Thiết kế dầm cao BTCT

Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH 2.3.5 Dầm cao Dầm cao cấu kiện chịu tải trọng mặt đỡ mặt đối diện, dầm hình thành chống (chịu nén) tải trọng gối đỡ, có đặc điểm sau: Nhịp thông thủy ln bé lần chiều cao dầm Tải trọng tập trung xuất gần vị trí gối đỡ (nằm khoảng lần chiều cao dầm tính từ mép gối đỡ) Có hai lựa chọn thiết kế dầm cao: (1) theo quan điểm phân bố phi tuyến biến dạng, (2) sử dụng mô hình giàn ảo (strut-and-tie models) quy định ACI 318-08 - Phụ lục A Một số yêu cầu thiết kế: Cường độ chịu cắt danh nghĩa, Vn, không vượt Diện tích cốt thép chịu cắt Av vuông góc với cốt thép dọc chịu kéo không nhỏ 0,0025.bw.s Khoảng cách s không vượt d/5 12in (30cm) Diện tích cốt thép chịu cắt Avh song song với cốt thép dọc chịu kéo không nhỏ 0,0015.bw.s2 Khoảng cách s2 không vượt d/5 12in (30cm) Thay sử dụng cốt thép chịu cắt tối thiểu nói trên, bố trí cốt thép theo tính toán với mô hình giàn ảo Diện tích tối thiểu cốt thép chịu kéo As,min không nhỏ hơn: Khi chiều cao dầm h vượt 36in (90cm), cần bố trí cốt thép cấu tạo dọc thành dầm để hạn chế vết nứt bụng dầm gần vùng kéo ACI 318-08 phiên cũ quy định không tính toán dầm cao cấu kiện chịu uốn trừ sử dụng biến dạng phi tuyến có kiểm tra ổn định tổng thể Như nói trên, dầm gọi dầm cao tỉ số nhịp chiều cao dầm bé Khi phân bố ứng suất theo lý thuyết uốn (engineers bending theory, engineers theory of building - ETB) không phù hợp đầy đủ Ứng suất dầm cao chưa xuất vết nứt phân tích phương pháp phức tạp phương pháp phần tử hữu hạn Kết cho thấy với tỉ lệ nhịp chiều cao dầm nhỏ, phân bố ứng suất khác biệt so với lý thuyết uốn truyền thống Hình 2.34 cho thấy phân bố ứng suất uốn vị trí nhịp dầm đơn giản với tỉ lệ nhịp chiều cao (l/h) khác tác dụng tải trọng phân bố Điểm đáng ý hình 2.34 với tỉ lệ l/h = ứng suất kéo lớn hai lần so với tính toán theo lý thuyết uốn truyền thống (1,6.w/b so với 0,75.w/b) Xem xét kỹ trường hợp dầm vuông (l/h = 1), có điểm nhận thấy từ hình 2.54 Thứ nhất, vùng kéo phía dầm tương đối nhỏ, xấp xỉ 0,25.l , cốt théo chịu kéo nên bố trí trong khoảng Thứ hai, lực kéo - để xác định lượng cốt thép yêu cầu - xác KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH định với cánh tay đòn jd = 0,62.h Điều đáng ý giá trị xấp xỉ cho tất dầm, có nghĩa chịu ảnh hưởng không đáng kể tỉ số nhịp chiều cao dầm (a) (b) (c) (d) Hình 2.34 Phân bố ứng suất ứng với trường hợp chiều cao dầm: (a) L/h = 4, (b) L/h = 2, (c) L/h = 1, (d) L/h < 2.3.6 Phương pháp giàn ảo (Strut-and-Tie method) Phương pháp giàn ảo phương pháp đơn giản trực quan, dựa nguyên lý cân tĩnh lực Phương pháp áp dụng cho cấu kiện kết cấu giả thiết lý thuyết uốn không xác Một giả thiết áp dụng cho cấu kiện chịu uốn tiết diện phẳng trước sau uốn Giả thiết áp dụng cho tất tiết diện dầm trừ vị trí KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH sát vị trí chất tải gối tựa Ví dụ cho trường hợp cấu kiện không áp dụng giả thiết dầm có nhịp thông thủy ln bé lần chiều cao Do đó, thay áp dụng lý thuyết uốn, sử dụng mô hình hợp lý mô hình giàn để mô tả đường truyền tải trọng Quy trình việc giả thiết đường truyền tải trọng cấu kiện, chống giằng, tiến hành thiết kế cấu kiện dựa lực tính Các cấu kiện có mô hình giàn điển hình bao gồm: Các chống xiên thẳng đứng Các cấu kiện chịu kéo dọc giàn, hay gọi giằng Các vùng nút vị trí liên kết chống giằng Kích thước cấu kiện mô hình giàn lựa chọn thỏa mãn nội lực xuất chống, giằng, nút tác dụng tải trọng thiết kế không vượt khả chịu lực Cần lưu ý bố trí cốt thép chịu kéo, giằng chịu kéo cần đảm bảo neo chắn để truyền tải trọng vào nút giàn Điều tối quan trọng cho an toàn thiết kế sử dụng phương pháp giàn ảo cấu kiện phải có độ dẻo thích hợp cho phép phân phối tải trọng theo đường dẫn định Một điều dễ nhận thấy lựa chọn nhiều mô hình giàn để chịu tải trọng Khi mô hình giàn hiệu mô hình giàn khác theo tiêu chí thiết kế, chứng tỏ mô hình đảm bảo khả chịu tải có độ dẻo thích hợp Trước đề cập nhiều đến mô hình chống giằng, cần tìm hiểu qua nguyên lý Saint-Venant, nguyên lý sở phương pháp Khi đề cập đến lý thuyết uốn đơn giản, Saint-Venant (1797-1886) phát biểu phân bố ứng suất theo lý thuyết uốn đơn giản không phạm vi xung quanh điểm đặt lực tác dụng Ông khẳng định kết tính toán theo lý thuyết uốn đơn giản hầu hết mặt cắt trừ vị trí sát điểm đặt lực gối tựa Hình 2.35 ví dụ nguyên lý Saint-Venant Hai lực ngược chiều tác dụng lên ống sinh biến dạng cục Ứng suất xuất vị trí đặt lực, khoảng cách đủ xa kể từ vị trí đặt lực, thành ống không bị ảnh hưởng Phạm vị ảnh hưởng tác động cục nằm khoảng từ đến lần kích thước đặc trưng cấu kiện Phương pháp giàn ảo sử dụng để thiết kế dầm cao cho phụ lục A - tiêu chuẩn ACI 318-08 dựa vào nguyên lý Saint-Venant đề cập Vùng bị bóp cong ống hình 2.35 tương ứng với vùng không liên tục (Discontinuity region) theo ACI 318 Vùng giả thiết có phạm bị không vượt lần chiều rộng cấu kiện tính từ điểm đặt lực gối tựa Các vùng uốn (Bending regions, vùng B theo ACI) vùng lại, có khoảng cách đủ xa so với vùng không liên tục, phạm vị áp dụng lý thuyết uốn đơn giả mà không gây sai sót đáng kể Các thành phần mô hình chống - giằng định nghĩa ACI 318 Vùng liên kết (nodal zone), xem hình 2.36, vùng bê tông bao quanh liên kết có chức truyền tải lực dọc KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH chống giằng Thanh chống (strut) phần bê tông chịu nén giằng (tie) phần chịu lực kéo Hình 2.35 Ví dụ nguyên lý Saint-Venant: vùng D vùng không liên tục Vùng cạnh vùng D vùng B (theo ACI 318-08, phụ lục A) Hình 2.36 Mô hình giàn ảo, nút loại C-C-C (chịu lực nén), nút loại C-C-T (chịu lực nén, lực kéo) Phương pháp thiết kế giống với phương pháp thường sử dụng với trạng thái giới hạn vủa cấu kiện bê tông: so sánh nội lực tính toán Fu chống, giằng vùng liên kết, với khả Fu, cấu kiện đảm bảo khả chịu lực nếu: Fu ≥ Fu KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH Thiết kế dầm cao theo mô hình chống - giằng hình thức phương pháp thử sai Do phù hợp với quy trình tính toán sử dụng biểu đồ tương tác Trình tự thiết kế sau: Giả thiết trọng tâm giằng BC nằm vị trí phía đáy dầm Giá trị phù hợp sử dụng 0,05.D với D chiều cao dầm Giả thiết trọng tâm nút A khoảng cách 0,05.D phía mép dầm Các giả thiết cho phép xác định thông số hình học, qua xác định lực, bao gồm lực kéo BC lực nén AB AC Kết tính toán, ký hiệu Fu, lực nhân hệ số xuất chống, giằng mặt nút Tính toán sức bền danh nghĩa Fn chống, giằng, hay vùng liên kết theo công thức sau: Đối với chống: fce = 0,85. s.fc' s = 1,0 với chống hình lăng trụ s = 0,75 với chống dạng cổ chai, có cốt thép s = 0,6. với chống dạng cổ chai, cốt thép  hệ số giảm độ bền bê tông nhẹ (Xem ACI mục 8.6.1) Đối với giằng: Fnt = Ats.Fy (với giằng ứng suất trước) Chú ý cốt thép chịu kéo cần neo phương pháp kéo dài, bẻ góc cấu neo Đối với vùng nút: Fnn = fce.Anz Fnn độ bền chịu nén danh nghĩa vùng nút Anz diện tích bề mặt nút chịu tác động Fu fce cường độ chịu nén hữu hiệu bề mặt vùng nút, fce = 0,85.n.fc' n = 1,0 với nút loại C-C-C n = 0,8 với nút loại C-C-T n = 0,6 với nút loại C-T-T (Bản gốc có đưa ví dụ, số liệu không cụ thể nên không đưa vào phần dịch này, người đọc tìm hiểu thêm thông tin từ gốc tải trang chủ đề website: http:\\www.ketcausoft.com) KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng ... tự thiết kế sau: Giả thiết trọng tâm giằng BC nằm vị trí phía đáy dầm Giá trị phù hợp sử dụng 0,05.D với D chiều cao dầm Giả thiết trọng tâm nút A khoảng cách 0,05.D phía mép dầm Các giả thiết. .. phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com Biên dịch: Hồ Việt Hùng Reinforced Concrete Design of Tall Buildings Section 2.3.5: Deep Beams BUNGALE S TARANATH Thiết kế dầm cao theo... định nghĩa ACI 318 Vùng liên kết (nodal zone), xem hình 2.36, vùng bê tông bao quanh liên kết có chức truyền tải lực dọc KetcauSoft - Phát triển phần mềm thiết kế kết cấu Việt Nam http://www.ketcausoft.com