Thiết kế sàn bê tông cốt thép trong hệ kết cấu liên kết với cột ống thép nhồi bê tông sử dụng phương pháp khung tương đương

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH TIẾN KHANG THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG HỆ KẾT CẤU LIÊN KẾT VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP KHUNG TƢƠNG ĐƢƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 85 80 201 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Phản biện 1: PGS.TS TRẦN QUANG HƢNG Phản biện 2: TS NGUYỄN HUY GIA Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chun ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 11 năm 2019 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, cơng trình nhà cao tầng Việt Nam chủ yếu sử dụng kết cấu truyền thống kết cấu thép kết cấu bê tông cốt thép Một giải pháp kết cấu hợp lý đem lại ý nghĩa lớn mặt kĩ thuật hiệu sử dụng cho cơng trình Hệ kết cấu kết hợp cột ống thép nhồi bê tông (CFST) sàn phẳng bê tông cốt thép giải pháp hiệu thay cho kết cấu truyền thống ưu điểm vượt trội mặt kỹ thuật thi công cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép như: + Với cột CFST: bố trí thép bê tơng mặt cắt ngang tối ưu hóa cường độ độ cứng tiết diện Thép nằm chu vi bên ngồi, nơi làm việc hiệu việc chịu kéo chống lại mô men uốn Độ cứng cột CFST tăng cường đáng kể thép có mơ đun đàn hồi lớn nhiều so với bê tông nằm xa trọng tâm, nơi đóng góp lớn vào mơ men qn tính Bê tơng tạo thành lõi lý tưởng để chịu tải trọng nén làm trì hỗn, ngăn chặn vênh cục ống thép, đặc biệt cột CFST hình chữ nhật Về mặt cơng nghệ cột ống thép nhồi bê tông dễ thi công, không cần hệ thống coffa nên rút ngắn thời gian thi công xây dựng cơng trình + Kết cấu sàn phẳng xem giải pháp sàn hợp lý làm giảm chiều cao tầng, tăng số tầng sử dụng thuận tiện cho thi công đẩy nhanh tiến độ xây dựng, thuận lợi cho việc bố trí đường ống thiết bị kĩ thuật, dễ dàng thơng gió linh hoạt bố trí mặt Như vậy, hệ kết cấu sàn phẳng cột ống thép nhồi bê tông phù hợp để sử dụng làm kết cấu cho nhà cao tầng Hiện nay, nghiên cứu liên kết sàn - cột thực Tuy nhiên, việc ứng dụng vào thực tế cịn khó khăn chưa có hướng dẫn thiết kế chi tiết Sự có mặt chi tiết liên kết ảnh hưởng đến phân bố độ cứng sàn gây khó khăn cho tính tốn thiết kế sàn Hơn nữa, phần mềm thiết kế kết cấu SAP2000 chưa thể mô đồng thời liên kết sàn - cột CFST để thực phân tích Do đó, luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế sàn theo hướng thực hành Đấy lý để thực đề tài: “Thiết kế sàn bê tông cốt thép hệ kết cấu liên kết với cột ống thép nhồi bê tông sử dụng phương pháp khung tương đương” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan cột CFST, sàn phẳng , phương pháp thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép - Nghiên cứu thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép theo phương pháp khung tương đương có xét đến ảnh hưởng liên kết cột ống thép nhồi bê tông – sàn phẳng BTCT - Thực tính tốn thiết kế sàn phẳng theo phương pháp khung tương đương hệ kết cấu cột CFST – sàn phẳng BTCT Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hệ kết cấu kết hợp cột CFST với sàn phẳng bê tông cốt thép - Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế sàn phẳng BTCT theo phương pháp khung tương đương cho khung trục có xét đến chi tiết liên kết cột CFST – sàn Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng khung tương đương hệ kết cấu kết hợp cột CFST – sàn phẳng BTCT sử dụng chi tiết liên kết Shear head Kết dự kiến - Thiết lập trình tự thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép theo phương pháp khung tương đương có xét đến ảnh hưởng liên kết cột ống thép nhồi bê tông – sàn phẳng BTCT - Ví dụ tính tốn thiết kế sàn cho khung trục Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT CFST, SÀN PHẲNG BTCT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BTCT 1.1 Tổng quan cột ống thép nhồi bê tông 1.1.1 Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.2 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.3 h n ng áp dụng 1.2 Sàn phẳng bê tông cốt thép 1.2.1 Sàn phẳng BTCT thường 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng lực trước 1.2.3 Sàn nấm (sàn phẳng có mũ cột) 1.3 Tính tốn nội lực sàn phẳng 1.3.1 Phương pháp phân phối trực tiếp 1.3.2 Phương pháp khung tương đương 1.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 1.4 Kết luận chƣơng CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP KHUNG TƢƠNG ĐƢƠNG THIẾT KẾ SÀN TRONG HỆ KẾT CẤU KẾT HỢP CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VỚI SÀN PHẲNG Như phân tích chương 1, hệ kết cấu cột ống thép nhồi bê tông - sàn phẳng BTCT giải pháp kết cấu hợp lý cho nhà cao tầng Điều kiện để kết hợp hai loại kết cấu vấn đề liên kết cột sàn phẳng Do đó, với có mặt chi tiết liên kết ảnh hưởng đến phân bố độ cứng sàn vị trí liên kết gây ảnh hưởng đến ứng xử sàn khác với sàn phẳng BTCT Hơn nữa, phần mềm thiết kế kết cấu SAP2000, SAFE chưa thể mô đồng thời liên kết sàn cột CFST để thực phân tích Với phương pháp thiết kế sàn nay, phương pháp khung tương đương hợp lý cho việc xác định nội lực sàn chịu tải trọng đứng áp dụng cho hệ kết hợp cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng Chương trình bày cách xác định nội lực sàn phẳng liên kết với cột CFST sử dụng Shear head phương pháp khung tương đương đề xuất việc xác định nội lực sàn sử dụng phần mềm SAP2000 2.1 Phân tích khung tƣơng đƣơng hệ kết cấu kết hợp cột ống thép nhồi bê tơng với sàn phẳng 2.2 Tính tốn độ cứng truyền mô men ngàm l2 2.3 Đặc điểm dầm l1 l1 ng tư ơng đ ương Khu l1 l1 Cột CFST IB h IB Bản BTCT Shear head IA IA c1 c1 a) Khung tương đương với cột CFST - sàn EI2 EI2 EI1 c1 c1 b) Sự thay đổi EI dọc theo hệ dầm h l2 c) Mặt cắt ngang sử dụng tính I - Mặt cắt A-A Shear head h l2 d) Mặt cắt ngang sử dụng tính I 2- Mặt cắt B-B Hình 2.7 Tính giá trị EI sàn phẳng BTCT liên kết cột CFST 2.4 Đặc điểm cột A I= I= Ic lc Ec Ic A Ic lc I= I= B Ec Ic B a) Coät - sàn phẳng BTCT Biểu đồ độ cứng cột b) Cột CFST - sàn BTCT Hình 2.8 Tính tốn độ cứng cột Kc Biểu đồ độ cứng cột 2.5 Các cấu kiện xoắn cột tƣơng đƣơng A' B' C D A B a) Khung cột A' A' Cấu kiện chịu xoắn liên kết C C A A b) Cộ t mép Hình 2.10 Hoạt động khung xoắn cấu kiện biên Kec = M/ góc quay trung bình dầm biên (2.2) θce = θc + θt, trung bình (2.3) K ec (2.4) Kc Kt l2 (l2 /2) (1-c2 /l2) c2 h (l2 /2)(1-c2 /l2) Baûn BTCT Cột CFST a) Cột cấ u kiệ n chịu xoắn liên kết 2/l2 b) Sự phân bố góc xoắn chiều dài đơn vị dọc theo đườ ng tâ m cột T=1/2 (1-c2 /l2) c) Biểu đồ mô men xoắn T=1/2 2/l2 b) Sự phân bố góc xoắn chiều dài đơn vị dọc theo đườ ng tâ m cột T=1/2 (1-c2 /l2) T=1/2 c) Biểu đồ mô men xoắn = (1-c2 /l2) 2CG d) Sự thay đổi góc chiều dài đơn vị Hình 2.11 Xác định Kt t , đầu c (1 c2 / l2 ) l2 2CG l2 (2.5) l2 (1 c2 / l2 )3 6CE l2 (1 c2 / l2 )3 t ,trungbinh 18CE (2.6) t , đầu Kt (mộ t cá nh tay ñoø n) (2.7) EC l2 (1 c2 / l2 )3 (2.8) EC l2 (1 c2 / l2 )3 Kt (2.9) h Shear head h Coät BTCT Coät CFST c2 c2 Hình 2.12 Các cấu kiện chịu xoắn C 0.63 x x3 y y y2 y2 y1 x1 x2 y1 (2.10) x2 x1 Hình 2.13 Sự phân chia cấu kiện để xác định C Với trường hợp có shear head, khả chịu xoắn tiết diện nâng cao Lúc hệ số C tính cho tiết diện bê tơng tiết diện ngang shear head Để đơn giản cho tính tốn, tiết diện shear head quy đổi vể tiết diện bê tơng tương đương Hình 2.14 minh họa cách xác định C cho trường hợp tiết diện có Shear head + x1 = x1 Shear head h Coät CFST c2 y1 Tiết diện bê tông y1 Tiết diện Shear head quy đổi tiết diện bê tông Hình 2.14 Xác định C cho trường hợp tiết diện xoắn có Shear head Vậy số xoắn C xác định cho trường hợp tiết diện xoắn có Shear head là: CCFST C1 C2 lv 0.5l2 (2.11) Trong đó: C1 hệ số xoắn cho tiết diện bê tơng (Hình 2.14); C hệ số xoắn xác định cho tiết diện Shear head quy đổi; l v chiều dài shear head 2.6 Sự phân chia mô men cho dải cột, dải Thông số xác định độ cứng tương đối dầm sàn xác định theo biểu thức: α E cb I b E cs Is (2.12) Khả liên kết kháng xoắn dầm phản ánh qua thông số βt βt E cb C 2E cs Is (2.13) 10 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN Trong chương sử dụng lý thuyết khung tương đương phân tích chương để xác định nội lực sàn chịu tải trọng đứng áp dụng cho hệ kết hợp cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng BTCT Thực phân tích khung tương đương phần mềm thiết kế kết cấu SAP2000 Bên cạnh thực tính tốn cấu tạo cốt thép cho sàn theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 3.1 Ví dụ thiết kế sàn theo phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng Cho mặt sàn Hình 3.1 gồm nhịp theo phương X nhịp theo phương Y với nhịp rộng 9m Chiều cao tầng 3,6 mét, có thiết kế lỗ mở cho cầu thang máy Giải pháp kết cấu sử dụng gồm sàn phẳng bê tông ứng lực trước cột ống thép nhồi bê tông Chi tiết liên kết sàn – cột sử dụng hệ Shear head tiết diện chữ H hàn trực tiếp vào bề mặt cột Kích thước hệ Shear-head chọn thỏa mãn yêu cầu khả chống chọc thủng cho sàn Hình 3.2 9000 4500 9000 4500 2100 4800 9000 2500 3600 2900 9000 27000 2100 C(500X500) C(500X500) 9000 9000 9000 36000 Hình 3.1 Mặt sàn 9000 11 Coät CFST Coät CFST Shear-head Cột CFST Shear-head Shear-head Cột ống thép Cột ống thép Cột ống thép 500×500×12 500×500×12 500×500×12 400 400 400 H100x100 H100x100 12 H100x100 400 400 100 400 450 400 A-A 12 AI 100 476 AI 500 50 100 50 84 450 400 500 12 476 500 12 Hình 3.2 Các chi tiết liên kết cột CFST – sàn phẳng BTCTC Chiều dày sàn lựa chọn 1/40~1/45 nhịp hs = 200mm Tiết diện cột ống thép nhồi bê tơng chọn 0.5m × 0.5m Kích thước Shear head vươn khỏi mặt cột đoạn lv = 400mm Tiết diện ngang shear head chọn thép hình chữ H số hiệu H100 bố trí vào giữ chiều cao sàn Vật liệu sử dụng: Bêtơng B20 có Rb=11.5(MPa), mơ đul đàn hồi Ec 2.7 104 (MPa) Ống thép R s(CFT) 235(MPa) , mơđun đàn hồi Es=2.1×10 (MPa) Cốt thép sàn R s 365(MPa) , mơđun đàn hồi Es = 2.1×105 (MPa) Tổng tải trọng tính tốn (tĩnh tải hoạt tải) sàn: w = g + p = 800daN/m2 12 Yêu cầu: Xác định nội lực theo phương pháp khung tương đương (EFM) cho khung trục Tính tốn bố trí cốt thép cho sàn Bƣớc Phân tích khung Khung tương đương gồm cột tầng trên, cột tầng dải có kích thước 4.5m (lấy từ tim nhịp đến tim nhịp kia) Tại vị trí liên kết cột sàn sử dụng shear – head, có mặt shear head đóng vai trò mũ cột lớn gối tựa tiếp nhận tải trọng truyền vào cột Do cần xác định kích thước mũ cột sau Theo ACI 318-11, với chi tiết liên kết sử dụng Shear-head chu vi tiết diện tới hạn lấy cách mặt cột đoạn 3/4l v Để đơn giản cho tính toán, quy đổi chu vi tới hạn thành mũ cột có tiết diện hình vng hình vẽ Sự quy đổi dựa diện tích tương đương Chu vi tới hạn quy đổi A 840 420 200 420 100 840 100 A Coät CFST 250 250 300 400 420 A-A 420 840 400 Chu vi tới hạn quy đổi 420 550 300 400 250 250 300 400 840 400 420 100 740 250 1100 500 200 300 400 B B 420 Cột CFST B-B 420 840 400 500 400 Hình 3.3 Quy đổi chu vi tới hạn Shear head Thực quy đổi tiết diện ngang shear head thành tiết diện bê tông tương đương Điều kiện quy đổi dựa phân bố độ cứng tương đương Tỉ số mô đul đàn hồi thép bê tơng là: n Es / Ec 7.78 13 Diện tích tiết diện ngang Shear head quy đổi tiết diện bê tông: As nAsh 7.78 2190 17033mm2 Tiết diện bê tông quy đổi đặt chiều cao sàn với kích thước tương ứng b×h = 170.33 × 100(mm) Tính mơ men qn tính tiết diện kết hợp bê tông – shear head I sc 840 2003 12 170.33 1003 12 574.2 106 mm4 200 3600 Bƣớc 2: Tính hệ số phân phối mơ men dầm – 3600 l1 = 9000 l1 = 9000 l = 9000 B D C l2 = 9000 A l1 = 9000 l1 = 9000 A l = 9000 B D C Hình 3.4 Mơ tả khung tương đương trục Trong nhịp A4-B4: Có c1=500mm, l1=l2= 9000mm, c2 = 500mm - Tỉ số: c1 l1 c2 l2 500 9000 0.0555 - Nội suy Bảng 3.2 được: - Mô men ngàm: M - Độ cứng: K A4 B4 0.084wl2l12 KB4 - Hệ số truyền là: COFA4 A4 B4 4.0575Ec I1 l1 COFB A4 2.7 106 Ec 0.50381 Nhịp B4-C4: Có c1=500mm, l1 = l2= 9000mm, c2 = 500mm 14 - Nội suy bảng tra 3.2 được: - Mô men ngàm: M - Độ cứng: K B C4 0.084wl2l12 KC - Hệ số truyền là: COFB B4 4.0575Ec I1 l1 C4 COFC B4 2.7 106 Ec 0.50381 - Với mô men quán tính I1 tính cho tiết diện chữ nhật nhịp có kích thước l2 ×h = 9000×200(mm) l2 h3 12 I1 9000 2003 12 109 mm4 Bảng 3.2 Hệ số phân bố mô men cho c1/l1 0,05 0,00 0,083 4,000 0,500 0,083 4,000 0,500 M k COF M k COF 0,10 c2/l2 0,10 0,084 4,093 0,507 0,085 4,182 0,513 0,05 0,084 4,047 0,503 0,084 4,091 0,506 0,15 0,084 4,138 0,510 0,085 4,272 0,519 0,20 0,085 4,181 0,513 0,086 4,362 0,524 0,25 0,085 4,222 0,516 0,087 4,449 0,530 Bƣớc Xác định hệ số phân bố mô men cho hệ cột tƣơng đƣơng * Xét cột biên: - Xác định mặt cắt ngang cấu kiện chịu xoắn + 200 = 100 Shear head 200 Coät CFST 500 Cột biên 500 Tiết diện bê tông 170.3 Tiết diện Shear head quy đổi tiết diện bê tông Hình 3.5 Các cấu kiện chịu xoắn liên kết cho cột biên C C1 C2 lv 0.5l2 Tính C1 với x = 200mm; y = 500mm 15 C1 0.63 x x3 y y 0.63 200 2003 500 500 997.33 106 mm4 Tính C2 với x = 100mm; y = 170.3mm C2 0.63 x x3 y y 0.63 100 1003 170.3 170.3 35.8 106 mm4 Tính C với lv = 400mm; l2 = 9000mm C C1 C2lv 0.5l2 997.33 106 35.8 106 400 109 mm4 0.5 9000 Tính ΣKt: Kt EC l2 (1 c2 / l2 )3 Ec 109 9000 (1 500 / 9000)3 2.37 106 Ec Tính ΣKc - Độ cứng cột xác định theo tiêu chuẩn ACI 318-11 cho tiết diện liên hợp sau: EI c Es I s C3 Ec I c - Mô men qn tính ống thép tiết diện bê tơng: Is Ic C3 EI c 500 5003 12 476 4763 12 0.6 0.2 476 4763 12 930.3 106 mm4 4.28 109 mm4 As Ac As 930.3 106 8.4Ec 0.6 0.2 23424 23424 226576 0.619 Ec 4.28 109 0.619 1010 Ec Đối với cột này, chiều cao toàn lc = 3600mm, chiều cao thơng thống l0 = 3400mm, tỉ số lc/l0 = 1.06; Tỉ số khoảng cách từ tâm sàn đến đỉnh sàn cho sàn nhau: ta/tb = Nội suy Bảng 3.3 ta được: Kc 4.52 EI c , COF = 0.54 lc 16 Vì có hai cột (một cột sàn cột sàn) có độ cứng nên: Kc 4.52 1010 Ec 3600 25.11 106 Ec Độ cứng tương đương Kec cho mối nối cột biên Kec Kc Kt Kec 25.11 106 Ec 2.36 106 Ec 4.64 10 Ec 2.16 106 Ec Bảng 3.3 Hệ số độ cứng hệ số truyền cho cột A Kc = k EIc lc lc A ta lo Ic lc ta lo Ic tb tb B B Cột CFST - sàn BTCT lc / l o ta / tb 0,8 1,0 1,2 1,4 Cột - sàn BTCT 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 kAB 4,49 5,01 5,58 6,19 6,85 7,36 8,31 9,12 9,98 CAB 0,54 0,58 0,61 0,64 0,67 0,70 0,72 0,75 0,77 kAB 4,52 5,09 5,71 6,38 7,11 7,89 8,73 9,63 10,60 CAB 0,54 0,57 0,60 0,62 0,63 0,67 0,69 0,71 0,73 kAB 4,55 5,16 5,82 6,54 7,32 8,17 9,08 10,07 11,12 CAB 0,53 0,56 0,59 0,61 0,63 0,65 0,66 0,68 0,69 kAB 4,58 5,21 5,91 6,68 7,51 8,41 9,38 10,43 11,57 CAB 0,53 0,55 0,58 0,60 0,61 0,63 0,64 0,65 0,66 * Xét cột giữa: kích thước cột, sàn cấu kiện chịu xoắn tương tự cột biên nên độ cứng tương đương cho cột Kec 2.16 106 Ec 17 + 200 = 100 Shear head 200 Cột CFST 500 500 Cột 170.3 Tiết diện Shear head quy đổi tiết diện bê tông Tiết diện bê tông Hình 3.6 Các cấu kiện chịu xoắn liên kết cho cột Bƣớc 4: Tính tốn hệ số phân bố mơ men Hệ số phân bố cho cột dầm – trục A: DFA4 K A4 B4 K A4 B4 Kec 2.7 106 Ec 2.7 106 Ec 2.16 106 Ec 0.5555 Kec 2.16 106 Ec 2.7 106 Ec 2.16 106 Ec 0.4444 B4 Kec DFcot A4 K A4 B4 Hệ số phân bố cho cột dầm – trục B: C4 DFcot B KB4 KB4 KB4 A4 KB4 C Kec K B A4 Kec Kec KB4 0.357 C4 2.7 106 Ec 2.7 106 Ec 2.16 106 Ec 0.357 C4 2.7 106 Ec 2.7 106 Ec 2.16 106 Ec C4 2.16 106 Ec 2.7 106 Ec 2.16 106 Ec 0.357 0.286 0.4444 0.5555 A4 K B A4 Kec K B 0.357 0.357 9000 0.357 9000 0.286 0.5555 0.4444 DFB A4 0.286 DFB 9000 Hình 3.7 Các hệ số phân bố độ cứng Bƣớc 5: Tính tốn mơ men ngàm cho nhịp Với tải trọng phân bố sàn w = g + p = 8kN/m2, giá trị mơ men ngàm tính sau: 18 - Nhịp A4-B4: l1 = 9000mm, l2 = 9000mm M 0.084wl2l12 0.084 92 489.9kNm - Nhịp B4-C4: l1 = 9000mm, l2 = 9000mm M 0.084wl2l12 0.084 92 489.9kNm Bƣớc 6: Phân phối mô men cho khung tƣơng đƣơng Bảng 3.4 Phân phối mô men Nút Phần tử Hệ số phân bố độ cứng DF Hệ số truyền COF Mô men M0 B1 C1 B2 C2 B3 C3 B4 C4 B5 C5 B6 C6 B7 C7 Tổng mô men (kNm) Mô men nhịp (kNm) 1-2 2-1 2-3 3-2 3-4 4-3 0.5555 0.357 0.357 0.357 0.357 0.5555 0.50381 489.9 -272.1 0.0 0.0 24.7 -13.7 4.4 -2.5 2.0 -1.1 0.6 -0.3 0.2 -0.1 0.1 0.50381 -489.9 0.0 -137.1 48.9 0.0 8.8 -6.9 4.0 -1.2 1.2 -0.6 0.4 -0.2 0.1 -0.1 0.50381 489.9 0.0 0.0 48.9 -24.7 8.8 -4.4 4.0 -2.0 1.2 -0.6 0.4 -0.2 0.1 -0.1 0.50381 -489.9 0.0 0.0 -48.9 24.7 -8.8 4.4 -4.0 2.0 -1.2 0.6 -0.4 0.2 -0.1 0.1 0.50381 489.9 0.0 137.1 -48.9 0.0 -8.8 6.9 -4.0 1.2 -1.2 0.6 -0.4 0.2 -0.1 0.1 0.50381 -489.9 272.1 0.0 0.0 -24.7 13.7 -4.4 2.5 -2.0 1.1 -0.6 0.3 -0.2 0.1 -0.1 232.0 -572.4 326.8 521.4 -521.4 207.6 572.4 -232.0 326.8 Ghi chú: Mô men nhịp xác định cách treo biểu đồ tính theo cơng thức: 19 M nh M tr M0 M ph Trong đó: M0 mơ men nhịp tính dầm đơn giản M0 wl2l12 8 92 729kNm Xác định mô men cột: Mô men tổng truyển tới cột trục A4 232kNm cột trục B4 -572.4+521.4 = -51kNm Mô men phân bố hai cột theo tỉ lệ độ cứng K c Vì cột phía phía có độ cứng nên chia cho cột mơ men Mơ men cịn đầu lại xác định theo tỉ số truyền mô men Kết nội lực thể qua biểu đồ Hình 3.8 900 -232 Biểu đồ m -572 -521 6.8 +32 oâ me n khun g -521 72.4 -5 9000 -232 7.6 +20 6.8 tươn +32 g đư ơng (kNm ) 58.44 572.4 9000 Khu ng tư ơng đươn g 12.85 12.85 521.4 521.4 9000 58.44 572.4 232.0 116.0 232.0 25.5 116.0 58.44 25.5 12.85 9000 A 25.5 25.5 207.6 326.8 116.0 58.44 12.85 9000 B 116.0 326.8 9000 C Hình 3.8 Biểu đồ mơ men tính theo khung tương đương Bƣớc 7: Phân phối mô men cho dải nhịp dải cột Độ cứng tương đối dầm sàn (khơng có dầm biên): D 20 α E cb Ib E cs Is Khả liên kết kháng xoắn dầm (khơng có dầm biên): βt E cb C 2E cs Is Bảng 3.5.Bảng phân phối mômen cho dải cột dải nhịp khung trục Phân phối mô men Mô men âm trục A (MA) Mô men dương nhịp AB (MAB) Mô men âm trục Btr (MBtr) Mô men âm trục Bph (MBph) Mô men dương nhịp BC (MBC) Dải cột (kNm) Dải nhịp (kNm) Tổng cộng 100% -232.0 0% -232.0 60% 196.08 40% 130.72 + 326.8 75% -429.3 25% -143.1 -572.4 75% -391.05 25% -130.35 -521.4 60% 124.56 40% 83.04 207.6 429.3 391.05 391.05 429.3 232.0 232.0 124.56 196.08 9000 196.08 9000 A 9000 C B D Hình 3.9 Biểu đồ mơ men phân phối cho dải cột (bc = 4500mm) 143.1 130.35 130.35 143.1 83.04 130.72 130.72 9000 A 9000 B 9000 C D Hình 3.10 Biểu đồ mơ men phân phối cho dải nhịp (bnh = 4500mm) Bƣớc 8: Tính tốn cốt thép chịu mơ men cho sàn 21 Bảng 3.6 Bảng tính toán cốt thép cho dải cột dải nhịp Nội dung M (kNm) -232.0 196.08 -429.3 124.56 Trục A (MA) Nhịp AB (MAB) Trục B (MB) Nhịp BC (MBC) Dải cột (kNm) As Chọn thép (mm2) 3945 ϕ14a150 3288 ϕ 2a150 8016 ϕ 14a80 2033 ϕ 12a200 M (kNm) 130.72 -143.10 83.04 Dải nhịp (kNm) As Chọn thép (mm2) ϕ 14a200 2139 ϕ 12a200 2352 ϕ 14a200 1336 ϕ 12a200 Þ14a200 4500 Dả i cột 2250 Dả i nhịp Þ14a150 Þ14a200 Þ14a200 Þ12a200 Þ14a80 Þ12a150 Þ14a200 Þ12a200 Þ12a200 Þ12a200 Þ12a200 9000 Þ14a200 Þ14a80 Þ14a200 9000 A B Þ12a200 Þ12a150 Þ12a200 Þ14a200 Þ14a150 9000 2250 Dả i nhịp Bƣớc 9: Bố trí cốt thép sàn cho khung trục Þ14a200 9000 D C Hình 3.11 Bố trí cơt thép cho khung tương đương 3600 3600 3.2 Thiết kế khung sử dụng phần mềm SAP2000 9000 9000 9000 Đoạn 1-2 (3-4; 4-5): Tiết diện tính tốn độ cứng có kích thước b×h = 9000×200mm, chiều dài đoạn 1-2 240mm 200 H100x100 9000 Diện tích tiết diện ngang Shear head quy đổi tiết diện bê tông: As nAsh 7.78 2190 17038mm2 22 Tiết diện bê tông quy đổi đặt chiều cao sàn với kích thước tương ứng b×h = 170.38 × 100(mm) Mơ men qn tính tiết diện bê tơng: I c 9000 2003 12 6.109 mm4 Tính mơ men qn tính tiết diện kết hợp bê tông – shear head I1 9000 2003 12 170.38 1003 12 6.02 109 mm4 Độ cứng tiết diện: EcI1-2 = 6.02×109Ec → Mơ đul đàn hồi tương đương: E1-2 = EcI1-2/Ic = 1.03Ec Đoạn 2-3: Tiết diện tính tốn độ cứng có kích thước b×h = 200 9000×200mm, chiều dài đoạn 2-3 8090mm 9000 Tính mơmen qn tính tiết diện bê tơng: I sc 9000 2003 12 Tiết diện có bê tơng nên mô đul đàn hồi E 2-3 = Ec Cột tƣơng đƣơng: Tiết diện cột 0.5×0.5m Độ cứng cột ống thép nhồi bê tông: EI c 930.3 106 8.4Ec 0.619 Ec 4.28 109 Tính mơ men qn tính tiết diện bê tông: Ic 500 5003 12 5.2 109 mm4 1010 Ec 6.109 mm4 23 Hình 3.13 Biểu đồ mô men khung tương đương sử dụng SAP2000 Bảng 3.7 Bảng so sánh mô men khung tương đương so với SAP2000 Nhịp Nhịp A-B (nhịp biên) Nhịp B-C (nhịp giữa) Phương pháp tính tốn Mơmen tải trọng tính tốn Mặt gối tựa Giữa nhịp Mặt gối tựa trái (kN.m) (kN.m) phải (kN.m) EFM (PTHH) -225.49 343.06 -564.3 FEM -232.0 326.8 -572.4 2.8% -4.98% 1.42% EFM (PTHH) -517.4 209.5 -517.4 FEM -521.4 207.6 -521.4 0.77% -0.92% 0.77% Tỉ lệ Tỉ lệ sai khác sai khác Mô men đầu cột chân cột (kNm) Cột trục A EFM (PTHH) -112.75 53.02 FEM -116.0 58.44 Tỉ lệ Cột trục B sai khác 2.8% 9.3% EFM (PTHH) -23.47 11.04 FEM -25.50 12.85 7.96% 14.1% Tỉ lệ sai khác Qua kết so sánh mơ hình tính sàn hệ kết cấu kết hợp cột CFST với sàn phẳng bê tông cốt thép theo phương pháp khung tương đương phương pháp phần tử hữu hạn SAP2000 cho kết chênh lệch không nhiều kết mô men thiên hướng an tồn nên mơ hình tính khung tương đương phù hợp cho tính tốn sàn cho hệ kết cấu 3.3 Kết luận chƣơng 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hệ kết cấu cột ống thép nhồi bê tông - sàn phẳng BTCT giải pháp kết cấu hợp lý cho nhà cao tầng Sự có mặt chi tiết liên kết cột CFST –sàn ảnh hưởng đến phân bố độ cứng sàn vị trí liên kết ảnh hưởng đến ứng xử sàn Hiện nay, phần mềm thiết kế kết cấu SAP2000, SAFE chưa thể mô đồng thời liên kết sàn cột CFST để thực phân tích Luận văn thực nghiên cứu phương pháp tính tốn sàn phẳng phương pháp khung tương đương hệ kết cấu cột CFST với sàn phẳng Kết nghiên cứu nhận sau: - Luận văn thực tổng quan giải pháp thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép hệ kết cấu sàn – cột bê tông cốt thép truyền thống - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp khung tương đương để tính toán sàn phẳng hệ kết cấu cột CFST – sàn phẳng BTCT Nghiên cứu được: + Đề xuất ảnh hưởng Shear head đến cấu kiện xoắn cột tương đương + Cách tính tốn độ cứng cột liên hợp theo ACI 318-11; + Xác định diện tích ảnh hưởng shear head đến độ cứng vùng sàn gần cột xem có mặt shear head làm việc mũ đầu cột; + Xây dựng bước tính tốn cụ thể để xác định nội lực sàn phương pháp khung tương đương - Thực ví dụ trình bày cách xác định nội lực sàn phương pháp khung tương đương phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng SAP2000) cho khung trục Kết cho thấy giá trị mơ men tính tốn theo hai trường hợp khơng chênh lệch nhiều phương pháp khung tương đương cho kết thiên giá trị an tồn Điều chứng tỏ phương pháp khung tương đương cho hệ kết cấu phù hợp cho việc sử dụng tính toán thiết kế sàn hệ kết cấu kết hợp sử dụng Shear head ... phương pháp thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép - Nghiên cứu thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép theo phương pháp khung tương đương có xét đến ảnh hưởng liên kết cột ống thép nhồi bê tông – sàn. .. thuyết thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng khung tương đương hệ kết cấu kết hợp cột CFST – sàn phẳng BTCT sử dụng chi tiết liên kết Shear head Kết dự kiến - Thiết lập trình tự thiết kế sàn. .. tài: ? ?Thiết kế sàn bê tông cốt thép hệ kết cấu liên kết với cột ống thép nhồi bê tông sử dụng phương pháp khung tương đương? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan cột CFST, sàn phẳng