biến dạng thực tế Khi tính tốn biến dạng cấu kiện BTCT, cần dùng độ cứng B xác định theo TCVN 5574:2012, có xét đến tính chất đàn hồi dẻo BT, giảm yếu kích thước tiết diện đặc trưng học vật liệu cấu kiện bị nứt, ảnh hưởng từ biến làm tăng biến dạng tác dụng tải trọng tri thời gian dài, vv B= h0 z ψs E s As Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft + ψb [xem thêm tài liệu tóm tắt cơng thức tính cấu kiện BTCT] νEb Abred 5/03/2014 TÍNH NỘI LỰC BẢN SÀN (THEO SƠ ĐỒ ĐÀN HỒI) 2.1 Bản đơn a Quy ước phương hay phương - Xét chữ nhật (l2 ≥ l1 ) chịu tải trọng phân bố q, tựa đơn cạnh - Dải phương l1: tải q1, moment M1 - Dải phương l2: tải q2, moment M2 - Từ điều kiện cân độ võng dải l1 dải l2, ta có: q1 l2 = =α4 q2 l1 với α= l2 l1 - Nhận xét: q1 ≥ q2 Khi α = q1= 16q2 Có thể quy ước gần chịu lực theo phương (l1) α > 2, theo hai phương ≤ α ≤ - Lấy giới hạn α > cho phương mang tính quy ước để dễ tính tốn, có tài liệu lấy 1.5 hay Hơn nữa, dù tính theo phương bố trí cốt thép cấu tạo theo phương lại 2.1 Bản đơn b Xác định moment uốn cho loại đơn thường gặp Moment dương lớn nhịp theo phương ngắn (l1) M1 = mi1P theo phương dài (l2) M2 = mi2P Moment âm lớn gối theo phương ngắn (l1) MI = ki1P theo phương dài (l2) MII = ki2P P = ql1l2 Các hệ số mi1, mi2, ki1, ki2 tra bảng theo sơ đồ (i) tỷ số l2 / l1 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 Hệ số tính moment uốn cho kê cạnh Sơ đồ 1: tựa đơn cạnh Sơ đồ 9: ngàm cạnh Khi lập công thức tính sàn bảng tính Excel hay phần mềm khác, dùng biểu thức giải tích để tính hệ số moment thay phải tra bảng Ví dụ, hệ số moment cho sơ đồ sơ đồ sau (dễ dàng chứng minh): α α m11 = 1 − × 4 α + α + ( ) α α m12 = − × 4 α + α + α α3 m 91 = − × 4 18 α + 24 α + ( k 91 = α3 12 (α + 1) Trong α = ) ) ( α α m 92 = − × 4 18 α + 24 α + ( k 92 = ) α 12 (α + 1) l2 l1 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 2.2 Bản liên tục Hoạt tải đặt cách gây bất lợi cho moment dương nhịp Moment dương nhịp Phương l1 : M1 = m11P0 + mi1G0 Phương l2 : M2 = m12P0 + mi2G0 Moment âm lớn gối Phương l1 : MI = ki1P Phương l2 : MII = ki2P p l1l2 p G = (g + )l1l2 P0 = P = ql1l2 Nhận xét: - Cơng thức để tính moment gối cạnh giả thiết ngàm ô sàn cho liên tục đơn - Đối với moment nhịp, dùng công thức liên tục cho giá trị lớn so với dùng công thức đơn 2.3 Lực cắt lớn kê cạnh Có thể dùng cơng thức sau cho đơn hay liên tục Qmax = β0ql1 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 2.4 Quan niệm điều kiện biên tính nội lực sàn BTCT đúc toàn khối với dầm a Dựa vào liên tục Cạnh liên tục: xem ngàm Cạnh không liên tục: xem khớp ngàm đàn hồi -Tham khảo tài liêu GS Nguyễn Đình Cống -Các hướng dẫn thiết kế Mỹ, Anh, Úc… dùng quan niệm b.Dựa vào tỷ số hd/hb hd/hb < : xem khớp hd/hb ≥ : xem ngàm • • ∼ cạnh ngàm cạnh khớp hay ngàm ĐH Ví dụ ∼ cạnh ngàm ∼ ngàm & khớp hay ngàm ĐH -Tham khảo tài liệu BTCT thường SV dùng đơn giản -Khơng phù hợp với tài liệu quốc tế Ví dụ Tất có cạnh ngàm thỏa hd/hb ≥ 2.4 Quan niệm điều kiện biên tính nội lực sàn BTCT đúc tồn khối với dầm LƯU Ý: • Dùng sơ đồ đàn hồi để tính sàn theo loại số với giả thiết cạnh ngàm tuyệt đối cho moment gối lớn so với moment nhịp • Nếu dựa vào điều kiện hd/hb ≥ để gán liên kết ngàm cho cạnh không liên tục sàn biên hay sàn góc, cần tính toán cấu tạo dầm biên cấu kiện chịu uốn-xoắn đồng thời Dầm biên phải chịu moment xoắn lớn truyền dầm từ phía, moment uốn gối “ngàm tuyệt đối? ” ô sàn gây [xem lại công thức tính cấu kiện BTCT chịu uốn xoắn, với sơ đồ tác dụng đồng thời moment uốn moment xoắn, sơ đồ sơ đồ tác dụng đồng thời lực cắt moment xoắn] • Khi cạnh khơng liên tục sàn xem tựa đơn tính toán nội lực, ta đặt lượng cốt thép chịu moment âm (∼ ngàm đàn hồi), lấy khoảng 50% thép nhịp theo phương tương ứng Cách tính tốn cấu tạo thiên an tồn ta khơng điều chỉnh lại (theo hướng giảm) moment nhịp moment gối cạnh đối diện Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 Truyền tải trọng từ sàn dầm • Dầm theo phương ngắn l1 ô sàn nhận tải trọng phân bố dạng hình tam giác, dầm theo phương dài l2 nhận tải trọng phân bố dạng hình thang Giá trị lớn tải tam giác hay hình thang dầm sàn 0.5 qsànl1 • Có tài liệu đề nghị chuyển tải tam giác hình thang tải phân bố tương đương, với hệ số 5/8 cho tam giác k=1-2β2+β3 β =0.5 l1/l2 cho hình thang, tính nội lực dầm Lưu ý hệ số chuyển đổi đảm bảo “tương đương” moment gối dầm nhịp có hai đầu ngàm, không “tương đương” cho giá trị nội lực khác, khơng “tương đương” phản lực • Hiểu khơng sử dụng máy móc “tải phân bố tương đương?” kiểu dẫn đến sai số tính nội lực dầm lực dọc truyền xuống cột Truyền tải trọng từ sàn dầm • Bạn so sánh trị số nội lực dầm liên tục tính với tải hình thang, đươc tính với tải phân bố tương đương (xem hình bên) , tự rút kết luận! • Xét ví dụ đơn giản khác, bạn cho biết tải trọng truyền cột ô sàn hình NỘI LỰC DẦM DO TẢI TRỌNG PHÂN BỐ DẠNG HÌNH THANG vng (xem hình dưới) có sai số lại tính từ tải phân bố “tương đương” tải tam giác dầm?? 6m 10 kPa NỘI LỰC DẦM DO TẢI TRỌNG PHÂN BỐ ĐỀU “TƯƠNG ĐƯƠNG?” 6m Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 BÀI TẬP • • • • THIẾT KẾ SÀN Chọn chiều dày sàn, kích thước tiết diện dầm Tính tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải) Tính nội lực (moment, lực cắt) Tính toán cấu tạo cốt thép THIẾT KẾ DẦM DỌC • Xác định tải trọng (TLBT dầm, tường xây dầm, sàn truyền vào dầm, vv…) • Tinh nội lực tổ hợp nội lực, xét trường hợp hoạt tải bất lợi • Tính tốn cấu tạo cốt thép Bài tập Hệ dầm sàn nhịp lý tưởng Bài tập Nhà phố Bài tập Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 5/03/2014 Bài tập Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 10 5/03/2014 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 11 5/03/2014 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 12 5/03/2014 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 13 5/03/2014 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 14 5/03/2014 Nguyen Huu Anh Tuan - version 1- Draft 15