THIẾT KẾ KẾT CẤU LIÊN HỢP BTCT và THÉP TỔ HỢP( THÉP TIỀN CHẾ)

NỘI DUNG TỔNG QUAN CÁC KHÍA CẠNH SỬ DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG PHẦN TỬ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Hai loại vật liệu hỗ trợ lẫn nhau:Hai loại vật liệu hỗ trợ lẫn nhau: Bê tông chịu nén và thép chịu kéoBê tông chịu nén và thép chịu kéo Bê tông bọc lõi thép chống ăn mòn và chịu nhiệt Bê tông nhồi thép ống tăng độ ổn định của kết cấu Thép giúp tăng độ dẻo của kết cấu

Hai loại vật liệu hỗ trợ lẫn nhau:

 Bê tông bọc lõi thép  cchống ăn mòn và chịu nhiệthống ăn mòn và chịu nhiệt

 GiảmGiảm chiềuchiều caocao kếtkết cấucấu

 tiếttiết kiệmkiệm diệndiện tíchtích baobao cheche

 NhịpNhịp dàidài hơnhơn vớivới cùngcùng 1 1 chiềuchiều caocao

 khôngkhông giangian rộngrộng hơnhơn

 TăngTăng sốsố tầngtầng vớivới cùngcùng chiềuchiều caocao tòatòa nhànhà

 ThờiThời giangian lắplắp rápráp nhanhnhanh hơnhơn

 tiếttiết kiệmkiệm chi chi phíphí, , hoànhoàn thànhthành sớmsớm đưađưa côngcông

8

 Chức năng

Khả năng thích nghi của kết cấu

 Không gian Không gian của các của các thiết bị: trên thiết bị: trên trầntrần, , trong sàn giảtrong sàn giả, …, …

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

Phương pháp xây dựng truyền thống

Kết cấu liên hợp thép

Kết cấu liên hợp thép BT (Composite) BT (Composite)

Dầm liên hợp Dầm thép không có liên kết chịu cắt

composite column floor = beam + slab

composite beam composite slab

PHẦN TỬ KẾT CẤU

PHẦN TỬ KẾT CẤU

Citibank Duisburg,

Germany

Sàn liên hợp

in-situ concrete on shuttering partially prefabricated slabs fully prefabricated slabs

Liên kết giữa tấm thép và bê tông

Dầm liên hợp

removed after concreting

bracket with shear connectors contact piece

Millennium Tower (Vienna (Vienna Austria) Austria)

Composite columns

Concrete core Composite Slim floor beams

Concrete slab

42,3 m

Composite frame 42,3 m

Citibank Duisburg (Duisburg (Duisburg Germany) Germany)

Parking deck “DEZ” (Innsbruck (Innsbruck Austria) Austria)

CÔNG TRÌNH HOÀN THIỆN

KHUNG NHÀ

TẤM SÀN THÉP

KHUNG LẮP TẤM SÀN THÉP

LẮP ĐẶT TẤM SÀN THÉP

HOÀN TẤT LẮP ĐẶT TẤM SÀN THÉP

SÀN NHÌN TỪ BÊN DƯỚI

LẮP ĐẶT CỐT THÉP SÀN

ĐỔ BÊ TÔNG

ĐƯA VÀO SỬ DỤNG

EC2 & EC4

Bê tông thông thường:

 Cường độ chịu nén đặc trưng của BT

cc

281

exp



 CườngCường độđộ chịuchịu kéokéo khikhi uốnuốn củacủa BT BT

vớivới h h chiềuchiều caocao cấucấu kiệnkiện, mm, mm

 CườngCường độđộ chịuchịu kéokéo theotheo thờithời giangian củacủa BTBT

 Cường độ tính toán Cường độ tính toán chịu chịu nénnén của BT của BT

 Cường độ tính toán Cường độ tính toán chịu chịu kéokéo của BTcủa BT

ffctk,0,05 giá trị dưới của sức bền đặc trưng khi kéogiá trị dưới của sức bền đặc trưng khi kéo

cc, , ct hệ số kể những tác động lâu dài và các tác động bất hệ số kể những tác động lâu dài và các tác động bất

lợi của tải trọng tác dụng, = 1

 Mô đun đàn hồi riêng của BT

 Mô đun đàn hồi của tiết diện liên hợp thép Mô đun đàn hồi của tiết diện liên hợp thép BT BT

 Hệ số tương đương thép Hệ số tương đương thép BTBT

 Kể đến hiện tượng mỏi của tải trọng dài hạn, Kể đến hiện tượng mỏi của tải trọng dài hạn, E E cm  E cm /3

cm cm

 Đặc Đặc trưng trưng tiêu tiêu chuẩn chuẩn và và tính tính toán toán của của BT BT

 CườngCường độđộ tiêutiêu chuẩnchuẩn

 CườngCường độđộ tínhtính toántoán

•• TrạngTrạng tháithái giớigiới hạnhạn II: : R b, , R R bt

•• TrạngTrạng tháithái giớigiới hạnhạn IIII: : R b,ser, , R R bt,ser

Cường

Cường độđộ tínhtính toántoán = = CườngCường độđộ tiêutiêu chuẩnchuẩn / / hệhệ sốsố độđộ tin tin cậycậy

Hệ số độ tin cậy khi nén

Hệ số độ tin cậy khi nén bc và khi kéovà khi kéo bt

Cường độ tiêu chuẩn của BT

Cường độ tiêu chuẩn của BT R R bn, , R R btn và cường độ tính toán

của BT khi tính theo TTGH

của BT khi tính theo TTGH II II R R b,ser, , R R bt,ser, MPa

Cường độ tiêu chuẩn của BT

toán của BT khi tính theo TTGH

Cường độ tính toán của BT

Cường độ tính toán của BT R R b, , R R bt khi tính theo TTGH khi tính theo TTGH II, MPa, MPa

Cường độ tính toán của BT

Cường độ tính toán của BT R R b, , R R bt khi tính theo TTGH khi tính theo TTGH II, MPa, MPa

Cường độ chịu kéo tính toán của BT

với cấp độ bền chịu kéo của BT, MPa

Hệ số điều kiện làm việc của BT

 Tương quan giữa cấp độ bền và cường độ tức thời của BT

11,64 

t B B

 

n

n n mt

m

n n

n

B n B

n B n B

2 2 1

Mác theo cường độ chịu nén

Cấp độ bền chịu nén

Cường độ trung bình của mẫu thử tiêu chuẩn, MPa

Mác theo cường độ chịu nén

độ bềnbền chịuchịu nénnén củacủa BTBT

 ĐốiĐối vớivới BT BT nặngnặng, BT , BT hạthạt nhỏnhỏ, BT , BT nhẹnhẹ vàvà BT BT rỗngrỗng

, không , không nhỏnhỏ hơnhơn 0,720,72

Mô đun đàn hồi ban đầu của BT khi kéo và nén

Mô đun đàn hồi ban đầu của BT khi kéo và nén E E b x10 3, MPa (Bảng 2.8)

So

So sánh sánh EC2, EC4 EC2, EC4 và và TCXDVN 356:2005 TCXDVN 356:2005

 Đặc Đặc trưng trưng cường cường độ độ

 HệHệ sốsố chuyểnchuyển đổiđổi cườngcường độđộ chịuchịu nénnén trungtrung bìnhbình ff cm mẫu

hình

hình trụtrụ qua qua mẫumẫu lậplập phươngphương = 1,25= 1,25

Giá trị cường độ chịu nén trung bình

 Các chỉ tiêu cơ lý khác

 MôMô đunđun đànđàn hồihồi: : tươngtương đươngđương nhaunhau

 HệHệ sốsố dãndãn nởnở nhiệtnhiệt, , hệhệ sốsố Poisson: Poisson: nhưnhư nhaunhau

 KhiKhi thiếtthiết kếkế kếtkết cấucấu liênliên hợphợp thépthép BT BT theotheo EC4:EC4:

 DùngDùng mácmác BT BT theotheo TCXDVN 356:2005 TCXDVN 356:2005 tươngtương đươngđương cấpcấp độđộ

bền

bền củacủa BT BT theotheo EC4 EC4

 SửSử dụngdụng lýlý thuyếtthuyết thiếtthiết kếkế theotheo EC4EC4

•• S400, S500: S400, S500: thépthép thanhthanh tròntròn cócó gaigai, , tínhtính dẻodẻo daidai lớnlớn

ff s (u) sứcsức bềnbền kéokéo đứtđứt củacủa thépthép

sk (u) biếnbiến dạngdạng tươngtương đốiđối khikhi đứtđứt

f f

 TCXDVN

•• CườngCường độđộ chịuchịu kéokéo tiêutiêu chuẩnchuẩn RRsn vàvà cườngcường độđộ chịuchịu kéokéo

tínhtính toántoán theotheo TTGH II TTGH II củacủa thépthép thanhthanh

Nhóm cốt thép thanh R sn và R s,ser , MPa Ghi chú

và cơ nhiệt luyện

Giới hạn chảy, N/mm 2

cho độ dày, mm

Độ dãn dài, % cho độ dày, mm

Trạng thái giới hạn tới hạn – TTGH I

Ultimate Limit State (ULS)

– Đàn hồi hoặc dẻo

Trạng thái giới hạn sử dụng – TTGH II

Serviceability Limit State (SLS)

– Phân tích đàn hồi

TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN

ULS

Dầm

– Khả năng ứng dụng cho phân tích dẻo, phi tuyến

và tuyến tính

– Tương tác hoàn toàn hoặc không hoàn toàn

Dầm bọc không hoàn toàn

Mất ổn định do xoắn

– Phải kiểm tra mất ổn định do xoắn

– Không cần kiểm tra trong điều kiện bình thường

Liên kết chịu cắt dọc

– Độ bền của sàn và cốt thép dọc trong sàn – Loại liên kết

Cột

– BT bọc lõi thép

– Tải trọng tiêu chuẩn

– Điều kiện gối đỡ được lý tưởng hóa

SÀN LIÊN HỢP

– Tấm tôn thép dùng như cốp pha vĩnh cửu

– Chịu tải trọng BT tươi (không có thanh chống)

• Phương pháp xây dựng nhanh, đơn giản

• Sàn công tác an toàn bảo vệ công nhân bên dưới

• Nhẹ hơn so với sàn truyền thống

Tấm tôn tôn hình hình dập dập nguội nguội::

•• SànSàn côngcông táctác vàvà ván khuôn ván khuôn

khi

khi đổ bê tông đổ bê tông

•• CCốt thép ốt thép chịuchịu kéokéo khikhi bảnbản

sàn

sàn đưađưa vàovào sửsử dụngdụng

Khi BT Khi BT đôngđông cứngcứng

 ứngứng xửxử nhưnhư mộtmột cấucấukiện

kiện liênliên hợphợp thépthép BTBT

Tấm tôn hình dập nguội

•• Bề dày tấm tôn: 0,75Bề dày tấm tôn: 0,75÷÷1,5 mm1,5 mm

•• Chiều sâu: 40Chiều sâu: 40÷÷80 mm80 mm

•• Cốt liệu Cốt liệu ≤ min(0,4h≤ min(0,4hcc; bo/3; 31,5mm)

•• Gối tựa có bề rộng 70Gối tựa có bề rộng 70÷÷100 mm100 mm

III SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN LIÊN HỢP

1

1 Liên Liên kết kết

Neo đầu sàn

2

2 Cốt Cốt thép thép trong trong sàn sàn

•• PhânPhân phốiphối tảitải

•• CốtCốt thépthép lớplớp trêntrên chịuchịu mômenmômen âmâm

•• TồnTồn tạitại sựsự trượttrượt dọcdọc tươngtương

đối  tương tương tác tác không không

hoàn

hoàn toàn toàn

load P

P u

L

L =L4

4 s

Tương tác tác hoàn hoàn toàn toàn::

•• KhôngKhông cócó trượttrượt tổngtổng thểthể tạitại

P f

Tương tác không hoàn toàn:

trượt tổng thể tại mặt tiếp xúc

4 Độ Độ cứng cứng sàn sàn liên liên hợp hợp

 ĐộĐộ dốcdốc củacủa phầnphần đầuđầu đườngđường congcong PP 

 TươngTương táctác hoànhoàn toàntoàn chocho độđộ cứngcứng lớnlớn nhấtnhất

 33 loạiloại liênliên kếtkết giữagiữa thépthép vàvà BTBT::

+ phụphụ thuộcthuộc dạngdạng mặtmặt tiếptiếp xúcxúc giữagiữa thépthép BTBT

load P

P u

5 Các Các dạng dạng phá phá hoại hoại sàn sàn liện liện hợp hợp::

•• Dạng Dạng I: I: pháphá hoạihoại do do mômenmômen giữagiữa nhịpnhịp lớnlớn hơnhơn M M pl.Rd

 SànSàn nhịpnhịp lớnlớn, , bậcbậc liênliên kếtkết caocao giữagiữa thépthép BTBT

•• Dạng Dạng II: II: pháphá hoạihoại do do trượttrượt dọcdọc

 ĐạtĐạt khảkhả năngnăng chịuchịu lựclực giớigiới hạnhạn liênliên kếtkết thépthép BTBT

 PháPhá hoạihoại dọcdọc theotheo chiềuchiều dàidài trượttrượt LLs

•• Dạng Dạng III: III: pháphá hoạihoại do do trượttrượt ngangngang tạitại gốigối tựatựa do do lựclực cắtcắt

 SànSàn nhịpnhịp bébé, , dàydày, , chịuchịu tảitải lớnlớn

6

6 Phá Phá hoại hoại giòn giòn / / dẻo dẻo

•• PhụPhụ thuộcthuộc tínhtính chấtchất liênliên kếtkết

giữa

giữa thépthép BTBT

•• SànSàn vớivới tấmtấm tôntôn cócó

 sườnsườn mởmở  ứngứng xửxử giòngiòn

 sườnsườn đóngđóng  ứngứng xửxử dẻodẻo

•• GiảmGiảm ứngứng xửxử giòngiòn bằngbằng biệnbiện

pháp

pháp cơcơ họchọc: : tạotạo gờgờ, , tạotạo lỗlỗ, …, …

Load P

deflection  Brittle behaviour Ductile behaviour

IV TRẠNG THÁI TÍNH TOÁN,

TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ VÕNG

IV TRẠNG THÁI TÍNH TOÁN,

TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ VÕNG

Điều

Điều kiện kiện thiết thiết kế kế

 Khi Khi thi thi công công, , ttấmấm tôntôn thépthép sửsử dụngdụng nhưnhư vánván khuônkhuôn

 Khi Khi sàn sàn làm làm việc việc liên liên hợp hợp

1

1 Tấm Tấm tôn tôn thép thép sử sử dụng dụng như như cốp cốp pha pha khi khi thi thi công công

a/

a/ Tải Tải trọng trọng (ULS): (ULS):

•• TrọngTrọng lượnglượng bảnbản thânthân

BT

BT vàvà cốtcốt thépthép

•• TảiTải trọngtrọng thithi côngcông: : côngcông

nhânnhân vàvà thiếtthiết bịbị

•• KhoKho chứachứa tạmtạm ((nếunếu cócó))

b/

b/ Độ Độ võng võng khi khi thi thi công công (SLS): (SLS):

•• Do Do trọngtrọng lượnglượng bảnbản thânthân BT BT vàvà cốtcốt thépthép

2

2 Sàn Sàn làm làm việc việc liên liên hợp hợp

a/

a/ Tải Tải trọng trọng tác tác dụng dụng::

•• TrọngTrọng lượnglượng bảnbản thânthân

•• TảiTải trọngtrọng thườngthường xuyênxuyên ((trọngtrọng lượnglượng cáccác cấucấu kiệnkiện khôngkhông

chịu

chịu lựclực))

•• PhảnPhản lựclực thaythay đổiđổi do do gỡgỡ bỏbỏ thanhthanh chốngchống tạmtạm ((nếunếu cócó))

•• HoạtHoạt tảitải

•• TừTừ biếnbiến, co , co ngótngót, , biếnbiến dạngdạng

•• TácTác độngđộng củacủa khíkhí hậuhậu ((nhiệtnhiệt độđộ, , giógió, …), …)

Hệ

Hệ sốsố vượtvượt tảitải chocho cáccác trườngtrường hợphợp tổtổ hợphợp tảitải trọngtrọng theotheo ULSULS

Tĩnh tải + Hoạt tải 1,35 1,5

-Tĩnh tải + Gió 1,35 - 1,5

Tĩnh tải + Hoạt tải + Gió 1,35 1,35 1,35

Hệ số vượt tải cho các trường hợp tổ hợp tải trọng theo SLS

Tĩnh tải + Hoạt tải 1 1

 Độ Độ võng võng

•• 1 độđộ võngvõng do do tĩnhtĩnh tảitải

•• 2 độđộ võngvõng do do hoạthoạt tảitải

•• 0 độđộ võngvõng khikhi chếchế tạotạo

Độ

Độ võng võng cho cho phép (EC3) phép (EC3)

 Độ Độ trượt trượt ở ở đầu đầu nhịp nhịp

•• NhịpNhịp biênbiên: : độđộ trượttrượt ở ở đầuđầu nhịpnhịp ảnhảnh hưởnghưởng đếnđến độđộ võngvõng

•• ỨngỨng xửxử củacủa sànsàn liênliên hợphợp làmlàm việcviệc nửanửa dẻodẻo::

SựSự trượttrượt vàvà pháphá hoạihoại cócó thểthể trùngtrùng nhaunhau

ĐộĐộ trượttrượt làmlàm tăngtăng độđộ võngvõng

•• KểKể đếnđến sựsự trượttrượt ở ở đầuđầu nhịpnhịp nếunếu nónó > 0,5mm> 0,5mm

 Vết Vết nứt nứt của của BT BT

•• BềBề rộngrộng vếtvết nứtnứt trongtrong vùngvùng mômenmômen âmâm củacủa sànsàn liênliên tục

kiểm tratra theotheo EC2EC2

•• ĐiềuĐiều kiệnkiện sửsử dụngdụng bìnhbình thườngthường ((khôngkhông cócó táctác độngđộng ănăn

mòn

mòn): ): bềbề rộngrộng vếtvết nứtnứt chocho phépphép 0,3mm0,3mm

•• BềBề rộngrộng vếtvết nứtnứt > 0,3mm > 0,3mm  bốbố trítrí cốtcốt thépthép chốngchống nứtnứt

•• PP PP đơnđơn giảngiản hóahóa: : sànsàn liênliên tụctục tínhtính nhưnhư sànsàn kêkê đơnđơn giảngiản

 A s chốngchống nứtnứt > 0,2% > 0,2% A A c trêntrên sóngsóng tôntôn khikhi khôngkhông cócó

thanhthanh chốngchống

 A s chốngchống nứtnứt > 0,4%> 0,4% A A c khikhi cócó thanhthanh chốngchống

V XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

1

1 Tấm Tấm tôn tôn thép thép sử sử dụng dụng như như cốp cốp pha pha khi khi thi thi công công

•• TấmTấm tôntôn làlà cấucấu kiệnkiện thànhthành mỏngmỏng

 mấtmất ổnổn địnhđịnh cụccục bộbộ trongtrong giaigiai đoạnđoạn làmlàm việcviệc đànđàn hồihồi

 dùngdùng phươngphương pháppháp phânphân tíchtích đànđàn hồihồi

•• MômenMômen quánquán tínhtính làlà hằnghằng sốsố

đượcđược tínhtính vớivới toàntoàn bộbộ bềbề ngangngang tấmtấm tôntôn

•• SựSự đơnđơn giảngiản hóahóa nàynày chỉchỉ dùngdùng phânphân tíchtích tổngtổng thểthể

khôngkhông dùngdùng tínhtính độđộ bềnbền mặtmặt cắtcắt ngangngang

tụckiểm

2

2 Sàn Sàn làm làm việc việc liên liên hợp hợp

•• PhânPhân tíchtích đànđàn hồihồi tuyếntuyến tínhtính: :

khôngkhông phânphân bốbố lạilại mômenmômen ở ở gốigối trungtrung giangian nếunếu kểkể ảnhảnh

hưởnghưởng vếtvết nứtnứt

cócó phânphân bốbố lạilại mômenmômen ở ở gốigối trungtrung giangian ((tốitối đađa 30%) 30%)

khôngkhông kểkể ảnhảnh hưởnghưởng vếtvết nứtnứt

•• PhânPhân tíchtích cứngcứng dẻodẻo:: mặtmặt cắtcắt xuấtxuất hiệnhiện khớpkhớp dẻodẻo phảiphải đủđủ

khả

khả năngnăng xoayxoay

•• PhânPhân tíchtích đànđàn dẻodẻo:: kểkể đếnđến đặcđặc tínhtính phi phi tuyếntuyến củacủa vậtvật liệuliệu

•• Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính:Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính: ULS và SLSULS và SLS

•• Phương pháp phân tích dẻo: Phương pháp phân tích dẻo: ULSULS

b/

b/ Chiều Chiều rộng rộng hữu hữu ích ích của của sàn sàn với với tải tải tập tập trung trung và và tuyến tuyến tính tính

•• TảiTải phânphân bốbố đềuđều: : chiềuchiều rộngrộng hữuhữu íchích = = chiềuchiều rộngrộng sànsàn

•• TảiTải tậptập trungtrung hoặchoặc phânphân bốbố song song songsong nhịpnhịp sànsàn  phânphân bốbố trêntrên

bev = = bbm + + LLp(1(1 LLp/L) /L) ≤ ≤ chiềuchiều rộngrộng sànsàn

Lp –– khoảngkhoảng cáchcách từtừ tâmtâm tảitải trọngtrọng đếnđến gốigối tựatựa gầngần nhấtnhất

•• PhânPhân bốbố trêntrên chiềuchiều rộngrộng ảnhảnh hưởnghưởng

 đặtđặt cốtcốt thépthép ngangngang bảobảo đảmđảm sựsự phânphân bốbố

•• TảiTải táctác độngđộng < (7,5 < (7,5 kNkN; 5,0 ; 5,0 kNkN/m²)/m²)

 bốbố trítrí: A : A cốtcốt thépthép ngangngang > 0,2%.A BT BT trêntrên sườnsườn tôntôn

VI KIỂM TRA TIẾT DIỆN

1

1 Kiểm Kiểm tra tra tấm tấm tôn tôn thép thép khi khi thi thi công công

a/ Theo ULS

•• TảiTải trọngtrọng khikhi thithi côngcông: : tảitải nguynguy hiểmhiểm

•• TônTôn thépthép: : cấucấu kiệnkiện thànhthành mỏngmỏng

 ổnổn địnhđịnh tiếttiết diệndiện chịuchịu nénnén

 tiếttiết diệndiện hiệuhiệu quảquả

•• HệHệ sốsố giảmgiảm bềbề rộngrộng khikhi

pu  1,052

•• Chi Chi tiếttiết sườnsườn cứngcứng+

+ ChiaChia thànhthành mỏngmỏng thànhthành nhiềunhiều phầnphần+

+ ĐiềuĐiều kiệnkiện độđộ cứngcứng

IIs mômenmômen quánquán tínhtính sườnsườn cứngcứng

As diệndiện tíchtích hiệuhiệu quảquả sườnsườn cứngcứng

bp bềbề rộngrộng lớnlớn nhấtnhất củacủa 2 2 thànhthànhmỏng

mỏng 2 2 bênbên sườnsườn

•• MômenMômen giớigiới hạnhạn tínhtính toántoán::

3 2

f A

s s

ap

eff yp

Rd

W f

•• XácXác địnhđịnh vớivới IIeff

•• ĐộĐộ võngvõng củacủa sànsàn chịuchịu tảitải phânphân bốbố đềuđều cáchcách nhịpnhịp

 Kiểm Kiểm tra tra khả khả năng năng chịu chịu uốn uốn ((dạng dạng phá phá hoại hoại I) I)

•• DướiDưới táctác dụngdụng củacủa mômenmômen lớnlớn nhấtnhất, , pháphá hoạihoại xảyxảy rara khikhi::

 TấmTấm tôntôn bịbị chảychảy dẻodẻo hoặchoặc BT BT đạtđạt giớigiới hạnhạn chịuchịu nénnén

 HệHệ cócó liênliên kếtkết chắcchắc chắnchắn giữagiữa thépthép BT BT hoặchoặc hệhệ nhịpnhịp lớnlớn

•• ỨngỨng xửxử vậtvật liệuliệu xemxem nhưnhư cứngcứng dẻodẻo