Thiết Kế Sàn Dự Ứng Lực Theo Tiêu Chuẩn Châu Âu Ec22004Cơ Sở Thiết Kế Cấu Kiện Bê Tông Ứng Suất TrướcGiải Pháp, Các Thông Số Thiết Kế, Vật Liệu Theo tiêu chuẩn Châu Âu EC22004, Theo tiêu chuẩn Việt Nam, Quy đổi tương đương đặc trưng vật liệu của TCVN sang TC EC2.Quy Trình Thiết Kế Sàn Bê Tông Ứng Lực Trước Căng Sau
Trang 1Thiết Kế Sàn Dự Ứng Lực Theo Tiêu Chuẩn Châu Âu
Ec2-2004
Chương 1 CƠ SỞ THIẾT KẾ CẤU KIỆN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC theo tiêu chuẩn châu âu ec2
-2004
1 Vật liệu
1.1 Bê tông
1.1.1 Theo tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004
Cấp độ bề của bê tông được fck nằm trong khoảng 12MPa <= fck <= 91MPa Cấp độ bền C28/35 và C32/40 là cấp độ bền tối thiểu tương ứng được kiến nghị sử dụng cho kết cấu bê tông căng sau và căng trước Trong cả hai trường hợp, độ bền của bê tông tại thời điểm truyền ứng suất không nhỏ hơn 25 Mpa.(Manual Safe v12).
Cấp độ bền fck bê tông chọn thiết kế sàn nằm trong khoảng 28-40 Mpa (fck).
1.1.2 Theo tiêu chuẩn Việt Nam
Theo TCVN 5574:2012, việc lựa chọn cấp độ bền của bê tông phụ thuộc vào dạng, loại và đường kính thép căng trước cũng như phụ thuộc vào việc neo cốt thép Nếu dùng sợi thép có đường kính không nhỏ hơn thì cấp độ bền của bê tông lấy không nhỏ hơn B30.
1.1.3 Quy đổi tương đương đặc trưng vật liệu của TCVN sang TC EC2.
Để quy đổi tương đương cấp độ bền bê tông ta dùng cường độ chịu nén tức thời trung bình của mẫu bê tông.
Kết quả quy đổi tương đương giữa cấp độ bền của bê tông theo TCVN với EC2 như sau:
- Lớp độ bền C28/35 tương đương cấp B30 (Mác 400) của TCVN.
- Lớp độ bền C32/40 tương đương cấp B35 (Mác 450) của TCVN.
(Phần quy đổi bên trên mang tính chất tham khảo không bắt buộc theo Thông số quy đổi theo TCVN 5574-2012 và EN206-1)
Trang 2Tuy nhiên hiện nay các thiết kế của một số công ty quy đổi theo:
- Lớp độ bền C25/30 tương đương cấp B30 (Mác 400) của TCVN.
- Lớp độ bền C28/35 tương đương cấp B35 (Mác 450) của TCVN.
Quy đổi vật liệu mang tính an toàn hơn.
Trong đó: ví dụ C28/35 tương ứng fck=28MPa, fck,cube=35MPa.
1.2 Cốt thép ứng lực trước
Đặc trưng thuộc tính cáp 7 sợi theo tiêu chuẩn châu Âu được nêu trong tiêu chuẩn prEN 10138:2006
và theo tiêu chuẩn ASTM A416-06 của Hoa Kỳ như sau với thuộc tính cáp 7 sợi đường kính 13mm (0.5)
và đường kính 15mm (0.6):
Phổ biến hiện nay đang dùng cáp loai 12.7 mm và loại 15.24 mm theo ASTM A 416- Grade 270
Trang 3Mô phỏng cấu kiện cáp bám dính và cáp không bám dính 1.3 Cốt thép thường
1.3.1 Theo tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004
Cường độ chảy dẻo của cốt thép nằm trong giới hạn sau:
400MPa <= fyk <= 600MPa (EC2 3.2.2(3))
1.3.2 Theo tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN quy định dùng thép thanh cho kết cấu bêtông cốt thép, ký hiệu, cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn
và cường độ chịu kéo tính toán khi tính theo trạng thái giới hạn thứ hai Rs,ser, nêu tại Bảng 2 2.
Giới hạn giới hạn chảy theo EC2 mục 3.2.2 (3)P và giá trị cường độ theo TCVN thì mác thép SD390 (AIII)
có thể là mác thép thấp nhất sử dụng cho kết cấu Dự ứng lực.
Trang 42 Phân loại ứng suất dưới tác dụng của tải trọng sử dụng
Tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004 không đưa ra giá trị giới hạn ứng suất giả định sau khi tính toán bổ sung cốt thép thường như BS 8110-1997 mà giới hạn bề rộng vết nứt ở trạng thái sử dụng (SLS).
Giới hạn bề rộng vết nứt theo bảng 7.1N EC2-2004.
Giá trị bề rộng giới hạn vết nứt kiểm tra khi thiết kế kết cấu dự ứng lực với cáp bám dính (bonded tendon) là 0.2mm với tổ hợp tải trọng thường gặp (Frequent)
3 Tổn hao ứng suất và tính toán tổn hao ứng suất
Sau khi tạo ứng suất trước trong cấu kiện, lực ứng suất trước trong bê tông không giữ nguyên giá trị ban đầu mà chịu một sự giảm đi từ từ theo thời gian từ giai đoạn truyền cho đến giai đoạn chịu tải do nhiều nguyên nhân gọi là sự tổn hao ứng suất.
Tổn hao ứng suất gồm có 2 loai: tổn hao ngắn hạn và tổn hao dài hạn.
- Tổn hao ngắn hạn bao gồm: tổn hao do ma sát, tổn hao do tụt neo.
Sự dịch chuyển neo 6mm
Tổn hao do ma sát: Phần mềm tự tính với các thông số
+ Hệ số ma sát giữa cáp và ống gen Mu: xác định theo Bảng 5.1 EC2-2004 Giá trị Mu đối với cáp căn trong các ống gen (bám dính) bằng 0.19
+ Chuyển vị góc ngoài chủ định của cáp k hay Wobble, phạm vị 0.005 <k< 0.01 theo 5.10.5.2 (3) EC2
- Tổn hao dài hạn bao gồm: tổn hao do co ngắn đàn hồi của bê tông, tổn hao do từ biến, do co ngót, do chùng ứng suất.
Trang 5Các thông số tính toán tổn hao cáp dự ứng lực và profile cáp
Chương 2 giải pháp, các thông số thiết kế, vật
liệu
1 Phương án sàn dự ứng lực cho dự án
Trang 6Sàn dự ứng lực có hiệu qủa kinh tế với nhịp từ 6m đến 20m phụ thuộc vào dạng, phương án kết cấu va tải trọng tác dụng
Nhịp và phương án kết cấu sàn tối ưu về kinh tế
1.1 Sàn phẳng dự ứng lực / PT FLAT SLAB
Thiết kế / Design: nhịp tối ưu 7-13m Chiều dày sàn cần khống chế độ võng và chọc thủng quanh
đầu cột Thép chóng thủng có thể dạng đai, thép hình hoặc các ray thép chịu cắt Phương pháp tính toán có thể dùng PP khung tương đương hoặc phần tử hữu hạn thông qua phần mềm chuyên dụng
Thi công / Construction: việc thi công với mặt sàn bê dưới phẳng sẽ giúp tiến dộ nhanh hơn,
tận dụng coppha tối ưu.
Hiệu quả kinh tế / Economic: bề mặt phẳng tạo cho việc thi công, thiết kế hệ MEP, HVAC dễ
dàng, tăng mức sử dụng năng lượng do giảm chiều cao tầng Tiến độ dự án mang lại nhiều yếu
tố kinh tế hơn.
Công trình áp dụng: Văn phòng, chung cư, khách sạn trường học, bệnh viện
Trang 71.2 Sàn dầm dự ứng lực / PT BAND BEAM AND SLAB
Khi phương án sàn phẳng không thích hợp, tải trọng tập trung lớn (có thể là tải transfer), nhịp chênh lệch thì phương án sàn dầm DUL là tối ưu hơn Tùy vào điều kiện kiến trúc, tải trọng mà dầm có thể là dầm bẹt hay dầm cao
Thiết kế / Design: Dầm thiết kế với cáp dự ứng lực sàn khi đó có thể thiết kế như bê tông cốt
thép truyền thống hoặc dự ứng lực Phương án dùng tối ưu là dầm nhịp lớn và sàn một phương.
Thi công / Construction: dùng coppha cho dầm và sàn.
Hiệu quả kinh tế / Economic: đạt giá trị kinh tế cao khi nhịp lớn.
Trang 81.3 Sàn phẳng dự ứng lực có mũ cột / PT FLAT SLAB WITH DROP PANELS
Thiết kế / Design: nhịp tối ưu 8-15m chiều dày tại mũ cột nên sàn này chống thủng tốt Giới
hạn độ võng lớn.
Thi công / Construction: thi công coppha các drop khó khăn hơn.
Hiệu quả kinh tế / Economic: bề mặt dưới sàn phẳng có nhiều không gian bố trí, thiết kế hệ
MEP, HVAC dễ dàng Phù hợp với sàn có nhịp lớn hai phương xấp xỉ nhau
Trang 92 Mô hình tính toán
2.1 Lựa chọn cách bố trí mặt bằng kết cấu tổng thể
Do tổn hao trên chiều dài cáp là khác nhau do đó ứng suất trước giảm dần từ đầu kéo cáp về đầu neo cáp Nếu kiến trúc cho phép, giảm chiều dài nhịp cuối cùng để momen uốn do ngoại lực giảm và đạt được một sự cân bằng momen như ý đồ thiết kế Nếu được, giảm độ cứng của các cột hoặc vách theo hướng của ứng suất trước để giảm thiểu tổn hao ứng suất, và nên bố trí các cột theo chu vi xây dựng Khi các cột và vách được bố trí hợp lí thì việc tiếp theo là xem xét loại sàn được sử dụng Điều này được xác định bởi một số yếu tố như chiều dài nhịp, hình thức kiến trúc, các chức năng sử dụng dịch vụ, và chi phí nguyên vật liệu có sẵn Sàn phải đáp ứng hai yêu cầu chính là độ bền kết cấu và độ võng Dao động cũng cần được xem xét nếu công trình cao tầng Việc lựa chọn độ dày hoặc loại sàn.
2.2 Lực ứng suất trước
Mục 5.10.2.1 tiêu chuẩn EC2-2004 quy định lực căng thép tối đa không lớn hơn giá trị min(0.8 fpk; 0.9 fpo,1k)
Trang 10Theo mục 18.5 tiêu chuẩn ACI 318M-08 ứng lực trước ban đầu không được đạt tới 94% fpy , đồng thời không lớn hơn 80% fpu.
Diễn giải: - Lực ứng suất trước là lực kéo cáp
- Đối với sàn thường thiết kế lực kéo đạt <= 80% fpu.
- Đối với dầm thường thiết kế lực kéo đạt <=75% fpu.
2.3 Bố trí cáp ứng lực trước
Việc lựa chọn cách bố trí cáp như Hình 2 3 là phụ thuộc vào loại sàn thiết kế và hình dạng kích thước sàn Chẳng hạn như đối với Hình 2 3(a) và Hình 2 3(d) phù hợp khi sàn có nhiều lỗ mở vì cách bố trí cáp linh động dễ dàng tránh các lỗ mở, còn với Hình 2 3(b) và Hình 2 3(c) thì việc bố trí cáp ít linh hoạt hơn kho tránh các lỗ mở tuy nhiên lại tăng khả chịu cắt quanh đầu cột.
Trong trường hợp cáp bố trí qua các lỗ nhỏ hơn 300mm thì bố trí bất kỳ nơi nào trên sàn mà không ảnh hưởng đến sự làm việc của cáp (chỉ trường hợp như Hình 2 5 thì làm giảm lực cắt ở cột), còn trương hợp lớn hơn thì cần phải kiểm tra cẩn thận theo quy phạm thiết kế.
Trang 11Một số hành ảnh bố trí cáp thực tế
Trang 133 Vật liệu và hệ số an toàn riêng của vật liệu theo EC2-2004
3.1 Bê tông:
fck = Cường độ chịu nén đặc trưng mẫu trụ ở 28 ngày tuổi MPa
Ec = Modun đàn hồi của bê tông tính toán theo công thức sau phụ thuộc vào fck và hệ số riêng của bê tông 'gama m' Mpa
Ec= 22000[(fck+8)/10]^0.3 Mpa.
Trang 14Tự động tính toán khi dùng phần mềm Adapt Floor Pro hoặc tra ở Bảng 3.1 EC 2 - 2004
3.2 Cốt thép thường:
fyk = Giới hạn chảy hoặc độ bền kiểm tra của cốt thép (Ví dụ SD390 fyk=390Mpa)
Es = Modun đàn hồi của cốt thép
Ứng suất kéo giới hạn trong cốt thép thường không được vượt quá 0.8fyk EC2-7.2.(5)P
Các thông số vật liệu là do người dùng tự định nghĩa theo vật liệu sử dụng thực tế.
3.3 Cáp dự ứng lực:
fpk = Giới hạn bền của cáp DUL (Giá trị tham khảo 1860 Mpa)
fp0.1k = Giới hạn chảy của cáp DUL (Giá trị tham khảo 1670 Mpa)
Eps = Modun đàn hồi của cáp DUL (Giá trị tham khảo 195000 Mpa)
Ứng suất kéo giới hạn trong thép ứng lực trước không được vượt quá 0.75fpk EC2-7.2.(5)P
Các thông số vật liệu là do người dùng tự định nghĩa theo vật liệu sử dụng thực tế.
3.4 Hệ số an toàn riêng về vật liệu 'gama m' _ EC2-2004
Bê tông: 1.5
Cốt thép: 1.15
Cáp: 1.15
4 Xác định chiều dày sàn, mũ cột, dầm
Chiều dày sàn sơ bộ xác định theo bảng sau được nêu trong Eurocode 2 Design manual.
Section type: Loại sàn
Total imposed load (kN/m): tổng hoạt tải tác dụng
Span/depth ratios: tỷ số nhịp/chiều dày sàn (6≤L≤13) (kN/m)
Additonal requirement for vibrations: yêu cầu bổ sung cho công trình có xét đến dao động
A: chiều dày sàn ít nhất là 250mm
B: chiều dày sàn ít nhất là 400mm
Trang 16Chương 3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG
ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU
1 Các trường hợp tải trọng
SW :trọng lượng bản thân kết cấu (Seft weight)
SDL :tải trọng hoàn thiện bao gồm tải trọng tường (Super Dead Load)
LL :hoạt tải (Live Load)
PT :tải cáp ULT sau khi trừ toàn bộ tổn hao (Prestressing)
HPT :thành phần thứ cấp của ứng lực trước
2 Trong giai đoạn sử dụng (SLS)_ Serviceability
2.1 Tổ hợp tính toán theo EC0-2002
a) Tổ hợp tải trọng thường xuyên (Frequent):
1SW + 1SDL + 0.5LL + 1PT b) Tổ hợp do tải trọng thường gặp (Quasi Permanent):
1SW + 1SDL + 0.3LL + 1PT.
Các hệ số trên được mặc định trong Adapt Floor Pro tương ứng với kết cấu nhà ở chung cư, văn phòng
Các tổ hợp và hệ số của hoạt tải (phần bôi đậm) được xác định theo EC 0- 1990 bảng A1.1 theo công
năng sử dụng của kết cấu.
Trang 172.2 Giới hạn ứng suất theo EC2-2004
a) Ứng suất nén cho phép: (tham chiếu EC2-2004 section 7.2)
Tổ hợp Frequent:
Ứng suất nén trong bê tông không được lớn hơn 0.6fck.
Tổ hợp Quasi-permanent:
Ứng suất nén trong bê tông không được lớn hơn 0.45fck.
b) Ứng suất kéo cho phép: (tham chiếu EC2-2004)
Bê tông:
Ứng suất kéo không vượt quá fctm theo
EC2-2004 section 7.1 (2) Theo Bảng 3.1 fcmt=0.3fck^(2/3).
Tuy nhiên tiêu chuẩn EC2 không giới hạn ứng suất giả định khi thêm cốt thép vào (TR43 giới hạn là 0.3fck tương đương với tiêu chuẩn Anh BS8110-1997).
Thép thường: Ứng suất kéo không vượt quá 0.8fyk (EC2-2004 section 7.2 (5))
Cáp: Ứng suất kéo không vượt quá 0.75fpk (EC2-2004 section 7.2 (5))
