CHƯƠNG 3 KHUNG BTCT

KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÁI NIỆM  Là hệ thanh bất biến hình, tiếp nhận tải trọng từ sàn rồi truyền xuống móng  Khung = hệ cột + hệ dầm  Giao điểm giữa dầm và cột gọi là nút khu.

KHUNG BÊ TÔNG

CỐT THÉP

KHÁI NIỆM

 Là hệ thanh bất biến hình, tiếp nhận tải trọng từ sàn rồi truyền xuống móng

PHÂN LOẠI

 Theo phương pháp thi công:

◦ Khung toàn khối: khi các cấu kiện

sàn, dầm, cột được đổ toàn khối

 Ưu điểm: độ cứng khung lớn;

 Nhược điểm: thời gian thi công lâu

◦ Khung lắp ghép: khi các cấu kiện

sàn, dầm, cột được chế tạo sẵn, được vận chuyển đến công trường lắp ghép

 Nhược điểm: xử lý mối nối tốn công và phức tạp

PHÂN LOẠI

 Theo sơ đồ kết cấu:

◦ Khung hoàn toàn: cột và dầm chịu lực;

◦ Khung không hoàn toàn: cột, dầm và

SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG

 Sơ đồ tính khung được thể hiện là trục của cột và trục của dầm, đồng thời thể hiện các liên kết giữa các cấu kiện

 Việc chọn sơ đồ tính phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của nó và cấu tạo các mối liên kết phải phù hợp với liên kết đã chọn

SỰ LÀM VIỆC CỦA KHUNG

 Theo phương ngang: hệ cột và các dầm sàn ngang tạo thành các khung ngang;

 Theo phương dọc: hệ cột và dầm dọc tạo thành các khung dọc;

 Khi chịu lực, các khung ngang và khung dọc hợp thành hệ khung không gian

 Quy ước (chỉ mang tính tham khảo):

◦ L/B≥1,5: tách riêng từng khung phẳng ra

để tính nội lực;

◦ L/B<1,5: tính nội lực theo khung không gian

KHUNG NGUY HIỂM

 Là khái niệm được dùng khi tính toán bài toán khung phẳng

 Khung ngang nguy hiểm hơn khung dọc

 Trong khung ngang có 1 số khung nguy hiểm hơn các khung khác, tùy thuộc vào số nhịp của khung, diện truyền tải (tải đứng

và tải ngang)…

KHUNG BÊ TÔNG CỐT

THÉP TOÀN KHỐI

CẤU TẠO NÚT KHUNG

 Cấu tạo nút khung để khung làm việc theo đúng sơ đồ kết cấu đã giả thiết

 Khi cấu tạo cốt thép tại nút khung cần chú ý đến đoạn neo cốt thép:

◦ Lan≥30d: đối với cốt thép chịu kéo;

◦ Lan1≥20d: đối với cốt thép chịu nén

 Đối với khung có xà ngang bị gãy khúc, dưới tác dụng của momen dương, sẽ có

1 hợp lực hướng ra ngoài, nếu không có cốt đai giằng cốt thép chịu nén, chịu kéo lại với nhau thì bê tông chỗ gãy khúc có thể bị vỡ và cốt thép bật ra ngoài

CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC

TIẾT DIỆN DẦM

 Kích thước tiết diện ảnh hưởng đến độ cứng các cấu kiện khung Từ đó, ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực trong khung

Cách 2: được dùng phổ biến:

b

b R b

M k

1

◦ Tải tính toán gồm:

 Tĩnh tải gs và hoạt tải ps;

 Trọng lượng bản thân dầm dọc và dầm ngang trong phạm vi diện tích Si là gd;

 Trọng lượng tường xây trên dầm trong i Si là gt;

 Trọng lượng bản thân cột của tầng đang xét là gc.

vb

c g

g c c c

t t g t t t

n

i b g i i d

H y

n h b g

L n

h b g

L n

h b g

1

 Lưu ý kích thước h, b cần được chọn theo kích thước ván khuôn.

d i

s n

i

N

CHÚ Ý

 Sau khi chọn được kích thước dầm và cột, tiến hành tính toán nội lực, tính thép cho từng cấu kiện Sau đó, kiểm tra lại kích thước tiết diện đã chọn dựa vào hàm lượng cốt thép Nếu hàm lượng cốt thép không hợp lý, cần phải thay đổi kích thước tiết diện

 Khi nào momen quán tính của tiết diện chọn sơ bộ và tiết diện chọn cuối cùng khác nhau quá 2 lần thì cần tính lại nội lực theo độ cứng của tiết diện đã chọn.

 Khi dầm sàn đúc toàn khối, có thể xem dầm khung có tiết diện chữ T để tính

Idầm.

SƠ ĐỒ TÍNH

 Sơ đồ tính phải chọn sao cho phù hợp với sự làm việc thực tế của kết cấu

◦ Khung toàn khối:

 Mỗi đoạn cột hoặc đoạn dầm được mô hình hóa bằng một thanh, đặt tại vị trí trục hình học của thanh

 Liên kết cột – móng là ngàm hoặc khớp;

 Liên kết cột – dầm xem là liên kết cứng;

 Vị trí cột ngàm với móng tại mặt trên của móng;

 Dầm kiềng không được xem là bộ phận của khung ngang để thiên về an toàn

 Khung là 1 hệ kết cấu siêu tĩnh bậc cao

 Việc tính nội lực khung thường được tính theo sơ đồ đàn hồi với việc dùng độ cứng

EI của tiết diện, thật ra độ cứng cấu kiện BTCT là B Tuy nhiên, do chưa có phương pháp tính kể đến biến dạng dẻo của bê tông nên có thể tính toán kết cấu siêu tĩnh BTCT theo sơ đồ đàn hồi (thiên về an toàn khá nhiều)

 Khung là 1 hệ kết cấu siêu tĩnh bậc cao

 Việc tính nội lực khung thường được tính theo sơ đồ đàn hồi với việc dùng độ cứng

EI của tiết diện, thật ra độ cứng cấu kiện BTCT là B Tuy nhiên, do chưa có phương pháp tính kể đến biến dạng dẻo của bê tông nên có thể tính toán kết cấu siêu tĩnh BTCT theo sơ đồ đàn hồi (thiên về an toàn khá nhiều)

MĂT BẰNG KẾT CẤU (MBKC)

 Đường biên của MBKC, bộ phận kết cấu:

◦ Đường biên ngoài, đường biên trong của các sàn có cao trình khác cao trình chung, các lỗ khoét trên sàn Những kết cấu khác cao trình không thi công cùng với sàn được đặt tên và tên bản vẽ thể hiện nó;

 Cao trình chung của kết cấu sàn, khu vực giới hạn các sàn có cao trình khác nhau, chiều dày khác nhau, kích thước chiều dày sàn từng khu vực;

 Tên, vị trí các cột, dầm và kích thước của chung;

 Kích thước: khoảng cách giữa các trục dầm, cột đến trục định vị kiến trúc;

 Các chi tiết;

 Các ghi chú cần thiết

 Lưu ý: Các tầng có hệ kết cấu khác nhau cần có

MBKC riêng

TẢI TRỌNG TRÊN KHUNG

 Các loại tải:

◦ Tải trọng thường xuyên;

◦ Tải trọng tạm thời dài hạn;

◦ Tải trọng tạm thời ngắn hạn;

 Khi tính tải tác dụng lên dầm khung, phải tính tải tập trung tại các nút khung do dầm dọc truyền vào

 Khi tính tải tác dụng lên dầm khung phải tính riêng cho từng trường hợp:

◦ Tĩnh tải + hoạt tải dài hạn;

MỘT SỐ GIẢ THIẾT

 Khi độ chênh cao của trục dầm

<1/10Ht thì coi như 2 dầm có cùng cao độ;

 Khi độ lệch trục cột trên và cột dưới

<1/20 Lnhịp thì coi như trục 2 cột trùng nhau Khi đó trị số nhịp là trị

số trung bình của các tầng;

 Các đặc trưng về hình học của tiết diện được tính với tiết diện bê tông nguyên, không cốt thép;

 Mô đun đàn hồi của vật liệu BTCT bằng mô đùn đàn hồi của bê tông

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ

 Là tải trọng tác dụng trên 1m2 sàn, tường, hoặc trên một mét dài cấu kiện thanh

 Các hệ số tin cậy n, trọng lượng riêng cần tuân theo TCVN2737:1995, tuân thủ các quy định loại vật liệu, kích thước cấu kiện của thiết kế kiến trúc

 Tham khảo thêm bảng trọng lượng riêng và hệ số tin cậy n của một số vật liệu phổ biến

HOẠT TẢI ĐỨNG

 Lấy theo TCVN 2737:1995 hoặc

do công nghệ quy định (xem catalog

 Khi tính cần xác định trị số riêng cho từng loại sàn: phòng làm việc, phòng học, hội trường,…

 Trị số của hệ số tin cậy lấy theo TCVN 2737:1995

HOẠT TẢI GIÓ

 Gồm 2 thành phần: tĩnh và động

 Khi công trình có chiều cao dưới 40m, nhà công nghiệp 1 tầng cao dưới 36m với tỷ số chiều cao trên nhịp nhỏ hơn 1.5m thì thành phần động không cần xét đến

 Thành phần tĩnh của tải gió tính toán theo TCVN2737: 1995;

 Thành phần động của tải gió tính toán theo TCVN229: 1999;

◦ k= hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình (TCVN 2737-1995);

◦ n: hệ số tin cậy;

◦ c: hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng công trình;

 Trường hợp công trình đơn giản (hình vuông hay chữ nhật), c=0.8 ở phía gió đẩy, c=-0.6 ở phía gió hút

◦ Địa hình A: địa hình trống trải, không có hoặc

có rất ít vật cản chiều cao không quá 1,5m( đồng bằng)

◦ Địa hình B: tương đối trống trải, có 1 số vật cản thưa thớt không cao quá 10m (ngoại ô)

◦ Địa hình C: Địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ 10m trở lên (trong thành phố)

W0(daN/m2) 65 95 125 155 185

SỰ TRUYỀN TẢI TRONG

KHUNG

SỰ TRUYỀN TẢI TRONG

 Tải trọng trên dầm chính: tải phân

bố đều theo chiêu dài (tải từ sàn truyền vào và tải tường); tải tập trung từ dầm phụ truyền vào

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC

DỤNG VÀO KHUNG

 Sự truyền tải trọng đứng và ngang vào khung là một bài toán phức tạp, phụ thuộc vào các quan điểm tính toán khác nhau

 Phương pháp tính toán hay dùng hiện này

là mô hình hóa hệ không gian, khi đó sự truyền tại được tự động hóa bằng phần mềm:

◦ Cột và dầm: phần tử thanh;

◦ Sàn và vách: phần tử tấm

 Ngoài ra, trong một số trường hợp MBKC đơn giản, ta có thể đưa kết cấu về các khung phẳng độc lập Khi đó phải dùng các phương pháp phân tải thích hợp

PHÂN TẢI VÀO KHUNG

 Cách 1: Tính theo hoạt tải toàn phần

◦ Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm;

◦ Tải trọng phân bố:

 gd, gt

 Tải trọng do sàn truyền vào:

 Phía nhịp BC có dạng tam giác, trị số lớn nhất là gsL2,

PHÂN TẢI VÀO KHUNG

 Cách 2: Tính theo hoạt tải ngắn hạn

◦ Dùng qs=gs+pd để tính toán tĩnh tải phân bố và tập trung từ sàn truyền vào dầm;

◦ gd, gt tính tương tự như cách 1;

◦ Dùng pn=ps-pd để tính toán hoạt tải phân bố và tập trung từ sàn truyền vào dầm.

TẢI TRỌNG TƯỜNG XÂY

 Tải tường xây cố định: tĩnh tải

 Tải tường ngăn di động: hoạt tải dài hạn

 Về mặt chịu lực: tường dày từ 200 trở lên, đặt trên dầm được đưa vào tính toán theo các quan niệm sau:

◦ Khung chèn gạch (hê khung - tường);

◦ Lý thuyết dầm tường (một phần tải tường truyền vào cột dưới dạng lực tập trung);

◦ Coi tường ngăn không chịu lực

TẢI TRỌNG TƯỜNG XÂY

 Nếu coi tải trọng tường truyền hết lên dầm dưới dạng phân bố đều:

𝑔𝑘𝑘=𝑔𝑘𝐻𝑘𝑘𝑐

◦ 𝑔𝑘: tải trọng 1m 2 tường;

◦ 𝐻𝑘: chiều cao tường (không kể phần dầm);

◦ 𝑘𝑐: hệ số giảm tải trọng do lỗ cửa

 Trường hợp tường không xây trực tiếp lên dầm khung:

◦ Dùng dầm phụ để đỡ tường;

◦ Dùng sàn trực tiếp đỡ tường: sàn làm việc như bản chịu tải trọng phân bố theo dải (bài toán phức tạp) Cho phép quy đổi tải tưởng thành lực phân bố đều trên sàn: 𝑔𝑠𝑘=𝑔𝑘𝑆𝑘/𝑆𝑏

 St: diện tích toàn bộ tường trong phạm vi ô bản có

Sb

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

 Dùng nguyên tắc cộng tác dụng Tính nội lực riêng cho từng loại tải trọng với từng trường hợp tác dụng của hoạt tải rồi tổ hợp để tìm ra trị số nội lực nguy hiểm tại các tiết diện

 Để tìm ra nội lực cho khung, ta dùng các chương trình tính toán kết cấu tin cậy: ETABS, SAP,…

CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỘT

 Với khung toàn khối: L0=0.7H

 Với khung lắp ghép: L0=H

◦ H: chiều cao tầng nhà

TÍNH CỐT THÉP CỘT

 Dùng các bảng tính excel hoặc các phần mềm tính toán cốt thép đã được cơ quan chức năng công nhận

 Cốt thép cột thường được bố trí đối xứng

 Cốt đai thường được đặt theo cấu tạo Với trường hợp Q lớn, cốt đai tính toán giống cấu kiện chịu uốn(dầm)

 Cốt đai phải được cấu tạo đúng theo quy phạm, phụ thuộc vào kích thước tiết diện ngang của cột

TÍNH CỐT THÉP CỘT

 Dùng các bảng tính excel hoặc các phần mềm tính toán cốt thép đã được cơ quan chức năng công nhận

 Cốt thép cột thường được bố trí đối xứng

 Cốt đai thường được đặt theo cấu tạo Với trường hợp Q lớn, cốt đai tính toán giống cấu kiện chịu uốn(dầm)

 Cốt đai phải được cấu tạo đúng theo quy phạm, phụ thuộc vào kích thước tiết diện ngang của cột

KIỂM TRA LẠI KÍCH THƯỚC

TIẾT DIỆN

 Điều kiện: μmin≤μ≤μmax

 Nếu điều kiện trên không thỏa mãn, cần chọn lại tiết diện và tính lại

 Đối với dầm: μmax=ξRRb/Rs

 Đối với cột: μmax=3%, đồng thời kiểm tra điều kiện λ≤100

BỐ TRÍ CỐT THÉP

 Chọn và bố trí cốt thép cũng như thể hiện bản vẽ theo đúng các tiêu chuẩn đã ban hành: TCXDVN 356-2005; 5898-1995; 6048-1995; 6085-1995

 Trong khung phẳng, cốt thép cột được bố trí theo cạnh ngắn (b), nếu cạnh dài h ≥500, cần bố trí cốt giá

ở phía cạnh h

 Trong khung không gian, cốt thép được bố trí theo chu vi, cốt thép tính theo phương nào thì bố trí theo phương tương ứng của cột

TÍNH CỐT ĐAI TRONG DẦM

GÃY KHÚC

 Điều kiện:

 Các thanh cốt đai phải ôm lấy toàn

bộ cốt thép dọc chịu kéo và neo chắc vào vùng nén

 Khi góc β≥160˚, có thể đặt cốt dọc chịu kéo liên tục

 Khi góc β<160˚, một số hoặc toàn

bộ cốt dọc chịu kéo cần được tách rời và neo chắc vào vùng nén

4

2

2 1

sw sw

d n R

F

F x

π

+

≥

CỘT LỆCH TRỤC

 Tình huống:

◦ TH 1: Trục các cột (dầm) không trùng nhau do tiết diện ngang của cột (dầm) thay đổi;

◦ TH 2: Trục dầm dọc được thiết kế không trùng với trục của khung

 Giải pháp:

◦ TH1: Chọn sơ đồ tính là khung lệch trục cột, xem phần tử đoạn dầm giữa 2 trục cột có độ cứng là vô cùng;

◦ TH2: Khi chất tải lên khung cần chuyển lực tập trung P từ dầm dọc vào tại nút khung và thêm 1 momen tập trung M=Pe tại nút khung

KHE BIẾN DẠNG

 Kết cấu bê tông cốt thép bị biến dạng do nhiệt độ thay đổi, do co ngót, lún không đều

 Kết cấu BTCT là hệ siêu tĩnh nên các nguyên nhân trên sẽ gây ra ứng suất phụ, có thể làm xuất hiện các vết nứt trên cấu kiện

 Để khắc phục, ta làm các khe biến dạng:

◦ Khe nhiệt: chạy suốt từ mái đến mặt trên của móng, cắt qua sàn và tường TCVN: nhà lớn hơn 60, chiều rộng 20-

30

KHE BIẾN DẠNG

 Khe lún: Cắt qua toàn bộ công trình từ mái đến móng Bố trí tại các vị trí sau:

◦ Nơi có sơ đồ địa chất thay đổi đột ngột;

◦ Tại vị trí công trình đổi hướng;

◦ Tại vị trí công trình thay đổi chiều cao đột ngột

KHUNG KHÔNG GIAN

 Khung không gian là 1 khối khung bao gồm các khung phẳng

và các khung dọc

 Tất cả các công trình đều có hệ chịu lực là khung không gian

 Thường chỉ tính theo sơ đồ khung không gian khi L/B≤1,5

 Thường chỉ tính theo sơ đồ khung không gian khi L/B≤1,5