THIẾT kế sàn ỨNG lực TRƯỚC TẦNG 5

đặt vào trạng thái chịu lực thì ứng suất kéo gây ra do tải trọng ngoài sẽ bị triệt tiêu bởiứng suất nén trước, nhờ vậy sẽ hạn chế chiều rộng vết nứt và khi vết nứt chưa xuất hiệnthì có t

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC TẦNG 5

B1

B2

B3

B4 B5

B6

B7 B8

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán:

2.1.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trước

Hiện nay việc phân tích kết cấu bê tông ứng lực trước (BT ULT) dựa trên 3 quanniệm cơ bản sau:

2.1.1.1 Quan niệm thứ nhất

Quan niệm này coi BT ULT như vật liệu đàn hồi, tính toán theo ứng suất cho phép

Bê tông là vật liệu chịu nén tốt, chịu kéo kém Nếu không phải chịu ứng suất kéo do đãđược nén trước thông qua việc kéo trước cốt thép, trong bê tông sẽ không bị xuất hiện vết

đặt vào trạng thái chịu lực thì ứng suất kéo gây ra do tải trọng ngoài sẽ bị triệt tiêu bởiứng suất nén trước, nhờ vậy sẽ hạn chế chiều rộng vết nứt và khi vết nứt chưa xuất hiệnthì có thể sử dụng các phương pháp lý thuyết đàn hồi để tính toán.

2.1.1.2 Quan niệm thứ hai

Quan niệm này coi bê tông ứng lực trước làm việc như bê tông cốt thép thườngvới sự kết hợp giữa bê tông và thép cường độ cao, bê tông chịu nén và thép chịu kéo đãgây ra 1 cặp ngẫu lực kháng lại mô men do tải trọng ngoài gây ra Nếu sử dụng thépcường độ cao đơn thuần như thép thường thì khi bê tông bị nứt, thép vẫn chưa đạt đếncường độ Nếu thép được kéo trước rồi neo vào bê tông thì sẽ có được sự biến dạng vàứng suất phù hợp với 2 loại vật liệu

2.1.1.3 Quan niệm thứ ba

Quan niệm này coi ULT như một thành phần cân bằng với một phần tải trọng tácdụng lên cấu kiện trong quá trình sử dụng, tính toán theo phương pháp cân bằng tải trọng.Đây là phương pháp khá đơn giản và dễ sử dụng để tính toán, phân tích cấu kiện bê tôngULT Cáp ULT được thay thế bằng các lực tương đương tác dụng vào bê tông Cáp tạo ramột tải trọng ngược lên, nếu chọn hình dạng cáp và lực ULT phù hợp sẽ cân bằng đượccác tải trọng tác dụng lên sàn, do đó độ võng của sàn tại mọi điểm đều bằng 0

Phương pháp cân bằng tải trọng cho phép người thiết kế dự đoán dễ dàng độ võngcủa cấu kiện ngay từ khi chọn tải trọng cân bằng, nhất là với hệ kết cấu siêu tĩnh

Do vậy ta sẽ sử dụng phương pháp này để thiết kế bê tông ULT

Mô hình cáp trong phương pháp cân bằng tải trọng:

2 2

2

1 1

8

; 8

L

s P W

L

s P

Tuy nhiên trong thực tế, cáp không thể bố trí tại gối B như mô hình tính toán trên

mà phải bố trí như sau:

2 3

2

2 2

2

1 1

8

;)'1,01,0(

8

; 8

L

s P W

L L

e P W

L

s P

2.1.2 Các phương pháp tính toán nội lực trong sàn phẳng

Để phân tích sàn, tính toán nội lực, ứng suất trong sàn có thể sử dụng nhiều cáchkhác nhau, trong đó có 3 cách thông dụng nhất hiện nay:

- Phương pháp phân phối trực tiếp

- Phương pháp khung tương đương

- Phương pháp phần tử hữu hạn

Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp phần tử hữu hạn hiện được sử dụngphổ biến hơn cả do những ưu điểm của nó cũng như sự hỗ trợ đắc lực của 1 số phần mềmtính toán dựa trên cơ sở phương pháp tính toán này

2.2 Sơ bộ chọn kích thước tiết diện các cấu kiện, loại vật liệu sử dụng:

2.2.1 Vật liệu

2.2.1.1 Bêtông

Bêtông B30 có

26'c=

=

ps E

MPa

+ Diện tích tiêu chuẩn:

150

140

2.2.2.2 Tiết diện dầm biên:

Theo tài liệu “Kết cấu bê tông cốt thép - Phần cấu kiện cơ bản” – PGS.TS PhanQuang Minh:

Chiều cao dầm thường chọn

(0.54 1.35)

79,1020

18

120

18

2.2.2.3 Tiết diện cột:

Cột là cấu kiện chịu nén có tiết diện hình chữ nhật, hình vuông hoặc tròn Với tiếtdiện chữ nhật (hoặc vuông) cần phân biệt chiều cao và chiều rộng Chiều cao h làcạnh trong phương mặt phẳng uốn, chiều rộng b là cạnh vuông góc với mặt phẳnguốn Thông thường nên chọn h= (1,5 ÷ 3)b, tuy vậy cũng có thể gặp trường hợp h<b

Kích thước tiết diện cột thường được chọn trong giai đoạn thiết kế cơ sở, được dựavào kinh nghiệm thiết kế, dựa vào các kết cấu tương tự hoặc cũng có thể tính toán sơ

bộ dựa vào lực nén N được xác định một cách gần đúng Diện tích tiết diện cột là A:

b

R

N k

Trong đó:

Rb- cường độ tính toán về nén của bê tông

k- hệ số, với trường hợp nén lệch tâm lấy k= 1.3÷1.5 Lấy k= 1.3

N- lực dọc trong cột, do chưa có số liệu tính toán đầy đủ nên lấy gần đúng:

N = q.Fxq

Với:q - tải trọng tương đương tính trên mỗi m2 mặt sàn trong đó

gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, trọng lượng tường, dầm, cột đem tính ra phân bố đều trên sàn Giá trị q được lấy theo kinh nghiệm thiết kế Giá trị q thường lấy bằng (10÷12) (kN/m2) Ta chọn q=12 (kN/m2).

Fxq-tổng diện tích các tầng tác dụng trong phạm vi quanh cột

Khi chọn kích thước tiết diện cấu kiện, ngoài điều kiện về khả năng chịu lực, còn cần kể đến điều kiện về ổn định, về kiến trúc và thuận tiện cho thi công.

Kích thước tiết diện cột được chọn sơ bộ trong bảng sau: Bảng 2.1 – Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột

cột

Fxq(m²)

N(kN/

Chọn tiết diện(mm)

Atd(m²)Tầng hầm 2 ÷

1933.64

*Kiểm tra điều kiện ổn định cho cột:

Ta sẽ tiến hành kiểm tra độ mảnh của các cấu kiện nguy hiểm nhất:

Bảng 2.2- Độ mảnh tại cấu kiện nguy hiểm nhất

mm t

1753500.20

1.20

- Bề rộng vách: h≥max(0,5ht; 5t)

2.3 Xác định tải trọng tác dụng lên sàn

2.3.1 Tĩnh tải:

2.3.1.1 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân của sàn:

Bảng 2.3 - Tĩnh tải do trọng lượng bản thân các ô sàn ứng lực trước

2.3.1.2 Tĩnh tải do trọng lượng tường xây và cửa đặt trực tiếp lên sàn:

Dựa vào mặt bằng kiến trúc công trình ta thấy:

Trọng lượng tường ngăn trên dầm được quy đổi thành tải trọng phân bố truyền vàodầm Trong công trình, trọng lượng tường xây bao quanh chu vi công trình được quy đổi thành tải phân bố đều truyền vào dầm biên

Trọng lượng tường xây và cửa đặt trực tiếp lên sàn được quy về tải trọng phân bố đều lên sàn Để đơn giản cho tính toán và thiên về an toàn xem như chỉ gồm tải trọng do tường truyền vào sàn Quy tĩnh tải tường xây thành tĩnh tải phân bố đều trên sàn:

Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc ta tính được:

Tổng diện tích sàn điển hình là:

S’= 30.16x31.17 - 0.6x1.6x3 - (4.962- 4.962/4)= 931.92 (m2)

S= S’- Slõi –Sthang máy = 931.92- 3.35x11.7 – 3.6x2.9 = 882.29 (m2)

Tổng chiều dài tường ngăn giữa không gian văn phòng làm việc và phòng lãnh đạo; giữa phòng lãnh đạo và phòng nghỉ dày 100 mm (đơn giản cho tính toán và thiên về

an toàn) là 40.7 m Tổng chiều dài tường ngăn giữa sảnh tầng và kho dày 200 mm là 17.5m Tổng chiều dài tường ngăn ở khu vệ sinh dày 200mm là 38.4m

Tường cao 324cm Tải trọng do tường ngăn gây ra là:

,882

15.24,3)

4,38.2,05,17.2,07,40.1,0.(

,1

=+

+

=

san

S nbhlγ

(kN/m2)

Trong đó:

n: hệ số độ tin cậy đối với tường, n= 1,1

b: bề dày của tường xây trực tiếp trên sàn

h: chiều cao của tường xây trên sàn

l: chiều dài tường

0 kN m2

g tt s

t− =

)/(84,01,1/92

tt

s g

=8,80 + 0,84 =9,24 (kN/m2)

2.3.2 Hoạt tải sàn:

Hoạt tải tiêu chuẩn ptc (KN/m2) lấy theo TCVN 2737-1995

Công trình được chia làm nhiều loại phòng với chức năng khác nhau Căn cứ vàomỗi loại phòng chức năng ta tiến hành tra bảng xác định hoạt tải tiêu chuẩn và sau đónhân với hệ số vượt tải n Ta sẽ có hoạt tải tính toán ptt (kN/m2)

Theo TCXDVN 2737-1995, khi thiết kế nhà cao tầng thì hoạt tải sử dụng đượcnhân với hệ số giảm tải theo chiều cao Theo TCVN 2737-1995 hệ số giảm tải được quyđịnh như sau:

• Đối với các phòng khách ở, ngủ, bếp, phòng làm việc có diện tích A > A1=9m 2

(với A là diện tích chịu tải (m2) hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải:

ΨA1 = 0,4 + 1

6,0

A A

• Đối với các loại phòng có khác diện tích A>A2=36(m 2 ) cho phép nhân với hệ số giảm tải:

ΨA2 = 0,5 +

2

5,0

A A

Tuy nhiên hoạt tải thường không lớn hơn so với trọng lượng bản thân (thườngbằng 15-20%) nên thiên về an toàn không xét đến các hệ số giảm tải Trong tính toánkhung nhiều tầng nhiều nhịp, nhất là các hệ khung không gian còn cho phép không xétđến các phương án chất tải bất lợi (hoạt tải) gây ra trên các sàn Trong đồ án của em đangthực hiện, với sàn không dầm, sự phân chia các ô sàn chỉ mang tính chất tương đối Vìvậy, thiên về an toàn, không xét đến các hệ số giảm tải

Kết quả tính toán cụ thể thể hiện trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 –Bảng tính hoạt tải tác dụng lên sàn tầng 5

Diện tích A (m 2 )

Số lượn g

Hoạt tải tiêu chuẩn (kN/m 2

)

Hệ số độ tin cậ y

Hoạt tải tiêu chuẩn từng phòng (kN)

Hoạt tải tính toán từng phòng (kN)

Tổng tải trọng tính toán tác dụng phân bố trên sàn:

tt

q

= 9.24+2.602= 11.842 (kN/m2)

2.4 Kiểm tra khả năng chống chọc thủng của sàn.

Kiểm tra theo điều kiện: bt m o

h u R

P≤

Trong đó:

P- tải trọng gây nên sự phá hoại theo kiểu đâm thủng

Rbt=1.2 MPa - cường độ chịu kéo tính toán của bê tông

um - chu vi trung bình của mặt đâm thủng

Trên mặt bằng sàn ta thấy vị trí cột 3C thì sàn có khả năng bị đâm thủng lớn nhất, nên tacần kiểm tra tại vị trí này.

Ta tính được:

2

1 ) 4 (

2 ) (

+

= +

+ + +

.032.710.2.1 = 3× × =

⇒R bt u m h o

kN[1 2 −( +2 )( +2 )]=11.842[10.79×10.52−(1.6+2×0.23)(1.6+2×0.23)]

=q l l h h o t h o

P

P = 1293.94 (kN)≤ Rbt.um.h0=2020.32 (kN)

Vậy sàn đảm bảo không bị chọc thủng, nên ta không cần dùng bản đầu cột

2.5 Xác định tải trọng cân bằng tạm, chia dãi và xác định nội lực trên từng dãi 2.5.1 Xác định tải trọng cân bằng tạm

Tải cân bằng tạm lấy bằng 0.8 lần trọng lượng bản thân bêtông cốt thép sàn

5,85 6,5

2.5.2 Tính nội lực trên từng dải (strip)

Mô hình hóa sàn trong phần mềm SAFE (như hình 2.2 và 2.3)

Vẽ các dãi trên cột và dãi giữa nhịp trên mặt bằng sàn, bề rộng dãi trên cột:0,25L1+ 0,25L2, với L1,L2: bề rộng 2 nhịp 2 bên dãi Bề rộng dãi giữa nhịp là phần cònlạio trng nhịp đó

Sau khi chạy chương trình có được biểu đồ mô men trên từng dãi và biểu đồ biếndạng do tải trọng cân bằng gây ra:

Hình 2.2 – Mô hình không gian của sàn trong SAFE

Hình 2.3 – Mô hình hoá sơđồ sàn trong SAFE

Hình 2.4- Chia dãi theo phương x

Hình 2.5- Momen của tải cân bằng gây ra theo phương x

Hình 2.6- Chia dãi theo phương y

Hình 2.7- Momen của tải cân bằng gây ra theo phương y

2.6 Chọn hình dạng cáp và bố trí cáp trong từng dãi

Căn cứ vào biểu đồ mômen trên từng dải do tải trọng cân bằng tạm gây ra ta bố tríchọn hình dạng sợi cáp trong mỗi dải như hình II.8 (hình dạng cáp trên từng dải trênhình II.7 là hình dạng cuối cùng sau khi điều chỉnh nhiều lần, để phù hợp nhất với biểu

đồ mômen trên hình II.6a và II.6b, xem bản vẽ sàn KC01/07)

Việc điều chỉnh tọa độ cáp được thực hiện trong tab khai báo Tendon Vertical profile củatừng sợi cáp riêng biệt, hình II.7 là một ví dụ cụ thể cho cáp trên dải CSX1

Cáp được bố trí theo hai phương: phương X cáp nằm dưới, phương Y cáp nằm trên, bềdày lớp bêtông bảo vệ 30cm, 2 đầu được để thẳng 1 đoạn 1m.

Xác định độ lệch tâm của cáp:

+ Theo phương x : Ở nhịp:

7020302/202/2602

/2/

/2/

20 2

260 2

20 2

260 2

2.7.Xác định tổn hao ứng suất trong cáp và lực ứng lực trước trong 1 cáp

2.7.1 Chọn ứng suất căng ban đầu

Ứng suất đầu neo sống f pi thỏa điều kiện sau: f pi ≤ min(0,8f pu ;0,94f py ) = 0,8f pu

Ứng suất hiệu dụng trong cáp:

fse = fpm- Δfi= 1303,33- 208,53=1094,80(MPa)

TÊN DẢI Mmax (kN.m) Mmin (kN.m) M(kN.m)

Tổn hao ứng suất do ma sát:Δf 1=μ.fpi = 0,25.32,9.1395 = 114,74(MPa) ,

Tổn hao ứng suất do biến dạng của neo:

e f A

Theo phương x:

pls sex

ex f A

= 1094,80.0,14 = 153,27(kN)Theo phương y:

pls sey

ey f A

= 1093,74.0,14 = 153,12(kN)Lực ứng lực trước yêu cầu cho dãi:

s

M

P yc =

(kN)Trong đó : M(kN)-giá trị momen của tải trọng cân bằng

s(m)-độ lệch tâm của cáp tại vị trí có M

để tạo ra tải trọng cân bằng phù hợp như sau :

-Tại nhịp lực hướng lên :

) / (

.

b l

s P w

d

=

-Tại đầu cột,lực hướng xuống :

) / (

e

2

b l

P w

d

=

Trong đó:

P: lực ứng lực trước

s: độ lệch tâm của cáp ở giữa nhịp

e2: độ vồng của cáp tại đầu cột hoặc điểm uốn

bd: bề rộng dải

l: khoảng cách giữa 2 điểm uốn của cáp

Ta dùng ứng suất hiệu quả để tính số lượng cáp cần thiết Sau đó ta tính tải trọngcân bằng do cáp gây ra rồi kiểm tra các điều kiện sau :

-Ứng suất lúc buông neo -Ứng suất trong giai đoạn sử dụng -Kiểm tra khả năng chịu lực

Sau khi lựa chọn cáp, ta có số lượng cáp như sau:

Bảng 2.8- Số lượng cáp trong từng dãi theo phương X,Y sau khi tính toán lại

TÊN DÃI Số cáp f2 (MPa)

Acáp(mm2) P (kN) Số cáp đơn -bó cáp

.6

Bảng 2.9- Khoảng cách giữa các cáp trong từng dãi

TÊN DÃI Số cáp Bề rộng dải (m) Số cáp đơn -bó cáp a(mm)

2.10 Kiểm tra ứng suất trong sàn:

2.10.1 Lúc buông neo:

2.10.1.1.Điều kiện kiểm tra:

Ứng suất nén cho phép trong bê tông: 0,6f ci’= 0,6.(0,8fc’)= 0,48fc’=0,48 26 =

12,48(MPa)

Ứng suất kéo cho phép trong bê tông:

+Đầu cột:

)(28,226.8,0.5,05

,

0 f ci' = = MPa

+Nhịp:

)(14,126.8,0.25,025

,

0 f ci' = = MPa

Lúc buông neo sàn chịu tác dụng của các lực:

+Trọng lượng bản thân của sàn

+Lực ứng lực trước do cáp gây ra: P = n.Aps.fpm

-Theo phương x: fpmx = 1303,33(MPa)-Theo phương y: fpmy = 1302,07(MPa)

Kiểm tra ứng suất:

W

M A

P

f t,d =− ±

(MPa)Trong đó: - A: diện tích dãi bản, A =bd.hb(m2)

- M: là moment do trường hợp tải ứng với giai đoạn buông cáp (Lấy từ Safe).-W: là moment kháng uốn của dải bản :W =

6 /

b

d h b

Kết quả tính toán và kiểm tra thể hiện ở bảng 2.10

Nhận xét kết quả kiểm tra:

- Các ứng suất nén đều đảm bảo yêu cầu

- Các ứng suất kéo ngoài những dải đảm bảo có 1 số dải không đảm bảo khảnăng chịu ứng suât kéo Những vị tri không thỏa ta sẽ kiểm tra lại khi bố tríthép thường ở mục sau

(Trang ngang)

2.10.2 Giai đoạn sử dụng.

2.10.2.1 Điều kiện kiểm tra:

Ứng suất nén cho phép trong bê tông: 0,6f c’= 0,6.26= 15.6(MPa)

Ứng suất kéo cho phép trong bê tông:

+Đầu cột:

)(55,226.5,05

,

0 f c' = = MPa

+Nhịp:

)(1.526

Trong giai đoạn sử dụng sàn chịu tác dụng của các lực:

+Tĩnh tải tiêu chuẩn:

)/(80,1092,288,

7 kN m2

+Hoạt tải tiêu chuẩn:

)/(475,

1 kN m2

p tc =

+Lực ứng lực trước do cáp gây ra: P = n.Aps.fse

-Theo phương x: fse = 1094,80(MPa)-Theo phương y: fse = 1093,74(MPa)

(m3)Kết quả tính toán và kiểm tra thể hiện ở bảng 2.11

Nhận xét kết quả kiểm tra:

- Các ứng suất nén đều đảm bảo yêu cầu

- Các ứng suất kéo ngoài những dảiđảm bảo có 1 số dải không đảm bảo khảnăng chịu ứng suât kéo Những vị tri không thỏa ta sẽ kiểm tra lại khi bố tríthép thường ở mục sau

(Trang ngang)

2.11 Tính toán cốt thép thường:

2.11.1 Tính toán cốt thép cho phần sàn ứng lực trước

2.11.1.1 Yêu cầu cấu tạo

Yêu cầu:

- Khoảng cách lớn nhất giữa các thanh thép là 12inch ≈300mm

- Thép thường đặt ở gối trong vùng mômen âm ởđầu cột, diện tích cốt thépthường theo mỗi phương được xác định không nhỏ hơn diện tích cốt thép yêucầu

L h

A yc s = 0 00075

Trong đó: h- là bề dày bản

L- chiều dài của nhịp theo phương song song với trục cáp

As được bố trí trong bề rộng bản bằng bể rộng cột cộng thêm 1.5h mở rộng

về mỗi bên Chọn cốt thép thường theo yêu cầu cấu tạo cho vùng mômen âm ởđầucột (vách), đặt ở lớp trên

+ Theo phương X , vách rộng c = 2m (xét vách trên trục D)

Với h=26cm, L =1000cm, diệ tích cốt thép thường yêu cầu

5 19 1000 26 00075 0 00075

=

tt s

A

cm2 Hàm lượng :

% 28 0 26 278

36 20

A s

µ

, đảm bảo

% 05 0

min =

≥ µ µ

+ Theo phương Y, vách rộng c = 2m (xét vách trên trục 4)

Với h=26cm, L =1000cm, diệ tích cốt thép thường yêu cầu

5 19 1000 26 00075 0 00075

=

tt s

A

cm2 Hàm lượng :

% 28 0 26 278

36 20

A s

µ

, đảm bảo

% 05 0

min =

≥ µ µ

- Thép thường đặt ở nhịp: Diện tích cốt thép thường, lấy theo cấu tạo Ta chọn

Theo phương X : Ø12s200.

Theo phương Y : Ø12s200

Bảng 2.12- Bảng tính cốt thép thường theo yêu cầu cấu tạo

DẢI

Chiề

u Bề

Cáp Ứng Lực Trướ c

Thép thường

dài dải rộng

(ký hiệu

(mm )

Số thanh

20

18.09 6

∅ 12 s

20

18.09 6 CSX2

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 CSX3

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 CSX4

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSX1

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSX2

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSX3

∅ 12 s

20

26.01 3

∅ 12 s

20

26.01 3

Theo phương Y

CSY1

∅ 12 s

20

13.57 2

∅ 12 s

20

13.57 2 CSY2

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 CSY3

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 CSY4

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSY1

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSY2

∅ 12 s

20

28.27 5

∅ 12 s

20

28.27 5 MSY3

∅ 12 s

20

18.09 6

∅ 12 s

20

18.09 6

As

f T

=