bài giảng kết cấu bê tông

Chương 1 TÍNH TOÁN SÀN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI 1.1. KHÁI NIỆM (Concept) Sàn là kết cấu chịu trực tiếp tải trọng sử dụng, hệ sàn được đỡ bởi hệ dầm, dầm truyền tải lên cột và cột truyền xuống móng. Sàn BTCT (Reinforced concrete floor) được sử dụng rất phổ biến vì những ưu điểm của nó như: chịu lực lớn, chống cháy tốt, độ ổn định lớn,… nhưng sàn BTCT vẫn có những khuyết điểm như: cách âm chưa thật tốt (cần phối hợp với các vật liệu cách âm), thi công phức tạp, trọng lượng bản thân lớn. Sàn BTCT được phân thành những loại sau:

Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng Chương TÍNH TỐN SÀN BÊTƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI 1.1 KHÁI NIỆM (Concept) Sàn kết cấu chịu trực tiếp tải trọng sử dụng, hệ sàn đỡ hệ dầm, dầm truyền tải lên cột cột truyền xuống móng Sàn BTCT (Reinforced concrete floor) sử dụng phổ biến ưu điểm như: chịu lực lớn, chống cháy tốt, độ ổn định lớn,… sàn BTCT có khuyết điểm như: cách âm chưa thật tốt (cần phối hợp với vật liệu cách âm), thi công phức tạp, trọng lượng thân lớn Sàn BTCT phân thành loại sau: 1.1.1 Theo phương pháp thi công: Theo PP thi công ta chia sàn BTCT thành loại sau: Sàn BTCT toàn khối: sàn, dầm đổ liền khối lúc, dạng thơng dụng độ ổn định cao tuổi thọ lớn, thi công phức tạp kéo dài Sàn BTCT lắp ghép (Precast concrete floor): hệ dầm đổ BT trước, sau lắp ghép panel sàn (được chế tạo xưởng), sàn lắp ghép có thời gian thi cơng nhanh, phù hợp với qui mô xây dựng lớn, thi công hàng loạt, độ ổn định không cao Phần tiếp sau ta nghiên cứu dạng sàn BTCT toàn khối 1.1.2 Phân loại theo sơ đồ kết cấu: Theo sơ đồ kết cấu ta phân thành loại sàn sau: Sàn loại - dầm: (sau ta gọi sàn phương) dạng sàn chịu uốn theo phương phương phương lại chịu uốn nhỏ Liên kết kê lên tường đổ liền khối với dầm, ≤ cạnh đối diện Sàn loại kê bốn cạnh (sau ta gọi sàn phương): dạng sàn chịu uốn theo phương, liên kết kê lên tường (gối) đổ liền khối với dầm (ngàm), liên kết với dầm có ≥ cạnh kề Hay ta có bảng so sánh sau để phân biệt rõ sàn phương phương: Sàn 1phương (Đúng ý sau) Sàn phương (Đúng ý sau) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng Tỷ lệ cạnh dài cạnh ngắn > Liên kết có ≤ cạnh đối diện Tỷ lệ cạnh dài cạnh ngắn ≤ Liên kết có ≥ cạnh kề Tại có yêu cầu thứ nhất, ta tìm hiểu sau đây: Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng Ta tiến hành tính tốn khảo sát kê đơn cạnh, có kích thước cạnh ngắn L1, cạnh dài L2, hình 1.1 Tải trọng tác dụng lên ô q(kN/m2), giả sử cắt dãy rộng 1m (hoặc đơn vị chiều dài) theo phương để khảo sát, ta có: o Tải tác dụng lên dãy theo phương ngắn (L1) q*1m=q (kN/m), theo phương L2 o Ta xem dãy làm việc dầm đơn gối đầu có moment theo phương M1, M2; độ võng theo phương f1, f2 Hình 1.1 o Theo SBVL ta có độ võng dầm kê đơn tính sau: f q.L M L 384 E.J 48 E.J f Vậy ta có: 48 M L1 _ E.J M2 L2 _ f 48 E.J o Về thực chất dãy làm việc đồng thời với nhau, tức ta có f1=f2, hay: M L 48 E.J 48 M L 2 2_ E.J L L 2 M1L = M2L2 M1= M2 L M1 = M2 Đặt = L (1.1) Bài giảng: Kết cấu bêtông – cơng trình dân dụng o Từ cơng thức (1.1) ta thấy: Nếu L1=L2 =1, tức M1=M2 Nếu =2, M1= 4.M2 Nếu =3, M1= 9.M2 Tức lớn Moment theo phương ngắn chênh lệch lớn so với moment theo phương dài Qui phạm xây dựng cho phép lấy ≥2 xem làm việc theo phương ngắn, phương dài moment nhỏ nên khơng cần tính tốn Trong việc bố trí thép có qui định thép cấu tạo theo phương dài không nhỏ 1/4 lượng thép theo phương ngắn Bài giảng: Kết cấu bêtông – cơng trình dân dụng 1.2 TÍNH TỐN SÀN DẠNG BẢN DẦM Xem thêm tài liệu 1.3 TÍNH TỐN SÀN DẠNG KÊ BỐN CẠNH 1.3.1 Sơ đồ hệ thống sàn phương: Hệ thống sàn phương gồm ô sàn liên kết với dầm (ngàm) kê lên tường (tựa đơn) tự do, đảm bảo ô sàn làm việc phương, hình 1.2 Hệ thống sàn phương thông dụng, thường áp dụng cho cơng trình có tải trọng vừa phải ( ≤ 1000kG/m2) nhịp ≤ 6m Thông thường chu vi cơng trình hệ thống dầm cột khơng phải tường hình 1.2, Hình 1.2 hệ thống sàn phương hình 1.2 cho ví dụ để thấy tính tổng qt sàn 1.3.2 Tính toán sàn: a) Đặc điểm cấu tạo: 1 phụ thuộc vào L1 Chiều tải trọng, 40 50 dày sàn chọn khoảng chiều dày sàn nên chọn chẳn đến cm, chẳng hạn 6, 7, 8, 9, 10cm; thông thường sàn phương nên chọn chiều dày sau: o hs = o hs = 50 40 L1 cho sàn tầng có tải trọng vừa, L1 cho sàn tầng có tải trọng lớn, o hs = 8cm cho sàn mái Kích thước dầm (cả dầm ngang dầm dọc) chọn khoảng Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng h= 1 L;b= 12 h Thép sàn bố trí dạng lưới khoảng cách khoảng @=1020cm, dùng thép CI AI, đường kính thép từ 12m.m; lớp bảo vệ a khoảng 1,5 2cm Bài giảng: Kết cấu bêtông – cơng trình dân dụng b) Tính tốn nội lực sàn: Tuỳ theo liên kết cạnh ô mà ta chia thành 11 loại ô sau: Tuỳ theo loại mà ta có cơng thức tính moment khác nhau, ta xét ô ngàm cạnh, có moment hình 1.3: Các giá trị moment tính cơng thức sau M1 = m91.P M2 = m92.P Với hệ số m91, m92, k91, k92 MI = k91.P M =k II tra bảng phụ lục 1; P P = (p+g)L L 92 = q.L L Hình 1.3 Moment sàn ngàm cạnh p: hoạt tải sàn (daN/m2 kG/m2), lấy theo TCVN 2737-1995 g: tĩnh tải sàn, tính từ lớp cấu tạo sàn (daN/m2 kG/m2), lấy theo TCVN 2737-1995 trang 38 - [4] Tổng quát ta có sau: M1 = mi1.P i: loại sơ đồ sàn (1 11) M2 = mi2.P Các hệ số mi1, mi2, ki1, ki2 MI = ki1.P tra bảng 1-19, trang 32 [4]; MII = ki2.P P = (p+g)L1.L2 = q.L1.L2 (daN kG) Cơng tác tính tốn ta lập thành bảng tính sau: (1 2) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng c) Tính bố trí thép: Tính tốn 1m bề rộng sàn theo phương ngắn theo phương dài, tính cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, với b = 1m = 100cm, h = hs Cơng tác tính tốn ta lập thành bảng tính sau: Việc bố trí thép cần ý vị trí gối chung sàn, chênh lệch sử dụng thép lớn bố trí chung, thép bố trí đến 1/4 chiều dài nhịp Thép chịu moment dương dùng thép lớn kéo qua sàn có lượng thép chênh lệch để dể thi cơng, xem hình 1.4 Hình 1.4 Bố trí thép sàn hình (a) thay cách bố trí hình (b) (a) ( b ) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng 1.3.3 Tính tốn dầm: a) Sơ đồ kết cấu: Hình 1.4c Bố trí thép sàn thực tế Hệ thống chịu lực sàn dầm ngang dầm dọc, hệ thống dầm tính dầm liên lục nhiều nhịp hay tính chung với khung phụ thuộc vào kích thước cơng trình (phần nói rõ chương - Khung BTCT) Thơng thường tính khung phẳng hệ thống dầm ngang tính chung với cột tạo thành hệ thống khung, hệ thống dầm dọc tính dầm liên tục nhiều nhịp gối lên cột, có nhiệm vụ liên kết khung ngang với đỡ sàn b) Tải tác dụng: Tải tác dụng lên dầm bao gồm: o Tĩnh tải: thân dầm, B1 sàn truyền vào E tường xây dầm o Hoạt tải: sàn truyền vào B D Tải sàn truyền vào có dạng hình thang, tam giác hay hình chữ nhật tuỳ thuộc vào kích thước sàn, nói chung dạng truyền tải dựa vào góc C Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng B B truyền lực sàn vào dầm, góc B xác định từ đường phân giác góc sàn (hình 1.5), L2 thấy góc sàn vng đường A L1 L1 L2 Hình 1.5 truyền tải sàn vào dầm S S2 S S S4 S6 S S5 S5 S6 phân tải góc 45o so với dầm ta có nhận định : S Bài giảng: Kết cấu bêtông – công trình dân dụng (chú ý lớp bảo vệ); móng có cạnh dài ≥ 3m cắt bớt đầu 0,1L (xem hình 4) 4.2.3 Móng đơn chịu lực lệch tâm: Móng chịu lực lệch tâm móng chịu nội lực M, N, Q móng chịu lực dọc N đặt lệch tâm so với tâm móng (móng chân vịt); nội lực dùng để tính tốn Nmax, Mtư, Qtư; lực Mmax, Ntư, Qtư để kiểm tra MÑTN tc Mtc h HÌNH Qtc N Cần phâ n biệt tải trọn g tiêu chu ẩn đỉnh móng đáy móng (xem hình 5) tc tc Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng N tc N dm =N Mdm = M dm tc M tc dm tc + tb.H.Fm tc dm Qdm ptc ptc max Qtc.h Ntc.d (d: độ lệch lực dọc Ntc so với tâm móng) Q tc = Q tc a) Xác định diện tích móng: Tính diện tích móng theo cơng thức (4.1) Kiểm tra diện tích đáy móng theo điều kiện sau: P ≤ 1,2 Rtc tc P tc P tc max P tc ≤ tb với tc max Rtc tb P = tc Trong đó: P tc (4.11) = N dm (1 6eo ) max/ F eo= M m L t c _ d m t c d m N Tuỳ thuộc vào độ lớn eo mà Pmin âm, dương 0: Nếu eo L/6 Pmin âm, áp lực đáy móng có miền kéo (hình bên) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng Thông thường ta nên khống chế P min≥0, tức eo≤ L/6 b) Xác định chiều cao móng (h): Tính móng chữ nhật chịu lực tâm, thay P đ Pmax Pmax tính tương tự cơng thức (4.11) giá trị N M giá trị tính tốn đỉnh móng Chọn h theo điều kiện cấu tạo sau kiểm tra điều kiện đâm thủng c) Tính bố trí thép: Để đơn giản an toàn ta lấy áp lực đế móng Pmax để tính momen cánh móng Tính tốn tương tự theo phương b L 4.3 MĨNG BĂNG (strip foundation): 4.3.1 Khái niệm Móng băng tường (nhà có tường chịu lực móng tường kè) cột (nhà dạng khung chịu lực) Có thể thiết kế móng băng phương (ngang dọc cơng trình) hai phương (cả ngang dọc, gọi móng băng giao nhau) Móng băng thường có hai phận: sườn móng (dầm móng) cánh móng; móng tường khơng cần sườn móng.(xem hình 6) 4.3.2 Tính tốn móng băng phương cột: a) Xác định kích thước móng: Có thể xem móng chịu lực tâm (nếu momen nhỏ), lúc kích Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng Ntc _ thước móng xác định sau: b = *H) L(Rtc- tb Trong đó: Ntc tổng lực dọc tiêu chuẩn tác dụng đỉnh móng b bề rộng cánh móng (4.12) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng L chiều dài móng băng xác định theo bước cột (xem hình); với Lo xác định cho Mo~ M1 ≤ 1,5m Các bước tính tương tự tính móng đơn chịu lực tâm Tính móng chịu lực lệch tâm: Tính diện tích móng theo cơng thức (4.12) Kiểm tra diện tích đáy móng theo điều kiện sau: tc P ≤ 1,2 Rtc - P tc max - P tc P tc với tc max tb ≤ Rtc tb P = tc P ≥0 N tc 6e P tc Tr on g : = dm ) (1 o o M t c ;e= max/ d m tc dm m N F L Từ hình ta có: N tcdm= N tc + tb.H.Fm i tc M dm = M i Ni tc tc tc *Yi Qi *h (với Yi khoảng cách từ điểm đặt lực dọc thứ i đến trọng tâm móng O) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng tc tc Qdm = Qi * Chú ý: nội lực Ni, Mi, Qi phải trường hợp tổ hợp (tức xảy đồng thời) Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng b) Xác định chiều cao móng (h): Chiều cao cánh móng tính cơng thức (4.8), (4.9), với b=1m bề rộng cánh phải thoả mãn điều kiện cấu tạo, cánh móng lớn mà ta khơng thể tăng chiều cao h bố trí thêm cốt xiên cánh để h Cánh c h ị u l ự c c ắ t ( x e m h ì n h ) HÌNH Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng >=50 50 >=150 bc bs theo tải trọng (áp lực đất) khoảng cách cột (như dầm), sau tuỳ theo ta tính theo quan niệm móng cứng hay móng mềm (móng nửa cứng) mà điều chỉnh cho hợp lý c) Tính bố trí thép: i) Cánh móng: - Cánh móng tính consol ngàm vào sườn móng tính 1m bề rộng cánh móng (xem hình 6) Chiều dài đoạn consol bc= 0,5(b – bs) - Tải tác dụng ta lấy Pmax cho an tồn, Pmax tính với giá trị tính tốn M, N, Q - Bố trí thép hình 6, với thép theo phương ngắn thép chịu lực tính trên, khoảng cách bố trí từ 10 – 20cm, dùng thép ≥ 10, cắt 50% lượng thép vị trí cách sườn móng đoạn ½ bc + 20 Còn thép dọc thép cấu tạo ≥6 a ≤ 300 ii) Sườn móng: - Có thể tính theo quan niện móng cứng, nửa cứng hay móng mềm, dựa EJ (4.13) b.k d theo điều kiện sau: L≤ 4 Trong đó: EJ: độ cứng tiết diện ngang móng B: bề rộng móng L1: khoảng cách cột Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng kđ: hệ số (có thể lấy định hướng khoảng 300 – 400 T/m3 đất không yếu) - Tính móng cứng: xem móng dầm lật ngược (dầm đảo), với cột gối tựa, chịu tải trọng áp lực đất P max Pmin, giải tìm nội lực tính thép tính cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T (hoặc chữ nhật), bố trí thép Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng ý dầm móng chịu lực ngược lại so với dầm sàn → biểu đồ moment ngược → bố trí thép ngược - Tính móng mềm (cứng hữu hạn): xem dầm móng kết cấu dầm đặt đàn hồi bị biến dạng theo (khi lún), thông số quan trọng tính móng mềm tìm đặc trưng đàn hồi S dầm, S phụ thuộc hệ số kđ , độ cứng dầm tính sau: S=4 EJ (m) (4.14) b.k d o kđ: lấy tính theo cách: P (P tải trọng nén, S độ lún) Thí nghiệm nén trường kđ = S gl o Từ kết tính tốn móng kđ = 2E tb hay kđ = b (b bề rộng móng, S tb E modul biến dạng trung bình đất) o Giải kết cấu giải tay (xem thêm sách) theo quan niệm dầm dài vô hạn giải SAP với độ cứng lò xo k đ (T/m3); tải trọng tác dụng giá trị nội lực chân cột tác dụng xuống móng (chỉ cần M N) 4.3.3 Tính tốn móng băng phương cột: Việc tính móng băng hai phương (móng băng giao nhau) phức tạp liên kết dãy móng theo hai phương móng chịu tác dụng đồng thời moment Mx My với N Để kiểm tra áp lực đế móng ta xem dãy móng tách rời bỏ qua ảnh hưởng moment xoắn, tức tính móng băng phương Khi tính dầm móng theo quan niệm móng mềm ta tính móng băng phương với ngoại lực Mx, My N chân cột, liên kết đáy móng liên kết lò xo có độ cứng kđ Khi tính theo quan niệm móng cứng (dầm đảo, gối tựa cột) tải tác Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng dụng áp lực đáy móng lấy giá trị trung bình dãy 4.3.3 Tính tốn móng băng tường: Móng băng tường ta gặp trường hợp sau : Móng cơng trình có tường chịu lực Móng tường kè Móng trụ cống… Bài giảng: Kết cấu bêtông – cơng trình dân dụng Nếu phần tường xem tuyệt đối cứng móng băng tường chủ yếu cần tính tốn với phần cánh móng tính Trong số trường hợp tường có nhiều lỗ cửa làm giảm yếu độ cứng móng biến dạng theo phương dọc ta cần tăng cường thêm thép cho phương dọc tính tốn móng băng cột 4.4 MÓNG BÈ (continuous foundation, mat foundation): Móng bè có cấu tạo gần giống sàn lật ngược, chịu tải trọng áp lực đất Móng bè có nhiều dạng (xem hình 9): có sườn (sườn trên, hộp) không sườn (xem thêm sách “Ngun lý cấu tạo kiến trúc”) SƯỜN MÓNG BẢN MÓNG BÈ CỘT Lo Pd Lo MÓNG BÈ KIỂU SƯỜN TRÊN SƯỜN MÓNG CỘT BẢN MÓNG BÈ MÓNG BÈ KIỂU SƯỜN DƯỚI SƯỜN MÓNG B E Ø Lo S Ư Ô Ø N M O Ù N G B A Û N M O Ù N G C O Ä T BẢN MÓNG BÈ BẢN SÀN TẦNG HẦM Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng CỘT MÓNG BÈ KIỂU HỘP HÌNH Chỉ nên thiết kế móng bè trường hợp dạng mặt cân xứng nhằm mục đích cho tổng tải trọng xuống móng qui trọng tâm móng sinh moment Nếu móng có hình dạng phức tạp ta tính trọng tâm móng theo công S thức sức bền : X = y ; S Fm Fm Y= x Chiều dày sàn kích thước sườn lấy sơ sau: Đối với móng bè khơng sườn : hs=1/6 – 1/8 L Đối với loại có sườn : hs= 1/8 – 1/10 L Chiều cao sườn = 1/6 – 1/8 L Về mặt tính tốn móng bè tính theo phương pháp móng cứng mềm (quan niệm móng băng), tính móng cứng ta xem móng sàn lật ngược, chịu tải áp lực đất, độ lệch tâm tương đối nhỏ xem N áp lực đất phân bố Fm Kiểm tra ứng suất đáy móng giống móng băng Tính thép móng sườn móng tính với sàn, dầm bố trí thép ngược lại ... hiểm Bài giảng: Kết cấu b tông – cơng trình dân dụng o Tổ hợp tải trọng: lấy tĩnh tải cộng cho hoạt tải, ta tổ hợp thành phần, ta có: Tổ Hợp = TT + HT1, …… THn = TT + HTn Bài giảng: Kết cấu b tông. .. theo cấu tạo: Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng o Thép nhịp cắt cách gối đoạn = L/5 o Thép gối cắt cách gối đoạn = L/4 o Khi cắt thép cần ý dạng biểu đồ Bài giảng: Kết cấu b tông. .. gió thẳng đứng Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình dân dụng o Áp lực gió ta nhập vào khung dạng : dạng tải phân bố lên cột dạng lực tập trung nút q3 q6 Bài giảng: Kết cấu bêtơng – cơng trình