Bài viết này sẽ trình bày các vấn đề: Phân tích các yếu tố để lựa chọn được phương án thiết kế sàn hợp lý và đưa ra ví dụ tính toán cụ thể để làm rõ tính hợp lý của phương án sàn được lựa chọn.
KHOA HC & CôNG NGHê Phõn tớch v la chn phương án hợp lý thiết kế sàn thép Analyzing and choosing the reasonable plan in steel deck design Nguyễn Thị Thanh Hịa Tóm tắt Hiện nay, tài liệu lý thuyết kết cấu thép [2], [6] trình bày đầy đủ nội dung thiết kế sàn thép hướng dẫn thiết kế sàn theo phương án dùng nhiều dầm để nhịp sàn nhỏ, chiều dày sàn mỏng cho tổng lượng thép kết cấu sàn Tuy nhiên, tài liệu chưa phân tích yếu tố để chọn phương án sàn hợp lý chưa trình bày việc tính tốn so sánh hiệu phương án sàn khác để làm rõ phương án sàn lựa chọn Chính vậy, báo trình bày vấn đề: Phân tích yếu tố để lựa chọn phương án thiết kế sàn hợp lý đưa ví dụ tính tốn cụ thể để làm rõ tính hợp lý phương án sàn lựa chọn Từ khóa: phương án hợp lý, thiết kế, sàn thép, chiều dày sàn thép, nhịp sàn thép Abstract Currently, the theory documents about steel structure such as [2], [6] show the content of steel deck design and the instructions of designing the steel deck according to the plan of using multiple deck support beams and the thin deck thickness will give the deck structure less the total amount of steel However, these documents have not analyzed the factors to choose the reasonable deck plan and have not yet presented the calculation of the effectiveness of different deck plans to clarify the selected deck plan Therefore, this article will present the following issues: Analyzing the factors to choose the reasonable deck plan and give a specific calculation example to clarify the reasonableness of the selected deck plan Key words: reasonable plan, design, steel deck, steel deck thickness, steel deck span Đặt vấn đề Sàn thép phận kết cấu phổ biến chiếm tỷ trọng lớn cơng trình thép dân dụng cơng nghiệp Do cần thiết phải tìm phương án thiết kế hợp lý để tiết kiệm chi phí Sàn thép tạo thành từ thép gối lên hệ dầm thép Thiết kế sàn thép bao gồm việc xác định chiều dày sàn nhịp sàn (khoảng cách dầm đỡ sàn) Hiện nay, tài liệu lý thuyết kết cấu thép [2], [6] hướng dẫn thiết kế sàn theo phương án dùng nhiều dầm để nhịp sàn nhỏ, chiều dày sàn mỏng cho tổng lượng thép kết cấu sàn Tuy nhiên, tài liệu chưa phân tích cụ thể để chọn phương án sàn phù hợp, dễ đạt yêu cầu khả chịu lực chưa trình bày việc tính tốn so sánh hiệu phương án sàn khác để đưa lựa chọn phương án sàn hợp lý Chính vậy, báo trình bày vấn đề: Phân tích yếu tố để lựa chọn phương án thiết kế sàn hợp lý đưa ví dụ tính tốn cụ thể để làm rõ tính hợp lý phương án sàn lựa chọn Phân tích lựa chọn phương án hợp lý thiết kế sàn thép Bài toán thiết kế sàn bao gồm bước chính: ls) - Chọn sơ kích thước sàn thép (chọn chiều dày sàn ts nhịp sàn - Tính tốn nội lực độ võng sàn - Kiểm tra khả chịu lực sàn theo điều kiện bền điều kiện võng Trong tài liệu lý thuyết kết cấu thép [2], [6] trình bày đầy đủ nội dung thiết kế sàn thép bao gồm bước Tuy nhiên, tài liệu chưa phân tích yếu tố để chọn phương án sàn hợp lý chưa giải thích điều kiện xuất phát để xây dựng nên cơng thức gần (2.1) dùng để tính tỉ số ls/ts, để từ chọn kích thước sàn Do đó, báo chủ yếu tập trung vào phân tích chi tiết bước chọn sơ kích thước sàn để chọn phương án sàn hợp lý, dễ đạt khả chịu lực Vì sàn thép có chiều dày nhỏ nên thơng thường thiết kế trạng thái giới hạn (Điều kiện độ võng) thường xảy trước trạng thái giới hạn 1(Điều kiện bền) Xuất phát từ điều kiện độ võng, cho độ võng sàn độ võng cho phép, từ biến đổi cơng thức gần liên hệ chiều dày nhịp sàn (công thức 2.1) Điều chứng minh trình bày tài liệu tham khảo [8] ls 4n0 72 E = (1 + tc1 ) ts 15 n0 p (2.1) Trong đó: l no = nghịch đảo của độ võng tương đối cho phép của bản sàn; E∆ s E1 = 1−υ2 υ - hệ số Poát xông, với vật liệu thép υ = 0,3; ThS Nguyễn Thị Thanh Hịa Bộ mơn Kết cấu Thép Gỗ, Khoa Xây dựng Email: hoakientruc@gmail.com ĐT: 0912828682 Ngày nhận bài: 16/5/2019 Ngày sửa bài: 24/5/2019 Ngày duyệt đăng: 05/5/2020 58 E - mô đun đàn hồi của vật liệu thép E= 2,1.105 MPa Trong tài liệu lý thuyết kết cấu thép [2], [6] trình bày hướng dẫn chọn kích thước sàn sau: - Chọn sơ chiều dày ts theo giá trị tải trọng tác dụng sàn (bảng 2.1) - Dựa vào tỉ số ls/ts xác định theo cơng thức (2.1) để tính ls Với cách chọn khó khăn cho người chưa có kinh nghiệm thiết kế (sinh viên, kỹ sư trường) bảng 2.1 đưa số liệu khoảng rộng, dẫn đến khó chọn sát số liệu thích hợp T„P CHŠ KHOA H“C KIƯN TRC - XY DẳNG Bang 2.1 Quan h gia tải trọng tác dụng sàn chiều dày sàn thép Ptc (kN/m ) Chiều dày sàn thép ts (mm) ≤ 10 6-8 Tải trọng tác dụng Hình Bản sàn thép sàn Ngồi ra, chiều dày ts nhịp ls chọn phụ thuộc vào quy cách thép bản, kích thước sàn (LxB) cho bố trí lưới dầm tạo điều kiện thuận lợi cho thiết kế thi công Trong thực tế, thép sản xuất theo loại kích thước đa dạng điều phụ thuộc vào nhà sản xuất, với cơng trình thép đơn vị thi công dựa vào hồ sơ thiết kế kỹ thuật thi công để lên phương án tối ưu vật liệu cho cơng trình Như yếu tố cần quan tâm kích thước sàn (LxB) Trong hệ dầm sàn đơn giản, chọn nhịp ls ước số cạnh dài L bố trí dầm đỡ sàn với khoảng cách nhau, ô giống Trong hệ dầm sàn phổ thông - dạng phổ biến nhất, chọn nhịp ls ước số nhịp dầm L bố trí dầm phụ đỡ sàn với khoảng cách nhau, ô giống Trong hệ dầm sàn phức tạp, chọn nhịp ls ước số nhịp dầm phụ B bố trí dầm đỡ sàn với khoảng cách nhau, ô giống Như cần thiết kế điển hình với dầm, bố trí cho tồn sàn Vậy chọn ts dựa vào tỉ số ls/ts để tính ls, sau chọn ls theo lựa chọn ước số nhịp dầm dẫn đến việc chọn kích thước sàn khơng sát với yêu cầu khả chịu lực, không tiết kiệm Do trình tự thích hợp dựa vào kích thước sàn (BxL) để chọn nhịp ls Sau từ cơng thức (2.1) tính ts, chọn chiều dày sàn lớn gần giá trị tính toán nhất, đồng thời phải phù hợp quy cách sản xuất thép Thường chọn chiều dày sàn khoảng từ 6-14mm Tùy thuộc vào giá trị nhịp dầm mà có nhiều ước số khác nên tương ứng có nhiều phương án chọn có kích thước (ls,ts) khác Để chọn phương án hợp lý phải tiến hành tính tốn theo phương án thiết kế sàn chọn đánh giá hiệu phương án Từ chọn phương án thiết kế sàn hợp lý ≤ 20 - 10 ≤ 30 10 - 12 >30 12 - 14 ∆ l = 150 ; bs ∆ ; của dầm phu = l dp 250 ∆ của dầm chính = l dc 400 - Chọn sơ kích thước sàn (ls, ts) Nhịp dầm L = 14m nên để bố trí dầm phụ với khoảng cách (điển hình hóa thiết kế sàn dầm phụ) chọn ls ước số nhịp dầm L Với nhịp L=14m ta chọn ls= 0,7m; 1m; 1,4m Từ công thức (2.1) ta tính ls/ts=112,69 Với ls=0,7m → ts= 6,27mm, chọn ts= 7mm → phương án 1: ls=0,7m; ts= 7mm Với ls=1m → ts= 8,87mm, chọn ts= 9mm → phương án 2: ls=1m; ts= 9mm Với ls=1,4m → ts= 12,42mm, chọn ts= 13mm → phương án 3: ls=1,4m; ts= 13mm Nhận xét: Nhịp sàn nhỏ sàn mỏng, tiết diện dầm phụ đỡ sàn nhỏ số lượng dầm tăng ngược lại nhịp sàn lớn sàn dày, tiết diện dầm phụ đỡ sàn lớn số lượng dầm giảm Vì để đánh gía hiệu phương án phải tiến hành tính tốn sàn dầm phụ đỡ sàn - Tiến hành tính tốn kiểm tra với phương án sàn chọn tổng hợp lại bảng 3.1 Nhận xét: Dựa vào số liệu bảng 3.1 phương án tiết kiệm vật liệu phương án với tổng khối lượng thép 8396 kg, phương án có tổng khối lượng thép 9000 kg - tăng 7,2 % phương án có tổng khối lượng thép 11104 kg - tăng 32,3% so với phương án Vậy phương án hợp lý lựa chọn phương án với việc bố trí khoảng cách dầm đỡ sàn nhỏ chiều dày sàn mỏng Ví dụ tính tốn Kết luận Thiết kế sàn thép tựa lên hệ dầm phổ thông có kích thước lưới cợt (6x14)m (hình 1), chịu tải trọng phân bố đều ptc = 18kN/m2 Vật liệu là thép có số hiệu CCT38, mô đun đàn hồi E = 2,1x105 N/mm2 Hàn tay que hàn N42.Trọng lượng riêng của thép ρ =7850 kg/ m3 Hệ số vượt tải cho phép của tĩnh tải γg =1,05; hoạt tải γp =1,2 Đợ võng cho phép của bản Việc phân tích tổng hợp đánh giá hiệu phương án thiết kế sàn mục nêu làm rõ phương án thiết kế hợp lý cho sàn thép phương án dùng nhiều dầm để nhịp sàn nhỏ, chiều dày sàn mỏng./ Bài báo phân tích cụ thể yếu tố để lựa chọn phương án sàn hợp lý S¬ 38 - 2020 59 KHOA HC & CôNG NGHê Bng 3.1 Tớnh toỏn kiểm tra phương án sàn PA1 PA2 PA3 Ghi TÍNH BẢN SÀN Tải trọng tác dụng sàn có kể đến trọng lượng thân sàn Độ võng sàn qsc(N/cm) 1,85 1,87 1,90 qstt(N/cm) 2,22 2,23 2,27 Δ0(cm) 0,88 1,74 2,26 Hệ số α α(1+α) =3(Δ0/ts) ) α 1,09 1,63 1,48 Δ(cm) 0,422 0,663 0,912 Momen sàn M0(Ncm) 1358 2792 5554 Momen lớn sàn Mbt(Ncm) 649 1062 2242 H(N) 2116 2721 3930 Độ võng lớn sàn Lực kéo H gối tựa KT Độ bền sàn σ(N/mm2) KT Độ võng sàn 109,8 108,9 109,9