Phân tích nội lực
Áp dụng phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính để phân tích nội lực của tấm tôn thép định hình Khi phân tích tổng thể khả năng chịu lực và kiểm tra độ võng sàn, có thể áp dụng một số điều kiện đơn giản hóa như sau:
EN 1994 - 1 - 1 xem tấm tấm tôn thép liên tục, độ cứng chống uốn không thay đổi dọc chiều dài tấm tấm tôn thép
Bỏ qua sự thay đổi độ cứng do mất ổn định cục bộ thành tấm tôn thép tại các vùng chịu nén
Moment quán tính được tính toán với toàn bộ tiết diện ngang của tấm tấm tôn thép.
Trạng thái giới hạn tới hạn
Trong quá trình thi công, tấm tôn thép định hình đóng vai trò như sàn công tác, cốp pha cho sàn nên chịu các loại tải trọng như sau:
_ Trọng lượng bê tông ướt và tấm tôn thép
_ Tải trọng thiết bị (nếu có)
_ Tải trọng bê tông tăng lên do sóng tấm tốn thép võng xuống và bê tông ướt trong quá trình thi công
Theo Eurocode 4, trong phạm vi diện tích bất kỳ 3m x 3m (hoặc là nhỏ hơn 3m), để kể đến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông, tải trọng sẽ lấy bằng 1.5 kN/m 2 , phần diện tích còn lại chịu tác động của tải trọng có giá trị là 0.75 kN/m 2 , các
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Tải trọng tác dụng lên tấm tôn
Kiểm tra khả năng chịu lực:
MEd là giá trị moment do tải trọng gây ra
MRd là giá trị moment đặc trưng cho khả năng chịu uốn của tiết diện
Theo EN 1994 - 1 - 1 , moment đặc trưng cho khả năng chịu uốn của tiết diện tấm tôn thép định hình được tính toán theo công thức sau: eff
Trong đó: fyp: giới hạn chảy của tấm tôn thép
Weff: là moment kháng uốn hữu hiệu của tiết diện tôn thép γap: hệ số an toàn của tấm tôn thép, lấy bằng 1.1
VEd là giá trị lực cắt do tải trọng gây ra
VRd là khả năng chịu cắt đặc của tấm tôn thép d w , d
Trong đó: n là số bản bụng trên một mét bề rộng w , d R
V là khả năng chịu cắt của một bản bụng của tấm tôn thép w w, d
Trong đó: f bv là khả năng chịu cắt xét đến việc mất ổn định, được xác định theo bảng bên dưới s w chiều dài nghiêng của bản bụng t là chiều dày của tâm tôn
M là hệ số an toàn của tấm tôn; M 1 1.1
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG Độ cứng tương đối của bản bụng
Bản bụng không có gia cường tại gối đỡ
Bản bụng có gia cường tại gối đỡ w 0.83
Xác định khả năng chịu cắt xét đến việc mất ổn định f bv
w là độ mảnh tương đối, được xác định như sau:
_ Đối với bản bụng không có gia cường; w 0.346s w f yb t E
Trong đó: f yb là giới hạn chảy dẻo của tấm tôn thép định hình
E là module đàn hồi E 210 kN mm / 2
Khi tính toán W cho một tiết diện ngang tấm tôn thép có kích thước nhất định (tiết diện thực) thì cần lưu ý:
_ Tính toán với kích thước thực của tiết diện ngang
_ Tính toán với bề dày thực của tấm tôn thép, tức trừ đi khoảng 0.04 mm chiều dày lớp mạ kẽm
Thông thường, giá trị moment giới hạn tới hạn MRd của tấm tôn thép sẽ được cung cấp theo catalogue của nhà sản xuất, trường hợp nếu không có thì phải tự xác định theo công thức hướng dẫn dựa theo lý thuyết thành mỏng được đề cập trong Eurocode 3 Trong luận văn này, cũng như trong thiết kế thực tế, sử dụng tấm tôn thép của hãng sản xuất TATA Steel, có cung cấp đầy đủ số liệu các giá trị MRd và moment quán tính Ip của tấm tôn thép
L: nhịp của tấm tôn thép (bằng khoảng cách giữa các gối) p: tải trọng tính toán
Ip: Moment quán tính hữu hiệu (mm 4 /m)
Ea: module đàn hồi của thép lấy bằng 210 000 N/mm 2 k: hệ số lấy như sau: k = 1 đối với tấm tôn tựa đơn trên 2 gối tựa k = 0.41 đối với tấm tôn liên tục 2 nhịp bằng nhau (3 gối) k = 0.52 đối với tấm tôn liên tục 3 nhịp bằng nhau k = 0.49 đối với tấm tôn liên tục 4 nhịp bằng nhau
5.4 Kiểm tra sàn ở trạng thái liên hợp
Chọn sơ đồ tính cho bản sàn liên hợp là dầm đơn giản hoặc dầm liên tục nhiều nhịp, bề rộng 1 m, có moment quán tính không đổi trong suốt chiều dài nhịp
Kiểm tra sàn theo trạng thái làm việc liên hợp sau khi bê tông đóng rắn và tháo bỏ cây chống tạm thời (nếu có), các tải trọng tác động lên sàn là:
_ Trọng lượng bản thân sàn (tôn thép, bê tông, cốt thép)
_ Tải trọng thường xuyên khác (trọng lượng của các cấu kiện không chịu lực)
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
EN 1994 - 1 - 1 đề nghị các phương pháp phân tích nội lực sàn liên hợp làm việc trong giai đoạn liên hợp, với trạng thái giới hạn tới hạn:
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính không có sự phân phối lại moment tại gối trung gian nếu xét đến ảnh hưởng do nứt bê tông
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính có sự phân phối lại moment tại gối trung gian (giới hạn 30%) nếu không xét đến ảnh hưởng do nứt bê tông
_ Phân tích dẻo cứng miễn là tiết diện có đủ khả năng xoay tại nơi có xoay dẻo _ Phân tích đàn dẻo kể đến đặc trưng phi tuyến của vật liệu
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính thích hợp cho trạng thái giới hạn tới hạn và trạng thái giới hạn sử dụng
_ Phân tích dẻo sử dụng cho trạng thái giới hạn tới hạn
Bản liên tục có thể được thiết kế như một chuỗi nhịp đơn giản, tuy nhiên cần bố trí cốt thép trên các gối tựa trung gian để đảm bảo sự làm việc hợp lý trong quá trình sử dụng Đối với tải đường thẳng vuông góc với nhịp sàn, bề rộng hiệu quả là bề rộng của sàn Đối với tải tập trung hoặc tải đường thẳng song song với nhịp sàn, tải xem như phân bố trên bề rộng hiệu quả nhỏ hơn bề rộng của sàn (phần tính toán sẽ đề cập ở phần sau), cần bố trí thép ngang để đảm bảo tải đường hoặc tải tập trung phân bố đều trên bề rộng hiệu quả, cốt thép ngang này xem như cốt thép gia cường được thiết kế theo Eurocode 2 để chịu moment uốn Nếu hoạt tải tiêu chuẩn không vượt quá 7.5 kN đối với tải tập trung và 5 kN/m2 đối với tải phân bố thì đặt cốt thép ngang theo cấu tạo, diện tích cốt thép ngang > 0.2% diện tích phần bê tông phí trên sườn của tôn thép và kéo dài hơn bề rộng hiệu quả
Trạng thái giới hạn tới hạn
Sàn liên hợp có có ba dạng phá hoại I, II và III Do đó cần kiểm tra theo ba dạng phá hoại kể trên
Kiểm tra khả năng chịu moment dương, dạng phá hoại I
_ Lý tưởng hóa sự làm việc của vật liệu bằng biểu đồ cứng dẻo, có nghĩa là dạng biểu đồ khối, xem miền vật liệu điều đạt đến giá trị giới hạn dẻo hay giới hạn chịu nén
_ Sử dụng lý thuyết dẻo để xác định khả năng chịu uốn của sàn
_ Tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo, vật liệu của sàn liên hợp và tải trọng tác dụng, khi phân tích tiết diện sàn liên hợp, vị trí trục trung hòa dẻo có mối quan hệ mật thiết đến khả năng chịu lực của sàn Do đó, điều cơ bản cần thực hiện khi xác định nội lực là xác định được vị trí trục trung hòa dẻo của tiết diện
_ Ứng xử của vật liệu thường được lý tưởng hóa với biểu đồ khối ứng suất dẻo cứng Kiểm tra trạng thái giới hạn tới hạn (ULS), ứng suất trong thép là giới hạn chảy tính toán sk s f
, ứng suất trong bê tông là cường độ tính toán 0.85 ck c f
và ứng suất trong cốt thép bổ sung có cường độ tính toán sk s f
Cốt thép chống nứt hay cốt thép chịu kéo đối với moment âm có thể được bố trí trong phạm vi chiều cao của bản bê tông Cốt thép này thường chịu nén khi chịu Moment dương và thường bỏ qua khi tính toán khả năng chịu moment dương Hai trường hợp cần xét đến tùy theo vị trí trục trung hòa dẻo Để xác định vị trí trục trung hòa dẻo của tiết diện thuộc phần bê tông trên sườn hay đi qua tiết diện tấm tôn thép Ta cần thiết lập công thức kiểm tra như sau:
Giả sử trục trung hòa đi qua mặt tiếp xúc giữa tấm tôn thép và bê tông tại sườn Khi đó toàn bộ bê tông trên sườn chịu nén (chiều cao hc), phần sàn còn lại chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu lực của bê tông trong sườn chịu kéo
Khi đó ta có các thành phần lực cân bằng là:
Hợp lực chịu nén của bê tông: f yp
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG Ứng suất trong sàn khi chịu moment dương của trường hợp trục trung hòa nắm trên sườn tấm tôn thép
Trong biểu đồ trên,ứng suất trong tấm tôn thép định hình đạt đến giới hạn chảy tính toán yp ap f
với ( ap 1 ), ứng suất trong bê tông đạt đến giới hạn cường độ chịu nén 0.85 ck c f
), và ứng suất trong cốt thép đạt đến cường độ tính toán sk s f
Như đã đề cập, cốt thép thường chịu nén khi chịu moment dương và bỏ qua khi tính toán khả năng chịu moment dương Bỏ qua khả năng chịu lực của vùng bê tông chịu kéo Chiều cao vùng bê tông chịu nén được xác định bằng phương trình cân bằng lực kéo và lực nén:
Lực kéo trong tấm tôn thép: p p yp ap
Lực nén trong bê tông: 0.85 ck cf pl c
Ta được công thức tính chiều cao vùng bê tông chịu nén từ phương trình cân bằng hợp lực kéo trong tấm tôn Np, và lực nén trong bê tông Ncf
Ap là diện tích tấm tôn thép tương ứng trong bề rộng b dp là vị trí trục trung hòa của tấm tôn thép so với mặt trên sàn
Giá trị moment giới hạn được xác định bằng cách lấy moment của các lực đối với trục đi qua tâm vùng bê tông chịu nén, ta được:
Trong đó: dp: khoảng cách từ đỉnh sàn đến trọng tâm tấm thép tôn
Cánh tay đòn z = dp – 0.5xpl
Ap: diện tích tính toán tiết diện tấm thép tôn không kể đến lớp mạ kẽm 2x0.02 (mm) và những phần lồi lõm do chế tạo
Kiểm tra sàn ở trạng thái liên hợp
Sơ đồ tính
Chọn sơ đồ tính cho bản sàn liên hợp là dầm đơn giản hoặc dầm liên tục nhiều nhịp, bề rộng 1 m, có moment quán tính không đổi trong suốt chiều dài nhịp
Kiểm tra sàn theo trạng thái làm việc liên hợp sau khi bê tông đóng rắn và tháo bỏ cây chống tạm thời (nếu có), các tải trọng tác động lên sàn là:
_ Trọng lượng bản thân sàn (tôn thép, bê tông, cốt thép)
_ Tải trọng thường xuyên khác (trọng lượng của các cấu kiện không chịu lực)
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
EN 1994 - 1 - 1 đề nghị các phương pháp phân tích nội lực sàn liên hợp làm việc trong giai đoạn liên hợp, với trạng thái giới hạn tới hạn:
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính không có sự phân phối lại moment tại gối trung gian nếu xét đến ảnh hưởng do nứt bê tông
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính có sự phân phối lại moment tại gối trung gian (giới hạn 30%) nếu không xét đến ảnh hưởng do nứt bê tông
_ Phân tích dẻo cứng miễn là tiết diện có đủ khả năng xoay tại nơi có xoay dẻo _ Phân tích đàn dẻo kể đến đặc trưng phi tuyến của vật liệu
_ Phân tích đàn hồi tuyến tính thích hợp cho trạng thái giới hạn tới hạn và trạng thái giới hạn sử dụng
_ Phân tích dẻo sử dụng cho trạng thái giới hạn tới hạn
Bản liên tục có thể được thiết kế như một chuỗi nhịp đơn giản, tuy nhiên cần bố trí cốt thép trên các gối tựa trung gian để đảm bảo sự làm việc hợp lý trong quá trình sử dụng Đối với tải đường thẳng vuông góc với nhịp sàn, bề rộng hiệu quả là bề rộng của sàn Đối với tải tập trung hoặc tải đường thẳng song song với nhịp sàn, tải xem như phân bố trên bề rộng hiệu quả nhỏ hơn bề rộng của sàn (phần tính toán sẽ đề cập ở phần sau), cần bố trí thép ngang để đảm bảo tải đường hoặc tải tập trung phân bố đều trên bề rộng hiệu quả, cốt thép ngang này xem như cốt thép gia cường được thiết kế theo Eurocode 2 để chịu moment uốn Nếu hoạt tải tiêu chuẩn không vượt quá 7.5 kN đối với tải tập trung và 5 kN/m2 đối với tải phân bố thì đặt cốt thép ngang theo cấu tạo, diện tích cốt thép ngang > 0.2% diện tích phần bê tông phí trên sườn của tôn thép và kéo dài hơn bề rộng hiệu quả
Trạng thái giới hạn tới hạn
Sàn liên hợp có có ba dạng phá hoại I, II và III Do đó cần kiểm tra theo ba dạng phá hoại kể trên
Kiểm tra khả năng chịu moment dương, dạng phá hoại I
_ Lý tưởng hóa sự làm việc của vật liệu bằng biểu đồ cứng dẻo, có nghĩa là dạng biểu đồ khối, xem miền vật liệu điều đạt đến giá trị giới hạn dẻo hay giới hạn chịu nén
_ Sử dụng lý thuyết dẻo để xác định khả năng chịu uốn của sàn
_ Tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo, vật liệu của sàn liên hợp và tải trọng tác dụng, khi phân tích tiết diện sàn liên hợp, vị trí trục trung hòa dẻo có mối quan hệ mật thiết đến khả năng chịu lực của sàn Do đó, điều cơ bản cần thực hiện khi xác định nội lực là xác định được vị trí trục trung hòa dẻo của tiết diện
_ Ứng xử của vật liệu thường được lý tưởng hóa với biểu đồ khối ứng suất dẻo cứng Kiểm tra trạng thái giới hạn tới hạn (ULS), ứng suất trong thép là giới hạn chảy tính toán sk s f
, ứng suất trong bê tông là cường độ tính toán 0.85 ck c f
và ứng suất trong cốt thép bổ sung có cường độ tính toán sk s f
Cốt thép chống nứt hay cốt thép chịu kéo đối với moment âm có thể được bố trí trong phạm vi chiều cao của bản bê tông Cốt thép này thường chịu nén khi chịu Moment dương và thường bỏ qua khi tính toán khả năng chịu moment dương Hai trường hợp cần xét đến tùy theo vị trí trục trung hòa dẻo Để xác định vị trí trục trung hòa dẻo của tiết diện thuộc phần bê tông trên sườn hay đi qua tiết diện tấm tôn thép Ta cần thiết lập công thức kiểm tra như sau:
Giả sử trục trung hòa đi qua mặt tiếp xúc giữa tấm tôn thép và bê tông tại sườn Khi đó toàn bộ bê tông trên sườn chịu nén (chiều cao hc), phần sàn còn lại chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu lực của bê tông trong sườn chịu kéo
Khi đó ta có các thành phần lực cân bằng là:
Hợp lực chịu nén của bê tông: f yp
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG Ứng suất trong sàn khi chịu moment dương của trường hợp trục trung hòa nắm trên sườn tấm tôn thép
Trong biểu đồ trên,ứng suất trong tấm tôn thép định hình đạt đến giới hạn chảy tính toán yp ap f
với ( ap 1 ), ứng suất trong bê tông đạt đến giới hạn cường độ chịu nén 0.85 ck c f
), và ứng suất trong cốt thép đạt đến cường độ tính toán sk s f
Như đã đề cập, cốt thép thường chịu nén khi chịu moment dương và bỏ qua khi tính toán khả năng chịu moment dương Bỏ qua khả năng chịu lực của vùng bê tông chịu kéo Chiều cao vùng bê tông chịu nén được xác định bằng phương trình cân bằng lực kéo và lực nén:
Lực kéo trong tấm tôn thép: p p yp ap
Lực nén trong bê tông: 0.85 ck cf pl c
Ta được công thức tính chiều cao vùng bê tông chịu nén từ phương trình cân bằng hợp lực kéo trong tấm tôn Np, và lực nén trong bê tông Ncf
Ap là diện tích tấm tôn thép tương ứng trong bề rộng b dp là vị trí trục trung hòa của tấm tôn thép so với mặt trên sàn
Giá trị moment giới hạn được xác định bằng cách lấy moment của các lực đối với trục đi qua tâm vùng bê tông chịu nén, ta được:
Trong đó: dp: khoảng cách từ đỉnh sàn đến trọng tâm tấm thép tôn
Cánh tay đòn z = dp – 0.5xpl
Ap: diện tích tính toán tiết diện tấm thép tôn không kể đến lớp mạ kẽm 2x0.02 (mm) và những phần lồi lõm do chế tạo
Trường hợp 2: Trục trung hòa dẻo nằm trong sườn tấm tôn thép Ứng suất trong sàn khi chịu moment dương của trường hợp trục trung hòa nằm tronep sườn tấm tôn thép
Biểu đồ ứng suất thứ nhất thể hiện ứng suất của các thành phần trong tiết diện ngang sàn liên hợp; bỏ qua sự tham gia chịu lực phần bê tông trong bụng tấm tôn thép và bê tông chịu
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Trong đó: ep là khoảng cách trục trung hòa dẻo của tiết diện tính toán tấm tôn thép tấm định hình đến cánh dưới của tấm tôn thép e là khoảng cách từ trục trung hòa của tiết diện tính toán tấm tôn thép tấm định hình đến cánh dưới của tấm tôn thép
Biểu đồ (2): miêu tả cặp lực tự cân bằng trong thép tấm định hình Moment kháng uốn tính toán ứng với biểu đồ này bao gồm Mpr được gọi là moment dẻo giảm yếu của thép tấm và cộng thêm Ncf.z.
Moment kháng uốn: Mp,Rd = Ncf.z + Mpr
Mặt bằng bố trí của ô sàn
Mặt bằng bố trí của ô sàn
Thông số thiết kế của sàn
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG Đặc trưng của sàn
Chiều dày sàn hslab (mm) 120
Chiều dày tôn thép t (mm) 1.2
Chiều dày tính toán của tôn thép (mm) t net t 0.041.16
Chiều cao tôn thép hp (mm) 46
Bề rộng sườn brib (mm) 225
Bề rộng trung bình sườn b0 (mm)
Diện tích tôn thép trên 1 m bề rộng Ap
Khoảng cách từ mặt dưới đến trục trung hòa thép ep (mm) 20.44
Thể tích bê tông trên 1 mét vuông VP (m 3 ) 0.101
Chiều cao lớp bê tông trên sườn hc (mm) h c h slab h p 1204674 Đặc trưng vật liệu
Khả năng chịu moment dương
Khả năng chịu moment âm
W p f y-p E p I sag M Rd-sag M Rd-hog kN/m 2 N/mm 2 kN/mm 2 cm 4 kNm kNm
Cốt thép Đường kính Lưới thép Giới hạn đàn hồi Module đàn hồi Diện tích thép bố trí d a f sk E s A s mm mm N/mm 2 kN/mm 2 m 2
Liên kết kháng cắt stu d
Bề rộng tính toán b design 1 m
Trọng lượng tôn thép W p 0.13 kN m / 2
Trọng lượng bê tông g con concrete _ concrete 1 V p 25 1 0.1012.626 kN m / 2
Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn g con tot l _ a g con concrete _ W p .b de si gn 2.756 kN m/
Hoạt tải thi công 3x3 m p con _11.5b design 1.5 kN m /
Hoạt tải thi công trong phạm vi còn lại p 0.75 b 0.75 kN m /
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Tổng tĩnh tải gcomp _ total (Wpgcom_ concretegfinishgpantition) b design 5.655 kN / m
Hoạt tải sử dụng p 2 kN m / 2
Hoạt tải trần treo p cel 0.5 kN m / 2
Tổng hoạt tải truyền lên sàn pcomp _ total (p p ) bcel design 2.5 kN / m
Nội lực của sàn trong giai đoạn thi công sẽ được tính bằng phần mềm ETABS
Sở đồ tính là dầm liên tục nhiều nhịp với mỗi nhịp là 2.2 m
Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Biểu đồ bao moment của sàn ở giai đoạn thi công
Biểu đồ bao lực cắt của sàn ở giai đoạn thi công
Moment dương MEd _ sag _ com _ ULS 2.67 kNm
Moment âm MEd _hog_ com _ ULS2.77 kNm
Lực cắt VEd _ com _ ULS 8.36 kN
Nhịp của dầm phụ Lsub 2.2 m
Bề rộng cánh của dầm phụ b 150 mm
Chiều dày tính toán Leff Lsub bf 50mm2.1 m
Kiểm tra sàn ở giai đoạn thi công
Trạng thái giới hạn tới hạn
Kiểm tra khả năng chịu moment của sàn
_ Kiểm tra khả năng chịu moment dương
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Kiểm tra khả năng chịu lực cắt
Chiều dày tính toán của tôn thép t net t 0.04 1.16 mm
Chiều cao bụng của tấm tôn thép w _
Chiều rộng bụng của tấm tôn thép b w _ deck 26.5 mm
Chiều dài nghiêng của tấm tấm tôn thép s w h w _ deck 2 b w _ deck 2 52.085 mm Độ cứng tương đối của bụng tấm tôn thép: w _ w 3
Độ bền cắt có xét mất ổn định cục bộ f bv 0.58 f y _ p 0.58 275 159.5 N mm/ 2
Khả năng chịu lực cắt của 1 bản bụng:
Trong 1 m có 4 sườn, mỗi sườn có 2 bản bụng d _ _ d 8 8.761 8 70.086
V V kN >VEd _ com _ ULS 8.36 kN
Vậy tôn thép đủng khả năng chịu lực cắt đứng
Kiểm tra độ võng Độ võng của tấm tôn thép gây ra do bê tông ướt và trọng lượng bản thân tấm tôn thép Tổng tải trọng tác dụng lên sàn (thiên về an toàn):
4 con _ total eff con 6 7 p sag g L
Vậy sàn thỏa yêu cầu về độ võng trong quá trình thi công
Kiểm tra sàn ở giai đoạn liên hợp
Nội lực được tính toán từ phần mềm ETABS
Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên sàn trong giai đoạn liên hợp
Sơ đồ hoạt tải tác dụng lên sàn trong giai đoạn liên hợp
Biểu đổ bao moment của sàn trong giai đoạn liên hợp
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Trạng thái giới hạn tới hạn
Kiểm tra moment dương – Dạng phá hoại
Chiều cao của lớp bê tông h c h slab h p 120 46 74 mm
Khoảng cách từ trọng tâm tôn thép đến mặt mặt trên sàn d p h slab e p 99.56 mm
Hợp lực nén trong bê tông:
Hợp lực kéo trong tôn thép _ 1534 275 383.5
N N Trục trung hòa nằm trên tôn thép
Chiều cao của cùng nén
Khoảng cách cánh tay đòn 99.56 33.838 82.64
Moment bền dương MRd _ com _sag 31.693 kNm MEd _ sag _ com _ ULS 4.41(kNm)
Kiểm tra moment âm – Dạng phá hoại I
Hợp lực trong cốt thép sk s sk 3 s f 390
Bề rộng trung bình của sườn trong 1 m m de sign 0 rib b 1000 b b 131.5 597.73(mm) b 220
Chiều dày cánh tay đòn hog slab cover x 15.06 z h a 120 25 87.47(mm)
Moment bền âm MRd _ com _ hog N z 133.109 87.47 10sk 3 11.64(kNm)
Rd _ com _hog Ed _hog_com_ULS
Vậy sàn đủ khả năng chịu moment âm trong giai đoạn liên hợp
Kiểm tra chịu cắt dọc trục – Dạng phá hoại II
Do không có thông số m-k để kiểm tra lực cắt dọc trục nên giả sử sàn đủ khă năng chịu lực cắt dọc trục
Kiểm tra khả năng chịu lực – Dạng phá hoại III
Bề rộng trung bình sườn b 0 131.5 mm
Khoảng cách từ trọng tâm tôn thép đến mặt sàn d p 99.56 mm 0.099 m
Diện tích tôn thép nằm trong bề rộng trung bình sườn:
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Vị trí trục trung hòa tính từ mặt trên của sàn:
_ Xét tiết diện moment chưa bị nứt:
Bề rộng trung bình trong 1m m de sign 0 rib b 1000 b b 131.5 597.73(mm) b 220
Vị trí trục trung hòa tính từ mặt trên của sàn:
59.591 c p design m p slab p p u design c m p p h h b b h h nA d x mm b h b h nA
Moment quán tính không nứt:
12 12 2 c design c u de gn c m p m p p cu slab u b h x h b h b h b h h
Ed _ comp _ SLS comp _ total comp _ total
4 con _ total eff 4 con 6 7 12 p tb g L
Vậy thỏa yêu cầu về độ võng
Bể rộng vết nứt cho phép W k 0.3 mm
Cường độ chịu kéo trung bình tại thời điểm gây nứt f ct _ eff f ctm 2.2 N mm / 2
Hệ số giảm sức bền kéo k 0.8
Hệ số phân phối ứng suất trong tiết diện nứt k c 1
Hế số kể đến sự giảm lực phân phối k s 0.9
Diện tích bê tông trong bề rộng hiệu quả đang xét
Giá trị ứng suất cho phép lớn nhất của cốt thép khi hình thành vết nứt có bề rộng 0.3mm với đường kính 10 mm: sk 320(N/ mm ) 2
Lượng cốt thép tối thiểu để yêu cầu chống nứt
_ min _ ct 366.3 s s c ct eff sk
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Mặt bằng bố trí của ô sàn
Thông số thiết kế của sàn
Tôn thép được cung cấp từ hãng Tata steel với mã hiệu là Comflor 46/1.2 với các thông số được trình bày bên dưới:
Chiều dày tôn thép t (mm) 1.2
Chiều dày tính toán của tôn thép (mm)
Chiều cao tôn thép hp (mm) 46
Bề rộng sườn brib (mm) 225
Bề rộng trung bình sườn b0 (mm)
Diện tích tôn thép trên 1 m bề rộng Ap
Khoảng cách từ mặt dưới đến trục trung hòa thép ep (mm) 20.44
Thể tích bê tông trên 1 mét vuông VP (m 3 ) 0.101
Chiều cao lớp bê tông trên sườn hc (mm) Đặc trưng vật liệu
Khả năng chịu moment dương
Khả năng chịu moment âm
W p f y-p E p I sag M Rd-sag M Rd-hog kN/m 2 N/mm 2 kN/mm 2 cm 4 kNm kNm
Cường độ chịu kéo trung bình
concrete f ck f ctm f ctk-0.05 rd E cm kN/m 3 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 kN/mm 2
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG d a f sk E s A s mm mm N/mm 2 kN/mm 2 m 2
Thép kết cấu Tôn thép
Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn
Hoạt tải thi công trong phạm vi còn lại
Trọng lượng hoàn thiện g finish 1.5 kN m / 2
Tổng tĩnh tải gcomp _ total (Wpgcom_ concretegfinish) b design 4.155 kN / m
_ a _ si 2.756 / con tot l con concrete p de gn g g W b kN m
_ r 25 0.101 2.525 / comp concrete conc ete p g V kN m
Nội lực của sàn trong giai đoạn thi công sẽ được tính bằng phần mềm ETABS
Sở đồ tính là dầm liên tục nhiều nhịp với mỗi nhịp là 2.2 m
Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Các trường hợp hoạt tải tác dụng lên sàn ở giai đoạn thi công
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Biểu đồ bao lực cắt của sàn ở giai đoạn thi công
Moment dương MEd _ sag _ com _ ULS2.67 kNm
Moment âm MEd _hog_ com _ ULS2.77 kNm
Lực cắt VEd _ com _ ULS 8.36 kN
Nhịp của dầm phụ Lsub 2.2 m
Bề rộng cánh của dầm phụ
Chiều dày tính toán Leff Lsub bf 50mm2.1 m
Kiểm tra sàn ở giai đoạn thi công
Trạng thái giới hạn tới hạn
Kiểm tra khả năng chịu moment của sàn
_ Kiểm tra khả năng chịu moment dương
> MEd _ sag _ com _ ULS2.67 kNm
Vậy tấm tôn thép đủ khả năng chịu moment dương
_ Kiểm tra khă năng chịu moment âm
> MEd _hog_ com _ ULS2.77 kNm
Vậy tấm tôn thép đủ khả năng chịu moment âm
Chiều rộng bụng của tấm tôn thép
Chiều dài nghiêng của tấm tấm tôn thép Độ cứng tương đối của bụng tấm tôn thép: Độ bền cắt có xét mất ổn định cục bộ
Khả năng chịu lực cắt của 1 bản bụng:
Trong 1 m có 4 sườn, mỗi sườn có 2 bản bụng
Vậy tôn thép đủng khả năng chịu lực cắt đứng
Kiểm tra độ võng Độ võng của tấm tôn thép gây ra do bê tông ướt và trọng lượng bản thân tấm tôn thép Tổng tải trọng tác dụng lên sàn (thiên về an toàn):
Chiều dài tinh toán L eff 2.1 m
Bản sàn liên tục 4 nhịp bằng nhau k = 0.52 w _ deck 26.5 b mm
_ a _ a 2.756 1.5 4.256 / con tot l con tot l con
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Vậy sàn thỏa yêu cầu về độ võng trong quá trình thi công
Kiểm tra sàn ở giai đoạn liên hợp
Nội lực được tính toán từ phần mềm ETABS
Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên sàn trong giai đoạn liên hợp
Sơ đồ hoạt tải tác dụng lên sàn trong giai đoạn liên hợp
Biểu đổ bao moment của sàn trong giai đoạn liên hợp
Biểu đồ bao lực cắt của sàn trong giai đoạn liên hợp
Moment dương MEd _ sag _ com _ ULS5.44 kNm
Moment âm MEd _ sag _ com _ ULS5.86 kNm
Khoảng cách từ trọng tâm tôn thép đến mặt mặt trên sàn
Hợp lực nén trong bê tông:
Hợp lực kéo trong tôn thép
Trục trung hòa nằm trên tôn thép
Chiều cao của cùng nén
Khoảng cách cánh tay đòn
Moment bền dương MRd _ com _sag 31.693 kNm MEd _ sag _ com _ ULS5.44(kNm)
Kiểm tra moment âm – Dạng phá hoại I
Hợp lực trong cốt thép sk s sk 3 s f 390
Bề rộng trung bình của sườn trong 1 m m de sign 0 rib b 1000 b b 131.5 597.73(mm) b 220
Chiều cao vùng nén bê tông:
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Vậy sàn đủ khả năng chịu moment âm trong giai đoạn liên hợp
Kiểm tra chịu cắt dọc trục – Dạng phá hoại II
Do không có thông số m-k để kiểm tra lực cắt dọc trục nên giả sử sàn đủ khă năng chịu lực cắt dọc trục
Kiểm tra khả năng chịu lực – Dạng phá hoại III
Bề rộng trung bình sườn
Khoảng cách từ trọng tâm tôn thép đến mặt sàn
Diện tích tôn thép nằm trong bề rộng trung bình sườn:
Rd _ com Ed _ com _ULS
Vậy sàn đủ khả năng chịu lực cắt đứng trong giai đoạn liên hợp
Trạng thái sử dụng Độ võng
_ Xét tiết diện moment đã bị nứt:
_ Xét tiết diện moment chưa bị nứt:
Bề rộng trung bình trong 1m m de sign 0 rib b 1000 b b 131.5 597.73(mm) b 220
Vị trí trục trung hòa tính từ mặt trên của sàn:
Moment quán tính không nứt:
Moment quán tính trung bình
Bản sàn liên tục 3 nhịp bằng nhau k = 0.52
59.591 c p design m p slab p p u design c m p p h h b b h h nA d x mm b h b h nA
12 12 2 c design c u de gn c m p m p p cu slab u b h x h b h b h b h h
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Vậy thỏa yêu cầu về độ võng
Bể rộng vết nứt cho phép
Cường độ chịu kéo trung bình tại thời điểm gây nứt
Hệ số giảm sức bền kéo
Hệ số phân phối ứng suất trong tiết diện nứt
Hế số kể đến sự giảm lực phân phối
Diện tích bê tông trong bề rộng hiệu quả đang xét
Giá trị ứng suất cho phép lớn nhất của cốt thép khi hình thành vết nứt có bề rộng 0.3mm với đường kính 10 mm: sk 320(N/ mm ) 2
Lượng cốt thép tối thiểu để yêu cầu chống nứt
Vậy thỏa yêu cầu chống nứt.
_ min _ ct 366.3 s s c ct eff sk
Cầu thang tầng điển hình của công trình là cầu thang 2 vế dạng bản, chiều cao tầng là 3.4 m
Chọn kết cấu bản chịu lực cho thang bộ, bản thang không liên kết vào vách cứng Cầu thang có 22 bậc, mỗi vế cao 1.7m gồm 11 bậc với kích thước hbậc4,5mm; bbậc00mm
Mặt bằng cầu thang bộ tầng điển hình
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CẦU THANG
Chiều dày bản thang đươc chọn sơ bộ theo công thức :
Chọn bề dày bản thang như sơ bộ chọn hb = 150 (mm)
Kích thước các dầm cầu thang được chọ sơ bộ theo công thức:
Chọn chiều kích thước dầm thang b×h = (200400) mm
Cấu tạo bản thang và chiếu nghỉ
Tải trọng tác dụng lên bản thang
Vật liệu Chiều dày n g tc g tt
(m) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) Đá hoa cương 0.02 24 1.1 0.48 0.528
Vật liệu Chiều dày n g tc g tt
Tổng tải tính tay vịn 0.6 kN/m2 7.505
Tra theo bảng TCVN 2737-1995 [3], đối với cầu thang ptc = 300 (daN/m2), hệ số vượt tải n=1.2 p = pc×n = 300×1.2 = 360 (daN/ m ) = 3.6 (kN/ m )
Bản thang: p2 = n×p tc × cos∝ = 3×1.2×0.87 = 3.13 (kN/m 2 )
Tính toán cho 2 vế thang sau đó chọn kết quả lớn nhất để bố trí thép Cắt 1 dãy theo phương chịu lực có bề rộng 1m để tính Xem bản thang và chiếu nghỉ là dầm gãy khúc liên kết với vách và dầm chiếu tới
Liên kết bản thang vào dầm chiếu tới là liên kết khớp (theo quan niệm hd/hbP0/200=2.5