KẾT CẤU MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP

- Dầm có nhịp >15 m phải đặt cốt thép ứng lực trước để tránh được các vết nứt đáng kể xuất hiện trong dầm.Bê tông mác 300 – 500, cốt thép nhóm AIII, AIV, thép sợi cường độ cao, cáp… Ở đầ

CHƯƠNG 5 KẾT CẤU MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP

5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

Kết cấu mái có thể được phân loại như sau:

- Theo hình dáng: mái phẳng và mái vỏ không gian

Mái phẳng

Mái vỏ không gian Mái vỏ không gian

Hình 5.1

- Theo độ dốc i của mái: mái bằng khi i1/8, mái dốc khi i>1/8.

- Theo phương pháp thi công: mái toàn khối, mái lắp ghép

5.1.1 MÁI TOÀN KHỐI

Ưu điểm: khả năng chống thấm cao và tạo nên một độ cứng không gian lớn cho

công trình

Mái toàn khối là một hệ bản có sườn hoặc không sườn, có chiều dày tối thiểu

50mm

- Bản mái có thể làm việc theo bản loại dầm hoặc bản kê bốn cạnh phụ thuộc

tỷ lệ các cạnh của ô bản và tính toán tương tự như hệ bản sàn liền khối

- Phía trên mái có các lớp cách nhiệt dày trung bình 100 – 150 mm, vữa chốngthấm dày 15 – 20 mm và hai lớp gạch lá men

5.1.2 MÁI LẮP GHÉP

Về mặt cấu tạo: có thể chia ra mái có xà gồ và mái không có xà gồ.

Các lớp cấu tạo có thể gồm có gạch lá nem, bê tông chống thấm, lớp cách nhiệt vàbản mái là các panen mái Đối với mái nhà công nghiệp, panen thường có kích

thước 6 x 1.5 m và 6 x 3 m…

5.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ KẾT CẤU MÁI LẮP GHÉP

Hệ kết cấu mái lắp ghép:gồm panen mái, xà gồ, dầm mái, vòm, dàn mái.

Ngoài những kết cấu chủ yếu trên, t rong các nhà công nghiệp một tầng, để đáp ứngyêu cầu công nghệ, lưới cột bên trong có thể đặt thưa hơn – với bước cột là 12 m,

18 m, còn các hàng cột biên vẫn giữ là 6 m Nếu panen mái là loại dài 6 m, thì phải

có kết cấu đỡ dàn mái với nhịp là 12 m hoặc 18 m

5.2.1 PANEN MÁI

a) Phân loại

Thường sử dụng phổ biến loại panen mái 6 x 1.5 m Ngoài ra còn sử dụng nhữngpanen mái có kích thước lớn hơn như 6 x 3 m, 12 x 1.5 m và 12 x 3 m

1490 65

- Chiều cao sườn phụ là 140 mm, chiều cao sườn chính là 300 mm

Bê tông mác 200 đến 300 Cốt thép trong sườn dọc có thể dùng nhóm CII, CIII Sử

dụng cốt thép ứng lực trước hiệ u quả kinh tế kỹ thuật sẽ cao hơn

Nếu dùng cốt thép ứng lực trước trong sườn chính người ta thường dùng thép nhóm

A – IIIB hoặc thép nhóm A – IV

Chi phí bê tông trung bình cho một panen là 0.57m3, trọng lượng trung bình là 1.4T.Trọng lượng 1m2 panen vào khoảng 190kG (kể cả phần bê tông chèn khe hở)

 Panen mái 6 x 3 m

Ưu điểm so với panen 6 x 1.5m:

- Giảm số lượng panen xuống hai lần

- Truyền trực tiếp tải trọng từ panen vào mắt dàn thông qua sườn dọc nên

tránh được hiện tượng uốn cục bộ cho dàn mái

- Giảm được 17% chi phí bê tông so với loại panen 6 x 1.5 m

- Trọng lượng 1m2 panen (kể cả bê tông chèn kẽ) là 170kG

Sườn dọc của panen cao 300 mm

Chi phí bê tông cho một panen là 0.95m3 tương ứng trọng lượng 2.4T Thường

dùng bê tông mác 200 – 300

 Panen 12 x 1.5 m

- Panen có hai sườn dọc cao 450mm và các sườn ngang cách nhau gần 1m và

cao 250mm

- Trọng lượng 1m2 panen (kể cả bê tông chèn) khoảng 320kG

- Thường dùng để lấp các khoảng trống bên cạnh cửa mái hoặc lợp cửa mái

Ngoài ra còn dùng lắp vào những sàn có hoạt tải 900 – 1300 kG/m2

- Thép dọc của panen là thép thanh, thép sợi cường độ cao hoặc cáp, ứng lực

trước Bê tông mác 400 – 500

 Panen 12 x 3 m

- Bê tông và cốt thép giống như panen 12 x 1.5m

- So với panen 12 x 1.5m, loại panen này có chi phí bê tông ít hơn 30% (kể cả

bê tông chèn khe)

 Một số loại panen mái khác

Ngoài các panen phẳng có sườn bằng BTCT như trên, còn dùng một số loại panenmái khác

Panen bằng bê tông xốp có kích thước 6 x 1.5 m và 6 x 3 m

- Bản mặt bằng bê tông nhẹ dày 100 – 200 mm, sườn làm bằng bê tông nặng

- Panen vừa đóng vai trò chịu lực vừa cách nhiệt

Các loại panen hộp

- Là các loại panen định hình có kích thước danh định như sau: rộng 450 mm,

600 mm và 1200 mm; dài 3000 mm, 3300 mm, 3600 mm, 3900 mm và 4200

mm (4500 mm), cao 200 mm

- Loại panen rộng 600 mm có một lỗ rỗng, bản mặt panen dày 35 mm, bản đáy

panen dày 25 mm, các sườn dọc trung bình dày 50 mm

 Panen chữ T 12 x 3 m

Hai sườn dọc cách nhau 1.5 m cao 400 mm, không có sườn ngang Sườn dọc có thể

đổ liền khối với bản mặt

Bê tông mác 600, cốt thép ứng lực trước là thép thanh, thép sợi cường độ cao hoặccáp

Ưu điểm:

- Vùng nén của bê tông được mở rộng, do đó giảm được chiều cao sườn

- Momen theo phương ngang nhỏ nên không cần sườn ngang

- Chế tạo thuận tiện

Nhược điểm:

- Độ vồng của các dầm panen khác nhau nên việc nối bản mặt của các tấm

cạnh nhau gặp nhiều khó khăn và làm cho mái không phẳng

- Sườn panen không đặt đúng vào mắt dàn, do đó cánh thượng của dàn bị uốn

Bản mặt dày 30 mm, hai sườn dọc có tiết diện thay đổi theo hình panen

Chịu lực hợp lý nhưng chế tạo phức t ạp, đòi hỏi các thiết bị căng đặc biệt

 Panen mái bằng xi măng lưới thép

Ưu điểm:

- Nhẹ, ít tốn vật liệu, chống thấm tốt…

- Panen có thể phẳng, cong một chiều hoặc hai chiều, lượn sóng, gấp khúc…

- Tiết diện ngang khá đa dạng

c) Đặc điểm tính toán panen mái

Chiều dài thiết kế của panen mái: l=a - 30 mm Trong đó: a là khoảng cách danh

nghĩa giữa hai trục của hai xà ngang đỡ panen mái, 30 mm là khe hở tiêu chuẩn củapanen

Nhịp tính toán của panen mái: '

chữ T lấy bằng chiều rộng b’c của panen

- Nếu không có sườn ngang hoặc khoảng cách giữa hai sườn ngang lớn hơnkhoảng cách giữa hai sườn dọc thì chiều rông tính toán của cánh chữ T lấy

theo quy định đối với chữ T độc lập

Panen phải được tính theo cường độ, biến dạng và hình thành khe nứt Khi tính toán

sườn ngang có thể kể đến một phần hiệu ứng ngàm của sườn dọc đối với nó

5.2.2 XÀ GỒ

Là một loại dầm chịu uốn xiên đặt cách nhau từ 1 – 3 m tùy theo kích thước của tấm

lợp Xà gồ gác lên xà ngang của khung có chiều dài bằng khoảng cách giữa hai xàngang

Tiết diện chữ T hoặc chữ U

Xà gồ liên kết bu lông với thép góc đã được hàn vào xà ngan g Thép góc này vừa để

định vị cho xà gồ vừa để chịu trượt dọc theo phương nghiêng

Để tăng khả năng chịu lực cho xà gồ, nối chúng với nhau bằng những thanh căngđặt ở giữa nhịp, ở bản bụng có chừa sẵn lỗ 20 để luồn thanh căng qua

Xà gồ được tính toán như một dầm đơn giản chịu uốn xiên

5.2.3 DẦM MÁI

Dầm mái có thể có hai mái dốc hoặc một mái dốc.

Độ dốc của mái là 1/8, 1/10 hoặc 1/12 phụ thuộc vào nhu cầu thoát nước mưa.

Tiết diện: tiết diện chữ T, I.

- Chiều cao ở giữa dầm thường lấy bằng 1 1

- Với dầm có chiều cao lớn:

 Bản bụng thường được khoét lỗ, lỗ có thể là hình tròn hoặc đa giác;

 Không khoét lỗ ở khu vực gối tựa và chỗ có lực tập trung

- Chiều dày bản bụng:

 ≥ 80 mm nếu đổ bê tông theo phương thẳng đứng;

 ≥ 60 mm nếu đổ bê tông theo phương ngang;

- Ở đầu dầm:bản bụng được mở rộng để chịu phản lực gối tựa và đảm bảo liên

kết đầu dầm với đầu cột, thường lấy bằng bề rộng cánh hạ

Hình 5.3

- Cốt thép dọc: là cốt thép thường hoặc cốt thép ứng lực trước

- Cốt thép dọc thường được hàn chồng lên nhau, các mối hàn cách nhaukhoảng 1m Ở gối tựa có thể cắt bớt một số cốt thép dọc chịu kéo

- Ở đầu dầm và sườn dầm: phải có khung cốt thép đặt đứng, cốt đai dạng chữ

u bao lấy cốt chịu kéo

- Bản bụng mỏng phải đặt lưới thép bằng các thanh dọc và cốt đai Cốt đai xác

định theo lực cắt còn cốt dọc dùng  6 8 và khoảng cách lấy theo yêu cầucấu tạo tối thiểu

- Mác bê tông 200 – 300, thép dọc chịu kéo dùng nhóm CII, CIII

- Dầm có nhịp >15 m phải đặt cốt thép ứng lực trước để tránh được các vết nứt

đáng kể xuất hiện trong dầm.Bê tông mác 300 – 500, cốt thép nhóm AIII,

AIV, thép sợi cường độ cao, cáp…

Ở đầu dầm phải có các chi tiết thép bản đặt sẵn để liên kết dầm với đầu cột, trêncánh thượng phải có các bản mã để liên kết với panen mái

Các lỗ ở bản bụng phải được gia cố để tránh vết nứt do tập trung ứng suất

- Các góc lỗ phải được vuốt tròn, lượng cốt thép gia cố quanh lỗ bằng tổngdiện tích cốt thép khi không có lỗ

Các dầm có chiều cao lớn hoặc chịu tải trọng tập trung lớn: cần cấu tạo thêm các

sườn đứng cách nhau khoảng 3m nhằm làm ổn định cho bản bụng

Dầm mái có thể chế tạo cả cấu kiện hoặc thành từng khối rồi khuếch đại bằng căngcốt thép ứng lực trước.

Có thể chế tạo dầm mái với cốt thép ngang có ứng lực trước bằng phương pháp

căng liên tục để tăng cường khả năng chống vết nứt xiên Cốt thép ngang được căng

trên các chốt cố định vào khuôn thép, khi bê tông đạt cường độ quy định thì rút chốt

để buông cốt thép

Có thể chế tạo dầm mái bằng phương pháp căng sau Phương pháp này đòi hỏi

phương tiện và thiết bị phức tạp nên chỉ được dùng trong các điều kiện bắt buộc

b) Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc

Sơ đồ tính: dầm đơn giản kê tự do trên hai gối tựa.

Nhịp tính toán: l0  l 300mm, trong đó l là nhịp nhà

Tải trọng tác dụng:

- Tĩnh tải: trọng lượng bản thân dầm mái, trọng lượng các lớp cấu tạo mái.

Hình 5.4

- Hoạt tải: tải trọng sửa chữa trên mái và tải trọng của cầu trục treo.

- Ngoài trọng lượng bản thân dầm mái còn có tải trọng khác truyền lên dầm

mái dưới dạng tải trọng tập trung thông qua các sườn panen Nếu trên dầm

mái có từ 5 tải trọng tập trung trở lên thì ta có thể thay tải tập trung đó bằngtải trọng phân bố đều

- Tải trọng do cửa mái và tải trọng do cầu trục vẫn là những tải trọng tập trung.Tiết diện nguy hiểm (tiết diện cần As lớn nhất):

- Trường hợp tổng quát:cách gối tựa một đoạn x0.35 0.4 l, l là nhịp nhà

- Trường hợp nhà có cửa mái thì tiết diện nguy hiểm có thể ở dưói chân cửa

mái

Khi tính toán cốt đai trong dầm mái:

- Trường hợp 1: Dầm có mép chịu kéo nằm nghiêng

Tính toán dầm như đối với dầm có chiều cao không đổi và lấy h0 = h01 tạitiết diện gối tựa (giá trị bé nhất của h0)

Q – lực cắt trên tiết diện nghiêng có chiều dài hình chiếu trên trục cấu kiện

là c, được tính từ tất cả các lực đặt ở một phía của tiết diện nghiêng;

Rbt- cường độ chịu kéo tính toán của bê tông ;

Rsw- cường độ tính toán của cốt đai và cốt xiên ;

s – khoảng cách giữa các cốt đai;

As.inc- diện tích tiết diện ngang của một lớp cốt xiên;

 - góc nghiêng của cốt xiên với đường nằm ngang

 - góc nghiêng của cánh hạ với đường nằm ngang;

ở đây: M và Z – momen uốn tính toán và cánh tay đòn của nội ngẫu lực tại

tiết diện vuông góc với cạnh chịu nén đi qua điểm cuối tiết diện nghiêng

- Trường hợp 2 : Dầm có mép chịu nén nằm nghiêng

Lấy h0 = h02 tại tiết diện thẳng góc đi qua điểm cuối của tiết diện nghiêng

Giá trị của Dc được xác định theo tiết diện thẳng đứng đi qua điểm cuối của

tiết diện nghiêng nằm trong vùng nén

' '

c c c

Giá trị của D được xác định theo momen uốn đi qua điểm cuối của tiết diệnnghiêng nhờ biểu thức

'

- Khi xác định độ võng của dầm có tiết diện thay đổi thường sử dụng phương

pháp tải trọng ảo: độ võng của một dầm tại một tiết diện nào đó chính là

momen tại tiết diện đó của dầm ảo tương ứng do tải trọng ảo M

EJ gây ra Ở

đây EJ được thay bằng độ cứng B của bê tông cốt thép

5.2.4 DÀN MÁI

a) Cấu tạo chung

Dàn bê tông cốt thép (BTCT) là kết cấu đỡ mái, luôn có liên kết khớp với cột

- Thích hợp với nhịp 18–30m So với dầm mái BTCT nhịp 18m thì dàn nhẹ

hơn

- Về mặt chế tạo và dựng lắp:dàn phức tạp hơn nhiều so với dầm

- Thường dàn BTCT có chiều cao lớn do đó làm tăng vật liệu bao che của nhà

- So với dàn thép, dàn BTCT có độ bền về thời gian cao hơn và có khả năngchống cháy, chống gỉ cao hơn so với dàn thép, bảo dưỡng cũng đơn giản hơndàn thép

Thường dùng các loại dàn BTCT sau:

- Dàn hình thang có thanh xiên ở gối hướng lên: Chế tạo đơn giản, được dùng

nhiều trong xây dựng công nghiệp và dân dụng

Hình 5.7Dàn hình thang có thanh xiên ở gối hướng xuống :

 Làm việc gần giống dàn trên nhưng nó ổn định hơn (khi lắp ghép và

sử dụng) vì trọng tâm của dàn này nằm thấp hơn gối tựa

 Cốt thép ứng lực trước trong thanh cánh hạ không thẳng do vậy gây

hao tổn ứng suất khá lớn

Hình 5.8Dàn có thanh cánh thượng gãy khúc :

 Loại dàn này có hình dạng hợp lý về mặt chịu tải trọng phân bố đều

 Nội lực tải trọng phân bố gây ra trong các thanh cánh thượng và các

thanh cánh hạ thương đối đều nhau từ gối tựa và giữa nhịp

Hình 5.9

 Nội lực trong các thanh xiên bé, chiều cao đầu dàn nhỏ, nên giảmđược vật liệu bao che quanh nhà

- Dàn vòng cung: Loại này có đầy đủ ưu điểm của loại dàn có cánh thượ ng

gãy khúc Tuy nhiên chế tạo loại dàn này phức tạp hơn

Hình 5.10

- Dàn tam giác: Loại này thích hợp với nhưng lại nhà lợp tôn hoặc phibrô

ximăng Thực tế xây dựng rất ít gặp loại dàn BTCT này

Hình 5.11

Để dễ vận chuyển, người ta có thể chia dàn thành các thành các phần nhỏ Kíchthước của mỗi dàn phụ thuộc vào khả năng vận chuyển và chỉ chia ra khi điều kiện

bắt buộc mà thôi Việc khuếch đại dàn được thực hiện bằng các chi tiết đặt sẵn,

căng cốt thép ứng lực trước hoặc đỗ bê tông bắt dàn tại hiện trườ ng

cường độ, độ cứng và các yêu cầu về thiết bị kỹ thuật

- Khoảng cách giữa hai mắt dàn trên cánh thượng thường lấy là 3m Khoảngcách giữa hai mắt dàn cách hạ là 6m Nếu có cầu trục treo thì phải bố trí vàomắt dàn

- Chiều rộng thanh cách thượng:Phụ thuộc vào điều kiện ổn định khi làm việc,khi chuyên chở cẩu lắp

 Phải kiểm tra thanh cánh thượng khi lật từ vị trí nằm ngang lúc chế

tạo lên tư thế thẳng đứ ng

 Chiều rộng cách thượng còn phải phụ thuộc vào chiều sâu gối tựa của

panen mái: panen dài 6m thì đoạn gối tối thiểu là 80mm, panen dài12m là 100 mm

 Để định hình hóa ván khuôn,lấy chiều rộng cách thượng của dàn có

nhịp có 18–30 m khi bước cột 6 m là 240 mm Đối với dàn có bước

12 m là 280 mm hoặc 300 mm

Bảng 5.1 Chiều rộng tối thiểu cánh thượng của dàn đỡ panen má i

Bước dàn (m) Nhịp dàn(m) Chiều rộng tối thiểu thanh cánh

24 - 30

220240280

- Khi chế tạo dàn ở tư thế n ằm ngang:

 Lấy chiều rộng của thanh bụng và thanh cánh hạ= chiều rộng củathanh cánh thượng→ giảm chiều cao của các thanh cánh bụngấy→giảm độ cứng của mắt dàn và giảm được momen uốn quanh mắtdàn khi căng cốt thép và khi dàn chịu tải trọng

 Chiều cao tiết diện thanh cánh hạ: phụ thuộc vào việc bố trí cố thép

chịu kéo ( căng trước và căng sau) và tính toán theo khả năng chốngnứt

- Đối với những dàn ghép từ các cấu kiện lẻ: thường lấy chiều rộng thanh bụng

nhỏ hơn thanh cách thượng để dễ nối thép của các than h cánh bụng vào mắt

dàn (cánh thượng rộng 240 mm thì thanh cánh bụng nên lấy là 160, 180

mm)

Bê tông: chế tạo dàn mái có mác 200–500.

Cốt thép:

- Thường dùng nhóm C – II, C – III cho các thanh không có ứng lực trước, nên

chế tạo thành khung thép hàn Hạn c hế dùng cốt thép buộc Thanh cánh hạdùng cốt thép ứng lực trước

- Tại mắt dàn, uốn thép bao quanh mắt và tại đầu các thanh chịu kéo phải hàn

thêm thép để làm neo

- Mặt dưới của thanh cánh hạ: không nên hàn các chi tiết để treo vật nặng,

không nên cấu tạo lỗ, nếu cần thiết thì chỉ nên cấu tạo lỗ ở mắt dàn với

đường kính lỗ không vượt quá 50 mm, cốt thép ứng lực trước phải được neo

cẩn thận như các quy định với kết cấu ứng lực trước

- Cánh thượng của dàn chịu nén đúng tâm hoặc lệch tâm, cốt dọc trong đó ≥

410, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép đảm bảo yêu cầu tối thiểu nhưng ≤40mm

- Thanh xiên chịu nén được cấu tạo như cấu kiện chịu nén đúng tâm.

- Thanh xiên chịu nén ở gối tựa: ≥ 410

- Các thanh xiên chịu nén khác:≥48 và chúng liên kết thành khung gian

- Với những thanh xiên chỉ phải chịu lực nén rất nhỏ : với cốt thép cấu tạo tối

thiểu cũng không sử dụng hết 50% khả năng chịu lực thì có thể dùng khungphẳng với hai thanh cốt dọc có đường kính ≥ 10 mm

Neo cốt thép vào mắt dàn:

- Thanh xiên chịu nén: cốt thép phải được kéo vào mắt dàn một đoạn 15d

- Thanh xiên chịu kéo:cốt thép phải được neo vào mắt dàn một đoạn không bé

hơn quy định của tiêu chuẩn thiết kế về chiều dài neo

 Các thanh xiên chịu kéo được cấu tạo như cấu kiện chịu kéo đúng tâm

 Đối với những thanh xiên chịu kéo lớn thì nên kéo cốt thép vào sâu trongcánh thượng hoặc cánh hạ mà không kể đến nhưng yêu cầu chiều dài neo

 Các góc của dàn nên là góc vuông hoặc tù có thể vuốt lượ n tròn

 Ngoài cốt dọc bao quanh chu vi mắt dàn còn phải có cốt đai

 Trạng thái ứng suất – biến dạng mắt dàn rất phức tạp, do vậy việc tính

toán cốt thép bao quanh mắt dàn và cốt đai chỉ là qui ước và có thể chomắt dàn chịu từ 50–80% nội lực tính toán của thanh bụng