Ảnh hưởng của bề rộng dải phân tích trong thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ HỮU MINH NHẬT ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI PHÂN TÍCH TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình đƣợc hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS PHAN QUANG MINH Phản biện 1: PGS.TS TRƢƠNG HỒI CHÍNH Phản biện 2: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp họp Trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 07 năm 2018 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trƣờng Đại học Bách khoa - Thƣ viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý nghiên cứu Hiện nay, với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp tăng nhanh với đòi hỏi ngày cao mỹ-kỹ thuật Trong năm gần đây, nhiều nhà cao tầng đƣợc xây dựng thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh đặt cho ngƣời thiết kế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà hiệu kinh tế, có việc tính tốn thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc Ở nƣớc có xây dựng phát triển nhƣ Liên Xơ (nay Nga), Mỹ , kết cấu sàn không dầm (còn gọi sàn phẳng) đƣợc sử dụng rộng rãi Ở nƣớc ta, sàn không dầm đƣợc biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng cơng trình chƣa nhiều Khi kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử dụng giải pháp sàn bê tơng cốt thép thƣờng có nhiều hạn chế, bề dày lớn, trọng lƣợng thân tăng lên làm tăng đáng kể độ võng bề rộng vết nứt, cần thiết phải sử dụng giải pháp bê tông ƢLT Với ƣu nhƣ vậy, năm tới kết cấu dạng sàn phẳng đƣợc áp dụng rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính tốn có ảnh hƣởng đến việc bố trí cáp ứng lực trƣớc nhƣ làm việc sàn Mục đích luận văn so sánh kết phân tích số theo cách: - Phân tích theo cách chia theo dải cột dải nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tơng cốt thép thƣờng - Phân tích theo cách chia dải rộng bƣớc khung "full strip” Mục đích nghiên cứu Mục đích luận văn nghiên cứu ảnh hƣởng việc chia dải tính tốn đến việc bố trí cáp nhƣ khả chịu lực sàn BTƢLT chia dải phân tích theo phƣơng pháp chia theo dải cột dải nhịp chia dải rộng bƣớc khung, sở đƣa nhận ét đề uất lƣu thiết kế sàn BTƢLT Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: phƣơng pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Dùng phần mềm Safe để mơ hình phân tích nội lực Phạm vi nghiên cứu - Sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc nhà cao tầng Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo luận văn gồm có chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TƠNG ƢLT CHƢƠNG TÍNH TỐN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TƠNG ƢLT CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN CHƢƠNG KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TƠNG ƢLT 1.1 Khái niệm kết cấu bê tông ƢLT Bê tơng có cƣờng độ cao dẻo dai chịu nén nhƣng lại có cƣờng độ thấp giòn chịu kéo nên, để cải thiện làm việc nó, ngƣời ta thƣờng sử dụng biện pháp nén trƣớc vùng bê tông chịu kéo dƣới tác động bên ngồi Việc nén trƣớc bê tơng nhƣ tạo dạng kết cấu bê tông – kết cấu bê tông dự ứng lực Kết cấu bê tơng cốt thép ứng lực trƣớc, gọi kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, hay bê tông tiền áp, bê tông dự ứng lực kết cấu bê tông cốt thép sử dụng kết hợp ứng lực căng cao cốt thép ứng lực trƣớc sức chịu nén bê tông để tạo nên kết cấu biến dạng ngƣợc với chịu tải, trƣớc chịu tải Nhờ kết cấu bê tơng có khả chịu tải trọng lớn kết cấu bê tông thông thƣờng, vƣợt đƣợc nhịp hay độ lớn kết cấu bê tông cốt thép thông thƣờng Các phƣơng pháp gây ứng lực trƣớc + Phương pháp căng trước + Phương pháp căng sau 1.2 Sàn phẳng bê tông ƢLT Kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đƣợc sử dụng cho nhà nhiều tầng lần Mỹ vào năm năm mƣơi kỷ XX Trong năm sau đó, việc ứng dụng loại kết cấu đƣợc mở rộng sang nhiều nƣớc giới Ở nƣớc ta kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đƣợc đƣa vào ứng dụng thực tế cơng trình Nhà điều hành Đại học Quốc gia Hà nội năm 1997 Hiện loại kết cấu đƣợc ứng dụng cho nhiều cơng trình khác Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh Kết cấu sàn bê tơng ứng suất trƣớc căng sau cơng trình nhà nhiều tầng có ƣu điểm sau : Làm tăng độ cứng kết cấu, cho phép giảm đƣợc kích thƣớc tiết diện, giảm đƣợc trọng lƣợng thân kết cấu vƣợt đƣợc độ lớn; Có khả khống chế hình thành vết nứt độ võng; Tiết kiệm đƣợc vật liệu bêtông cốt thép việc sử dụng vật liệu cƣờng độ cao Trong kết cấu cơng trình dân dụng, hệ thống sàn đƣợc quan tâm nhiều áp dụng công nghệ ứng lực trƣớc do: sàn phận kết cấu có chi phí đáng kể nhất, chiếm phần lớn khối lƣợng BTCT so với cấu kiện khác Việc giảm trọng lƣợng thân sàn kéo theo việc giảm khối lƣợng vật tƣ cho nhiều kết cấu khác nhƣ cột, tƣờng móng, … Tiến độ thi cơng sàn tăng nhanh, sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia Một số cơng trình đƣợc ây dựng cho thấy tiến độ thi cơng trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích ây dựng 400-500m2/sàn Cơng tác khuôn đơn giản với loại sàn không dầm, đƣợc sử dụng chủ yếu nhà cao tầng có sàn ứng lực trƣớc Ngồi việc mở rộng lƣới cột, giảm chiều cao tầng nhà thiết bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trƣớc ngày đƣợc hoàn thiện, gọn nhẹ hiệu quả, đóng góp nhiều phần quan trọng vào thành công sàn bê bê tông ứng lực trƣớc 1.2.1 Bản dầm kê bốn cạnh Có 02 loại : + Hệ dầm sàn phương, + Hệ dầm sàn phương Bản dầm có cố thép bố trí dọc theo phƣơng làm việc sàn(chiều dài sàn) Gối tựa sàn kéo dài liên tục bề rộng sàn Quy trình thơng thƣờng để thiết kế dầm ƢLT ét dải rộng 1m theo chiều dài sàn tính tốn nhƣ cấu kiện dầm Mặt dù thép U7LT đƣợc bố trí dọc theo phƣơng, sử dụng thép ƢLT theo phƣơng ngang để hạn chế co ngót phân bổ ứng suất có tập trung tải trọng Đa số sàn thực tế làm việc theo phƣơng Tuy nhiên làm việc phƣơng hay phƣơng liên quan chặt chẽ đến khái niệm đƣờng truyền tải trọng, đƣờng mà tải trọng đƣợc kết cấu tiếp nhận truyền gối tựa Ngƣời thiết kế ngƣời chọn đƣờng truyền tải có nhiều đƣờng truyền tải khác cho kết cấu 1.2.2 Sàn phẳng bê tơng ƯLT Sàn phẳng sàn có kê trực tiếp lên cột Sàn phẳng có loại: + Sàn khơng dầm có mũ cột (sàn nấm): sàn vị trí đầu cột đƣợc làm loe thành mũ cột để liên kết với cột đƣợc chắn, đảm bảo cƣờng độ chống đâm thủng bản, đồng thời làm giảm nhịp tính tốn làm mô men đƣợc phân cách đặn theo bề rộng + Sàn phẳng không dầm: yêu cầu kiến trúc, thiết kế không mũ cột gọi sàn phẳng không dầm + Xác định chiều dày sàn a/ Hệ sàn khơng dầm có mũ cột (sàn nấm) Sàn nấm thƣờng dùng cho lƣới cột vuông hay chữ nhật với tỷ lệ cạnh l2/l1 ≤ 1,5 Chiều dày sàn có mũ cột ác định từ điều kiện chọc thủng tiết diện quanh chu vi mũ cột đồng thời đảm bảo điều kiện liên kết với mũ cột nhƣng không nhỏ 180mm Kích thƣớc mũ cột dạng nấm theo hai phƣơng y cần thỏa mãn điều kiện chọc thủng sau : Q ≤ Rbtbh0 + 0,80(RswAsw + Rs,ineAs,inesin450) (1.1) Ở : Rsw, Rs,ine – tƣơng ứng cƣờng độ tính tốn cốt đai cốt iên cắt ngang mặt tháp chọc thủng ; Asw, As,ine - Tƣơng ứng tổng diện tích cốt đai cốt iên ; b – chu vi trung bình tháp chọc thủng đƣợc ác định nhƣ sau : b = x (x + y + h0) (1.2) Q = q x [l1 x l2 – x (x+h0)(y+h0)] (1.3) Trong : h0 - chiều cao tính tốn ; Rbt – cƣờng độ chịu kéo tính tốn bê tông ; q – tổng tải trọng phân bố sàn l1, l2 – kích thƣớc lƣới cột b/ Sàn phẳng không dầm Chiều dày sàn phẳng không dầm đƣợc chọn theo điều kiện chọc thủng chu vi tiết diện trung bình tháp chọc thủng kể từ tiết diện mép cột, hình (1.14) theo cơng thức (1.4), chƣa ét tới cốt iên lực nén trƣớc tao cáp đặt phạm vi tháp chọc thủng : Q ≤ Rbtbh0 + 0,8RswAsw (1.4) Trong : RswAsw – khả chống cắt toàn đai cắt ngang mặt tháp chọc thủng bố trí dầm chìm đầu cột nhƣ hình 2.6c,d,e) Rbt – cƣờng độ chịu kéo tính tốn bê tơng sàn ; b – chu vi trung bình tháp chọc thủng đƣợc ác định nhƣ sau : b = x (ac + bc + 2h0) (1.5) h0 = hs – a hs – chiều dày sàn, a – khoảng cách từ mép sàn tới trọng tâm cốt thép chịu kéo ; ac, bc – kích thƣớc tiết diện cột đỡ sàn + Ứng dụng sàn phẳng bê tông ƯLT Sàn bê tơng ứng lực trƣớc hay gọi sàn khơng dầm (sàn phẳng) đƣợc sử dụng rộng rãi kết cấu nhà nhiều tầng Việc ứng dụng sàn phẳng cơng trình cao tầng phát huy nhiều ƣu điểm nhƣ: Tăng tƣơng đối chiều cao thông tầng, tạo đƣợc độ phẳng không gian trần đẹp; độ bền cơng trình cao; thi cơng nhanh; sử dụng khơng gian linh hoạt… Sàn ứng lực trƣớc có khả vƣợt nhịp lớn, hiệu nhịp từ 8-12m, kinh tế nhịp 9m CHƢƠNG TÍNH TỐN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG ƢLT 2.1 Các phƣơng pháp tính tốn nội lực sàn phẳng BTCT Phân tích sàn phẳng BTCT chủ yếu dựa theo phƣơng pháp sau:  Phƣơng pháp trực tiếp  Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng  Phƣơng pháp phần tử hữu hạn Trong ba phƣơng pháp trên, kết cấu sàn phẳng đƣợc phân tích dƣới tác dụng tải trọng đứng (tĩnh tải hoạt tải) Các gối tựa sàn cột, vách Các gối tựa đƣợc giả thiết liên kết ngàm vị trí mức sàn dƣới so với mức sàn xét 2.1.1 Phương pháp trực tiếp Phƣơng pháp phân phối trực tiếp ác định trực tiếp giá trị nội lực dải nhịp dải cột Ở trình bày nội dung phƣơng pháp theo tiêu chuẩn ACI 318 2.1.1.1 Điều kiện áp dụng  Ổn định ngang hệ kết cấu không phụ thuộc vào làm việc liên kết cột  Các phải hình chữ nhật, có tỷ lệ nhịp dài nhịp ngắn khơng đƣợc lớn  Sàn phải có tối thiểu ba nhịp với chiều dài nhịp ấp ỉ theo phƣơng Chiều dài nhịp theo phƣơng không sai khác 1/3 chiều dài nhịp lớn  Vị trí đƣờng tim cột cột theo phƣơng không đƣợc lệch 10% so với đƣờng trục thuộc lƣới tọa độ hình chữ nhật sàn  Tất tải trọng tải trọng đứng, theo ACI-318 hoạt tải tiêu chuẩn phải tải trọng phân bố nhỏ lần tĩnh tải sử dụng  Đối với hệ sàn có dầm liên kết cột theo phƣơng, độ cứng tƣơng đối dầm phải thỏa mãn điều kiện:  Tất tải trọng tải trọng đứng, theo ACI-318 hoạt tải tiêu chuẩn phải tải trọng phân bố nhỏ lần tĩnh tải sử dụng  Đối với hệ sàn có dầm liên kết cột theo phƣơng, độ cứng tƣơng đối dầm phải thỏa mãn điều kiện: 0, với , giá trị 2 21 l l (1.6) tƣơng ứng theo phƣơng l1 l2: Ecb I b Ecs I s Ecb , Ecs - mô đun đàn hồi bê tông tƣơng ứng cho dầm (1.7) Ib , Is - mômen quán tính tƣơng ứng dầm 2.1.1.2 Quy trình tính tốn theo phương pháp phân phối trực tiếp a/ Xác định mômen tổng M0 Mô men tổng M0 cho nhịp theo phƣơng l1 tải trọng q đƣợc ác định theo công thức (1.8) (1.8) b/ Phân phối mô men cho ô Đối với nhịp trong, mô men M0 đƣợc phân phối 65% cho mô men âm 35% cho mô men dƣơng Giá trị ấp ỉ nhƣ dầm ngàm đầu chịu tải trọng phân bố dựa giả thiết góc oay điểm liên kết phía khơng đáng kể Tiết diện tới hạn mô men âm tiết diện vị trí mặt gối tựa (cột, tƣờng, mũ cột) sàn Với cột tròn, tiết diện tới hạn mô men âm nằm vị trí cạnh hình vng tƣơng đƣơng Đối với cột biên, tải trọng tác dụng lên cột phía nên gây góc oay lớn Góc oay làm giảm mơ men âm tăng mô men dƣơng nhịp gối Độ lớn góc oay cột biên phụ thuộc vào độ cứng cột tƣơng đƣơng Nếu độ cứng cột lớn so với độ cứng dầm - bản, cột ngăn cản góc oay biên ngồi sàn đóng vai trò nhƣ liên kết ngàm, tỷ lệ phân phối mô men M0 tƣơng tự nhƣ nhịp (65% gối 35% nhịp) Ngƣợc lại, độ cứng cột khơng đủ lớn, cột đóng vai trò nhƣ gối cố định Trên bảng 2.1 hệ số phân phối mô men cho trƣờng hợp liên kết khác Bảng 2.1 Hệ số phân phối mô men âm mô men dương (1) (2) (3) (4) (5) Cạnh ô Sàn có Sàn không dầm Cạnh ô dầm gối tựa đƣợc khơng gối tựa Khơng có ngàm cứng Có dầm đƣợc ngàm dầm biên biên cứng M gối 0,75 0,70 0,70 0,70 0,65 M+ 0,63 0,57 0,52 0,50 0,35 M biên 0,16 0,26 0,30 0,65 c/ Phân phối mô men cho dải nhịp dải cột Sau phân phối mô men tổng cho ô bản, cần phải phân phối mô men cho dải nhịp dải cột ô (hình 2.1) Bảng 2.2 Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải cột cho ô l2/l1 0,5 1,0 2,0 75 75 75 l2/l1=0 l2/l1≥ 90 75 45 Đối với nhịp biên, phân phối mô men phụ thuộc l2/l1, l2/l1, độ cứng chống oắn dầm biên t : EcbC Ecs I s t (1.9) C số: C 0,63 x x3 y y (1.10) với x, y cạnh ngắn cạnh dài tiết diện chữ nhật thành phần tiết diện ngang chịu oắn phạm vi chiều cao tiết diện cột (ví dụ x chiều dày bản, y chiều rộng cột) Nếu t nhỏ, ấp ỉ không, 100% mô men âm phân phối cho dải cột Nếu t 2,5 75% mơ men âm phân bố cho dải cột Trong bảng 2.3 tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải cột cho ô biên Các giá trị khác đƣợc ác định nội suy tuyến tính Bảng 2.3 Tỷ lệ % mơ men âm phân chia cho dải cột cho ô biên l2/l1 t l2/l1=0 2,5 t l2/l1≥ t t 0 2,5 0,5 100 75 100 90 1,0 100 75 100 75 2,0 100 75 100 45 2.1.2 Phương pháp khung tương đương Vì lực cắt mơ men uốn sàn tải trọng thẳng đứng tác dụng lên sàn nên phân tích độc lập sàn Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng đƣợc dùng để ác định nội lực cho sàn với số nhịp bất kỳ, nhịp khơng Theo phƣơng pháp này, tƣởng tƣợng cắt toàn sàn dọc theo đƣờng tim sàn, tạo thành khung theo phƣơng, gọi khung tƣơng đƣơng Khung tƣơng đƣơng có phần tử cột bao gồm cột tầng tầng dƣới sàn phần tử dầm có chiều rộng tính từ tâm nhịp nhau, chiều cao chiều dày sàn Cột đƣợc giả thiết ngàm đầu (hình 3.10) Phƣơng pháp đƣợc sử dụng số tiêu chuẩn thiết kế nhƣ ACI-318, BS-8110 2.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn Phƣơng pháp PTHH công cụ có hiệu lực để giải tốn từ đơn giản đến phức tạp nhiều lĩnh vực Thực chất phƣơng pháp chia vật thể biến dạng thành nhiều phần tử có kích thƣớc hữu hạn gọi phần tử hữu hạn Các phần tử đƣợc liên kết với điểm gọi nút Các phần tử phần tử liên tục phạm vi nó, nhƣng có hình dạng đơn giản nên cho phép nghiên cứu dễ dàng dựa sở số quy luật phân bố chuyển vị nội lực Kết cấu liên tục đƣợc chia thành số hữu hạn miền kết cấu có kích thƣớc nhỏ tốt nhƣng phải hữu hạn Các miền kết cấu đƣợc gọi PTHH, chúng có dạng hình học kích thƣớc khác nhau, tính chất vật liệu đƣợc giả thiết khơng thay đổi phần tử nhƣng thay đổi từ phần tử sang phần tử khác 2.2 Mơ hình cáp ứng lực trƣớc 2.2.1 Quỹ đạo cáp ứng lực trước tải trọng cân Thép ƢLT sàn căng sau thƣờng sử dụng cáp sợi có dính kết khơng Quỹ đạo cáp đóng vai trò quan trọng làm việc kết cấu bê tông ƢLT Quỹ đạo cáp thƣờng đƣợc lựa chọn tuân theo dạng biểu đồ mô men tác dụng tải trọng tiêu chuẩn nhằm đạt hiệu tốt hạn chế độ võng Thông qua độ cong cáp, ƢLT tạo tải trọng lên bê tông cân phần tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên cấu kiện Để thuận tiện cho việc phân tích kết cấu, cáp đƣợc mơ hình đƣờng cong toán học Trong thiết kế sàn bê tông ƢLT, tải trọng tác dụng lên sàn chủ yếu tải trọng phân bố đều, quỹ đạo cáp đƣợc chọn đƣờng pa bôn cáp, qua tạo tải trọng phân bố tác dụng ngƣợc lại so với tải trọng sử dụng 2.2.2 Mơ hình cáp ƯLT phương pháp PTHH Trong phƣơng pháp PTHH, cáp ƢLT cốt thép kết cấu bê tơng đƣợc mơ hình theo: mơ hình phân bố, mơ hình bao mơ hình rời rạc, liên kết cốt thép bê tơng đóng vai trò quan trọng Hầu hết mơ hình chấp nhận giả thiết lực bám dính hoàn toàn Thực giả thiết phù hợp vùng có ứng suất truyền theo bề mặt bê tông cốt thép không đáng kể Các mơ hình ác kể đến làm việc vật liệu theo cấp tải trọng, hình thành phát triển vết nứt, lực dính bê tơng cốt thép Các mơ hình phức tạp, thƣờng ứng dụng chủ yếu nghiên cứu cấu kiện Một hạn chế phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng không ét đƣợc phân bố cáp mặt sàn Khác với kết cấu dầm, cáp ứng lực trƣớc sàn đƣợc bố trí rời rạc, khoảng cách cáp thay đổi tuỳ theo dải cột hay dải nhịp Sự phân phối mô men uốn khơng đồng tồn bề rộng mà tập trung phần lớn dải cột Vì hợp l bố trí phần lớn cáp ƢLT phần dải cột phần lại đƣợc rải dải nhịp Có thể dự kiến bố trí khoảng 65-75% cáp cho dải cột, lại bố trí cho dải nhịp 2.2 Sự làm việc kết cấu siêu tĩnh ƢLT 2.3.1 Moment thứ cấp 10 Phƣơng pháp cân tải trọng đƣợc sử dụng cho dầm liên tục nhịp không nhịp, với giá trị tải trọng cân khác nhịp dầm 2.4 Một số yêu cầu cấu tạo 2.4.1 Cốt thép thường bổ sung Cốt thép thƣờng đƣợc bố trí cấu kiện betong Ƣ LT nhằm : - Tăng khả chịu moment uốn cấu kiện - Hạn chế vết nứt co ngót chênh lệch nhiệt độ - Hạn chế vết nứt uốn 2.4.2 Bố trí cáp phân phối mơ men uốn khơng đồng toàn bề rộng mà tập trung phần lớn dải cột Vì hợp l bố trí phần lớn số lƣợng cáp phạm vi dải cột phần lại đƣợc bố trí dải nhịp Đối với dải nhiều nhịp, dự kiến (65÷75)% mơ men theo phƣơng đƣợc truyền dải cột, thƣờng chọn 70%, 70% số cấp đƣợc bố trí tập trung khu vực Bề rộng dải cột lấy hai phía cột khoảng ¼ nhịp ngắn Hình 2.14 Bố trí cáp theo biểu đồ mơ men Một số nghiên cứu cho thấy thay đổi cách phân bố cáp theo hình 3.25 ảnh hƣởng khơng đáng kể đến trạng thái chịu lực, biến dạng số lƣợng cáp không đổi Tuy cách bố trí (65-75)% số lƣợng cáp dải cột tỏ hiệu hơn, đặc biệt cải thiện đáng kể khả truyền lực cắt từ vào cột Khi bố trí cáp cần lƣu vấn đề sau : + Số lượng cáp tối thiểu qua gối tựa : + Khoảng cách cáp + Độ uốn cong cáp + Khoảng cách gối đỡ thi cơng cáp 11 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN Các thơng số tốn : 3.1 Số liệu kích thƣớc sàn - Tiêu chuẩn áp dụng là: Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-2008 3.2 Số liệu vật liệu sử dụng - Bê tơng có fc’ = 24 MPa Cƣờng độ bê tông thời điểm căng cáp tạo ứng lực trƣớc là: f’ci = 0,8 × 24MPa =18 MPa - Cáp T15 khơng dính kết có đặc trƣng sau: Diện tích danh định Aps = 140 mm2 = 1,4 cm2 Giới hạn bền fpu = 1860 MPa; Giới hạn chảy fpy = 1670 MPa Mô đun đàn hồi Eps = 2×105 MPa - Thiết bị tạo ứng lực trƣớc với độ chuyển dịch neo cho phép 6mm - Chọn ứng suất căng trƣớc fpi = 0,75fpu ; fpi=0,75 × 1860 = 1488 MPa Thỏa mãn theo yêu cầu Tiêu chuẩn ACI không đƣợc lớn 0,94fpy 0,8fpu - Cốt thép thƣờng có fy= 390Mpa; fu = 500MPa 3.3 Xác định thông số thiết kế, chiều dày tải trọng: a Chọn chiều dày sàn - Nhằm hạn chế nứt, biến dạng chọn chiều dày sàn theo công thức (L/45-L/40) - Lmax = 10m => hs =(0.22-0.25)m chọn hs = 0.25m = 250mm b Tải trọng tác dụng lên sàn Tải trọng thân sàn gswsan = 6,25 kN/m2 Tải trọng tƣờng gtct = 2,2 kN/m2 Tải trọng lớp hoàn thiện hệ thống kỹ thuật gtcht = 1,5 kN/m2 12 Hoạt tải tiêu chuẩn sàn phòng ptcht = 1,5 kN/m2 Hoạt tải tiêu chuẩn hành lang ptchl = kN/m2 c Cấu tạo sơ cáp Các yêu cầu cấu tạo cáp Lớp bảo vệ tối thiểu để chống ăn mòn cốp thép = 25 mm Chống cháy 1.5h = 25 mm lấy lớp bảo vệ 25 mm Sử dụng bó cáp gồm sợi cáp 15.24 mm vỏ bọc cáp ống với gờ oắn hình ốc đƣợc làm từ thép mạ kẽm rộng 36mm, dày 0.30mm Kích thƣớc vỏ bọc 75 20 Xét bố trí lớp thép cấu tạo phi 12 Phƣơng truc A-D: cáp nằm dƣới Khoảng cách từ trọng tâm cáp tới mép bê tông a = (25+24+12/2)=55 mm Độ lệch tâm cáp tính từ trọng tâm cáp tới trọng tâm sàn: 125-55 = 70mm Độ chùng lớn nhịp f = 70+70 = 140 mm Độ chùng lớn nhịp biên f = 70+70/2 = 105 mm Phƣơng truc 1-6: cáp nằm trên: a = (25+24+12/2+20) = 75mm Độ lệch tâm cáp tính từ trọng tâm cáp tới trọng tâm sàn 125-75 = 50 Độ chùng lớn nhịp f = 50+50 = 100 mm Độ chùng lớn nhịp biên f = 50+50/2 = 75 mm Tính hao ứng suất Chọn ứng suất căng ban đầu : fpi ≤ 0,8fpu = 0,8 1860 = 1488 (Mpa) fpi ≤ 0,94fpy = 0,94 1670 = 1570 (Mpa) Lấy -pi = 0,75fpu = 0,75 x 1860 = 1395(Mpa) - Hao ứng suất ma sát : Ứng suất trung bình sau hao ma sát : Hao ứng suất ma sát thông số nhà sản uất 2,5%/10m dài fp = 1333.97 (Mpa) - Hao ứng suất biến dạng neo : Sau thả neo, cho phép biến dạng 6mm : f = 34,35(Mpa) Ứng suất trung bình sau hao ma sát biến dạng neo : f2 = fp - - = 1333,97 – 34,35 = 1299,62(Mpa) Hao ứng suất nguyên nhân khác : lấy 20% f2 : 20% f2 = 20% x 1299,62 = 259,924(Mpa) Ứng suất hiệu : fse = f2 – 20%f2 = 1299,62 – 259,924 = 1039,67(Mpa) Thiết kế hình dạng cáp: 13 Kiểu cáp Parabol, với vị trí cao cột (điểm B, C), vị trí cáp thấp nhịp (L1, L2, L3), vị trí neo đầu cáp điểm trung hòa (điểm A, D), nhƣ hình dƣới đây: Xác định tung độ cáp: Vị trí cáp thiết kế (CGS) Diễn giải cách tính Tung độ cáp TK (y = mm) Vị trí đầu neo hs/2 125 Vị trí cáp cột hs – a 210 Vị trí cáp nhịp A 40 Vị trí cáp biên A 40 K/cách a1 127.5 K/cách a2 170 Chú ý: - Tung độ Y tính từ đáy sàn đến tâm cáp ULT - Khoảng cách a1, a2 tính từ tâm cáp ULT đến tải cân (đường nét đứt hình trên) Tính số cáp - Sử dụng phƣơng pháp cân tải trọng Cân 90% TLBT sàn kết chọn sơ số cáp cáp nhƣ sau - Do nhịp theo phƣơng nhịp thep phƣơng y nên sơ số lƣợng cáp cho khung theo phƣơng y - Ta có trọng lƣợng thân tiêu chuẩn sàn là: 6,25KN/m2 - Ứng suất kéo cáp là: 0,8 fu= 0,8 1860 = 1488 Mpa - Lực kéo tối đa sợi cáp: 140 1488 = 208320 N = 208,3 KN - Sơ chọn cáp theo phƣơng y (nhịp 9m) - Tải trọng phân bố dãy theo phƣơng y là: 6,25 10 = 62,5 KN/m - Tải trọng cân 90%TLBT  q= 0,9 x 62,5 = 56,25 KN/m q=56,25 KN/m 9m Sơ đồ tính sơ cáp phƣơng Y 14 q.L2 56, 25.92 M= = = 569,5 KN.m 8 M bal = N.e = 208,3.0,07 = 14,6 KN.m Số cáp dãy là: n= M 569,5 = = 39,3 Mbal 14,6 sợi Chọn bố trí 40 sợi bố trí.(8 bó cáp, bó sợi) + Dãy cột bố trí 75% số lƣợng cáp:0,75 40 = 30 sợi (6 bó cáp) + Dãy nhịp bố trí 25% số lƣợng cáp:0,25 40 = 10 sợi (2 bó cáp) - Sơ chọn cáp theo phƣơng (nhịp 10m) - Tải trọng phân bố dãy theo phƣơng y là: 6,25 = 56,25 KN/m - Tải trọng cân 90%TLBT  q= 0,9 x 56,25 = 50,63 KN/m q=50,63 KN/m 10 m Sơ đồ tính sơ cáp phƣơng X q.L2 50,63.102 M= = = 632,8 KN.m 8 M bal = N.e = 208,3.0,07 = 14,6 KN.m Số cáp dãy là: n= M 632,8 = = 43 Mbal 14,6 sợi Chọn bố trí 40 sợi bố trí.(8 bó cáp, bó sợi) + Dãy cột bố trí 75% số lƣợng cáp:0,75 40 = 30 sợi (6 bó cáp) + Dãy nhịp bố trí 25% số lƣợng cáp:0,25 40 = 10 sợi (2 bó cáp) 3.4 Phân tích tìm nội lực kết cấu: a/ Phân tích theo cách chia dải cột giải nhịp tương tự sàn bê tông cốt thép thường: 15 b/ Phân tích theo cách chia dải rộng bước khung “full strip”: Dùng phần mềm Safe 12.3.2 để tính tốn nội lực : Khai báo trường hợp tải trọng 16 Khai báo trường hợp tổ hợp tải trọng Tổ hợp nội lực Tham khảo mục 9.2 tiêu chuẩn ACI 318-08 phân tích làm việc sàn ƢLT tuỳ theo giai đoạn làm việc sàn ứng lực trƣớc mà tính tốn kiểm tra với “ tổ hợp tải trọng sau” Tính tốn giai đoạn truyền ƢLT 1xTT + 1xPT-TRANFER Tính tốn giai đoạn sử dụng 1xTT + 1xHT +1xPT-FINAL Tính tốn giai đoạn tới hạn 1,2xTT + 1,6xHT + 1PTF.HPT 1,4xTT + 1xPTF.HPT Trong đó: + TT : tĩnh tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn + PT-TRANFER : tải trọng ứng lực trƣớc gây sau trừ tổn hao ngắn hạn + PT-FINAL : tải trọng ứng lực trƣớc gây sau trừ tổng tổn hao ứng suất + HT : hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn + HPT : thành phần thứ cấp ứng lực trƣớc 17 Thiết kế cáp cho sàn Mô hình khung + Nội lực heo cách chia theo dải cột dải nhịp tương tự sàn bê tông cốt thép thường Moment dãy cột giai đoạn thả cáp (transfer) – theo phương Y – trục3 18 Moment dãy nhịp giai đoạn thả cáp (transfer) – theo phương Y Moment dãy nhịp giai đoạn sử dụng (service) – theo phương X + Nội lực the cách chia dải rộng bƣớc khung “full strip” Moment dãy cột giai đoạn thả cáp (transfer) – theo phương Y – trục3 19 Moment dãy nhịp giai đoạn sử dụng (service) – theo phương X - trục Bố trí thép tăng cường chia dải tương tự sàn BTCT thường 20 Bố trí thép tăng cường chia dải rộng bước khung Chuyển vị sàn * Kiểm tra ứng suất +W bh 5.0, 252 0,052 m3 + A = b.h = 5.0,25 = 1,25 m2 + Giai đoạn sau truyền Kiểm tra với tổ hợp : TT + PTT Kiểm tra ứng suất cho dải cột 21 f P A M S f Trong đó: + Ứng suất nén cho phép: 0,6f’ci= 0,6 x 18= 10,8 Mpa = 10,8 (N/m2) + Ứng suất kéo cho phép 0.25√f’ci = 0.25 √18 = 1.06 (Mpa) = 1.06 (N/m2) + P = n x Acap x f = 30 x 140 x 1299,62 x 10-3 = 5458 kN + (MTT+ MPTT) max = 89,91 kNm Kiểm tra ứng suất nén : Kiểm tra ứng suất kéo Kiểm tra ứng suất cho dải nhịp + P = n x Acap x f = 10 x 140 x 1299,62 x 10-3 = 1819 kN + (MTT+ MPTT)max = 213,4 kNm Kiểm tra ứng suất nén: Kiểm tra ứng suất kéo: + Giai đoạn sử dụng Kiểm tra với tổ hợp : TT+HT+PTF Kiểm tra ứng suất cho dải cột f P A M S f Trong đó: + Ứng suất nén cho phép: 0,45f’c= 0,45x24= 10,8 MPa + Ứng suất kéo cho phép 0,5 f c' 0,5 24 2, 45 Mpa + P = n x Acap x f se = 30 x 140 x 1039,67 x 10 = 4366,6 kN + (MTT+ MPT)max = 296,57 kNm Kiểm tra ứng suất nén -3 22 Kiểm tra ứng suất kéo Kiểm tra ứng suất cho dải nhịp + P = n x Acap x f se = 10 x 140 x 1039,67 x 10-3 = 1455,5,6 kN + (MTT+ MPT)max = 182,99 kNm 183kNm Kiểm tra ứng suất nén : Kiểm tra ứng suất kéo : Tính tốn cốt thép thƣờng gia cƣờng Ta có: fc = 6,09 MPa, ft = 2,64 MPa, fy = 390 MPa, h = 250 Nc = 2,64 x 75,9/2 x 5000 = 500940N = 500,KN As = Nc/0.6fy = 500940/(0.6x390) = 21,4cm2 Chọn 20 12a250 (As = 22,62 cm2) Giai đoạn sử dụng không phát sinh ứng suất kéo bê tông nên khơng cần tính tốn cốt thép, đặt thép theo cấu tạo 12a300 để hạn chế độ vồng cho công tác thi cơng Vậy bố trí lớp 12a300 lớp dƣới + Giai đoạn sử dụng Kiểm tra với tổ hợp : TT+HT+PTF Kiểm tra ứng suất cho dải cột f P A M S f Trong đó: + Ứng suất nén cho phép: 0,45f’c= 0,45x24= 10,8 MPa + Ứng suất kéo cho phép 0,5 f c' 0,5 24 2, 45 Mpa + P = n x Acap x f se = 40 x 140 x 1039,67 x 10-3 = 5822,2 kN + (MTT+ MPT)max = 179,98kNm 180kNm Kiểm tra ứng suất nén 23 Kiểm tra ứng suất kéo Giai đoạn sau truyền giai đoạn sử dụng không phát sinh ứng suất kéo bê tơng nên khơng cần tính tốn cốt thép, đặt thép theo cấu tạo 12a300 để hạn chế độ vồng cho cơng tác thi cơng Vậy bố trí lớp 12a300 lớp dƣới Nhận xét : - Theo phƣơng án chia dải sàn thành dải cột dải nhịp theo phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng, lƣợng thép thƣờng cần bổ sung As = 21,4 cm2, lƣợng thép khơng cần thiết sử dụng dải tính tốn rộng bƣớc khung “full strip” nhƣ thực tế sử dụng theo phần mềm PTHH - Trong thí dụ tính tốn chọn tải trọng cân lớn, nên số lƣợng cáp lớn Khi chọn tải trọng cân nhỏ hơn, khác biệt lƣợng thép cách lựa chọn dải chia tính tốn lớn kiểm tra điều kiện sử dụng khả chịu lực sàn 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu khảo sát luận văn rút kết luận sau : - -Sàn bê tông ƢLT giải pháp phù hợp cho kết cấu nhà cao tầng cơng trình cần khơng gian nhịp lớn, đáp ứng đƣợc khống chế độ võng bề rộng vết nứt - - Từ kết phân tích thí dụ tính tốn : theo phƣơng án chia dải sàn thành dải cột dải nhịp theo phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng, lƣợng thép thƣờng cần bổ sung As = 21,4 cm2, lƣợng thép không cần thiết sử dụng dải tính tốn rộng bƣớc khung “full strip” nhƣ thực tế sử dụng theo phần mềm PTHH Đây vấn đề tranh luận thực tế tƣ vấn thiết kế nay, kể thiết kế tƣ vấn nƣớc - - Độ võng sàn phân tích cách giống - - Trong thí dụ tính tốn chọn tải trọng cân lớn, nên số lƣợng cáp lớn Khi chọn tải trọng cân nhỏ hơn, khác biệt lƣợng thép cách lựa chọn dải chia tính tốn lớn kiểm tra điều kiện sử dụng khả chịu lực sàn Kiến nghị Hiện nay, việc thiết kế, ây dựng cơng trình cao tầng nhu cầu cần thiết nƣớc ta, việc sử dụng phần mềm tính tốn quan trọng Cần đƣa quy trình thiết kế sàn phẳng bê tơng ứng lực trƣớc cần em ét đến làm việc sàn phẳng phân tích nội lực theo dải chia mơ hình tính tốn ... bê tông chịu kéo dƣới tác động bên ngồi Việc nén trƣớc bê tơng nhƣ tạo dạng kết cấu bê tông – kết cấu bê tông dự ứng lực Kết cấu bê tơng cốt thép ứng lực trƣớc, gọi kết cấu bê tông cốt thép ứng. .. tiết diện cột đỡ sàn + Ứng dụng sàn phẳng bê tông ƯLT Sàn bê tông ứng lực trƣớc hay gọi sàn khơng dầm (sàn phẳng) đƣợc sử dụng rộng rãi kết cấu nhà nhiều tầng Việc ứng dụng sàn phẳng công trình... cốt thép ứng lực trƣớc, hay bê tông tiền áp, bê tông dự ứng lực kết cấu bê tông cốt thép sử dụng kết hợp ứng lực căng cao cốt thép ứng lực trƣớc sức chịu nén bê tông để tạo nên kết cấu biến dạng