CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 2 – TRỤC C
6.4. Tính toán – thiết kế vách
6.4.1. Phương pháp vùng biên chịu moment
-Thông thường, các vách cứng dạng công xôn phải chịu tổ hợp nội lực sau: N, Mx, My, Qx, Qy. Do vách cứng được bố trí trên mặt bằng để chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó (chủ yếu) nên bỏ qua khả năng chịu mô ment ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy, chỉ xét tổ hợp nội lực gồm: N, My, Qx.
Hình 6.6. Nội lực trong vách cứng
-Phương pháp cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách được thiết kế chịu toàn bộ moment. Lực dọc trục được giải thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách.
Hình 6.7. Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách Bước 1: Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu Moment.
- Xét vách chịu lực dọc trục N và moment uốn trong mặt phẳng My, Moment này tương đương với 1 cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo nén trong vùng biên.
P
1,r
Trong đó:
+A: Diện tích mặt cắt vách.
+Ab: Diện tích mặt cắt vách vùng biên.
+B1, Br: Chiều dài trái, phải của vùng biên.
Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén theo TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế.
-Tính khả thép vùng biên như cột chịu nén đúng tâm.
-Khả năng chịu lực của cột chịu kéo – nén đúng tâm được xác định theo công thức:
N i = ϕ( Rb Ab + Rs As ) Trong đó:
+Rb, Rs: Cường độ tính toán chịu nén của bê tông của cốt thép.
+Ab, As: Diện tích tiết diện bê tông vùng biên và của cốt thép dọc.
+ ϕ : Hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc). Xác định theo công thức thực nghiêm, chỉ dùng được khi: 14 < λ < 104
ϕ = 1.028 − 0.0000288λ 2 − 0.0016λ + λ = l0
: Độ mảnh của vách.
imin
+l0: Chiều dài tính toán của vách (đối với nhà nhiều tầng: lo = 0.7H , H là chiều cao tầng).
+imin: Bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh imin = 0.288b.
+Khiλ ≤ 28 , bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấyϕ = 1 .
-Khi N > 0 (vùng biên chịu nén) Diện tích cốt thép được tính như sau:
A =
sc
-Khi N < 0 (vùng biên chịu kéo), do giả thiết ban đầu: ứng lực kéo do cốt thép chịu nên diện tích cốt thép chịu kéo được tính theo công thức:
Ast = Pl , r Rs Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép và cấu tạo.
-Nếu không thỏa mãn thì phải tăng kích thước B của vùng biên lên rồi tính lại từ bước 1.
Chiều dài B của vùng biên có giá trị lớn nhất là L/2, nếu vượt qua giá trị này cần tăng bề dày vách.
-Theo TCVN 9386 – 2012:
+Cốt thộp dọc hàm lượng: 1% ≤ à ≤ 4% .
+ Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép ở góc dọc theo mỗi cạnh cột.
97
+Đai kín và đai móc vùng giới hạn (vùng biên) đường kính ít nhất là 6mm.
+ Vùng biên phải sử dụng đai kín chồng lên nhau để mỗi thanh cốt thép dọc khác đầu được cố định bằng đai kín hoặc đai móc.
+Lượng cốt thép tối thiểu vùng giữa là 0.2%.
+ Cốt thép vùng giữa được liên kết với nhau bằng các thanh đai móc cách nhau khoảng 500mm.
+Cốt thép vùng giữa có đường kính không nhỏ hơn 8mm nhưng không lớn hơn 1/8 bề rộng vách.
Bước 5: Tính thép vùng bụng vách (Tính như cột đúng tâm).
- Lực tác dụng lên vùng bụng:
Pb = N
× Abb Aw - Cốt thép vùng bụng vách:
Pb
− γb Rb Ab
Asc = ϕ Rsc
-Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo cấu tạo.
Bước 6: Tính toán cốt thép ngang.
-Tại tiết diện bất kỳ của vách, phải gia cường thép đai ở hai đầu vách. Do ứng suất cục bộ (ứng suất tiếp và ứng suất pháp theo phương nằm trong mặt phẳng) thường phát sinh tại hai đầu của vách (vị trí truyền lực sẽ lớn nhất, sau đó lan tỏa).
-Tính toán cốt ngang trong vách được thực hiện tương tự như trong dầm.
ϕb 3 (1 + ϕ f + ϕ n )γ b Rbt bho < Qmax ≤ 0.3ϕ w1ϕ b1γb Rb bho Trong đó:
+ ϕb3 = 0.6 : đối với bê tông nặng.
+ ϕ f = 0 : hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén.
+ϕn = 0.1
- Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
1.5(1+ϕ )R bh2
smax = Qn bt o
max
- Khoảng cách thiết kế của cốt ngang:
s= min(stt , smax , sct )
Đường kớnh cốt thộp ngang chọn ỉ = 10 mm, bố trớ đều với khoảng cỏch s = 200 mm.
Bước 7: Bố trí thép cho vách cứng.
98
- Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất
s ≤ 1.5b
trong hai trị số sau:
s ≤ 30 cm
- Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo TCVN 5574 – 2012:
+Phải đặt hai lớp lưới thép. Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b.
+ Hàm lượng cốt thộp đứng chọn 0.6% ≤ à ≤ 3.5% (đối với động đất trung bỡnh mạnh).
+Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng ≤ 0.4%
(đối với động đất trung bình và mạnh ). Dùng đai 2 nhánh (n = 2).
+ Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng.
+ Tại các góc liên kết các vách cứng với nhau phải bố trí các đai liên kết.
+ Do môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên Fa = max(Fanen , Fakeo ) , cốt thép vùng giữa Fa’.