bài giảng kết cấu nhà bê tông cốt thép

bài giảng kết cấu nhà bê tông cốt thép chọn lọc. Nguyên lý cấu tạo và thiết kế.ví dụ tính toán chọn lọc. MỤC LỤC MỤC LỤC ..........................................................................................................................................1 CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) ..................4 I.1 Nguyên lý chung ............................................................................................................4 I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm .........................................................................................................4 I.1.2 Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu ........................................................................................4 I.1.3 Tính khả thi của phương án thiết kế .....................................................................................4 I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT .............................................................................................4 I.2.1 Các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật .....................................................................................5 I.2.2 Trình tự các bước thiết kế kết cấu BTCT .............................................................................5 I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT .......................................................................................8 I.2.4 Yêu cầu và quy định đối với bản vẽ kết cấu BTCT ..............................................................9 CHƯƠNG II. KẾT CẤU KHUNG BTCT ........................................................................................ 12 II.1 Hệ chịu lực của nhà khung BTCT toàn khối ....................................................................... 12 II.1.1. Khái niệm chung ............................................................................................................. 12 II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn ......................................................................................... 16 II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực của nhà khung ...................................................................................... 17 II.1.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện .................................................................... 17 II.1.5 Mặt bằng bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt bằng kc) ................................................. 18 II.2 Lập sơ đồ tính toán khung ....................................................................................................... 18 II.2.1 Sơ đồ hình học và mô hình kết cấu khung ........................................................................ 18 II.2.2 Xác đỊnh tả trọng đơn vị................................................................................................... 19 2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng.............................................................................................. 20 II.3 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực .......................................................................................... 23 II.3.1 Nội lực do từng trường hợp tải trọng ................................................................................ 23 2.3.2 Tổ hợp nội lực .................................................................................................................. 24 II.4 Tính toán và cấu tạo thép khung.............................................................................................. 24 II.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép dầm ....................................................................................... 24 II.4.2 Tính toán và bố trí cốt thép cột ......................................................................................... 25 II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối................................................................................................... 25 II.5 Các loại cầu thang và sơ đồ tính toán ...................................................................................... 32 II.5.1 Cấu tạo cầu thang ............................................................................................................. 32 II.5.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang ................................................................................ 34 CHƯƠNG 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP ............................................ 43 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDDCN_ĐHTL 2 III.1 Cấu tạo và hệ chịu lực của nhà khung lắp ghép ...................................................................... 43 III.1.1 Khái niệm chung ............................................................................................................ 43 III.1.2 Nguyên tắc tính toán và nguyên tắc truyền tải panel ........................................................ 43 III.2 Sơ đồ kết cấu khung lắp ghép và nửa lắp ghép, sơ đồ bố trí sàn, mái ...................................... 46 III.2.1 Sơ đồ khung lắp ghép ..................................................................................................... 46 III.2.2 Sơ đồ khung nửa lắp ghép ............................................................................................... 48 III.3 Cấu tạo mối nối ..................................................................................................................... 48 III.3.1. Phân loại mối liên kết: ................................................................................................... 48 III.3.2 Cấu tạo và tính toán mối nối ........................................................................................... 49 CHƯƠNG IV: KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BTCT ............................................. 53 IV.1 Khái niệm chung và sơ đồ kết cấu ......................................................................................... 53 IV.1.1 Khái niệm chung ............................................................................................................ 53 IV.1.2. Sơ đồ nhà, các bộ phận cơ bản của kết cấu nhà CN. ....................................................... 53 IV.1.3 Thiết bị vận chuyển theo phương thẳng đứng .................................................................. 54 IV.1.4. Bố trí mặt bằng nhà: ...................................................................................................... 55 IV.1.5. Mặt cắt ngang công trình: .............................................................................................. 56 IV.2. Cấu tạo cột ........................................................................................................................... 57 IV.2.1. Cấu tạo chung................................................................................................................ 57 IV.2.2. Cấu tạo vai cột ............................................................................................................... 58 IV.3. Tính toán khung ngang ......................................................................................................... 58 IV.3.1. Khái quát chung, sơ đồ tính ........................................................................................... 58 IV.3.2. Xác định tải trọng .......................................................................................................... 59 IV.3.3. Sự làm việc của khung ngang ........................................................................................ 62 IV.3.4. Xác định nội lực và tổ hợp nội lực trong khung .............................................................. 62 a. Xác định nội lực .................................................................................................................... 62 b. Tổ hợp nội lực ....................................................................................................................... 65 IV.3.5. Tính toán cốt thép .......................................................................................................... 66 IV.3.6 Tính toán vai cột và kiểm tra một số điều kiện khác ........................................................ 66 a. Tính toán vai cột ................................................................................................................ 66 b. Kiểm tra một số điều kiện khác: ............................................................................................ 67 IV.4. Các bộ phận khác của kết cấu nhà ........................................................................................ 68 IV.4.1 Hệ giằng ......................................................................................................................... 68 IV.4.2 Dầm cầu trục: ................................................................................................................. 70 IV.5. Khái niệm, cấu tạo kết cấu mái BTCT, các thành phần chính hệ mái .................................... 70 IV.5.1. Dầm mái........................................................................................................................ 71 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDDCN_ĐHTL 3 a. Cấu tạo : ................................................................................................................................ 71 b. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc : .................................................................................... 72 c. Tính toán tiết diện:................................................................................................................. 72 IV.5.2. Dàn mái......................................................................................................................... 74 a. Cấu tạo chung:....................................................................................................................... 74 b. Tính toán dàn mái:................................................................................................................. 76 IV.5.3.Vòm mái ........................................................................................................................ 76 a. Đặc điểm cấu tạo : ................................................................................................................ 76 b. Nguyên tắc tính toán vòm ...................................................................................................... 77 CHƯƠNG V: MÓNG BÊ TÔNG CỐT THÉP................................................................................... 80 V.1. Một số vấn đề cơ bản trong thiết kế nền móng ....................................................................... 80 V.1.1. Các khái niệm cơ bản ...................................................................................................... 80 V.1.2. Phân loại móng BTCT và phạm vi sử dụng ..................................................................... 81 V.1.3. Khái niệm về tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn ............................................... 83 V.1.4. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng ............................................................................... 84 V.1.5. Các tài liệu cần thiết để thiết kế nền móng....................................................................... 86 V.1.6 Đề xuất so sánh và chọn phương án móng ........................................................................ 87 V.2. Các loại móng bê tông cốt thép .............................................................................................. 90 V.2.1 Móng đơn cấu tạo và tính toán ....................................................................................... 90 V.2.2 Móng băng, cấu tạo và tính toán....................................................................................... 97 V.2.3 Móng cọc, cấu tạo và tính toán ....................................................................................... 100 V.2.4 Móng bè BTCT, móng khối hộp, tường vây ................................................................... 113 CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT ................................................................... 116 VI.1. Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế và tải trọng.................................................................. 116 VI.1.1 Khái nhiệm chung ........................................................................................................ 116 VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng ...................................................................... 117 VI.1.3 Đặc điểm về tải trọng đối với nhà nhiều tầng ................................................................ 117 VI.2. Các hệ KC chịu lực và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng: .................................................. 118 VI.2.1. Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng: ...................................................... 118 VI.2.2. Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: ........................................................... 120 VI.2.3. Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: ......................................................................... 121 VI.3. Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính toán và cấu tạo : .............................................................. 124 VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : ............................................................................................ 124 VI.3.2. Các đặc điểm tính toán: ............................................................................................... 125 VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: .....................................................................................................

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) 4

I.1 Nguyên lý chung 4

I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm 4

I.1.2 Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu 4

I.1.3 Tính khả thi của phương án thiết kế 4

I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT 4

I.2.1 Các yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật 5

I.2.2 Trình tự các bước thiết kế kết cấu BTCT 5

I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT 8

I.2.4 Yêu cầu và quy định đối với bản vẽ kết cấu BTCT 9

CHƯƠNG II KẾT CẤU KHUNG BTCT 12

II.1 Hệ chịu lực của nhà khung BTCT toàn khối 12

II.1.1 Khái niệm chung 12

II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn 16

II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực của nhà khung 17

II.1.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện 17

II.1.5 Mặt bằng bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt bằng kc) 18

II.2 Lập sơ đồ tính toán khung 18

II.2.1 Sơ đồ hình học và mô hình kết cấu khung 18

II.2.2 Xác đỊnh tả trọng đơn vị 19

2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng 20

II.3 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực 23

II.3.1 Nội lực do từng trường hợp tải trọng 23

2.3.2 Tổ hợp nội lực 24

II.4 Tính toán và cấu tạo thép khung 24

II.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép dầm 24

II.4.2 Tính toán và bố trí cốt thép cột 25

II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối 25

II.5 Các loại cầu thang và sơ đồ tính toán 32

II.5.1 Cấu tạo cầu thang 32

II.5.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang 34

CHƯƠNG 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP 43

III.1 Cấu tạo và hệ chịu lực của nhà khung lắp ghép 43

III.1.1 Khái niệm chung 43

III.1.2 Nguyên tắc tính toán và nguyên tắc truyền tải panel 43

III.2 Sơ đồ kết cấu khung lắp ghép và nửa lắp ghép, sơ đồ bố trí sàn, mái 46

III.2.1 Sơ đồ khung lắp ghép 46

III.2.2 Sơ đồ khung nửa lắp ghép 48

III.3 Cấu tạo mối nối 48

III.3.1 Phân loại mối liên kết: 48

III.3.2 Cấu tạo và tính toán mối nối 49

CHƯƠNG IV: KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BTCT 53

IV.1 Khái niệm chung và sơ đồ kết cấu 53

IV.1.1 Khái niệm chung 53

IV.1.2 Sơ đồ nhà, các bộ phận cơ bản của kết cấu nhà CN 53

IV.1.3 Thiết bị vận chuyển theo phương thẳng đứng 54

IV.1.4 Bố trí mặt bằng nhà: 55

IV.1.5 Mặt cắt ngang công trình: 56

IV.2 Cấu tạo cột 57

IV.2.1 Cấu tạo chung 57

IV.2.2 Cấu tạo vai cột 58

IV.3 Tính toán khung ngang 58

IV.3.1 Khái quát chung, sơ đồ tính 58

IV.3.2 Xác định tải trọng 59

IV.3.3 Sự làm việc của khung ngang 62

IV.3.4 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực trong khung 62

a Xác định nội lực 62

b Tổ hợp nội lực 65

IV.3.5 Tính toán cốt thép 66

IV.3.6 Tính toán vai cột và kiểm tra một số điều kiện khác 66

a Tính toán vai cột 66

b Kiểm tra một số điều kiện khác: 67

IV.4 Các bộ phận khác của kết cấu nhà 68

IV.4.1 Hệ giằng 68

IV.4.2 Dầm cầu trục: 70

IV.5 Khái niệm, cấu tạo kết cấu mái BTCT, các thành phần chính hệ mái 70

IV.5.1 Dầm mái 71

a Cấu tạo : 71

b Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc : 72

c Tính toán tiết diện: 72

IV.5.2 Dàn mái 74

a Cấu tạo chung: 74

b Tính toán dàn mái: 76

IV.5.3.Vòm mái 76

a Đặc điểm cấu tạo : 76

b Nguyên tắc tính toán vòm 77

CHƯƠNG V: MÓNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 80

V.1 Một số vấn đề cơ bản trong thiết kế nền móng 80

V.1.1 Các khái niệm cơ bản 80

V.1.2 Phân loại móng BTCT và phạm vi sử dụng 81

V.1.3 Khái niệm về tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn 83

V.1.4 Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng 84

V.1.5 Các tài liệu cần thiết để thiết kế nền móng 86

V.1.6 Đề xuất so sánh và chọn phương án móng 87

V.2 Các loại móng bê tông cốt thép 90

V.2.1 Móng đơn - cấu tạo và tính toán 90

V.2.2 Móng băng, cấu tạo và tính toán 97

V.2.3 Móng cọc, cấu tạo và tính toán 100

V.2.4 Móng bè BTCT, móng khối hộp, tường vây 113

CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT 116

VI.1 Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế và tải trọng 116

VI.1.1 Khái nhiệm chung 116

VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng 117

VI.1.3 Đặc điểm về tải trọng đối với nhà nhiều tầng 117

VI.2 Các hệ KC chịu lực và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng: 118

VI.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng: 118

VI.2.2 Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: 120

VI.2.3 Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: 121

VI.3 Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính toán và cấu tạo : 124

VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : 124

VI.3.2 Các đặc điểm tính toán: 125

VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: 125

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ

TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT)

I.1Nguyên lý chung

I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm

Thiết kế kết cấu bao gồm: Tính toán và thể hiện kết cấu trên bản vẽ Sản phẩm của thiết kế

là hồ sơ thiết kế dùng phục vụ cho thi công

Hồ sơ thiết kế bao gồm: Các bản vẽ, thuyết minh tính toán và dự toán công trình

Nguyên lý chung: Thiết kế kết cấu BTCT là thiết kế các bộ phận chịu lực của nhà bao gồm: Cột, dầm, sàn, vách…

Thiết kế kết cấu phải:

Dựa trên thiết kế kiến trúc: đảm bảo hình khối và không gian của công trình

Dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành của nhà nước về thiết kế công trình

Thiết kế phải có tính khả thi (phải thi công được kết cấu đó)

I.1.2 Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu

Kiến trúc và kết cấu có mối quan hệ mật thiết hữu cơ, không thể tách rời nhau

- Bất kỳ hình khối và không gian kiến trúc nào cũng đều được hình thành từ một hệ kết cấu nào đó, ví dụ:

+ Các không gian đơn giản thì được tạo nên từ hệ khung, tường, sàn theo lưới cột ô vuông hoặc chữ nhật;

+ Các không gian lớn, có hình dạng phức tạp được tạo nên từ các hệ kết cấu như dàn, vòm, vỏ mỏng không gian v.v

- Phương án kết cấu không những phải đáp ứng tốt yêu cầu chịu lực mà còn phải phù hợp với hình khối và không gian kiến trúc

Bởi vậy khi thiết kế kiến trúc thì ngay từ khi sơ phác mặt bằng công trình, đã phải nghĩ đến khả năng chịu tải trọng (gồm các tải trọng đứng, ngang, gió, độngđất v.v.) và các tác động khác có thể xảy ra như biến thiên nhiệt độ và độ lún lệch Nói cách khác một phương án kiến trúc khả thi phải chứa đựng nội dung cơ bản của phương án kết cấu khả thi

I.1.3 Tính khả thi của phương án thiết kế

Một phương án thiết kế được coi là khả thi nếu nó đảm bảo hai yêu cầu:

+ Thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật trong sử dụng hiện tại và lâu dài, thoả mãn các yêu cầu

về bền vững phù hợp với niên hạn sử dụng, thoả mãn các yêu cầu về phòng chống cháy và điều kiện thiết bị kỹ thuật thi công: có thể thi công được trong điều kiện kỹ thuật cho phép;

+ Giá thành công trình không vượt quá kinh phí đầu tư

Như vậy, khi thiết kế một công trình, căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, cần phải tạo dựng một

số phương án Thông qua việc so sánh các phương án với nhau về mặt kỹ thuật và kinh tế sẽ chọn

ra một phương án đáp ứng tốt nhất nhiệm vụ thiết kế Việc thiết kế chi tiết được tiến hành với phương án đã chọn

I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT

I.2.1 Các yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật

Yêu cầu về kỹ thuật:

Kết cấu phải đáp ứng được yêu cầu về hình khối và không gian kiến trúc;

Kết cấu được thiết kế phải đảm bảo về bền, cứng, ổn định, biến dạng bé (nứt, võng), tuổi

thọ cao,… Kết cấu phải được tính toán thiết kế với mọi tải trọng và tác động có thể xảy ra trong

quá trình sử dụng và trong quá trình thi công do vẫn có một số trường hợp nội lực xuất hiện trong quá trình thi công lớn hơn nội lực trong giai đoạn sử dụng một cách đáng kể Phương án được

chọn phải phù hợp với khả năng kỹ thuật thi công đang có hoặc sẽ có, cần lưu ý rằng những phương án kết cấu khó thi công thường cũng khó đảm bảo yêu cầu về chất lượng kỹ thuật Khi

chọn phương án kết cấu và thi công thường phải cân nhắc đến kết cấu toàn khối (đổ tại chỗ), kết cấu lắp ghép và kết cấu nửa lắp ghép

Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh đúng sự làm việc thực tế của kết cấu; Không nên chọn phương án kết cấu có sơ đồ dễ tính toán nội lực mà không thỏa mãn về độ cứng và điều kiện thi công, phải thiên về tính hợp lý về sự phân phối nội lực trong kết cấu Nên sử dụng kết cấu siêu tĩnh so với kết cấu tĩnh định

Vật liệu lựa chọn căn cứ theo điều kiện thực tế và yêu cầu cụ thể đối với công trình đang thiết kế, ưu tiên sử dụng các loại vật liệu có cường độ cao, bê tông ứng suất trước,…

Cần chọn ra phương án kết cấu hợp lý cho tất cả các yêu cầu kỹ thuật trên: là phương án chịu lực tốt, độ cứng cao, có tính khả thi và cho phép thi công nhanh, tuổi thọ cao

Yêu cầu về kinh tế

Kết cấu phải có giá thành hợp lý Giá thành của công trình được cấu thành từ tiền vật liệu, tiền thuê hoặc khấu hao máy thi công (bao gồm cả năng lượng tiêu hao), tiền nhân công v.v Đối với các công trình thông thường, tiền vật liệu chiếm tỷ trọng lớn hơn cả Khi đó cần phải chọn phương án kết cấu có chi phí vật liệu thấp nhất: sử dụng vật liệu hợp lý, tiết kiệm và hiệu quả: Tuy vậy cũng có những công trình mà tiền thuê máy móc thi công và nhân công chiếm phần lớn, khi đó việc tiết kiệm chút ít vật liệu không có ý nghĩa so với việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kết cấu trong giai đoạn thi công và sử dụng

Kết cấu phải được thiết kế sao cho tiến độ thi công được bảo đảm Vì việc đưa công trình vào sử dụng đúng hạn có ý nghĩ kinh tế - xã hội to lớn không chỉ đối với các công trình công nghiệp mà cả đối với các công trình dân dụng và quốc phòng

Do vậy, để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế hợp lý cho công trình cần phải gắn liền việc thiết kế kết cấu với việc thiết kế biện pháp và tổ chức thi công

I.2.2 Trình tự các bước thiết kế kết cấu BTCT

Thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc chính là: Tính toán, cấu tạo và hình thành bản vẽ Bước 1 Chọn phương án kết cấu

Căn cứ không gian và hình khối kiến trúc, điều kiện địa chất, thủy văn, điều kiện thi công

để lập các phương án kết cấu, chọn sơ đồ kết cấu hợp lý, nhằm đạt hiệu quả kinh tế Lựa chọn vật liệu sử dụng: Cấp độ bền bê tông, cốt thép,…

Bước 2 Tính toán sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực:

Căn cứ sơ đồ kết cấu, tải trọng, tính gần đúng nội lực tại một số tiết diện từ đó tính toán, lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện, hoặc dựa vào kinh nghiệm, vào các thiết kế có sẵn để chọn Bước 3 Tính toán tải trọng và các tác động: Căn cứ TCVN 2737-95

Việc xác định các loại tải trọng phụ thuộc nhiều vào sơ đồ kết cấu, bao gồm:

Tĩnh tải: Là tải trọng có vị trí, điểm đặt, phương chiều không thay đổi trong quá trình sử dụng được xác định theo yêu cầu cấu tạo và sổ tay kết cấu Gồm có trọng lượng bản thân kết cấu, các lớp cấu tạo kiến trúc, tường ngăn cố định… (tác dụng theo phương đứng)

Hoạt tải: Là tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương chiều tác dụng, có hai thành phần: Ngắn hạn và dài hạn (tác dụng theo phương ngang và phương đứng)

Tải trọng gió: Tải trọng gió tĩnh và gió động phụ thuộc vào vị trí xây dựng

Tải trọng đặc biệt: Là tải trọng ít khi xảy ra gồm có tải trọng động đất (lực quán tính tác dụng vào công trình), lún không đều, sự thay đổi nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài kết cấu, tải trọng do nổ…

Về mặt trị số:

Tải trọng tiêu chuẩn (Pc):

Còn gọi là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng, trị số này lấy bằng giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình và được xác định theo các kết quả thống kê

Tải trọng tính toán (P): P= γPc

γ- Hệ số độ tin cậy của tải trọng, được xác định theo một xác suất đảm bảo quy định để

kể đến các tình huống bất ngờ, đột xuất mà tải trọng có thể vượt quá trị số tiêu chuẩn

Theo TCVN 2737-1995:

1,2 ÷ 1,4 Đối với tải trọng tạm thời;

γ= 1,1 ÷ 1,3 Đối với tải trọng thường xuyên;

0,8 ÷ 0,9 Nếu tải trọng giảm gây bất lợi cho kết cấu(Ví dụ: Tính đối trọng cho công xôn)

(Chú ý: Tổ hợp tải trọng: Tiêu chuẩn nước ngoài)

Các tác động: Gồm các tác dụng do nền móng lún không đều và do sự thay đổi của nhiệt

độ

Bước 4 Tính toán nội lực và tổ hợp nội lực

Có hai cách: Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi

Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo (phương pháp cân bằng giới hạn)

Sơ đồ đàn hồi a>b Sơ đồ khớp dẻo: Huy động hết khả năng làm

việc của vật liệu: có sự phân phối lại nội lực: tiết kiệm và tận dụng hợp lý sự làm việc của vật liệu tuy nhiên góc xoay lớn gây võng nứt 4.1 Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi:

Giả thiết cơ bản là vật liệu đàn hồi, đồng chất và đẳng hướng, trong khi bê tông cốt thép là vật liệu đàn hồi dẻo, biến dạng của kết cấu không tỷ lệ bậc nhất với tải trọng, độ cứng của cấu kiện thay đổi đáng kể khi kích thước tiết diện không thay đổi dọc theo trục của nó… Mặc dù có nhiều điều không phù hợp nhưng đây là phương pháp vẫn được sử dụng vì nó thiên về an toàn, hay sử dụng bảng tính sẵn, công thức sẵn và các chương trình để giải các bài toán tìm ra nội lực Cách thức: Dùng các phương pháp của lý thuyết đàn hồi, sức bền vật liệu, cơ học kết cấu

để tìm ra trường ứng suất hoặc nội lực trong kết cấu, tìm nội lực của từng trường hợp tải (có nhiều

trường hợp tác dụng của hoạt tải) sau đó tiến hành cộng đại số để tìm ra nội lực lớn nhất, nguy hiểm nhất

4.2 Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo: (Đọc sách)

Khái niệm về khớp dẻo: (xem lại BT1)

Tổ hợp nội lực: Tìm ra các cặp nội lực nguy hiểm nhất cho từng cấu kiện

Cấu kiện chịu uốn: (N≤0,1ARb) với N là lực dọc; A diện tích tiết diện ngang, Rb: Cường

độ chịu nén tính toán của bê tông thì chọn ra các cặp nội lực: Cặp 1: Mmax; Cặp 2: Mmin; Cặp 3:

Qmax

Trong một phần tử (1 đoạn xà ngang) phải tổ hợp cho 3 đoạn tiết diện đặc trưng: đầu, giữa, cuối

Với những kết cấu có M, N, Q cùng lớn thì phải tính cho kết cấu chịu kéo-nén uốn

Bước 5 Kiểm tra lại kích thước tiết diện đã chọn

Căn cứ vào nội lực lớn nhất ở tiết diện nguy hiểm đối với từng cấu kiện và yêu cầu về cường độ, biến dạng, khe nứt để xét tính hợp lý của việc lựa chọn tiết diện Nếu cần thì phải thay đổi, thay đổi lớn thì phải tính lại nội lực

Lấy mô men ở một số tiết diện để kiểm tra lại

Điều kiện kiểm tra: Kích thước giả thiết bgtxhgt phải gần bằng kích thước tính toán

Bước 7 Kiểm tra, tính toán một số các điều kiện khác

Kiểm tra điều kiện sử dụng bình thường: Võng, bề rộng vết nứt, vận chuyển cẩu lắp Đối với các kết cấu toàn khối, không có yêu cầu chống thấm, không nằm trong môi trường xâm thực, nếu kích thước tiết diện đủ lớn và đảm bảo các yêu cầu cấu tạo thông thường thì có thể không cần kiểm tra võng nứt

Kiểm tra nén cục bộ

Điều kiện chọc thủng

Kiểm tra giật đứt

Đối với kết cấu lắp ghép: Ngoài những tính toán như trên cần phải kiểm tra cường độ và

bề rộng khe nứt ở giai đoạn chế tạo, vận chuyển, lắp dựng, tính toán vị trí móc cẩu, tính mối nối, liên kết lắp ghép

Trong một số trường hợp cần kiểm tra thêm trong giai đoạn sửa chữa và cải tạo

Bố trí cốt thép và kiểm tra sự hợp lý của việc bố trí đó bằng cách sử dụng biểu đồ bao vật liệu

Bước 8 Thể hiện bản vẽ

Kết quả tính toán cần được thể hiện trên bản vẽ để phục vụ thi công Bản vẽ phải ghi đầy

đủ kích thước, các chủng loại thép, các ghi chú cần thiết (về vật liệu, thi công) và thống kê vật liệu Xem các yêu cầu về bản vẽ kết cấu BTCT và các yêu cầu cấu tạo để thể hiện và hoàn thiện bản vẽ một cách đầy đủ, chính xác và chi tiết

Hồ sơ thiết kế: Bao gồm: Thuyết minh tính toán, bản vẽ và dự toán

Thuyết minh tính toán: Trình bày nhiệm vụ thiết kế, các phương án so sánh và phương

chọn, phần tính toán và cấu tạo cơ bản được trình bày một cách chính xác, rõ ràng và đầy đủ nhưng ngắn gọn súc tích thể hiện một cách khoa học và nghiêm túc

Bản vẽ: Là hồ sơ quan trọng nhất, thể hiện nội dung tính toán, bố trí cốt thép phù hợp với

cấu kiện và quy định hiện hành

Dự toán: Xác định khối lượng, đánh giá tính toán, giải pháp thi công cho phù hợp yêu cầu

của từng địa phương, từng loại công trình

Yêu cầu: Hồ sơ sẽ được kiểm định để đánh giá lại quá trình tính toán để xem có đúng và

phù hợp với quy định không

I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT

Khái quát: Tiết diện, cốt thép và vật liệu là những vấn đề lớn của kết cấu đòi hỏi chính xác

và hợp lý Những yêu cầu cấu tạo phải thỏa mãn về lực, truyền lực giữa các bộ phận, ổn định, cho phép hay không cho phép nứt, chống hư hỏng do môi trường phù hợp với thi công và tiết kiệm vật liệu

Nội dung:

- Chọn hình dạng, kích thước tiết diện ngang của cấu kiện hợp lý, làm tăng khả năng chịu lực, tiết kiệm vật liệu, đảm bảo mỹ quan cho công trình Việc lựa chọn cần xuất phát từ điều kiện thi công thực tế, yêu cầu chống thấm, tác động của môi trường, cần chọn loại bê tông và cốt thép thích hợp Kích thước tiết diện còn phải phù hợp với việc định hình hoá ván khuôn

- Cốt thép phải được bố trí thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo như số lượng, đường kính, khoảng cách tối thiểu, tối đa;, neo, uốn, nối , nhằm dễ thi công, đảm bảo lực dính, giảm khe nứt

Bố trí cốt thép cần đảm bảo lớp bảo vệ, khoảng cách các thanh thép: bố trí ở vùng chịu kéo và nên

bố trí theo quỹ đạo ứng suất kéo chính

- Đặt cốt thép cấu tạo để chịu những nội lực xuất hiện do sự sai lệch giữa sơ đồ thực và sơ

đồ tính, những sai lệch giữa dạng tải trọng đưa vào trong tính toán và dạng tải trọng thật, những tác động bất thường, do chênh lệch nhiệt độ, co ngót, lún lệch, những ứng suất do co ngót của bê tông, do sự thay đổi nhiệt độ mà trong tính toán không kể đến Cốt thép cấu tạo còn được đặt vào những nơi mà ở đó trạng thái ứng suất khá phức tạp, khó khảo sát một cách chắc chắn, chỉ có thể

xử lý bằng kinh nghiệm hay thí nghiệm mô hình

- Mối nối: Phải đảm bảo các quy định về neo, uốn, nối cốt thép, khoảng cách cốt đai ở khu vực mối nối Các chi tiết mối nối được nghiên cứu thận trọng để đảm bảo dễ thi công, dễ đổ bê tông và do đó dễ đảm bảo chất lượng

Bố trí khe biến dạng: Gồm khe nhiệt độ và khe lún:

- Bố trí khe nhiệt độ: Chiều dài kết cấu và sự chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì nội lực phát sinh càng lớn (kết cấu siêu tĩnh) Khoảng cách khe nhiệt độ tùy thuộc vào độ cứng của ngôi nhà

và mức độ tiếp xúc của ngôi nhà với khí quyển, khe bố trí từ mặt móng trở lên, bề rộng từ 2 - 3cm

- Khe lún: Do nền đất không đồng nhất, do nhà lệch tầng, do tải trọng phân bố không đều trên mặt bằng, để tránh nứt nẻ, phá họai cục bộ, cần tách ngôi nhà thành từng khối riêng từ móng đến mái Bề rộng khe lún từ 2 - 3cm

Hình 1.1 Khe lún và khe nhiệt độ

1 – khe nhiệt độ; 2 – cột đôi; 3 – khe lún; 4 – dầm gánh

I.2.4 Yêu cầu và quy định đối với bản vẽ kết cấu BTCT

Yêu cầu: Đối với bản vẽ BTCT là đầy đủ, rõ ràng, chính xác và đúng quy cách, ký hiệu qui định, thống nhất và cân đối; giúp cho người thi công hiểu rõ và thi công đúng thiết kế Cần thể hiện đầy đủ và chi tiết các kết cấu của công trình gồm các mặt bằng, mặt cắt chi tiết kết cấu Bản vẽ phải thể hiện rõ ràng đủ thông tin, dễ hiểu tránh hiểu nhầm

Các bản vẽ phải có ghi chú chi tiết các phần, nội dung không thể hiện được bằng hình vẽ

Có 2 loại: Bản vẽ tổng thể và bản vẽ chi tiết

Bản vẽ tổng thể: Thường thể hiện mặt bằng kết cấu, mặt bằng móng, mặt bằng lưới

Tác dụng: Cho phép giới thiệu về phương án của hệ chịu lực chính của kết cấu

Biết được số lượng các kết cấu trong mặt bằng cùng các cao trình và kích thước và vị trí của kết cấu đó

Biết được phương án thi công và những yêu cầu cấu tạo ở những vị trí đặc biệt

Phương pháp lập mặt bằng kết cấu: Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc và giải pháp kết cấu Bản vẽ chi tiết: Thể hiện các bộ phận kết cấu của công trình (Hình dáng, kích thước và bố trí cốt thép) gồm:

+ Hình chiếu đứng - Đối với khung, dầm, cột tường BTCT…;

+ Mặt bằng bố trí cốt thép - Đối với bản, dầm cong…;

L/5 3L/5 L/5 L

b)

2

Đối với các kết cấu lắp ghép cần ghi rõ thời gian xuất xưởng; kích thước nhỏ nhất của gối kê ; vị trí điểm kê, móc cẩu ; trình tự lắp ghép… ;

+ Khung tên

(Đối với các kết cấu nhỏ, có thể ghép chung phần tổng thể với phần chi tiết trong một bản vẽ)

Yêu cầu: Chính xác, rõ ràng, đầy đủ, thống nhất, cân đối và đúng quy cách

Nguyên tắc chung: Coi bê tông là vật liệu trong suốt, thể hiện đường bao và cốt thép trong cấu kiện

* Quy định khác:

Ở nút giao nhau của nhiều cấu kiện, chỉ vẽ những cốt thép ở trong cấu kiện đang thể hiện, không vẽ cốt thép của những cấu kiện cắt qua nó (Trừ hình vẽ chi tiết)

Trên mặt cắt, chỉ vẽ những thanh có trực tiếp tại mặt cắt đó ;

- Cách ghi kích thước: Trên hình vẽ mặt bằng, mặt đứng và trên các mặt cắt phải ghi đầy

đủ các kích thước của kết cấu; kích thước xác định vị trí của kết cấu; kích thước xác định vị trí có

sự thay đổi cốt thép (vị trí cắt, uốn cốt dọc)… ; Kích thước phải được xác định theo các trục định

vị trên công trình

Cách ghi ký hiệu thép:

Để thể hiện ký hiệu thép, thường dùng các con số đặt trong vòng tròn, mỗi con số dùng để chỉ một hoặc nhiều thanh thép giống nhau (cùng nhóm thép, cùng đường kính, cùng hình dạng và cùng kích thước tương ứng)

Cách gắn số hiệu vào thanh trên hình vẽ được thể hiện và giải thích qua ví dụ:

Câu hỏi ôn tậpchương 1

Câu 1: Phân biệt khe lún và khe co giãn (khe nhiệt độ)

Câu 2: Tác dụng của cốt thép cấu tạo

Câu 3: Nêu trình tự các bước thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Câu 4: Vì sao phải neo cốt thép, xác định chiều dài neo

Câu 5: Phân biệt tính tóan nội lực theo sơ đồ khớp dẻo và sơ đồ đàn hồi

Câu 6: Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT

CHƯƠNG II KẾT CẤU KHUNG BTCT

II.1Hệ chịu lực của nhà khung BTCT toàn khối

II.1.1 Khái niệm chung

Ngày nay, kết cấu khung bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi và là kết cấu chịu lực

chủ yếu của nhiều loại công trình vì có nhiều công trình đòi hỏi không gian lớn, nhịp lớn Trong

nhà dân dụng và công nghiệp kết cấu khung cho phép biến đổi linh hoạt không gian sử dụng vì tường ngăn các phòng chỉ là tường tự mang có thể phá đi để mở rộng không gian khi cần thiết hoặc xây thêm để tạo một phòng mới mà không ảnh hưởng gì đến độ bền vững của ngôi nhà Điều này có nghiều ý nghĩa đối với nhà ở, một khi tiêu chuẩn diện tích sử dụng được thay đổi, diện tích phòng cần được tăng lên người ta chỉ cần phá các tường cũ đi và xây các tường ngăn mới Kết cấu thuần khung cho phép chiề cao nhà đạt tới 15 tầng

Trong xây dựng nhà cửa, kết cấu khung là hệ thanh bất biến hình được tạo nên bởi các thanh là cột và dầm liên kết với nhau bằng các nút cứng hoặc khớp, chúng cùng với sàn hoặc mái tạo nên kết cấu không gian có độ cứng lớn

Hình 2.1 thể hiện một phần của hệ khung nhà đổ toàn khối, hệ khung này tiếp nhận tải trọng thẳng đứng và tải trọng nằm ngang rồi truyền xuống móng

Hệ khung không dầm, gồm bản sàn và cột ngày càng được sử dụng nhiều vì giảm được tổng chiều cao kết cấu (tuy có tốn vật liệu hơn) do đó dễ tạo không gian để treo thiết bị dưới sàn (thiết bị thông gió, điện, phòng cháy v.v và có trần che phủ) đồng thời cũng dễ làm ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông khi thi công

Hệ khung sàn không dầm còn mở ra khả năng dùng các vách ngăn di động để tạo nên các phòng theo các yêu cầu sử dụng khác nhau trong một thời gian ngắn mà không bị hệ dầm gây khó khăn

Hình 2.2 Sơ đồ khung BTCT toàn khối Phân loại

- Theo sơ đồ kết cấu:

Khung bê tông cốt thép nhà một tầng, một nhịp

Khung bê tông cốt thép nhà một tầng, nhiều nhịp

Khung bê tông cốt thép nhà một nhịp, nhiều tầng

Khung bê tông cốt thép nhà nhiều nhịp, nhiều tầng

Hình 2.3 Phân loại khung BTCT

- Theo phương pháp thi công:

Khung bê tông cốt thép thi công toàn khối: dùng phổ biến trong nhà dân dụng,

Ưu điểm: Độ cứng toàn khung lớn, dễ chế tạo nút cứng, chịu tải trọng động tốt

Nhược điểm: Thi công phức tạp, khó cơ giới hóa, chịu ảnh hưởng thời tiết, thi công chậm

Khung bê tông cốt thép thi công lắp ghép từ các cấu kiện dầm, cột: thi công nhanh,

nhưng độ cứng toàn khung kém, tốn thép

Ưu điểm: Các cấu kiện được chế tạo tại phân xưởng nên dễ kiểm tra chất lượng, thi công

nhanh, dễ cơ giới hóa, ít cần cốp pha cây chống

Nhược điểm: Độ cứng của kết cấu không lớn, thực hiện các mối nối phức tạp, nhất là các

nút cứng

Hình 2.4 Khung toàn khối và khung lắp ghép Đối với nhà cao tầng, cột nên đặt cốt cứng và dùng bê tông mác cao để giảm bớt tiết diện, tăng thêm diện tích sử dụng Nên dùng bê tông cốt liệu nhẹ để giảm tải trọng tĩnh cho cột và móng

Hệ khung dùng trong kết cấu nhà cửa là hệ khung không gian nhưng có thể xem nó được tạo nên từ hệ khung phẳng nối với nhau hoặc đan chéo nhau Tuỳ trường hợp cụ thể mà phải tính toán khung như khung phẳng hoặc bắt buộc phải tính như một hệ khung không gian Ví dụ như đối với ngôi nhà khá dài, khung được đặt theo phương ngang nhà, chúng phải được nối lại với nhau bằng hệ giằng dọc quy tụ vào nút khung Khi đó sẽ tính toán theo khung phẳng (theo phương ngang)

Hệ giằng dọc dùng để giữ ổn định cho khung ngang chịu lực, để chịu các lực ngang như gió, lực hãm cầu trục v.v và đôi khi có cả một phần tải trọng đứng truyền theo phương dọc nhà

Hệ giằng dọc còn phát huy tác dụng rất tích cực khi có sự lún không đều theo phương dọc nhà Đối với một ngôi nhà có mặt bằng vuông hoặc gần như vuông, gió và các loại tải trọng khác nhau có thể tác dụng theo phương bất kỳ Khi đó phải tính toán khung như một hệ khung không gian, trong các dầm sẽ xuất hiện hệ mômen xoắn đáng kể và trong các cột sẽ chịu nén lệch tâm xiên

Khi chọn kích thước tiết diện của các cấu kiện khung cần lưu ý rằng khung là một hệ siêu tĩnh, tỷ lệ độ cứng của các cấu kiện hợp lý sẽ dẫn đến sự phân phối hợp lý nội lực giữa các bộ phận, đảm bảo bền vững biến dạng ít và dễ thi công

Xem xét một khung có sơ đồ trên hình 2.4 Ở sơ đồ a, các nút A, B là nút cứng Nếu tăng tiết diện hai cột thì MA và MB sẽ tăng lên còn MC sẽ giảm xuống theo điều kiện M0 là không đổi

Mô men uốn phân bố đều đặn hơn ở đầu mút và ở trong thanh ngang do đó làm việc hợp lý hơn

và có thể vượt nhịp lớn hơn

a) b) Hình 2.5 Sơ đồ tính khung một tầng một nhịp

Ở sơ đồ b, các nút A, B là liên kết khớp Độ cứng của khung giảm nhiều, biến dạng do mômen sinh ra lớn do momen phân bố không đều Bộ phận xà ngang trực tiếp chịu tải trọng mà mômen không phân phối sang cột dẫn đến thanh chịu lực không hợp lý

Để đảm bảo độ võng của hai dầm ở hai sơ đồ là giống nhau thì chiều cao của dầm ở sơ đồ

b phải lớn hơn

Như vậy ta nên tạo nút cứng Với khung đổ toàn khối thường là nút cứng, khung lắp ghép nút cứng hoặc khớp Khung nhà nhiều tầng thường là nút cứng trong trường hợp khung chịu cả tải trọng đứng và ngang lớn

Sơ đồ a) trên hình 2.5, trong xà ngang chủ yếu xuất hiện mômen uốn và lực cắt, lực nén dọc trục không đáng kể

Ở sơ đồ b) và đặc biệt là ở sơ đồ c) xà ngang làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm do

sự xuất hiện của lực nén đáng kể Lực nén đó làm giảm ứng suất kéo ở thớ dưới của dầm, vì vậy khi có cùng một điều kiện tải trọng thì sơ đồ b) và c) có nhịp lớn hơn sơ đồ a)

Người ta dùng sơ đồ a) cho nhịp dưới 15m, sơ đồ b) cho nhịp từ 15 đến 18m, và sơ đồ c cho nhịp trên 18m đối với kết cấu bê tông cốt thép thông thường Còn đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước thì dùng sơ đồ a hoặc b có thể đạt tới nhịp 30 đến 50m và lớn hơn

Ở sơ đồ d) trên hình 2.5, cột khung được liên kết khớp với móng Như thế cột và xà ngang

sẽ nặng nề hơn nhưng móng sẽ làm việc nhẹ hơn (M=0), giảm được bậc siêu tĩnh do đó ứng suất phụ thêm sẽ nhỏ hơn và việc bố trí cốt thép ứng lực trước trong cột sẽ

đơn giản hơn

Đối với nhà nhiều tầng dùng khung bê tông cốt thép chịu cả tải

trọng ngang và tải trọng đứng thì nút khung thường là nút cứng, cột

liên kết cứng (ngàm) với móng như trên Hình 2 6

Thông thường trong một ngôi nhà, bên cạnh các khung còn có

các tường đầu hồi, tường khu vệ sinh, ô cầu thang là các cấu kiện có

khả năng chịu các tải trong ngang rât lớn Trong tính toán cần phải

đem tải trọng ngang (gió, động đất v.v ) chia cho khung và các tấm

tường đó

Đối với nhà nhiều tầng mà khung chỉ chịu tải trọng thẳng đứng

còn tải trọng ngang do các vách cứng và lõi chịu thì khung có thể được

cấu tạo với nhiều nút khớp và các xà ngang có thể làm giống nhau cho

các tầng

II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn

Việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn hợp lý rất quan trọng quyết định tính kinh tế, khối lượng bê tông sàn có thể chiếm đến 30÷40% bê tông toàn công trình và tỷ lệ này tăng theo số tầng công trình là tĩnh tải chính vì thế cần ưu tiên chọn giải pháp sàn nhẹ để giảm tải trọng đứng

Các giải pháp cấu tạo sàn:

Sàn panel lắp ghép:

Phạm vi áp dụng: Cho trường học, ký túc xá, trụ sở làm việc,… khi khẩu độ panel đều đặn

và lớn hơn 4m

Sàn sườn toàn khối: Dùng phổ biến nhất hiện nay: Có hoặc không có dầm phụ

Sàn không có dầm phụ: chỉ có dầm qua các đầu cột, thích hợp với nhịp sàn nhỏ 3-5m, với nhịp sàn lướn hơn 6-9m thì phải tăng chiều dày sàn: làm tăng chi phí bê tông, thép và tăng tải trọng xuống móng

Sàn có dầm phụ: Nhịp từ 6-9m có thể bố trí thêm dầm phụ đỡ tường hoặc chia lưới dầm phụ tạo thành sàn ô cờ nhằm giảm bớt chiều dày sàn và biến dạng, nhược điểm đó alf tăng chi phí

về côppha và khi có yêu cầu thì cần phải làm trần treo để che dầm

Sàn phẳng: Là sàn không có dầm, có hoặc không có mũ cột

Ưu điểm: đỡ tốn côppha, thuận lợi cho bố trí hệ thống kỹ thuật, không cần làm trần treo,

có thể sử dụng thêm phương án ứng lực trước nhằm hạn chế võng nứt

Nhược điểm: Chiều dày sàn lớn tăng tải trọng xuống móng, tính toán phức tạp và dễ bị nứt, độ cứng nhỏ hơn hệ dầm sàn

Hình 2.7 Khung BTCT

đổ liền khối ngàm với móng

Sàn 3D, sàn bubble deck… là các giải pháp sàn nhẹ hiện đang được thi công ở một số công trình cao tầng tại Việt Nam

D=0,8÷1,4 phụ thuộc vào tải trọng

M=30÷35 với bản loại dầm; 40÷45 với bản kê bốn cạnh

L1 là cạnh ngắn của ô sàn kê bốn cạnh

II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực của nhà khung

Là bố trí hệ cột, vách, lõi, tường chịu lực, dầm chính, dầm phụ để tạo ra hệ chịu lực không gian đảm bảo sự chịu lực và ổn định của toàn nhà

Tiêu chí: Người thiết kế kết cấu luôn cố gắng thỏa mãn tối đa các yêu cầu về không gian,

hình khối và bố trí kiến trúc Có nhiều công trình việc bố trí hệ chịu lực mang tính quyết địnhcho công tác thể hiện kiến trúc và ngược lại;

Nguyên tắc bố trí:

Đơn giản, rõ ràng: Để đảm bảo cho công trình hay kết cấu có độ tin cậy kiểm soát được Truyền lực theo con đường ngắn nhất: Đảm bảo cho kết cấu làm việc hợp lý và kinh tế Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu

II.1.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện

Tiết diện dầm khung:

Phụ thuộc vào nhịp, độ lớn tải trọng đứng và tải trọng ngang, số lượng nhịp, chiều cao tầng và chiều cao nhà

Chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:

ℎ =Với L: Nhịp dầm

k: Hệ số điều chỉnh mô men do chưa kể đến sự làm việc siêu tĩnh của sơ đồ kết cấu, sự tăng mô men do tải trọng ngang k=0,6÷1,2 Với nhà hệ thuần khung dầm tầng dưới mô men do gió gây ra lớn nên chọn hệ số k lớn

Bề rộng dầm lấy b=(0,3÷0,5)h và không nhỏ hơn 200mm

Tiết diện cột:

Diện tích tiết diện cột:

=Trong đó: N: Lực dọc do tải trọng đứng, xác định đơn giản theo diện chịu tải của cột k: hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men; k=1,0÷1,5

II.1.5 Mặt bằng bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt bằng kc)

Sau khi bố trí hệ chịu lực, có kích thước tiết diện cấu kiện gồm chiều dày sàn, kích thước dầm cột…ta lập được mặt bằng kết cấu, trên đó thể hiện:

Đường biên của mặt bằng kết cấu: đường biên ngoài, đường biên giới hạn của các ô sàn

có cao trình khác cao trình chung (ô sàn nâng hoặc hạ cốt), các lỗ khoét trên sàn (lỗ hở, lỗ chừa kỹ thuật), các kết cấu khác cao trình, không đồng thời thi công với sàn (cầu thang)…

Các cao trình sàn, chiều dày các ô sàn nếu có thay đổi, trường hợp cần thiết thì trích vẽ chi tiết của khu vực sàn phức tạp ra khỏi mặt bằng kết cấu

Tên, vị trí các dầm, cột, kích thước và định vị chúng (theo trục)

Các ghi chú cần thiết (vật liệu, gia công cốt thép, giải thích các ký hiệu, cốt cao độ) Các tầng có hệ kết cấu chịu lực khác nhau thì cần bản vẽ mặt bằng kết cấu riêng

II.2 Lập sơ đồ tính toán khung

II.2.1 Sơ đồ hình học và mô hình kết cấu khung

a Sơ đồ hình học: Thể hiện vị trí các cấu kiện, kích thước tiết diện và các kết cấu có liên

quan Ví dụ sơ đồ hình học của một kết cấu khung: vị trí cột, dầm so với trục định vị, chiều cao tầng, kích thước tiết diện cấu kiện, kích thước và vị trí các dầm theo phương vuông góc (khung phẳng)

b Mô hình kết cấu khung

Khi lập sơ đồ tính toán khung, để đơn giản tính toán, dễ dàng vào số liệu cho máy tính hoặc tạo ra những sơ đồ đối xứng mà không mắc phải những sai số đáng kể, có thể làm những phép đơn giản hóa như sau:

Nếu độ cứng đơn vị của xà ≥ 4 độ cứng đơn vị của cột thì có thể coi xà ngang kê lên cột :

xà ngang được tính như dầm liên tục

Nếu hệ chính có độ cứng gấp nhiều lần hệ phụ, có thể tách ra để tính (tính hệ phụ trước, sau đó truyền phản lực liên kết vào tính hệ chính), như vậy hệ chính sẽ an toàn hơn, nhưng với hệ phụ vì không kể đến biến dạng của hệ chính nên thiếu an toàn do đó cần chú ý gia cố thêm khi cấu tạo thép cho hệ phụ

Nếu các nhịp của khung chênh lệch nhau không quá 10% thì coi như bằng nhau và lấy theo trị trung bình (đều nhịp)

Nếu xà nghiêng có độ dốc < 1/8 thì có thể coi như ngang xà thẳng

Cho phép dịch chuyển các tải trọng trong khoảng 1/20 nhịp để đưa về dạng tải trọng đối xứng hoặc phản xứng

Nếu trong một xà có từ 5 tải trọng tập trung trở lên (cách đều và trị số như nhau) thì có thể qui đổi thành phân bố đều

Nếu khung có nhiều nhịp bằng nhau và tải trọng giống nhau thì có thể tính với khung 3 nhịp, nội lực các nhịp giữa lấy như nhau

Là sự mô phỏng sơ đồ hình học và tính chất cơ học của vật liệu bằng sơ đồ kết cấu cùng với các tải trọng làm việc, sự mô phỏng này càng gần với sự làm việc của sơ đồ thực thì kết quả nội lực thu được càng chính xác

Sơ đồ kết cấu = Sơ đồ hình học + tính chất cơ học vật liệu+ Tải trọng

Bản chất hệ kết cấu công trình là hệ chịu lực không gian bao gồm hệ cột và dầm theo hai phương cùng với sàn để chịu các tải trọng và tác động lên công trình Việc mô hình hóa kết cấu không gian tĩnh toán nội lực và biến dạng này được thực hiện trên máy tính sử dụng các chương trình tính như SAP, ETABS

Trong hệ kết cấu thuần khung, khi các khung ngang bố trí đều đặn, thì có thể tách khung ngang thành khung phẳng để tính toán độc lập Khi đó ta chấp nhận các giả thiết sau:

Tải trọng đứng gây chuyển vị ngang nhỏ nên sự cùng làm việc của các khung không đáng

kể, có thể tách ra để tính khung độc lập

Tải gió theo phương ngang nhà gây áp lực tĩnh, phân bố đều theo chiều dọc nhà và giống nhau về quy luật phân bố theo phương đứng Nếu bỏ qua ảnh hưởng của khung biên thì có thể coi chuyển vị của các khung là giống nhau, có thể tách thành khung độc lập chịu tải trọng gió theo diện chịu tải gió của khung

Số lượng khung theo phương dọc là khá lớn, nên khung dọc là khá cứng, nên mô men do tải trọng đứng và tải trọng ngang theo phương dọc bé có thể bỏ qua hoặc dùng các biện pháp cấu tạo Tuy nhiên khi bước khung khá lớn, giả thiết này cho sai số nhiều đặc biệt đối với khung biên Không tính đến những tải trọng và tác dụng bất thường như: Động đất, biến dạng không đều của nền, các tác động cục bộ,…

c Một số nguyên tắc khi mô hình hóa:

Một đoạn dầm, cột được mô hình hóa thành thanh, đặt tại vị trí trục hình học của thanh, kèm theo các thông số về tiết diện và vật liệu

Liên kết các thanh bằng nút: nếu khung đổ toàn khối: nút cứng Khung lắp ghép: Mối nối dầm cột có thể là ngàm hoặc cứng Nút liên kết cột với móng thường là nút ngàm

Giữa thực tế và khi mô hình hóa cần chấp nhận những mức độ gần đúng để mô hình hóa được thuận tiện và giảm bớt mức độ phức tạp

II.2.2 Xác đỊnh tả trọng đơn vị

Với hệ kết cấu có thể tách khung phẳng để tính toán thì cần thiết phải dồn tải vào khung cần tính, với hệ không gian thì đưa tải trọng trực tiếp vào các cấu kiện trong chương trình tính Tải trọng đơn vị được hiểu là tải trọng tác dụng của từng trường hợp tải lên 1m2 sàn hoặc trên mét dài của cấu kiện thanh

Các trị số của tải trọng, hệ số độ tin cậy của tải trọng cần lấy theo TCVN 2737:1995, tuân thủ các chỉ định về loại vật liệu, kích thước cấu kiện của thiết kế kiến trúc, kết cấu, trọng lượng riêng của vật liệu Bảng trọng lượng riêng và hệ số độ tin cậy của tải trọng

- Xác định cấu tạo kiến trúc, kết cấu của cấu tạo đó

- Xác định chức năng sử dụng của cấu kiện đó (loại sàn sử dụng, tường cố định hay thay đổi…

- Lập bảng để tính tải trọng đơn vị và đưa vào thuyết minh

Công thức xác định:

Tĩnh tải tính toán trên m2 sàn=hệ số độ tin cậy x chiều dày x trọng lượng riêng

2 Hoạt tải đứng: Có phần dài hạn và ngắn hạn

Lấy theo TCVN2737:1995 hoặc do công nghệ quy định

Khi thực hiện cần xác định công năng của từng sàn theo mặt bằng kiến trúc để lấy giá trị hoạt tải phù hợp

3 Tải trọng ngang do gió

Lấy theo TCVN 2737:1995 gồm hai thành phần gió tĩnh và gió động, khi nhà thấp hơn

40m thì cho phép bỏ qua thành phần động của tải trọng gió, khi cần tính toán tham khảo “hướng

dẫn cách xác định thành phần động của tải trọng gió” TCXD 229:1999: khi tính các công trình

trụ, tháp, ống khói, cột điện hành lang, băng tải,….các nhà nhiều tầng cao trên 40m, khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng một nhịp có độ cao trên 36m, tỷ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5

Thành phần gió tĩnh tác động vào công trình thông qua kết cấu chắn gió; áp lực gió tính toán tác dụng vào 1m2 trên bề mặt thẳng đứng như sau:

W=W0nkC

Trong đó:

W0_ giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng gió

n_ hệ số độ tin cậy, thường n=1,2

k_ hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

C_ hệ số khí động: phụ thuộc hình dáng kích thước công trình và công trình lân cận Thường mặt đón gió lấy C=0,8; mặt hút gió C=-0,6

2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng

Phương pháp tính toán hay dùng hiện này là mô hình hóa hệ khung không gian sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng

Ưu điểm:

Thể hiện sự ưu việt đối với những công trình có mặt bằng phức tạp, sơ đồ kết cấu hỗn hợp

hệ khung vách lõi, hộp, nhà nhiều tầng …

Kết quả đầu ra có độ tin cậy cao hơn do sử dụng chương trình máy tính

1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TĨNH TÁC DỤNG VÀO KHUNG

Tải phân bố

Tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung:

Nếu sàn là panel lắp ghép, làm việc theo một phương:

gk1=gs(Lt+Lp)/2

gs là tải trọng đơn vị trên 1m2 sàn

Lt và Lp lần lượt là nhịp danh nghĩa của panel bên trái và bên phải của khung đang tính Sàn toàn khối: phân tải về khung theo nguyên tắc “đường phân giác”, chsu ý nếu bản loại dầm (Ld/Ln>2) thì truyền tải giống panel với Ld và Ln là kích thước ô bản kê 4 cạnh theo phương ngắn và phương dài

Việc tính toán này đã bỏ qua độ cứng chống uốn của sàn, khi sàn BTCT dày, độ cứng sàn khá lớn so với độ cứng dầm thì cách tính toán trên sẽ có sai số khá lớn do đã tăng tải trọng tác dụng vào dầm

Trọng lượng bản thân dầm khung:

gk2=btbhn

Với bt=2400-2500daN/m2: Trọng lượng riêng của bê tông

b, h kích thước tiết diện dầm

n=1,1 hệ số độ tin cậy

Tải tường ngăn xây trên dầm khung

Có hai loại tải trọng tường: Tải vách ngăn là phân bố

Hoặc tải tường 110 hoặc 220… xây trực tiếp trên dầm: coi là tải trọng phân bố trên m dài dầm

Tính chất:

Tường có thể là cố định trong suốt thời gian sử dụng: Tĩnh tải,

Tường có thể thay đổi trong quá trình sử dụng do thay đổi công năng, bố trí kiến trúc: coi

là hoạt tải dài hạn (phức tạp trong tính toán nội lực, tổ hợp nội lực)

Thực tế thường coi tường là trường hợp tĩnh tải

Hình 2.8 Sơ đồ dồn tải Các quan niệm tính toán:

Coi tường làm việc với khung thành hệ khung chèn gạch, hệ khung-tường: Phức tạp Tải trọng tường truyền lên dầm theo lý thuyết dầm tường, chỉ một phần tải truyền lên dầm còn một phần truyền vào khung thông qua lực tập trung đầu cột

Các tường ngăn không xây trực tiếp lên dầm khung có thể xây lên

các dầm phụ hoặc trực tiếp lên bản sàn

Tường ngăn xây lên sàn thì cần tính bài toán bản sàn chịu tải tọng

phân bố theo dải rất phức tạp, do vậy thường chấp nhận quy đổi trọng

lượng tường ra tải trọng tĩnh phân bố đều trên toàn ô bản mà nó tác dụng

gst=gtSt/Sb

gt: Tải trọng trên 1m2 tường

St: Diện tích toàn bộ tường xây trong phạm vi một ô bản có diện

tích Sb

Tải tập trung:

Tải tập trung truyền lên khung ngang qua hệ thống dầm dọc và dầm phụ bao gồm các loại tải sau:

Trọng lượng bản thân dầm dọc hoặc dầm phụ

Trọng lượng tường xây trên dầm dọc

Tải trọng tập trung do sàn truyền vào

Trọng lượng cột

Cách xác định: tương tự như cách xác định tải phân bố sau đó quy vào lực tập trung tác dụng vào nút khung

Lập sơ đồ tác dụng của tĩnh tải cho khung

Bỏ qua các mô men lệch tâm ở tầng tại các nút biên do trục dầm lệch với trục cột

2 XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI ĐỨNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG

gtg

GA GB

GC

g1

g2

Hình 2.9 Sơ đồ chất tải

Sau khi xác định được hoạt tải đứng tác dụng trên 1m2 sàn, để xét sự tác dụng bất lợi của hoạt tải, thường chất tải theo sơ đồ cách tầng (để được mô men trong cột lớn nhất) cách nhịp (được mô men trong dầm lớn nhất) hoặc chất toàn bộ lên khung (cho nahf cao tầng do hoạt tải chiếm tỷ lệ không nhiều so với toán bộ tải trọng)

Hình 2.10 Sơ đồ chất tải trọng hoạt tải vào khung

3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG VÀO KHUNG

Phương tác dụng của tải trognj gió là bất kỳ, chỉ xét đến phương gây bất lợi nhất cho kết cấu khi tính toán

Phân tải gió vào khung theo diện chịu tải:

Xác định tải trọng gió phân bố dọc theo chiều cao khung: gồm gió đẩy và gió hút

Tải trọng gió tác dụng lên mái: Hướng tác dụng lên một đoạn mái là theo phương vuông góc với mặt mái, chiều phụ thuộc vào dấu của hệ số khí động: dấu + là gió hút tác dụng vào mặt mái, dấu – là gió đẩy, hướng từ mặt mái ra

II.3 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực

II.3.1 Nội lực do từng trường hợp tải trọng

Khung là kết cấu siêu tĩnh, phương pháp xác định nội lực thông dụng hiện nay là sử dụng chương trình tính với giả thiết vật liệu là đàn hồi tuyến tính Các bước sử dụng chương trình như sau:

Phân chia hệ kết cấu thành các phần tử nối với nhau bằng nút

Mô tả các đặc trưng hình học, cơ học, vật liệu của các phần tử

Đặt tải trọng lên khung theo từng sơ đồ cho các trường hợp tải: Tĩnh tải, hoạt tải 1, hoạt tải 2, gió trái, gió phải, động đất X, động đất Y

Chạy trương trình để tìm ra nội lực trong các phần tử cho các trường hợp trên

Vẽ các sơ đồ: Sơ đồ hình học, sơ đồ phần tử, sơ đồ tải trọng, in các số liệu đầu vào, đầu ra

và các biểu đồ nội lực tương ứng cho từng cấu kiện

Kiểm tra số liệu đầu vào và kết quả đầu ra cuối cùng

Một số phương pháp để kiểm soát số liệu và kết quả từ chương trình: chủ yếu dựa vào

kinh nghiệm, tính toán sơ bộ để phán đoán sự hợp lý của kết quả cuối cùng:

Kiểm tra dạng hợp lý của biểu đồ nội lực trong từng nhịp và sự biến đổi của nó theo các tầng

Kiểm tra lực dọc trong cột do một loại tải trọng gây ra bằng cách tính sơ bộ từ các lực tập trung và phản lực dầm đơn giản các dầm tầng

Có thể kiểm tra sự cân bằng lực ngang do gió với lực cắt trong cột

2.3.2 Tổ hợp nội lực

Tìm ra được nội lực nguy hiểm tại một số tiết diện dưới tác dụng của nhiều loại tải trọng Các loại tổ hợp:

Tổ hợp cơ bản 1: Nội lực do tĩnh tải và nội lực do một hoạt tải gây ra

Tổ hợp cơ bản 2: Nội lực do tĩnh tải công với nội lực do các hoạt tải gây ra, trogn đó nội lực của các hoạt tải nhân với hệ số 0,9

Tổ hợp đặc biệt:

Tiết diện để tổ hợp:

Cột: Chân cột và đầu cột cho một đoạn cột thuộc 1 tầng gồm: Các cặp nội lực gồm: Mmax,

Ntư; Mmin, Ntư; Mmax, Mtư

Dầm: Có ít nhất 3 tiết diện: Hai đầu dầm và giữa dầm, trường hợp có các lực tập trung giữa dầm cần chọn tiết diện ngay dưới lực tập trung (do có bước nhảy mô men và lực cắt) và một

số tiết diện khác tùy vào dạng biểu đồ nội lực của dầm Ở đầu dầm thường cho Mmin và Qmax; ở giữa dầm thường cho Mmax; ngoài ra nếu dầm còn chịu kéo, nén thì xác định thêm nội lực Qmax,

Ntư và Nmax, Qtư: dùng để tính cường độ trên tiết diện nghiêng có kể đến ảnh hưởng của lực dọc

Chú ý: Khi tổ hợp cần tuân theo các yêu cầu giảm hoạt tải tác dụng theo diện tích và số

tầng được đề cập trong TCVN 2737:1995

II.4 Tính toán và cấu tạo thép khung

II.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép dầm

Theo chiều cao nhà thường có các tầng giống nhau, tải trọng đứng giống nhau cả về trị số

và vị trí, nếu nội lực do gió ít thay đổi thì giá trị nội lực trong bảng tổ hợp nội lực không biến đổi nhiều thì có thể tính toán cho một tầng và bố trí giống nhau cho các tầng tương tự, trường hợp nội lực và sơ đồ kết cấu khác nhau nhiều ví dụ tầng kỹ thuật, mái thì phải tính toán và bố trí riêng Quy trình bài toán tính cốt thép dầm:

Từ cấp độ bền bê tông tra bảng Rb và Rbt

Từ nhóm thép của cốt thép dọc, cốt đai tra bảng ra Rs và Rsc, Rsw

Từ bê tông và nhóm thép của thép dọc tra bảng ra R và R

Tính cốt thép dọc chịu mô men âm

Tính cốt thép dọc chịu mô men dương (đổ toàn khối tiết diện dầm là chữ T)

Tĩnh toán và bố trí cốt đai

Chọn và bố trí cốt thép dầm

Cần thỏa mãn các yêu cầu về chịu lực, cấu tạo, tiết kiệm và thuận tiện cho thi công

Cốt dọc chịu M dương ở đáy dầm thường được kéo dài neo vào nút khung, trường hợp dầm nhịp lớn và xác định được rõ ràng về biểu đồ bao nội lực thì cho phép cắt bớt cốt thép neo vào gối

Cốt dọc chịu mô men âm không được nối ở gối mà phải neo chắc ở gối biên hoặc kéo dài qua gối Thông thường người ta bố trí hai thép dọc ở sát cạnh dầm là các thanh thép liền

II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối

Khung gồm các thanh và các nút Các thanh là các cấu kiện chịu uốn (dầm, xà ngang) và cấu kiện chịu nén lệch tâm (cột, xà ngang gãy khúc, xà ngang cong), cũng có khi là cấu kiện chịu kéo lệch tâm (khi khung đóng vai trò là vách cứng của cấu kiện chịu vỏ mỏng không gian) Việc cấu tạo các thanh chịu uốn, chịu kéo nén lệch tâm dùng cốt thép mềm trong điều kiện hàm lượng cốt thép bình thường (<3%)

Đối với khung nhà cao tầng do nội lực trong khung khá lớn và nhu cầu giảm nhỏ tiết diện nên người ta có thể đặt cốt thép mềm với hàm lượng cao hơn (>3%) hoặc đặt cốt cứng

Hàm lượng cốt thép mềm tối đa phụ thuộc vào cường độ bê tông, cường độ cốt thép, biến dạng của bê tông, môđun đàn hồi của cốt thép cũng như các biện pháp cấu tạo nhằm tăng cường sức chịu lực giữa bê tông và cốt thép Cốt thép dọc trong cột có thể đạt tới hàm lượng từ 6 đến 8% hoặc lớn hơn, khi đó cốt đai phải đặt dày hơn theo phương dọc trục cột còn trên tiết diện cột thì các cốt thép dọc đều phải giằng lại với nhau bằng cốt đai hoặc thanh giằng để hạn chế sự nở ngang của bê tông như vẽ:

Bố trí cốt thép trong cột khi hàm lượng thép dọc >6%

Cốt thép cứng đặt trong dầm và cột khung nhà cao tầng có tác dụng làm giảm kích thước tiết diện bê tông và làm kết cấu đỡ ván khuôn (do đó không cần cột chống) trong quá trình thi công đổ tại chỗ Trong thi công, khung cốt cứng phải chịu trọng lượng ván khuôn, trọng lượng bê tông và cốt thép, phải chịu gió và các hoạt tải thi công khác, nó được thiết kế như một kết cấu thép Trong quá trình sử dụng, bê tông và cộng tác với nhau cùng chịu lực, tức là chịu những tải trọng đặt vào kết cấu sau khi tạo dựng khung Nếu chỉ xét điều kiện kinh tế trong việc sử dụng hết khả năng chịu lực của cốt cứng thì dùng cốt cứng hợp lý khi trọng lượng bản thân của kết cấu không vượt quá 25% tổng tải trọng

Bố trí cốt cứng trong tiết diện dầm được thể hiện như trên hình 3.6 Còn trong tiết diện cột thể hiện như hình 3.7

Hình 2.11 Bố trí cốt thép cột

Trong dầm, cốt cứng có thể có chiều cao lớn, cánh trên trong vùng nén, cánh dưới trong vùng kéo như trên hình 2.11 Cốt thép mềm phải được đặt theo cấu tạo, cốt đai đặt theo tính toán chịu cắt Trong cả dầm và trong cột, cốt cứng có thể là khung làm từ những thanh thép góc cỡ nhỏ hoặc thép tròn có đường kính lớn với những thanh đứng và thanh chéo tạo thành một dàn thép mà bản thân nó có giá trị chịu tải trọng thi công

Thông thường hàm lượng cốt cứng trong cột là từ 3 đến 8% Hàm lượng cốt thép có thể lớn hơn nữa nhưng không quá 15% để tránh hiện tượng tách bóc bê tông khỏi thép Nếu cần hàm lượng bê tông lớn hơn nữa thì chỉ coi bê tông như lớp vỏ bóc không chịu lực

Theo những kết quả nghiên cứu thực nghiệm thì đối với những cấu kiện cốt cứng được thiết kế đúng, cốt cứng có thể cùng là việc với bê tông cho đến khi cùng bị phá hoại, ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy Ứng suất ban đầu trong cốt thép xuất hiện trong quá trình thi công không là giảm cường độ cuối cùng của cấu kiện bê tông cốt thép Tuy vậy do lực dính giữa

bê tông và cốt cứng kém hơn so với cốt mềm, đặc biệt là cốt có gờ, nên để hạn chế khe nứt người

ta thường giảm bớt ứng suất tính toán cho phép của cốt thép tuỳ thuộc vào tỷ lệ cốt thép cứng được dùng trong tổng số cốt thép của cấu kiện Dùng càng nhiều cốt cứng thì ứng suất tính toán cho phép càng giảm nhiều

Cấu tạo nút khung:

Đối với kết cấu khung, cấu tạo tại nút khung (nối cột với dầm, nối cột với móng v.v ) là rất quan trọng Nút khung phải có kích thước hình học và bố trí cốt thép sao cho phù hợp với sơ

đồ tính toán Nút cứng phải đảm bảo bê tông chịu nén không bị ép vỡ và cốt thép neo vào nút khung không bị tuột Trạng thái ứng suất của nút khung khá phức tạp Sự phân bố ứng suất phụ thuộc rất nhiều vào hình dáng và kích thước nút khung Ở các góc đều có sự tập trung ứng suất Nếu thay những góc gãy thành những đường cong thì sự tập trung ứng suất sẽ giảm đi Có thể căn cứ vào quỹ đạo ứng suất kéo chính để bố trí cốt thép trong nút khung Tuy vậy khung bê

Hình 2.12 Bố trí cốt cứng trong tiết diện dầm

Hình 2.13 Bố trí cốt cứng trong tiết diện cột

tông cốt thép là vật liệu phức hợp, không đồng chất và đẳng hướng nên trạng thái ứng suất của nút khung lại phụ thuộc vào việc bố trí cốt thép trong nút khung đó, cho nên người ta phải tiến hành thí nghiệm nhiều mẫu nút khung bằng chính vật liệu bê tông cốt thép để rút ra những cấu tạo hợp

lý cho các loại nút khác nhau

Xét khung như hình vẽ dưới đây với sơ đồ các nút ghi trên hình

thể hiện như hình 3.10 Đặc điểm của nút này là giá trị mômen ở đầu dầm (cột) lớn, việc neo cốt thép chịu kéo của dầm (cột) phải thận trọng vì ở cột không có lực nén truyền từ tầng trên xuống Chiều dài neo cốt thép phụ thuộc vào tỷ số với e0=M/N là mô men và lực dọc trong cột;

h là chiều cao tiết diện cột Tỷ số đó càng lớn thể hiện mô men càng lớn thì cốt thép càng cần phải neo sâu

Mômen lớn, cốt thép chịu kéo nhiều, không được cắt tất cả cốt thép ở cùng một tiết diện

Ngoài việc neo cốt thép để chịu mô men uốn ở nút khung và ở góc chúng phải được uốn cong với r 10d, các cốt thép khác cũng phải có chiều dài neo không nhỏ hơn lneo (Tính toán lneo theo sách BTCT phần cấu kiện cơ bản)

Khi mômen lớn, đặc biệt là đối với trường hợp

5 0 h

e0



, ở góc khung cần cấu tạo nách để giảm ứng suất nén tập trung, nách khung còn có tác dụng tăng cường khả năng chịu mômen uốn của dầm Chiều dài của nách thường không nhỏ hơn 1/10 nhịp xà ngang và chiều cao của nách không quá 0,4 lần chiều cao của xà ngang và không nhỏ hơn 1/6 chiều cao tiết diện cột Độ dốc của nách khung từ 1:3 trở nên được coi là có hiệu quả Dọc theo mép nách khung cần phải đặt cốt thép cấu tạo

Nếu vì lý do kiến trúc mà không cấu tạo được nách khung thì phải có giải pháp đặt cốt thép thích hợp để chịu các ứng suất tập trung xung quanh góc vuông phía trong

Khi

25.0

0 

h e

Hình 2.15 Cấu tạo nút khung biên tầng trên cùng

- Cấu tạo của nút cột biên với xà ngang của các tầng giữa (nút C) được thể hiện trên hình

2.15 Cốt chịu kéo của xà ngang phải được neo một đoạn bằng lneo Nếu cốt thép trong đoạn neo phải uốn cong thì phải có cốt đai phụ với khoảng cách không lớn hơn 100mm để gia cường Không nên uốn cốt chịu kéo của xà vào sâu trong phần cột để người thi công dễ đặt cốt thép khi phải bố trí điểm dừng đổ bê tông ở gần đỉnh cột Khi cần thiết có thể là thép chi tiết neo (thép bản hoặc thép hình) vào đầu thanh thép như trên hình 2.16 và phải tiến hành tính toán ép mặt

Hình 2.16 Cấu tạo nút khung biên các tầng giữa

- Cấu tạo nút nối cột giữa với xà ngang (nút B) được thể hiện trên hình 2.16 Trong trường

hợp này cốt thép ở xà ngang không cần phải kéo dài vào cột, mà được kéo, uốn, cắt cho phù hợp với biều đồ mômen và chịu lực cắt giống như trong dầm liên tục Cần lưu ý rằng đối với cột ngay trong nút nối trên phạm vi chiều cao dầm vẫn cần phải có cốt đai để giữ ổn định cho cốt dọc Đối với khung phải chịu lực chấn động, độ dẻo của mắt khung phải lớn, người ta gia cố thêm nút khung bằng các thanh cốt dọc và cốt đai ngang, đầu các thanh quy tụ vào nút khung được đặt cốt đai dày hơn như trên hình 2.17

Hình 2.17 Cấu tạo nút khung giữa các tầng giữa

- Ở chỗ xà ngang bị gãy khúc (hình 2.18) dưới tác dụng của mômen dương, lực trong cốt

thép chịu kéo và cốt chịu nén sẽ tạo thành những hợp lực hướng ra phía ngoài Cần phải có cốt đai

chịu những lực đó, giữ cho cốt thép dọc không bị kéo bật ra ngoài Góc gẫy  càng nhỏ thì hợp lực hướng ra phía ngoài càng lớn Khi góc gẫy < 1600 thì không những cần cốt đai gia cố mà còn phải cắt cốt dọc chịu kéo (toàn bộ hoặc một phần) để neo vào vùng bê tông chịu nén như hình

Hình 2.18 Cấu tạo nút Xà ngang gẫy khúc Diện tích cốt đai để giằng cốt dọc phải được tính toán để đủ chịu hợp lực trong các thanh cốt dọc không được neo và đủ chịu không dưới 35% hợp lực trong các thanh đã được neo trong vùng nén Ta có biều thức:

2cosR)F7.0F2(cosF

(2.1) Trong đó:

Fa1 – diện tích các thanh cốt dọc không được neo trong vùng nén

Fa2 – diện tích các thanh cốt dọc đã được neo trong vùng nén

 - góc lõm của xà ngang

 - góc giữa đường phân giác của góc lõm và phương của cốt đai

Cốt thép đai được tính theo (2.1) phải được bố trí trên chiều dài S hình 2.18

α

8

3 htg

Hình 2.19 Cấu tạo cốn thang gẫy khúc

Ở các điểm gãy A và B đều xuất hiện mômen dương do tải trọng tác dụng theo chiều từ trên xuống dưới Nhưng ở điểm gãy A, hợp lực của các cốt thép chịu kéo đều hướng vào phía trong nên không phải bố trí cốt đai giằng Ở điểm gãy B hợp lực của các cốt thép hướng ra phía ngoài nên phải tính toán và cấu tạo cốt đai giằng giống như đối với xà ngang khung đã trình bày ở trên

- Mối nối cứng giữa cột và móng được thể hiện như trên Hình 2 20

Cốt thép dọc trong cột phải kéo thẳng xuống móng Để tiện thi công, có thể đặt cốt chờ

để nối ở cốt mặt móng hoặc ở cốt 0.00 (cốt mặt nền) Phải đảm bảo yêu cầu nối không quá 50% diện tích cốt chịu kéo bằng thanh có gờ và không quá 25% diện tích cốt chịu kéo bằng thanh cốt trơn ở một tiết diện hoặc trên hoặc trên đoạn nhỏ hơn chiều dài neo Như vậy không được cắt cốt

có cùng chiều dài khi trên tiết diện cột có nhiều hơn 4 thanh thép dọc (cho phép cắt trên cùng một tiết diện với cột chỉ có 4 thanh thép dọc) Để tiện định vị tim của cột số cốt đai nằm trong phạm vi của móng có thể tăng hơn so với hình 2.20

Cần lưu ý rằng cao trình ngàm của cột được tính từ cao trình mặt trên của móng

Hình 2.20 Cấu tạo cốt thép tại vị trị cột liên kết cứng với móng

- Mối nối khớp giữa cột và móng được thể hiện trên hình 2.21

Khớp được hình thành do tiết diện bị giảm yếu (theo phương tác dụng của mômen uốn),

độ cứng bị giảm đột ngột, nếu có xuất hiện mômen ở chân cột thì giá trị của mômen cũng không lớn Chiều cao tiết diện ở khớp chỉ còn bằng từ 1/2 đến 1/3 chiều cao tiết diện nguyên

Cột và móng được liên kết bằng những thanh cốt thép thẳng như trên hình 2.21 a hay cốt bắt chéo 2.21 b Khi tải trọng lớn thì có thể dùng cốt dọc với các đai lò xo để hạn chế biến dạng ngang của bê tông như trên hình 2.21 c Phần tiết diện còn lại của bê tông và cốt thép nối chịu lực dọc truyền từ cột xuống móng và được tính theo cấu kiện chịu ép cục bộ Còn lực cắt thì được cân bằng với lực ma sát Cũng có thể đưa cốt thép vào trong tính toán chịu cắt

a) b) c) Hình 2.21 Cấu tạo cốt thép tại vị trị cột liên kết khớp với móng

Để chịu ép cục bộ, cốt đai ở chân cột phải đạt dày hoặc đặt lưới thép Mặt trên của móng cũng phải có lưới thép, tiết diện ngang của nó được tính bằng công thức gần đúng:

) ( 8000

II.5 Các loại cầu thang và sơ đồ tính toán

II.5.1 Cấu tạo cầu thang

a Khái niệm

Cầu thang là một bộ phận kết cấu công trình, phục vụ giao thông theo phương đứng cho nhà và công trình, có kết cấu chịu lực bằng bản và dầm Thang phải đảm bảo yêu cầu đi lại dễ dàng thoải mái, an toàn và thoát hiểm

Cấu tạo:

Theo nguyên lý kiến trúc:

- Chiều rộng của thân thang: Trong kiến trúc nhà ở dân dụng hiện nay, chiều rộng cầu thang lớn hơn 0,8m và thường từ 0,9 m đến khoảng 1,2 m; 1,5m hoặc lớn hơn đối với những công trình nhà ở cao cấp , biệt thự,…

- Độ dốc của cầu thang: Độ dốc của cầu thang quyết định bởi tỷ lệ chiều cao và chiều rộng của bậc thang, có quan hệ mật thiết với khoảng rộng của bước đi, được tính bằng công thức 2h + b

= 600 mm (trong đó h là chiều cao bậc thang; b là chiều rộng bậc thang) Trong các công trình kiến trúc, độ cao của bậc thang trong nhà thường từ 150 đến 180 mm, chiều rộng tương ứng từ

240 đến 300 mm

- Kích thước của chiếu nghỉ: Chiều rộng của chiếu nghỉ không được nhỏ hơn chiều rộng của thân thang và phải lớn hơn một bước chân(62 đến 74cm một bước chân), đồng thời phải thuận tiện trong quá trình vận chuyển

- Chiều cao của lan can: Có liên quan mật thiết với độ dốc của cầu thang, cầu thang không dốc yêu cầu lan can làm cao một chút Thông thường chiều cao của lan can tính từ trung tâm của mặt bậc thang đến mặt trên của tay vịn là 900 mm

- Trong một đợt thang số bậc phải không nhỏ hơn 3 và không lớn hơn 16 bậc riêng với thang mái thoát hiểm thì cho phép lớn hơn

Yêu cầu về kết cấu: Cầu thang phải đảm bảo yêu cầu chịu lực, độ cứng và độ võng cho phép, ngoài ra với yêu cầu thoát hiểm thì thang bộ phải có khả năng chống cháy tốt, cầu thang thoát hiểm khi gặp sự cố chỉ cho phép nứt, không cho phép sụp đổ Phải thi công được và là một

bộ phận hài hòa cho nội thất công trình

Phân loại:

Theo yêu cầu sử dụng: Cầu thang chính, cầu thang phụ, cầu thang sảnh

Theo vật liệu: Bê tông, BTCT, gỗ, tre, thép, gạch đá,…

Theo phương pháp thi công: Đổ toàn khối hoặc lắp ghép

Hình 2.22 Các loại cầu thang XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG, NỘI LỰC VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP LÊN TỪNG CẤU KIỆN Bản thang:

Tĩnh tải: Cấu tạo

II.5.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang

Căn cứ vào mặt bằng và mặt cắt kiến trúc để lựa chọn kiểu thang, liên kết của các cấu kiện

Bản thang

Xét tỷ số chiều dài hai cạnh của bản l2xiên/l1 ≥2 tính toán là bản loại dầm, cắt 1 dải theo phương cạnh ngắn l1 tính toán; l2xiên/l1<2 tính toán là bản kê

Bản chiếu nghỉ xét tỷ số ( 2l1+a)/l3 tương tự là bản loại dầm hoặc bản kê

Cốn thang: Thường thiết kế là dầm lật ngược với bề rộng từ 70÷120mm và chiều cao từ 200÷350mm Coi là dầm đơn giản kê lên hai dầm hai đầu là dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ

Kê lên tường, coi là dầm đơn giản hoặc kê lên cột Với dầm kê lên cột thì do cột đã được thi công lên tầng trên nên tại vị trí dầm ta đặt cốt thép chờ và được thi công sau khi thi công sàn tầng trên

Dầm chiếu tới:

Thông thường dầm chiếu tới kê lên dầm khung, tùy theo kích thước dầm chiếu tới và dầm khung có thể chọn liên kết hai đầu dầm là ngàm cứng hoặc ngàm đàn hồi Thông thường để an toàn khi tính toán cốt thép chịu mô men dương chọn sơ đồ liên kết khớp; khi tính cốt thép chịu mô men âm chọn sơ đồ liên kết ngàm

Kê lên tường: đặt ø 6 a300 và chiều dài thanh thép lk=1/8l1

Bên có cốn: đặt ø6a200, chiều dài thanh thép lk=1/4l1

Bố trí cốt thép như hình vẽ

Hình 2.25 Sơ đồ tính và bố trí cốt thép cho bản thang Trường hợp 2: l2xiên/l1 <2 Sơ đồ tính toán như hình vẽ Tính toán là bản xiên kê bốn cạnh

có hai cạnh kê lên dầm là ngàm, hai cạnh còn lại kê vào tường và cốn là liên kết khớp

Mô men: M=qb.ltt2 cos/8

Tính toán cốt thép như cấu kiện chịu uốn

+ Do bản thang truyền vào cốn

+ Do lan can tay vịn

Phân chia qct thành hai thành phần:

qctcos : thành phần gây uốn

qctsin: Thành phần gây nén

Cốn thang là cấu kiện chịu uốn, nén xoắn kết hợp cho nên tính toán phức tạp, để đơn giản

ta bỏ qua nén và xoắn và lấy theo cấu tạo để bố trí Vậy tính cốt thép cho cốn như cấu kiện chịu uốn

Cấu tạo cho cốn thang:

Cho cấu kiện chịu uốn: As

Yêu cầu cho As,ct Ít nhất có một thanh ø8

Diện tích cốt thép phải không nhỏ hơn 10% diện tích bê tông

Cho cấu kiện chịu nén: Diện tích cốt thép phải không nhỏ hơn 0,002bh0

Do là cấu kiện chịu xoắn nên cốt đai phải kín

Sau đây là một số cách bố trí cốt thép trong cốn:

L2

Với dầm chiếu nghỉ: Sơ đồ tính: dầm đơn giản Tải trọng tác dụng gồm:

Một nửa tải trọng từ bản chiếu nghỉ

Sơ đồ tính cho các bộ phận kết cấu thang:

Bản thang 1: Xét tỷ số l2xiên /l1 nếu lớn hơn hoặc bằng 2 là bản loại dầm, cắt dải bản theo phương cạnh ngắn tính toán; nếu nhỏ hơn 2, tính toán là bản kê 4 cạnh

Bản thang 2 và hai bản chiếu nghỉ: Xét tỷ số (2l1+a)/l3

Cốn thang: Dầm đơn giản

Dầm chiếu nghỉ DCN1:

q1: Do nửa tải trọng bản thang+ tải bản thân dầm

q2 : Tải trọng tập trung do cốn thang truyền vào

Dầm chiếu nghỉ DCN2: Sơ đồ tương tự dầm chiếu nghỉ DCN1 nhưng tải trọng tác dụng khác

Hình 2.28: Cầu thang 3 đợt: mặt bằng các bộ phận kết cấu_phương án 2

Bản thang 1+Bản chiếu nghỉ: Xét tỷ số (l2+l3)/l1 nếu lớn hơn hoặc bằng 2 là bản loại dầm, cắt dải bản theo phương cạnh ngắn tính toán; nếu nhỏ hơn 2, tính toán là bản kê 4 cạnh

Bản thang 2: Xét tỷ số a/l3

Dầm D3: Kê lên D1 và D2 là dầm đơn giản, nhịp là a

Dầm D1 : Kê lên dầm chiếu tới DCT và dầm chiếu nghỉ DCN