CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2
5.7. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO VÁCH
5.7.1. Lý thuyết tính toán
Vách là một trong những kết cấu chịu lực quan trọng trong nhà cao tầng. Ƣu điểm của nó là tính liền khối tốt ,biến dạng ngang nhỏ do có độ cứng lớn ,chịu phần lớn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng.Tuy nhiên việc tính toán cụ thể vẫn chƣa đƣợc đề cập trong tiêu
chuẩn thiết kế Việt Nam.
Thông thường ,các vách cứng dạng công xon chịu tổ hợp nội lực sau : N , , , , .
Do vách cứng chỉ chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó nên bỏ qua
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2 Trang 109
khả năng chịu momen ngoài mặt phẳng và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng , chỉ xét đến tổ hợp nội lực gồm ( N , , ).
Việc tính toán cốt thép dọc trong vách phẳng có thể sử dụng một số phươn pháp tính vách thông dụng trong nhà cao tầng nhƣ sau :
Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi.
Mô hình tính toán :
Phương pháp này chia vách cứng thành những phần tử nhỏ chịu kéo hoặc nén đúng tâm , coi nhƣ ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử.Tính toán cốt thép cho từng phần tử . Thực chất coi vách cứng nhƣ những cột nhỏ chịu kéo hoặc nén đúng tâm.
Các giả thiết cơ bản :
Vật liệu đàn hồi.
Ứng lực kéo do cốt thép chịu , ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.
Các bước tính toán
Bước 1 : Xác định trục chính và momen quán tính chính trung tâm của vách.
Bước 2 : Chia vách thành những phần tử nhỏ.
Bước 3 : Xác định ứng suất trong mỗi phần tử.
= ± ×
Lực kéo ( nén ) vùng thứ i :
= 0.2×t×a×
Bước 4 : Tính cốt thép.
Cốt thép từng vùng tính nhƣ cấu kiện chịu kéo ( nén ) đúng tâm.
Nếu > 0 ( vùng chịu kéo ) , diện tích cốt thép tính theo :
=
Nếu < 0 ( vùng chịu nén ), diện tích cốt thép tính theo :
=
Bước 5 : Kiểm tra hàm lượng cốt thép.
Cốt thép đƣợc chọn và bố trí theo kết quả lớn hơn : = max ( , )
Nhận xét :
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2 Trang 110
Phương pháp này đơn giản , có thể áp dụng để tính toán không chỉ đối với vách phẳng.
Gỉa thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt tới giới hạn chảy trên toàn tiết diện vách là chƣa chính xác. Chỉ tại những phần tử biên ở hai đầu vách ,cốt thép có thể đạt đến giới hạn chảy , nhƣng những phần tử ở giữa vách , cốt thép chƣa đạt đến giới hạn chảy.
Phương pháp giả thiết vùng biên chịu momen.
Mô hình tính toán :
Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu tường được thiết kế để chịu toàn bộ momen . Lực dọc trục đƣợc giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài tường .
Các giả thiết cơ bản :
Ứng lực kéo do cốt thép chịu.
Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.
Các bước tính toán :
Bước 1 : Gỉa thiết chiều dài B của vùng biên chịu momen.Xét vách chịu lực dọc trục N và momen uốn trong mặt phẳng . Momen tương đương với một cặp ngẫu lực đặt ở hai
vùng biên của tường.
Bước 2 : Xác định lực kéo nén trong vùng biên :
= × ±
Với :
: diện tích vùng biên.
A : diện tích mặt cắt vách.
Bước 3 : Tính cốt thép chịu kéo, nén, xem mỗi đoạn vách như cấu kiện kéo hoặc nén đúng tâm.
Bước 4 : Kiểm tra hàm lượng cốt thép . Nếu không thoả mãn thì phải tăng kích thước B của vùng biên lên rồi tính lại từ bước 1 . Chiều dài của vùng biên B có giá trị lớn nhất là , nếu
vượt quá giá trị này cần tăng bề dày tường .
Bước 5 : Kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên như cấu kiện chịu nén đúng tâm. Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo cấu tạo.
Nhận xét :
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2 Trang 111
Phương pháp này tương tự như phương pháp đầu , chỉ khác ở chỗ bố trí tập trung lượng cốt thép chịu toàn bộ momen ở hai đầu vách.
Phương pháp này khá thích hợp đối với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (
bố trí cột ở hai đầu vách ).
Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu momen của cốt thép.
Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác.
Phương pháp này dựa trên một số giả thiết về sự làm việc của bê tông và cốt thép để thiết lập trạng thái chịu lực giới hạn ( , ) của vách. Tập hợp các trạng thái này sẽ tạo thành một đường cong liên hệ giữa lực dọc N và momen M của trạng thái giới hạn.
Đây là phương pháp chính xác nhất , phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách.
Phương pháp này thực chất coi vách là một cấu kiện chịu nén lệch tâm và cốt thép phân bố trên toàn tiết diện vách đƣợc kể đến trong khả năng chịu lực của vách.
Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn , phức tạp.
Từ việc phân tích ba phương pháp trên, ta chọn phương pháp giả thiết vùng biên chịu
momen để tính thép vách trong đồ án này.