NNT- KC BTCT DAC BIET- Chuong 2_ KET CAU MAI VO BTCT

GIỚI THIỆU CHUNG Ưu điểm của kết cấu mái vỏ BTCT + Phù hợp với công trình có khẩu độ lớn + Trọng lượng bản thân nhẹ hơn kết cấu khác cùng nhịp + Hình dáng kiến trúc lạ, phong phú + Giảm

Trang 1

Phần 3:

KẾT CẤU MÁI VỎ BÊ TÔNG CỐT THÉP

1

KẾT CẤU BTCT ĐẶC BIỆT

Special Reinforced Concrete Structure

TS Nguyễn Ngọc Thắng DĐ: 0912 640 081 Email: thangnn@tlu.edu.vn

NỘI DUNG

1 Giới thiệu chung và phân loại

2 Mái vỏ trụ 2.1 Khái niệm và cấu tạo 2.2 Phân loại

2.3 Đặc điểm cấu tạo 2.3 Phương pháp tính toán mái vỏ trụ dài

3 Mái vỏ tròn xoay 3.1 Khái niệm 3.2 Nguyên tắc cấu tạo 3.3 Phương pháp tính toán vỏ tròn xoay

2

3

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Một số công trình có mái vỏ BTCT

Trạm thiên văn McDonnell in St Louis

4

Vỏ treo Yoyogi National Gymnasium

Trang 2

Palau de les Arts Reina Sofia, Valencia, Tây Ban Nha

Nhà hát Opera, Valencia,

Tây Ban Nha

6

Một số dạng mái vỏ thông dụng

Mái vỏ cong hai chiều lồi Mái vỏ cong hai chiều yên ngựa

7

Ưu điểm của kết cấu mái vỏ BTCT

+ Phù hợp với công trình có khẩu độ lớn

+ Trọng lượng bản thân nhẹ hơn kết cấu khác cùng nhịp

+ Hình dáng kiến trúc lạ, phong phú

+ Giảm được chi phí vật liệu so với kết cấu phẳng

+ Độ bền cao, chi phí bảo quản thấp

+ Thoát nước mưa tốt hơn mái bằng

+ Ít bị ảnh hưởng do lún không đều của các trụ đỡ

+ Chịu tải trọng động đất tốt

Nhược điểm của kết cấu mái vỏ BTCT

+ Khó khăn khi thi công, xây lắp (ván khuôn, dàn giáo,

đặt cốt thép, và đổ bt…)

+ Đòi hỏi vốn đầu tư lớn.

2 MÁI VỎ TRỤ

2.1 Khái niệm

Mái vỏ trụ được tạo thành từ 1 mặt cong 1 chiều tựa trên

4 biên Trong đó có 2 biên cong theo 2 phương ngang được gọi là các vách cứng (biên cứng) và 2 dầm biên theo phương dọc

Cấu tạo chung mái vỏ trụ

Trang 3

2.2 Phân loại mái vỏ trụ

• Theo công nghệ xây dựng

+ Vỏ trụ BTCT toàn khối

+ Vỏ trụ BTCT lắp ghép

• Theo sơ đồ chịu lực:

+ Mái vỏ trụ dài

+ Mái vỏ trụ rất ngắn

+ Mái vỏ trụ ngắn

• Dựa vào hình dáng của vỏ trụ: vỏ trụ 1 nhịp, vỏ trụ nhiều nhịp, vỏ trụ 1 sóng và

vỏ trụ nhiều sóng…

Các dạng mái vỏ trụ: a) vỏ 1 nhịp b) vỏ nhiều nhịp

c) vỏ nhiều sóng

2.3 Đặc điểm cấu tạo mái vỏ trụ

• Nhịp thường là l1= 18 ÷ 36 m

• Chiều dài sóng l2= 18 ÷ 24 m

• Thân vỏ chọn theo δ = (1/200 ÷ 1/300).l2, thường có chiều dày 50-100 mm

 δ ≥ 5cm với vỏ toàn khối

 δ ≥ 3,5cm với vỏ lắp ghép

• f là độ vồng của mũi tên vỏ f ≥ l1/10 hoặc f ≥ l2/6

Một số dạng tiết diện của dầm biên

• Dầm biên có chiều rộng là b d và chiều cao là h d

– hd= (1/15÷1/20).l1(không có cốt thép dự ứng lực)

– bd= (0,2÷0,5) hd

12

Một số dạng vách cứng của vỏ trụ a) Dầm cong b) Vòm c) Dàn d) Khung cong

Trang 4

Một số dạng cửa trời của mái vỏ trụ

a) Cửa trời dạng răng cưa b) Cửa trời ở giữa

Ghi chú :

1) sườn dọc 2,3) Cửa trời

2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài

 Đặc điểm tính toán mái vỏ trụ

• Tải trọng : TLBT, các lớp cấu tạo

• Biến dạng gần giống như dầm nhịp l1, mặt cắt cong

• Dầm biên chịu uốn:

 tiết diện ngang dầm biên coi như không biến dạng

 tiết diện ngang của bản trong mái biến dạng đáng kể  ảnh hưởng lớn đến mô men uốn tác động theo phương sóng

• TH l1/l2bé vẫn ghi nhận được sự thay đổi về biến dạng dẫn đến sai số so với giả thiết tiết diện phẳng không biến dạng dưới tải trọng của kết cấu

 Đặc điểm tính toán mái vỏ trụ

 Chia ra 2 TH :

• TH l1/l2≤ 4 : Tính như dầm BTCT nhịp l1 tiết diện cong

• TH l1/l2> 4 : Tính như thanh thành mỏng đàn hồi (lý thuyết SBVL)

 Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ 4

- Khi biến dạng của tiết diện ngang của mái vỏ trụ ít thì thì có thể coi là 1 dầm BTCT nhịp l1có tiết diện cong

- Điều kiện áp dụng :

 vỏ có nhiều sóng hoặc 1 sóng đối xứng

 bất kỳ tải trọng đối xứng nào, kể cả lực tập trung từ 1-5 tấn t/d trực tiếp lên dầm biên, hd≥ 1/25 l1

 tác dụng trực tiếp lên sườn ngang, hs≥ 1/40 l2

 với sóng biên vỏ trụ nhiều sóng có l1/l2≥ 3

 với sóng giữa vỏ trụ nhiều sóng có l1 /l2≥ 2

Trang 5

 Mái vỏ trụ dài có l1/l2≤ 4

• Trạng thái cân bằng giới hạn

- F a : toàn bộ diện tích phần CT chịu kéo

- θ 1 : góc ở tâm 1 nửa cung tròn

- θ p : góc ở tâm 1 nửa cung tròn nằm trong vùng chịu nén

- c : khoảng cách từ hợp lực của CT chịu kéo tới tâm cung tròn của tiết diện vỏ

- δ : chiều dày và bán kính của vỏ

d 1 : là khoảng cách từ hợp lực của CT chịu kéo tới đỉnh của dầm biên

• Điều kiện cường độ trên tiết diện cung tròn là:

Trong đó:

M max : mô men ngoại lực xác định như trong dầm đơn giản 0.8: hệ số thực nghiệm về điều kiện làm việc của vật liệu trong tiết diện cong

R n : cường độ chịu nén của bê tông

R y : bán kính vỏ δ: chiều dày vỏ

θ p : góc ở tâm một nửa cung vỏ nằm trong vùng chịu nén

R a : cường độ chịu kéo của thép

F a : toàn bộ diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo c: khoảng cách từ hợp lực cốt thép chịu kéo tới tâm cung tròn của tiết diện vỏ

• Phương trình cân bằng về lực dọc:

• Kết hợp với phương trình cân bằng về khả năng chịu uốn, ta có:

• Ứng suất tiếp trong vỏ đạt giá trị lớn nhất tại gối tựa cứng, các ứng suất

này xác định như sau:

Tính F a Tính theo PP đúng dần

• Mô men uốn dọc theo phương sóng

- Xét 1 dải vỏ bề rộng 1 đơn vị

- Tải trọng q và lực tiếp tuyến T và T+ΔT

- 2 PT cân bằng : lực và MM

Trang 6

• Nội lực trong vỏ chủ yếu là kéo và nén trừ ở vùng biên có xuất hiện MM 

tính toán vỏ theo lý thuyết phi MM

• Giả thiết tính theo các giai đoạn:

 Giai đoạn I: Giả thiết vỏ được chất tải liên tục có cường độ q và vách cứng

không biến dạng dọc theo cạnh của nó

 Giai đoạn II: Tách vỏ khỏi dầm biên, nội lực trong vỏ không thay đổi, còn trong

dầm biên thì ứng suất tăng dọc theo đường tiếp xúc giữa vỏ với dầm biên và

tạo lên lực dọc

 Giai đoạn III: Vỏ chịu tải trọng của lực tiếp tuyến giữa vỏ và dầm biên

 Giai đoạn IV: Tải trọng đặt trực tiếp lên dầm biên

• Điều kiện biến dạng :

 Mái vỏ trụ dài có nhịp của dầm biên liên kết tự do

3 MÁI VỎ TRÒN XOAY

3.1 Khái niệm

Vỏ tròn xoay được tạo ra bởi một đường sinh quay quanh một trục thẳng đứng

Trục quay

Mái vỏ tròn xoay

3.2 Nguyên tắc cấu tạo

23

1 – Vỏ mái

2 – Vành tựa dưới

3 – Vành tựa trên

f – Độ vồng

D – Đường kính vành tựa dưới

Sơ đồ cấu tạo vỏ mái tròn xoay

Tỷ số f/D không nhỏ hơn 1/5

24

• Mái vỏ panel lắp ghép: Chiều dày ≥ 35 mm

- Lắp ghép theo phương kinh tuyến

- Lắp ghép theo phương vĩ tuyến - vòng

Trang 7

 Chiều dày vỏ ≥ 1/600R

≥ 60 mm

• Mái vỏ đổ toàn khối

• CT đặt vào thớ trung hòa cho vùng phi mô men

26

• Tại vùng gần gối tựa đặt thép chịu lực do MM cục bộ

• BT tối thiểu #200

• Thép vỏ CI, trong sườn, vành tựa : CII hoặc CIII

• CT trong vành tựa theo CK chịu kéo/nén đúng tâm, lk hàn (đk 20-32mm)

 hd= (1/25 – 1/30) D (D – đường kính vành tựa dưới)

 bd= (0,25 – 0,5) hd

27

• CT ứng suất trước

- Khi vành tựa chịu kéo lớn

- Chống nứt

3.3 PP tính toán vỏ tròn xoay

28

Trang 8

Điều kiện cân bằng hình chiếu trên trục đối xưng của các nội, ngoại

lực tác dụng ở phần vỏ trên được viết như sau:

29

Lực xô ngang H, được tính theo công thức:

Từ công thức (3) suy ra:

Trong đó: r – bán kính của tiết diện vòng

30

Viết phương trình cân bằng lực của phân tố trên phương

pháp tuyến của bề mặt phân tố

31

Trong đó: z – thành phần của tải trọng bề mặt theo

phương pháp tuyến với mặt vỏ.

Thay vào biểu thức số

Chia cả 2 vế của biểu thức này cho , ta có biểu thức:

32

Như vậy, từ hai biểu thức (4) và (7), có thể xác định được giá trị nội lực N1, N2 tại bất kỳ điểm nào trên mặt vỏ.

Xét trường hợp thường gặp trong thực tế của mặt tròn xoay,

đó là mái vỏ cầu (hình 3.7) Ta có R1=R2=R=const

Trang 9

Phương trình (7) trở thành:

34

Thành phần tải trọng theo phương pháp tuyến tại tiết diện vòng ứng với góc chạy φ, bằng:

Hợp lực của toàn bộ tải trọng tác dụng lên chỏm cầu phía bên trên tiết diện vòng sẽ là:

Trong đó: a – chiều cao của chỏm cầu; Sφ– diện tích bề mặt chỏm cầu;

35

Từ điều kiện hình học a=R(1-cosφ); r=Rsinφ và sau khi thay vào các

công thức (4) và (8) sẽ tìm được các biểu thức của nội lực kinh

tuyến N1cũng như nội lực vòng N2:

Biểu đồ nội lực N1và N2theo biểu thức trên, đối với một mái

vỏ hình bán cầu, được trình bày trên hình 3.8

36

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	1,32 MB