Kết cấu xây dựng bằng tấm lợp 3 d

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU XÂY DỰNG BẰNG TẤM VẬT LIỆU 3D 1.1 Đặc tính kỹ thuật vật liệu 3D Các thành phần panel 3D gồm 3D lớp bê tông bên Tấm 3D gồm lớp EPS (Expanded Polystyrene) giữa, lớp lưới thép song song thép chéo hàn vào lưới thép dọc theo chiều dài Thép chéo đâm xuyên qua lớp EPS mạ để tránh ăn mòn Lưới thép phủ không cần phải mạ lớp bê tông đủ dày Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Phân bố thép chéo lưới thép phủ 1.2 Kích thước tiêu chuẩn 3D Kích thước Panels: Chiều dài: Tối thiểu 2.0m, tăng dần bước 10 cm Tối đa 6.0m Theo lý thuyết sản xuất loại panel dài Chiều ngang: 1.2m (1.0m) EPS Độ nở polystyrene theo tiêu chuẩn ONORM B6050 phải có mật độ xấp xỉ 15kg/m3 Dày từ 40 đến 100mm, bước tăng giảm 10mm Lưới phủ: Đường kính: 3.0mm; cấp thép BST500 theo ONORM B4200, Khoảng cách ô lưới (e) 50 x 50mm Khoảng cách EPS lưới phủ (a): 13, 16 19mm, khoảng cách thường áp dụng 13mm Thép chéo: Đường kính:3.8mm, thép mạ nhóm thép BST500 Tối đa 4.5mm Khoảng cách: Bước 100 200mm (=e1) 100mm 200mm; tức 67-200 thép chéo 1m Độ chéo Độ nghiên thép giàn tùy thuộc vào khoảng cách e e3 Trong sản xuất, gía trị e2 không thấp giá trị nhỏ Hiện panels sản xuất theo kiểu bố trí thép giàn Số lượng Bước [mm] e3 [mm] 100 200 60 200 100 40 Baûng 1.1 Bố trí thép chéo tiêu chuẩn Độ chéo góc thép giàn là:  d  2a    arctan EPS e3   Vì giá trị e3 không chắn, thay đổi vài milimeters Trong tính toán kết cấu giá trị "a" lấy 20mm, khoảng cách lưới phủ EPS 1.3 Bê tông 1.3.1 Bê tông trộn công trường Tùy thuộc vào mác bê tông, trộn hỗn hợp vật liệu 3-4 phút với khoảng 300 kg xi măng số lượng nước theo yêu cầu máy trộn trước phun Mác bê tông thực tế tùy thuộc đường cong cấp phối vật liệu có qua thử nghiệm 1.3.2 Gradien giới hạn cốt liệu Biểu đồ 1.1 Gradien giới hạn Cấp phối xác tạo bê tông có chất lượng cao mà định đến hiệu sử dụng máy phun Để phun được, cốt liệu phải chứa số lượïng hạt nhuyễn nhỏ có đường kính 0,125mm Sau rây sàng 0,125mm, khối lượng lọt qua sàng 4-5% không 89% Các hạt nhuyễn phải bảo đảm giữ lượng nước phun qua vòi bơm Nếu không đủ lượng hạt nhuyễn, phải thay vật liệu khác Trong trường hợp vật liệu lấy từ sông, hồ gần hạt nhuyễn 1.3.3 Cỡ hạt Cỡ hạt thường dùng tùy thuộc vào cường độ hiệu suất máy phun Máy phun khô dễ dàng phun cỡ hạt tối đa mm, hạt dùng cho máy bơm vữa hồ lớn 4-5 mm Đối với tường, cường độ bê tông sau 10-15 N/mm2 (=fc), cỡ hạt lớn mm 1.3.4 Xi măng Xi măng bê tông phun khoảng 300 kg/m Giá trị đảm bảo cường độ lẫn khả bơm Nếu lượng xi măng lớn đòi hỏi nhiều nước Lượng xi măng lớn bê tông dễ bị co xuất vết nứt 1.3.5 Tỷ lệ nước/xi măng Tỷ lệ nước / xi măng ảnh hưởng đến khả thi công, mà ảnh hưởng đến cường độ bảo vệ cốt thép khỏi rỉ sét Nếu lượng nùc nhiều, lỗ rỗng xuất ảnh hưởng đến chất lượng bê tông Nên áp dụng tỷ lệ nước / xi măng 0,5 – 0,6 CHƯƠNG TÍNH TOÁN TẤM 3D A TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ NHẤT 2.1 Yêu cầu tính toán cấu kiện 3D theo khả chịu lực : Tính toán tiến hành theo tiết diện thẳng góc với trục, theo tiết diện nghiêng Ngoài cần tiến hành tính toán kiểm tra vùng chịu lực tác dụng cục Theo tiết diện thẳng góc tính toán với tác dụng lực dọc N, moment uốn M tổ hợp gồm M N Tính toán theo tiết diện nghiêng vùng cấu kiện chịu lực cắt Q tính với tác dụng Q M Cấu kiện chịu uốn, tính theo khả chịu lực tiết diện thẳng góc 2.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn: Về nguyên tắc tính toán sàn 3D giống tiêu chuẩn thiết kế sàn bê tông cốt thép thông thường Tất nguyên tắc tính toán nội lực trạng thái chịu tải bê tông cốt thép áp dụng cho 3D Tuy nhiên cần phải lưu ý giảm khả chịu lực EPS Thông thường sàn 3D xem làm việc theo sơ đồ dầm đơn giản dầøm liên tục thép (thép phủ thép gia cường) chịu lực kéo lực nén, bê tông chịu nén Những thành phần thiết kế theo quy ước kết cấu bê tông cốt thép thông thường 2.2.1 Biểu đồ biến dạng ứng suất bê tông Biểu đồ biến dạng ứng suất bê tông đường cong không tuyến tính Hầu hết hình dạng toán học thông thường đường cong đường parabol bậc hai đạt cực đại biến dạng 0/00 hi Biểu đồ 2.1 Đồ thị điển hình biến dạng-ứng suất bê tông Trong hầu hết tiêu chuẩn, ứng suất nén không đổi vượt qua ứng suất giới hạn này, kết thử nghiệm cho thấy ứng suất nén giảm xuống vượt qua giới hạn 20/00 KHỐI ỨNG SUẤT NÉN Hình 2.1 Phân phối ứng suất theo lý thuyết Cường độ khối bê tông đạt sau 28 ngày, cường độ chịu nén theo lí thuyết tính sau: fc = 0.70 fW28 Trong fW28 cường độ khối bê tông sau 28 ngày Đối với bê tông mác cao giảm hệ số xuống 0.55 Cường độ mác bê tông tiêu chuẩn theo tính toán là: Mác bê tông B15 B25 B35 B45 B55 fc [kG/cm2] 105 175 230 270 300 Bảng 2.1 Mác bê tông [kG/cm2] Khi thiết kế mặt cắt 3D, khối ứng suất hình chữ nhật vùng chịu nén áp dụng cách tính gần theo Hình 2.1 Phương pháp giả định toàn vùng nén lý thuyết ấn định trước cho trục trung hoà không nằm vật liệu EPS Biến dạng giới hạn vượt qua phạm vi 0/00 không áp dụng cho 3D Khả chịu moment lớn phải lấy thấp giới hạn 2.2.2 Biểu đồ ứng suất-biến dạng thép Bề dày toàn vùng bê tông chịu nén tính từ tỉ lệ biến dạng nén bê tông biến dạng thép Chúng phụ thuộc vào biến dạng thép thép đạt giới hạn dẻo Cả hai vật liệu có biến dạng giới hạn Đường cong ứng suất biến dạng thép lúc đầu xem thẳng (E S = 20.600 kN/cm2) Với module đàn hồi không đổi, giới hạn dẻo thép, loại 5000 kG/cm2 (thường thép panel) đạt biến dạng 2,430/00 Biểu đồ 2.2 Biểu đồ ứng suất-biến dạng thép Để tính toán cấu kiện chịu uốn, giới hạn sức căng thép 0/00 tính toán biến dạng nén bê tông (giới hạn 3,5 0/00) Chiều cao vùng nén giới hạn Dựa tương quan này, tỉ lệ chiều cao vùng nén chiều cao ảnh hưởng tính toán sau: Biến dạng giới hạn Giới hạn biến dạng chịu nén bê tông 3,50/00 Biến dạng giới hạn thép 5,00/00 Vùng nén/Chiều cao ảnh hưởng 41,20/00 Bảng 2.2 MÔ HÌNH TÍNH Hình 2.2 Khối ứng suất vùng chịu nén đường cong parabol đến 20/00 khối ứng suất hình chữ nhật 20/00 3,50/00 Tuỳ thuộc vào biến dạng nén, phương trình ứng suất nén cho phần parabol laø: fc  fc   (  )  max  max max = 20/00 Ứng suất nén cho không đổi biến dạng nén vượt qua 3.5 0/00 Biến dạng lớn thép theo tiêu chuẩn lấy 50/00 cho loại thép Tính toán Moment max theo mô hình trên: M max  0.80t 0.95 fc (d  1.75 a )b 0.434 t  fc (d  a )b 2 Trong đó: 1,75…… Hệ số an toàn chung t2…………  d x 0.416 a…………….= t2 x 0.80 Dieän tích cốt thép tính toán theo công thức sau: 1.75 M As  z fy Trong đó: 1,75…… Hệ số an toàn chung M………… Moment tối đa tải tác động z………… Cánh tay đòn nội lực, xấp xỉ 0,9 d Phương pháp thiết kế tiêu chuẩn tính ứng suất biết đường cong ứng suất-biến dạng Muốn xác định biến dạng giới hạn phải xét đến tính chất địa phương đặc điểm kỹ thuật thép, hệ số an toàn bê tông Các giả định trước biến dạng giới hạn:  Sức nén tối đa 20/00 ( đường cong parabol ứng suất - biến dạng)  Biến dạng dẻo thép 50/00 Điều dẫn đến hạn chế chiều cao vùng nén đạt 28,6% chiều cao ảnh hưởng thép đạt đến trạng thái ứng suất-biến dạng giới hạn (biến dạng dẻo thép) Sự hạn chế thiên an toàn cho kết cấu sau phân bố lại ứng suất từ biến bê tông, đảm bảo trục trung hoà phải luôn nằm lớp bê tông phía (chịu nén) MÔ HÌNH THIẾT KẾ Hình 2.3 Mô hình thiết kế uốn 3D Moment cho phép tải tác động (Hệ số an toàn chung 1,75) tính sau : M = 0,0972  fc  b  d2  0,3810  fc  t2  b  (d – 0,375  t2 ) Trong bảng 2.3 , kích thước t2 (lớp bê tông nén) dEPS tính mm moment Tm/m Các moment tính tải sinh hoạt bao gồm hệ số an toàn (=1,75) với cấp bê tông 175 kG/cm (=B25) Đối với cấp bê tông khác giá trị phải nhân với fc/175 kG/cm2 Khoảng cách cạnh EPS trọng tâm cốt thép 20mm Lớp bê tông (nén) mm Bề dày EPS [mm] 40 50 60 70 80 90 100 50 2,06 2,45 2,87 3,33 3,83 4,35 4,91 60 2,45 2,87 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 70 2,87 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 6,14 80 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 6,14 6,80 Bảng 2.3 Mô men M cho phép (T/m) fc=175 kG/cm2 Diện tích cốt thép cần thiết : 1.75 M AS  z fy Trong : 1,75…… Hệ số an toàn chung M………….Moment tối đa tải tác động z……………z cánh tay đòn nội lực Giá trị z xấp xỉ z = 0,9d 2.3 Tính toán cấu kiện chịu cắt: Các thép chéo 3D chịu lực cắt Ứng suất cắt khả chịu lực thép chéo mối liên kết hàn Hình 2.4 Lực cắt cho phép mối hàn (đã nhân với hệ số an toàn) phải tương đương 30% cường độ chịu lực lớn mà chéo chịu Cường độ chịu lực lớn thép chéo giới hạn dẻo thép (fy) Lực giới hạn thép chéo tính theo công thức sau: d  FDIAG 0.3 fy  DIAG Tæ lệ đường kính thép lưới phủ đường kính thép chéo không nên nhỏ 0.6 Độ mảnh thép chéo có chiều dài tính toán 75% chiều dài thực thép chéo (chiều dài nằm lớp bê tông) Hình 2.5 Đối với loại panel tiêu chuẩn, khoảng cách “a” lưới EPS 13,16 hay 19 mm Thường 13mm Khoảng EPS trọng tâm lớp cốt thép 10 ... tông (nén) mm Bề d? ?y EPS [mm] 40 50 60 70 80 90 100 50 2,06 2,45 2,87 3, 33 3, 83 4 ,35 4,91 60 2,45 2,87 3, 33 3, 83 4 ,35 4,91 5,51 70 2,87 3, 33 3, 83 4 ,35 4,91 5,51 6,14 80 3, 33 3, 83 4 ,35 4,91 5,51 6,14... KẾ Hình 2 .3 Mô hình thiết kế uốn 3D Moment cho phép tải tác động (Hệ số an toàn chung 1,75) tính sau : M = 0,0972  fc  b  d2  0 ,38 10  fc  t2  b  (d – 0 ,37 5  t2 ) Trong bảng 2 .3 , kích... tiết diện nghiêng vùng cấu kiện chịu lực cắt Q tính với tác d? ??ng Q M Cấu kiện chịu uốn, tính theo khả chịu lực tiết diện thẳng góc 2.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn: Về nguyên tắc tính toán sàn 3D