Tớnh toỏn chốt liờn kết bản sàn bờ tụng và dầm thộp

CHƢƠNG 10 : CHUYấN ĐỀ THIẾT KẾ DẦM NHỊP LỚN

10. 2– TÍNH TOÁN THIẾT KẾ D1-3 THEO PA2

10.2.5 Tớnh toỏn chốt liờn kết bản sàn bờ tụng và dầm thộp

 Đặc điểm tớnh toỏn liờn kết đối với dầm chịu cả M+ và M -

o Cỏc liờn kết là liờn kết dẻo: Cú khả năng biến dạng đủ khi chịu trƣợt để phự hợp giả thiết làm việc dẻo hoàn toàn của liờn kết khi trƣợt.

o Liờn kết trong chiều dài nhịp tới hạn giữa 2 bờn gối tựa trung gian phải là liờn kết hoàn toàn nhằm đảm bảo hoàn toàn sự húa dẻo của cỏc cốt thộp để cú thể phõn phối lại nội lực.

Chọn loại chốt sử dụng cú đƣờng kớnh thõn d0,02mvà chiều cao chốt h0,1m.  Độ bền cắt tớnh toỏn của chốt : (1) (2)

min( , )

Rd Rd Rd

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 128 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP Theo vật liệu chốt:     2    2   (1) d 1 3,14 20 1 0,8 ( ) 0,8 520 ( ). 104499 10449,9 4 4 1,25 R u v d P f N daN

Theo vật liệu bờ tụng làm việc quanh chốt:          (2) 2 2 d 1 1 0,29 d 0,29 1 20 20 29000 70674 7067, 4 1,25 R ck cm v P f E N daN Trong đú: γv : hệ số an toàn, γv = 1,25 α : hệ số điều chỉnh, h/d > 4  α = 1 Vậy (1) (2) min( , ) Rd Rd Rd P  P P =7067,4 daN  Momen bền dẻo suy giảm:

( ) (3)

.red 232257 .

pl Rd Sd

M M  daN m Cặp lực phỏp tuyến suy giảm:

( ) min( , ) 571200 red a c F F F daN     

 Tổng lực trƣợt dọc trờn chiều dài tới hạn Lcr ( Lcr = 0,5L = 8,4m)

( )

571200 92630 663830

red

l s

V F F    daN  Số lƣợng cỏc liờn kết trờn chiều dài tới hạn Lcr :

Rd 663830 94 P 7067, 4 l V N   

Cú nghĩa là cần khoảng 188 liờn kết trờn 1 dầm.  Bố trớ:

Sử dụng 2 hàng chốt, khoảng cỏch giữa cỏc chốt theo phƣơng dọc dầm:

16,8 0,179 179 94 L a m mm N    

Theo yờu cầu cấu tạo: a < 6hc = 720 và 800mm, d = 20 < 2,5tf = 2,5x24 = 60 (T/m) Chọn a = 150mm và bố trớ đều trờn toàn dầm.

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 129 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

10.3 – THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT KHUNG DẦM LIấN HỢP

 Cấu tạo nỳt dầm liờn hợp

Theo bỏo cỏo WP7 – Dự ỏn SMARTCOCO do Nguyễn Quang Huy thực hiện, ta cú thể cấu tạo nỳt dầm liờn hợp với cột nhƣ hỡnh vẽ:

Hình 10.7 Cấu tạo nỳt dầm liờn hợp theo WP7

Với chiều dài thanh trong cột Le thỏa món: e 6

a

L

h  và cú cỏc kớch thƣớc phự hợp với dầm thộp trong dầm liờn hợp để liờn kết dễ dàng, thuận tiện.

Trong phạm vi đồ ỏn này em chỉ đề ra phương ỏn cấu tạo nỳt rồi kiểm tra sơ bộ chứ khụng đi sõu vào tớnh toỏn cụ thể.

Chọn sơ bộ thanh trong cột I240x600x20x20(mm) cú chiều dài Le = 2m ha

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 130 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

10.4 – KIỂM TRA DẦM LIấN HỢP BẰNG PHẦN MỀM ATENA 10.4.1 Mụ phỏng dầm liờn hợp bằng phần mềm ATENA 10.4.1 Mụ phỏng dầm liờn hợp bằng phần mềm ATENA

10.4.1.1 Khai bỏo vật liệu

 Bờ tụng mỏc B25 cú f’c = 20MPa. Eb = 2.9E+4 MPa.

Hình 10.8 Khai bỏo bờ tụng trong phần mềm ATENA

 Thộp dầm XCT52 cú

fy = 350 Mpa cho độ dày > 20mm fy = 360 Mpa cho độ dày < 20mm

Hình 10.9 Khai bỏo thộp dầm trong phần mềm ATENA

 Cốt thộp:

Thộp CI cú: fsw = 235 MPa, Esw = 2,1x 105 MPa. Thộp CII cú: fs = 295 MPa, Es = 2,1x 105 MPa.

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 131 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 10.10 Khai bỏo cốt thộp trong phần mềm ATENA

10.4.1.2 Mụ hỡnh húa kết cấu

Thộp trong cột đƣợc tớnh toỏn nhƣ với cột C16 – phần tớnh toỏn bố trớ cốt thộp cột – Chƣơng 6 đƣợc lƣợng thộp cần bố trớ là 16ϕ32. Để đơn giản ta mụ hỡnh ´ kết cấu nhƣ sau:

 Mụ hỡnh húa dầm thộp I800x600x24x20, dài L = 8,4m và thanh I240x600x20x20 cú chiều dài Le = 2m.

Hình 10.11 Mụ hình thộp hình

ha= 0,8m

L=8,40m bf = 0,6m

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 132 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP  Mụ hỡnh húa bờ tụng bọc dầm và bờ tụng cột

Hình 10.12 Mụ hình bờ tụng bọc dầm và bờ tụng cột

 Mụ hỡnh húa bản bờ tụng: cú chiều dày hc = 0,12m , bề rộng be = 4,20m

Hình 10.13 Mụ hình húa bản bờ tụng

hc= 0,12m L=8,4m be= 4,2m h= 0,84m L=8,4m b = 0,68m Cột 0,7x0,7m 1,62m Le= 2m 1,03m

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 133 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP  Mụ hỡnh húa cốt thộp thƣờng

Hình 10.14 Mụ hình húa thộp thường

Chỳ ý: ở mụ hỡnh này coi neo cú tỏc dụng liờn kết hoàn toàn bản bờ tụng với dầm thộp nờn để đơn giản ta bỏ qua khụng mụ hỡnh neo.

10.4.1.3 Mụ hỡnh húa điều kiện biờn

Coi Momen tại giữa cột  0, ta cú điều kiện biờn ở 2 đầu cột trong mụ hỡnh là gối. Do ta chỉ mụ hỡnh ´ kết cấu nờn ở giữa dầm liờn hợp điều kiện biờn là chống chuyển vị theo phƣơng X – phƣơng dọc dầm.

Hình 10.15 Mụ hình húa điều kiện biờn cho dầm liờn hợp

CI- ϕ8a150 CII- ϕ10a200 CII- 16ϕ32 CI- ϕ8a100 Chống chuyển vị X Gối

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 134 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

10.4.1.4 Mụ hỡnh húa tải trọng

Nội lực dầm liờn hợp phải chịu:

M = -310503daN.m M = -394829daN.m M = + 453859daN.m

1 3

Do 2 gối 1-3 chịu Momen xấp xỉ bằng nhau nờn một cỏch gần đỳng, ta phõn tớch Momen thành lực phõn bố đều trờn một dài:

  2 2 8 8 (453859 394829) 24056 / 16,8 M M q daN m L         

Cho lực q tỏc dụng trờn dầm thộp cú bề rộng 0,6m, tƣơng đƣơng với tải trọng phõn bố trờn bề mặt: q = 24056/0,6 = 40093 daN/m2

= 0,4 MN/m2

Để nghiờn cứu ứng xử của dầm khi chịu tải, ta chia lực q = 0,4 MN/m2

làm 10 cấp, mỗi cấp ứng với q = 0,04 MN/m2

Hình 10.16 Mụ hình húa tải trọng trong dầm liờn hợp

10.4.1.5 Chia nhỏ kết cấu

ATENA sử dụng phƣơng phỏp phần tử hữu hạn để phõn tớch kết cấu. Phần tử càng nhỏ độ chớnh xỏc của kết quả càng cao. Ta chia kết cấu thành những phần tử cú kớch thƣớc 0,5x0,5x0,5m.

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 135 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 10.17 Chia nhỏ kết cấu dầm liờn hợp trong ATENA

10.4.1.6 Thiết lập cỏc điểm quan sỏt

Điểm quan sỏt trong ATENA giỳp ta ghi lại những giỏ trị về 1 đại lƣợng nhƣ lực, chuyển vị, ứng suất, biến dạng…tại 1 vị trớ nào đú mà ta muốn quan sỏt ứng với 1 tỏc động nào đú. Ở đõy ta sẽ quan sỏt mối liờn hệ giữa sự thay đổi của lực tỏc dụng và chuyển vị giữa dầm, ứng suất trong dầm thộp.

Hình 10.18 Cỏc điểm quan sỏt trong kết cấu

QS Cvị và US thộp giữa dầm QS US thộp đầu dầm

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 136 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

10.4.2 Kết quả phõn tớch bằng phần mềm ATENA

10.4.2.1 Ứng suất trong thộp hỡnh

Hình 10.19 Biểu đồ ứng suất của thộp hình khi chịu tải trọng lớn nhất

Quan sỏt biểu đồ ta thấy:

o Ứng suất nộn lớn nhất của thộp là 119,6 MPa < 350MPa o Ứng suất kộo lớn nhất của thộp là 163,8 MPa < 350MPa

Vậy dầm thộp và thanh thộp chƣa bị chảy dẻo khi chịu tải trọng lớn nhất.

(Sở dĩ cú sự chờnh lệch nhƣ vậy giữa tớnh toỏn và mụ hỡnh nhƣ vậy là vỡ trong tớnh toỏn ta bỏ qua khả năng chịu kộo của bờ tụng và bỏ qua cả phần bờ tụng bọc dầm).

10.4.2.2 Ứng suất trong thộp thường

Hình 10.20 Biểu đồ ứng suất của cốt thộp thường khi chịu tải trọng lớn nhất

Quan sỏt biểu đồ ta thấy khi chịu tải trọng lớn nhất, 1 phần cốt thộp của sàn ở đầu dầm bị chảy dẻo do chịu Momen õm (ứng suất lớn hơn 295 MPa) - điều này là phự hợp với tớnh toỏn.

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 137 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

10.4.2.3 Bề rộng vết nứt

Hình 10.21 Biểu đồ bề rộng vết nứt khi chịu tải trọng lớn nhất

Từ biểu đồ trờn ta cú thể thấy, khi chịu tải trọng, vết nứt xuất hiện nhiều ở giữa dầm và đặc biệt ở khu vực nỏch khung vết nứt lớn nhất là 0,8mm khi chịu tải trọng lớn nhất.

10.4.2.4 Biểu đồ độ vừng của dầm

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 138 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 10.23 Biểu đồ độ vừng của dầm liờn hợp khi chịu tải trọng lớn nhất

Từ cỏc biểu đồ trờn ta cú thể thấy, khi chịu tải trọng lớn nhất, dầm vừng khoảng 1,11E-2m =11,16mm < L/400 = 42mm .

( Đối với dầm liờn hợp đỡ cột, độ vừng cho phộp là L/400).

Kết luận : Từ cỏc kết quả trờn ta thấy dầm đủ khả năng chịu lực và nỳt dầm thiết kế

sơ bộ nhƣ trờn đảm bảo khả năng liờn kết và chịu lực giữa dầm và cột.

10.5 – SO SÁNH 2 PHƢƠNG ÁN DẦM

10.5.1 Mụ hỡnh húa dầm D1-3 T4 thiết kế theo Phƣơng ỏn 1:

Mụ hỡnh húa tƣơng tự nhƣ PA2 ở trờn để so sỏnh độ vừng giữa 2 PA

Hình 10.24 Mụ hình húa dầm PA1

hc= 0,12m

L=8,4m h= 1,4m

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 139 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 10.25 Biểu đồ độ vừng của dầm PA1 khi chịu tải trọng lớn nhất

Nhỡn vào biểu đồ ta thấy độ vừng của dầm thiết kế theo phƣơng ỏn 1 khi chịu tải trọng lớn nhất là 3,66E-2m = 36,60mm.

10.5.2 So sỏnh 2 phƣơng ỏn

Bảng 10.1 So sỏnh 2 Phương ỏn dầm

Chỉ tiờu so sỏnh PA1 PA2

Chiều rộng dầm 0,6mm 0,600m + 0,08m(bọc) Chiều cao dầm 1,4m 0,92m Độ vừng 36,60mm 11.16mm Khối lƣợng thộp 3657kg 6806kg Thể tớch bờ tụng 12,9 m3 8,4 m3 Tổng trọng lƣợng dầm 35907kg 27806kg

Kết luận : Từ bảng so sỏnh trờn ta thấy phƣơng ỏn 2 cú tớnh kinh tế khụng cao bằng

phƣơng ỏn 1 (lƣợng thộp nhiều hơn gần 2 lần) và thi cụng khú khăn hơn do phần nỳt khung cú cấu tạo phức tạp. Tuy nhiờn PA2 lại cú lợi thế hơn về nhiều mặt nhƣ giảm độ vừng, giảm trọng lƣợng dầm và đặc biệt là giảm chiều cao dầm đỏp ứng yờu cầu về kiến trỳc và tớnh thẩm mỹ đối với 1 cụng trỡnh cú tầm quan trọng và yờu cầu kiến trỳc cao nhƣ Trụ sở tũa phỳc thẩm TANDTC Hà Nội.

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 140 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP DANH MỤC HèNH ẢNH 3 Hình 1.1 Mặt bằng kiến trỳc tầng hầm 1 .......................................................................... 6 Hình 1.2 Mặt bằng kiến trỳc tầng 2 ................................................................................. 7 Hình 1.3 Mặt bằng kiến trỳc tầng 4-9 .............................................................................. 7

Hình 1.4 Mặt bằng kiến trỳc tầng tum .............................................................................. 8

Hình 1.5 Mặt bằng kiến trỳc tầng mỏi .............................................................................. 8

Hình 1.6 Mặt đứng trục 1-10 ........................................................................................... 9

Hình 1.7 Phối cảnh cụng trình ....................................................................................... 13

Hình 2.1 Mặt bằng kết cấu sàn tầng 4 ............................................................................ 19

Hình 4.1 Mặt bằng sàn tầng điển hình ........................................................................... 32

Hình 4.2 Sơ đồ tớnh bản kờ 4 cạnh – sơ đồ khớp dẻo ...................................................... 33

Hình 4.3 Sơ đồ tớnh bản kờ 4 cạnh – Sơ đồ đàn hồi ........................................................ 39

Hình 4.4 Sơ đồ tớnh bản dầm – Sơ đồ khớp dẻo .............................................................. 44

Hình 4.5 Mặt bằng kết cấu thộp sàn tầng điển hình........................................................ 46

Hình 5.1 Mụ hình húa kết cấu trong ETABS .................................................................. 47

Hình 5.2 Mặt bằng tầng 4 .............................................................................................. 48

Hình 5.3 Mặt bằng tầng điển hình ................................................................................. 48

Hình 5.4 Kết cấu khung trục 4 ....................................................................................... 49

Hình 5.5 Tĩnh tải tỏc dụng lờn sàn (daN/m2 ) .................................................................. 50

Hình 5.6 Hoạt tải tỏc dụng lờn sàn (daN/m2 ) ................................................................. 50

Hình 5.7 Tải trọng tường tỏc dụng lờn khung trục 4 (daN/m) ......................................... 51

Hình 5.8 Biểu đồ lực dọc do tĩnh tải trờn khung trục 4 (daN) ......................................... 52

Hình 5.9 Biểu đồ lực dọc do hoạt tải trờn khung trục 4 (daN) ........................................ 53

Hình 5.10 Biểu đồ Momen do tĩnh tải trờn khung trục 4 (daN.m) ................................... 54

Hình 5.11 Biểu đồ Momen do hoạt tải trờn khung trục 4 (daN.m) .................................. 55

Hình 6.1 Nội lực trong cột ............................................................................................. 57

Hình 6.2 Bố trớ thộp cột trục 4-A từ TH1 đến T4 ............................................................ 63

Hình 6.3 Bố trớ thộp dầm nhịp BC – TH1 ....................................................................... 67

Hình 7.1 Trục địa chất ................................................................................................... 68

Hình 7.2 Bố trớ thộp cọc ................................................................................................. 72

Hình 7.3 Minh họa bố trớ thộp cọc thực tế ...................................................................... 72

Hình 7.4 Bố trớ cọc trong đài ......................................................................................... 76

Hình 7.5 Phương tớnh toỏn thộp đài ............................................................................... 83

Hình 7.6 Bố trớ cốt thộp đài cột C16 .............................................................................. 84

Hình 7.7 Bố trớ thộp trong giằng múng........................................................................... 85

Hình 8.1 Cầu thang bộ trục ED ..................................................................................... 86

Hình 8.2 Sơ đồ tớnh bản thang ....................................................................................... 87

Hình 8.3 Sơ đồ tớnh bản chiếu nghỉ ................................................................................ 90

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 141 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 8.5 Sơ đồ tớnh dầm chiếu nghỉ ............................................................................... 93

Hình 8.6 Bố trớ cốt thộp dầm chiếu nghỉ. ........................................................................ 94

Hình 8.7 Sơ đồ tớnh dầm chiếu tới .................................................................................. 95

Hình 8.8 Bố trớ cốt thộp dầm chiếu tới ........................................................................... 97

Hình 9.1 Nội lực tỏc dụng lờn vỏch ................................................................................ 98

Hình 9.2 Vị trớ vỏch V1 ................................................................................................ 101

Hình 9.3 Chiều dài vựng biờn chịu Momen .................................................................. 101

Hình 9.4 Nội lực tỏc dụng lờn vỏch theo giả thiết vựng biờn chịu Momen .................... 102

Hình 9.5 Bố trớ cốt thộp vỏch V1 từ TH1 đến T4 .......................................................... 104

Hình 9.6 Sơ đồ tớnh toỏn vỏch theo phương phỏp biểu đồ tương tỏc ............................ 106

Hình 9.7 Kớ hiệu cỏc lớp thộp trong vỏch V1 ................................................................ 106

Hình 9.8 Biểu đồ tương tỏc vỏch V1 từ TH1 đến T4 ..................................................... 108

Hình 9.9 Biểu đồ tương tỏc vỏch V1 từ T4 đến Mỏi...................................................... 108

Hình 9.10 Khai bỏo bờ tụng trong phần mềm ATENA .................................................. 109

Hình 9.11 Khai bỏo thộp trong phần mềm ATENA ....................................................... 110

Hình 9.12 Khai bỏo bản đệm trong phần mềm ATENA ................................................ 110

Hình 9.13 Mụ hình húa bờ tụng vỏch ........................................................................... 111

Hình 9.14 Mụ hình húa thộp vỏch ................................................................................ 111

Hình 9.15 Mụ hình húa điều kiện biờn cho vỏch........................................................... 112

Hình 9.16 Quy đổi tải trọng trong vỏch ....................................................................... 112

Hình 9.17 Mụ hình húa tải trọng trong vỏch ................................................................ 113

Hình 9.18 Chia nhỏ kết cấu vỏch trong ATENA ........................................................... 113

Hình 9.19 Cỏc điểm quan sỏt trong vỏch ..................................................................... 114

Hình 9.20 Biểu đồ biến dạng vựng nộn tại điểm giữa vỏch qua cỏc cấp lực ................. 114

Hình 9.21 Biểu đồ biến dạng vựng kộo tại điểm giữa vỏch qua cỏc cấp lực ................. 115

Hình 9.22 Biểu đồ biến dạng của cả kết cấu vỏch khi chịu nội lực lớn nhất ................. 115

Hình 9.23 Biểu đồ ứng suất của cốt thộp chịu nộn qua cỏc cấp lực .............................. 116

Hình 9.24 Biểu đồ ứng suất của cốt thộp chịu kộo qua cỏc cấp lực .............................. 116

Hình 9.25 Biểu đồ ứng suất của tất cả thộp trong vỏch khi chịu nội lực lớn nhất ......... 117

Hình 9.26 Biểu đồ bề rộng vết nứt khi chịu nội lực lớn nhất ........................................ 117

Hình 10.1 Vị trớ dầm D1-3 tầng 4 ................................................................................ 119

Hình 10.2 Bố trớ thộp dọc cho gối 1 ............................................................................ 120

Hình 10.3 Bố trớ thộp dọc cho gối 3 ............................................................................. 121

Hình 10.4 Bố trớ thộp dọc cho nhịp 1-3 ........................................................................ 122

Hình 10.5 Mặt cắt dầm I800x600x24x20...................................................................... 124

Hình 10.6 Mặt cắt dầm liờn hợp ................................................................................... 125

Hình 10.7 Cấu tạo nỳt dầm liờn hợp theo WP7 ............................................................ 129

Hình 10.8 Khai bỏo bờ tụng trong phần mềm ATENA .................................................. 130

Hình 10.9 Khai bỏo thộp dầm trong phần mềm ATENA ............................................... 130

Hình 10.10 Khai bỏo cốt thộp trong phần mềm ATENA ............................................... 131

PHẠM ĐèNH TRANG – KCXDK50 142 GVHD: THS.VŨ VĂN HIỆP

Hình 10.12 Mụ hình bờ tụng bọc dầm và bờ tụng cột ................................................... 132

Hình 10.13 Mụ hình húa bản bờ tụng ........................................................................... 132

Hình 10.14 Mụ hình húa thộp thường .......................................................................... 133

Hình 10.15 Mụ hình húa điều kiện biờn cho dầm liờn hợp ............................................ 133

Hình 10.16 Mụ hình húa tải trọng trong dầm liờn hợp ................................................. 134

Hình 10.17 Chia nhỏ kết cấu dầm liờn hợp trong ATENA ............................................ 135

Hình 10.18 Cỏc điểm quan sỏt trong kết cấu ................................................................ 135

Hình 10.19 Biểu đồ ứng suất của thộp hình khi chịu tải trọng lớn nhất ........................ 136

Hình 10.20 Biểu đồ ứng suất của cốt thộp thường khi chịu tải trọng lớn nhất .............. 136

Hình 10.21 Biểu đồ bề rộng vết nứt khi chịu tải trọng lớn nhất .................................... 137

Hình 10.22 Biểu đồ độ vừng của dầm liờn hợp qua cỏc cấp lực ................................... 137

Hình 10.23 Biểu đồ độ vừng của dầm liờn hợp khi chịu tải trọng lớn nhất ................... 138