4. Tính tốn thép chống cắt
6.6.Cấu tạo cốt thép nút khung
Các nút khung, các nút liên kết giữa cột vách và dầm nối với vách hay lõi cứng là những vị trí tập trung nội lực lớn, là nơi chịu lực phức tạp, tập trung ứng suất và biến dạng, nên việc tính tốn nút khung thƣờng liên quan đến đƣờng kính, khoảng cách cốt đai, đƣờng kính, số lƣợng và neo cốt dọc vào nút; nên ngồi việc bố trí các cốt thép chịu lực theo tính tốn cần thêm cốt đai gia cƣờng. Các cốt đai này phải bảo đảm sự liên kết của cột và dầm chống lại sự gia tăng lực cắt một cách đột ngột tại nút khung và tăng cƣờng độ bền của nút khung theo các tiết diện nghiêng mà trong tính tốn, thiết kế chƣa định lƣợng đƣợc.
Đoạn neo cốt thép dầm vào cột hoặc cốt thép cột vào dầm đối với cơng trình cĩ tính động đất lấy nhƣ sau:
5 (10 )
neo an
l l
(tính từ mép cột hoặc mép dầm).
trong đĩ: lan – đoạn neo cốt thép đối với cơng trình khơng tính động đất;
- đƣờng kính cốt thép; chọn dấu trong ngoặc khi động đất mạnh.
Hình 6. 32. Bố trí cốt đai tại nút khung theo yêu cầu kháng chấn. hc
hc
hd hd
Cốt đai bổ sung, =810mm,
s =70w 100mm w
Cần phải bố trí theo cả 4 phương
Cốt đai bổ sung, =810mm, s =70w 100mm w Đoạn dầm, cột cần bổ sung cốt đai s w100mm Cột Dầm
-204-
Hình 6. 33. Quy định chiều dài đoạn neo cốt thép.
lneo lneo 30 10 10 lneo lneo lneo
-205- 10 lneo 6 7 Cột Dầm Dầm 1 4 3 5 3 Cốt đai bổ sung lneo 2 2
-206-
Hình 6. 34. Cấu tạo nút khung thơng thƣờng khơng tính động đất: 1. cốt đai bổ sung; 2,3,4,5,6,7 cốt dọc trong dầm, cột đƣợc uốn cong tại các nút.
Đối với cơng trình cĩ tính động đất tại các nút khung, cần bổ sung thêm cốt đai gia cƣờng.
Trình bày lý do của việc bố trí cốt đai cột trong nút khung của nhà cao tầng:
(nguồn http://www.edcons.edu.vn/)
Phần liên kết giữa dầm và cột (nút khung) đĩng vai trị quan trọng trong việc bảo đảm cho các cấu kiện phát huy hết khả năng làm việc của chúng, bảo vệ cơng trình khơng bị sụp đổ khi các cấu kiện chƣa bị phá hoại. Một nguyên tắc quan trọng trong thiết kế kết cấu là phải bảo đảm các liên kết khơng bị phá hoại trong mọi trƣờng hợp. Muốn vậy thì cƣờng độ (khả năng chịu lực) của liên kết phải lớn hơn cƣờng độ của tất cả các cấu kiện mà nĩ liên kết. Sự phá hoại từng cấu kiện riêng lẻ cĩ thể khơng gây nên sự sụp đổ của cơng trình, nhƣng sự phá hoại của các liên kết giữa dầm và cột thì rất dễ dẫn đến sự sụp đổ của tồn cơng trình.
Để thấy đƣợc điều này, ta hãy xét một khung phẳng chịu tải trọng ngang nhƣ trên Hình 6.35a. Giả sử cột đã đƣợc thiết kế theo nguyên tắc cột khỏe – dầm yếu (tức là cột khơng bao giờ phá hoại trƣớc dầm). Lúc này sẽ cĩ hai trƣờng hợp xảy ra:
Trƣờng hợp 1: Các nút khung đƣợc thiết kế tốt, chúng cĩ cƣờng độ cao hơn dầm. Trong trƣờng hợp này, tồn kết cấu chỉ bị sụp đổ khi tất cả các đầu dầm đều đã xuất hiện khớp dẻo (Hình 6.35b). Bởi vì chỉ khi đĩ thì mới xuất hiện cơ cấu sụp. Sự phá hoại của một số dầm sẽ khơng tạo nên cơ cấu sụp (Hình 6.35c).
Trƣờng hợp 2: Các nút khung khơng đƣợc thiết kế cẩn thận, chúng cĩ cƣờng độ thấp hơn dầm. Trong trƣờng hợp này, các nút khung sẽ bị phá hoại trƣớc khi khớp dẻo xuất hiện trong dầm. Khi đĩ chỉ cần sự phá hoại của vài nút khung là cơ cấu sụp đổ sẽ hình thành (Hình 6.35d).
Mặc dù liên kết cĩ vai trị quan trọng nhƣ vậy nhƣng các tài liệu hƣớng dẫn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép ở nƣớc ta hiện nay lại rất ít quan tâm đến nĩ: gần nhƣ khơng cĩ một tài liệu tiếng Việt nào quan tâm đúng mức đến vấn đề này. Nhiều kỹ sƣ
-207-
thiết kế cũng chỉ quan tâm đến việc thiết kế các cấu kiện dầm, cột… mà bỏ qua những điểm nối vơ cùng quan trọng giữa chúng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 6. 35. Tầm quan trọng của nút khung trong khung chịu tải trọng ngang;
(a) Khung chịu tải trọng ngang, (b) Cơ cấu sụp đổ chỉ xảy ra khi tất cả các dầm đều xuất hiện khớp dẻo; (c) Nếu chỉ cĩ một số khớp dẻo xuất hiện trong dầm thì chƣa hình thành cơ cấu sụp đổ; (d) Chỉ
cần vài nút khung bị phá hoại, cơ cấu sụp đổ xuất hiện.
Để thiết kế và cấu tạo nút khung một cách hợp lý, ta cần phải biết cơ chế chịu lực và phá hoại của nĩ. Xét một khung phẳng chịu tải trọng ngang, tải trọng quan trọng trong nhà cao tầng, nhƣ trên Hình 6.36a. Biểu đồ mơ men của nĩ cĩ dạng nhƣ trên Hình 6.36b. Tách nút A ra khỏi khung và biểu diễn các mơ men tác dụng lên nĩ nhƣ trên Hình 6.36c. Các mơ men tác dụng lên nút A sẽ hình thành các cặp ngẫu lực làm nút này cĩ khuynh hƣớng biến dạng và phá hoại nhƣ trên Hình 6.36d. Hình 6.37 cho thấy các vết nứt đƣợc hình thành trong nút khung bê tơng cốt thép trong một thí nghiệm. Trong thí nghiệm này tải trọng ngang đƣợc đổi chiều (giống nhƣ tải trọng giĩ và động đất trong thực tế) nên vết nứt đƣợc hình thành theo cả hai phƣơng.
Hình 6. 36. Sự làm việc và cơ chế phá hoại của nút khung;
(a) khung chịu tải trọng ngang; (b) dạng của biểu đồ mơ men; (c) mơ men tác dụng lên nút khung; (d) biến dạng và phá hoại của nút khung.
Để chống lại sự phá hoại nĩi trên, một biện pháp đơn giản là bố trí cốt đai cho cột trong nút khung nhƣ trên Hình 6.36. Một số ý kiến hiện nay cho rằng việc bố trí cốt đai nhƣ vậy sẽ gây khĩ khăn cho việc thi cơng. Nĩi nhƣ vậy tức là chƣa hiểu đƣợc
-208-
tầm quan trọng của liên kết trong kết cấu. Thực ra, việc đƣa bất cứ một cấu kiện nào, một thanh thép nào vào kết cấu cũng đều gây khĩ khăn cho thi cơng. Vấn đề là nếu cấu kiện đĩ, thanh thép đĩ là cần thiết thì khĩ khăn cách mấy cũng phải đƣa vào.
-209-
Hình 6. 39. Phân tích sự làm việc nút khung.