CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ KHUNG
6. Thiết kế thép vách P2
Sử dụng phương pháp vùng biên chịu moment. Phương pháp này cho rằng thép được đặt ở hai đầu vách để chịu toàn bộ moment. Lực dọc trục được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách.
Theo phương pháp này:
- Ứng suất kéo do cốt thép chịu, ứng suất nén do cốt thép và bê tông chịu;
- Xét vách cứng chịu NZ và My , biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách cứng.
Hình 4-3. Biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách 6.1. Tính toán cốt dọc
Bước 1: Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu moment. Xét vách chịu lực dọc trục N và momen uốn trong mặt phẳng My, momen này tương đương với 1 cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên.
Trong đó:
F : Diện tích mặt cắt vách
, 0.5 0.5
l r b
l r
N M
P F
F L B B
Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
Tính toán cốt thép cho vùng biên như cột chịu kéo - nén đúng tâm. Khả năng chịu lực của cột chịu kéo – nén đúng tâm được xác định theo công thức:
0 ( n b a a)
N R F R F Trong đó:
Rb, Rs: Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép Fb, Fa: diện tích tiết diện BT vùng biên và của cốt thép dọc
1: hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc). Xác định theo công thức thực nghiệm, chỉ dùng được khi: 14 104 .
1.028 0.0000288 2 0.0016
min
lo
i độ mảnh của vách lo: chiều dài tính toán của vách
imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh => imin= 0.288 b
Khi 14 : bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy =1. Thiên về an toàn lấy =0.9 Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén :
n b n
a
a
N R F
F R
Khi N < 0 (vùng biên chịu kéo), do giả thiết ban đầu: ứng lực kéo do cốt thép chịu nên diện tích cốt thép chịu kéo được tính theo công thức sau:
k a
a
F N
R
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu không thỏa mãn thì phải tăng kích thước B của vùng biên lên rồi tính lại từ bước 1. Chiều dài B của vùng biên có giá trị lớn nhất là L/2, nếu vượt quá giá trị này cần tăng bề dày tường.
Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo. Theo TCVN 198-1997. Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình.
Cốt thép đứng: hàm lượng 0.6 % 3.5 %
Cốt thép ngang: hàm lượng 0.4 % nhưng không chọn ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc.
Bước 5: Kiểm tra phần tường còn lại như cấu kiện chịu nén đúng tâm. Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo cấu tạo.
Bước 6: Tính cốt thép ngang. Tại tiết diện bất kỳ của vách, phải gia gia cường thép đai ở hai đầu vách. Do ứng suất cục bộ (ứng suất tiếp và ứng suất pháp theo phương nằm trong mặt phẳng) thường phát sinh tại hai đầu của vách (vị trí truyền lực sẽ lớn nhất, sau đó lan tỏa).
Tính toán cốt đai cho vách tương tự như tính toán cốt đai cho dầm.
Kiểm tra điều kiện hạn chế:
- Bêtông không bị phá hoại do ứng suất nén chính: Q Q k R bh (1).
- Khả năng chịu cắt của bêtông: Qmax Q1k R bh1 sc o (2) với k10.8. Nếu thoả cả hai điều kiện (1) và (2) thì chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo.
Điều kiện chiều dài bước đai:
2
w 2
8 bt
tt s d
u u R nF R bh
Q
1.5 bt 2 max
u u R bh
Q
ct 200
uu mm Bước 7: Bố trí cốt thép cho vách cứng .
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất trong hai trị số sau:
1.5 300
s b
s mm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo “TCVN 198:1997” như sau:
Phải đặt hai lớp lưới thép. Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b.
Hàm lượng cốt thép đứng chọn (đối với động đất trung bình mạnh) Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng 0.4% ( đối với động đất trung bình và mạnh ).Ta dùng đai 8, 2 nhánh (n = 2).
Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng.
Tại các góc liên kết các vách cứng với nhau phải bố trí các đai liên kết.
Do môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên As = max (Asnen, Askeo); cốt thép vùng giữa As’.
6.2. Tính toán cốt ngang cho vách
Tính toán cốt ngang trong vách được thực hiện tương tự như trong dầm.
Điều kiện tính toán: b3(1 f n) bR bhbt oQmax 0.3 wl b1 bR bhb o Trong đó:
3
b = 0.6: đối với bê tông nặng
f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén
0.1 0.5
n
b bt o
N
R bh
: hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc.
Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
2 2 max
2(1 n) bt o sw sw
tt
R bh R a
s Q
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
2 max
max
1.5(1 n)R bhbt o
s Q
(%) 5 . 3 (%)
6 .
0
min( ,tt max, ct) s s s s
Đường kính cốt ngang: chọn = 10 mm và bố trí đều hết cốt đai với khoảng s bằng 200 mm.