THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG THIẾT KẾ SÀN NẤM Tài liệu viết dựa giảng GS Ngô Thế Phong - Trường Đại học Xây Dựng KHÁI NIỆM CHUNG Sàn nấm sàn dầm, sàn dựa trực tiếp cột (Hình 1) Dùng sàn nấm giảm chiều cao kết cấu, việc làm ván khuôn đơn giản dễ dàng bố trí cốt thép Sàn nấm có mặt phẳng nên việc chiếu sáng thông gió tốt sàn có dầm Ngoài việc ngăn chia phòng mặt sàn linh hoạt thích hợp với tường ngăn di động Hình Ví dụ sàn nấm Khi chịu tải trọng thẳng đứng, sàn bị phá hoại cắt theo kiểu bị cột đâm thủng Để tăng cường khả chịu cắt, tạo mũ cột theo dạng Hình 2a Hình 2b Hình Mũ cột chống chọc thủng Bản có chiều dày lớn đầu cột có tác dụng tăng cường khả chịu momen, tiết diện sát đến cột, momen uốn đạt giá trị lớn KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Chiều rộng nhịp thích hợp với sàn nấm, thường đến mét bê tông cột thép thường, nhịp từ 7m trở lên nên có cốt thép ứng lực trước để giảm chiều dày giảm độ võng Chiều dày sàn nấm ứng lực trước, lấy khoảng 1/30 nhịp tính sơ theo công thức: √ (1) Trong đó: - l2, l1: nhịp nội (khoảng cách hai mép cột) theo phương dài phương ngắn - q: tải trọng toàn phần (kN/m2) bao gồm hoạt tải trọng lượng thân - k1: hệ số xác định sau: k1 = ô nằm k1 = 1.3 ô nằm có dầm bo k1 = 1.6 ô nằm dầm bo - hb: chiều dày sàn Đối với sàn có mũ cột chiều dày sàn xác định theo: √ (2) Mũ cột phải có bề dày tăng thêm 1/4 chiều dày ô bề rộng mũ cột thường không nhỏ 1/3 khoảng cách hai trục tim cột (hai trục mũ cột trùng với trục tim cột) Đối với sàn nấm có cốt thép ứng lực trước, chiều dày sơ giả thiết không nhỏ 1/40 cạnh lớn bước cột sàn có không hai nhịp Chiều dày chiều dày mũ cột phải tính toán kiểm tra để loại trừ khả bị đâm thủng Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574-91 phải thoả mãn điều kiện sau: (3) Hình Mặt phá hoại trường hợp chọc thủng KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Trong đó: - P: Tải trọng gây nên phá hoại theo kiểu chọc thủng Giả thiết mặt phá hoại nghiêng góc 45o Hình Giả sử lưới cột l1, l2 q tải trọng phân bố (kể trọng lượng thân), kích thước mũ cột c [ c : ( ) ] (4) - h0: chiều dày hữu hiệu mũ cột (chiều cao làm việc cốt thép) - b: chu vi trung bình mặt đâm thủng; b = 4*(c + h0) - Rk: cường độ chịu kéo bê tông (* Chú thích: giảng biên soạn trước có ban hành TCVN 5574:2012; phần tính toán chọc thủng theo TCVN 5574:2012 có khác so với TCVN 5574:1991; độc giả tra cứu mục 6.2.5.4 TCVN 5574:2012 để cập nhật phần tính toán Ngoài ra, việc tính toán kiểm tra chọc thủng cho sàn không dầm nên tham khảo thêm tiêu chuẩn nước ngoài, ví dụ EuroCode 2, để kể thêm ảnh hưởng cốt thép sàn cốt thép chống cắt) Trong tính toán cấu tạo sàn nấm, người ta thường chia thành dải đầu cột giải nhịp, hai giải có chiều rộng 1/2 bước cột Hình Hình Hình ảnh biến dạng mô men giải KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Giả sử tải trọng phân bố đều, xem xét biến dạng dải đầu cột A-1-B ta thấy vị trí đầu cột (A, B) độ võng không, vị trí nhịp (1) độ võng lớn Từ đường đàn hồi (độ võng) ta suy dạng biểu đồ momen uốn dải đầu cột Hình 4b, MA MB momen âm, M1 momen dương Đối với dải nhịp 3-2-4 độ võng vị trí f3 nhỏ độ võng vị trí f2 Có thể tưởng tượng dải nhịp 3-2-4 giống dầm liên tục kê lên gối tựa dải đầu cột A-3-D, B-4-C, v.v… Từ suy dạng biểu đồ momen uốn Hình 4c, M2 momen dương M3, M4 momen âm Hoàn toàn tương tự, suy hình ảnh biến dạng momen uốn dải đầu cột dải nhịp phương vuông góc TÍNH TOÁN NỘI LỰC Để tính giá trị nội lực tiết diện dùng nhiều cách khác dựa lý thuyết đàn hồi cân giới hạn, dùng phương pháp giải tích phương pháp số Ở trình bày cách tính hay dùng thiết kế Vấn đề đặt cần phải tính giá trị momen uốn dải đầu cột dải nhịp theo hai phương hệ lưới cột Người ta thường sử dụng phương pháp phân phối trực tiếp phương pháp khung tương đương Phương pháp phân phối trực tiếp xác định trực tiếp giá trị nội lực dải nhịp giải đầu cột Các nước khác cho hệ số phân phối khác tuỳ theo quan niệm phân phối lại nội lực kết cấu, tính chất làm việc đàn hồi dẻo vật liệu Dưới trình bày cách tính toán đơn giản nước Anh Theo đó, phương pháp phân phối trực tiếp áp dụng : - Ổn định ngang hệ kết cấu không phụ thuộc vào làm việc liên kết cột - Giá trị hoạt tải không vượt T/m2 không vượt 1.25 lần giá trị tĩnh tải - Sàn phải có ba khoảng với nhịp xấp xỉ theo phương xét Các giá trị momen lực cắt phân phối cho cho cột Bảng Bảng 1: Mô men uốn lực cắt sàn nấm Gối tựa biên Mô men uốn Lực cắt Mô men uốn cột Nhịp thứ Gối tựa Nhịp Gối tựa thứ giữa Là cột Là vách -0.04FL -0.02FL 0.83FL -0.063FL 0.71FL -0.055FL 0.45F 0.4F - 0.6F - 0.5F 0.04FL - - 0.022FL - 0.022FL KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Trong đó: - F: tổng tải trọng tác dụng lên ô bản; F = (g + q)*l1*l2 - L: nhịp tính toán theo phương xét; L = l - 2hc/3 - hc: cạnh cột mũ cột Giá trị momen uốn phân phối cho giải đầu cột nhịp theo tỷ lệ cho Bảng Bảng 2: Phân phối mô men lên giải Dải đầu cột Dải nhịp Mô men âm 75% 25% Mô men dương 55% 45% Khi mũ cột, việc chia dải nhịp giải đầu cột thực theo Hình Khi có mũ cột mà cạnh nhỏ mũ cột nhỏ 1/3 cạnh nhỏ ô (tính theo trục tim cột) bỏ qua có mặt đầu cột Trong trường hợp ngược lại bề rộng dải đầu cột lấy bề rộng mũ cột Khi bề rộng dải đầu cột bề rộng dải nhịp không nhau, việc phân phối momen cho hai dải theo Bảng đồng thời phải tỷ lệ với bề rộng dải Momen phân phối cho cột theo Bảng cần phải chia cho cột cột theo tỷ lệ độ cứng chúng Để so sánh trình bày thêm phương pháp trực tiếp Úc để xác định momen uốn Phương pháp áp dụng khác nhịp (bước cột) không 10% Việc phân chia dải nhịp dải đầu cột lấy theo Hình 4a Theo phương người ta tính giá trị momen uốn M0 hình M0 giá trị momen uốn cho tự đầu cột với giả thiết gần phản lực gối tựa nằm cách trục cột đoạn 2/3(c/2) với c bề rộng quy ước mũ cột Như ta được: (5) Trong đó: q tải trọng toàn phần phân bố đơn vị diện tích Khi tính toán theo phương vuông góc, phải hoán vị l1 l2 Gọi: MG tổng momen âm gối tựa ô MN tổng momen dương nhịp ô MGB tổng momen âm gối tựa thứ (gối tựa B) ô MNB tổng momen dương nhịp biên ô KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG MGA tổng momen âm gối tựa thứ (gối tựa 1) ô Hình a) Sơ đồ tính mô men bản; b) phân phối mô men nhịp giữa; c) phân phối mô men nhịp biên Việc phân phối momen M0 cho gối nhịp tiến hành sau: - Đối với ô bên : MN = 0.35M0 MG = -0.65M0 - Đối với ô biên (ở phía ngoài) phân phối theo Bảng Bảng 3: Phân phối mô men ô biên Tình trạng gối tựa biên MGA/M0 MNB/M0 MGB/M0 Tựa tự 0.00 0.60 0.80 Tựa cột 0.25 0.50 0.75 Tựa cột dầm biên 0.30 0.50 0.70 Ngàm hoàn toàn 0.65 0.35 0.65 Việc chia giá trị momen âm dương cho dải đầu cột nhịp theo tỷ lệ cho Bảng KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Phương pháp khung tương đương dùng để xác định nội lực (momen uốn lực cắt) cho sàn cột chịu tải trọng thẳng đứng tải trọng ngang, nhịp không Người ta coi sàn ghép từ hai hệ khung phẳng vuông góc với để tính toán nội lực cách riêng biệt, cột khung cột nhà dầm khung sàn với chiều rộng khoảng cách hai trục hai ô lân cận với cột Hình cho số ví dụ việc xác định bề rộng tham gia vào dầm khung tương đương theo hai phương X Y Có thể dùng phương pháp học kết cấu khác để xác định momen uốn ô cột Tải trọng khung tương đương toàn tải tác dụng lên sàn Việc phân chia giá trị momen tính cho dải đầu cột dải nhịp theo Bảng Hình Xác định bề rộng dầm khung tương đương TÍNH TOÁN CỐT THÉP DỌC TRONG BẢN SÀN Từ giá trị momen dải đầu cột dải nhịp xác định diện tích cốt thép dọc sàn theo công thức chung phần cấu kiện Để xét đến sai lệch thiên an toàn tính toán nội lực tính toán tiết diện, giảm bớt cốt thép dọc theo công thức: (6) KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com THIẾT KẾ SÀN NẤM GS NGÔ THẾ PHONG Có thể lấy gần = 0.9 Cần phân biệt chiều cao h0 phương có cốt thép đặt phương có cốt thép đặt có mũ cột, chiều cao h0 lấy theo chiều dày mũ cột Cốt thép chịu momen âm dải đầu cột đặt hai phần ba (2/3) băng chạy qua đỉnh cột có chiều rộng 1/2 chiều rộng dải đầu cột, 1/3 lại đặt sang hai bên BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG BẢN SÀN NẤM Việc bố trí cốt thép cắt cốt thép chịu tải trọng phân bố theo quy tắc đơn giản an toàn thể hình Hình Bố trí cốt thép sàn nấm (* Chú thích: hình ảnh trên, cốt thép gối bố trí 100% khoảng 0.15*l; 50% cốt thép kéo đến khoảng 0.3*l; cốt thép bố trí 100% nhịp 40% cốt thép kéo vào gối tựa) BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG MŨ CỘT Bố trí cốt thép mũ cột thể hình Hình Bố trí cốt thép mũ cột KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com