CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ KHUNG
3.4. Tính toán thiết kế hệ khung trục 1 và khung trục A
3.4.3. Tính toán thiết kế vách cứng
3.4.3.2. Các giả thiết cơ bản
Tiết diện vách phẳng trước khi chịu lực thì vẫn phẳng sau khi chịu lực. Dựa trên giả thuyết này, chúng ta có thể tính toán được biến dạng tại một điểm bất kỳ trên tiết diện theo biến dạng lớn nhất của bê tông trong vùng nén và cốt thép trong vùng kéo hoặc vùng nén.
Giả thiết quan hệ ứng suất và biến dạng của cốt thép, quan hệ này đã được đơn giản hóa để thuận tiện cho việc tính toán.
Giả thiết về biểu đồ ứng suất bê tông vùng nén và bê tông vùng nén quy đổi.
Giả thiết về biến dạng cực hạn quy ước của bê tông vùng nén.
Giả thiết ứng suất vùng bê tông chịu nén và vùng bê tông chịu nén quy đổi
Giả thiết về biến dạng và ứng suất trong thép 3.4.3.3. Thiết lập biểu đồ tương tác
Nguyên tắc chung: dựa vào biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén và vị trí của trục trung hòa được thể hiện qua chiều cao vùng nén x, ta có thể xác định được trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trong vách, các ứng xuất này tổng hợp lại thành 1 lực dọc và 1 moment tại tâm hình học cảu vách, chính là 1 điểm của biểu đồ tương tác.
Các bước tiến hành:
Bước 1: Giả thiết x
Bước 2: Tính toán chiều cao vùng bê tông chịu nén quy đổi.
Bước 3: Tính toán biến dạng của cốt thép
Bước 4: Tính toán ứng suất trong từng thanh thép
Bước 5: Tính toán hợp lực của vùng bê tông chịu nén và cốt thép tại tâm hình học của vách.
Bước 6: Thay đổi x và làm lại như bước 1.
Trình tự thiết lập biểu đồ tương tác cho vách 3.4.3.4. Kiểm tra khả năng chịu lực của vách
Biểu đồ tương tác
Với cặp nội lực A(MA, NA) cho trước, ta có:
Nếu A nằm bên trong biểu đồ tương tác Tiết diện đủ khả năng chịu lực.
Nếu A nằm ngoài biểu đồ tương tác Tiết diện không đủ khả năng chịu lực.
Xác định % khả năng chịu lực:
Từ điểm A(MA, NB) cho trước và O(0, 0), ta nối OA cắt biểu đồ tương tác tại B(MB, NB). Ta có:
%KNCL OAx100%
OB
3.4.3.5. Nhận xét về phương pháp tính
Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác có thể coi như là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng sự làm việc của vách bê tông cốt thép so với hai phương pháp còn lại: vùng biên chịu moment và phân bố ứng suất đàn hồi.
Phương pháp này thực chất coi vách như một cấu kiện chịu nén lệch tâm.
Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. Để đảm bảo tính hiệu quả, cần nhờ sự trợ giúp tính toán bằng máy tính.
3.4.3.6. Bố trí cốt thép trong vách
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất trong hai trị số sau: s 20d
s 200 mm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo TCXD 198 : 199 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 0.6% 3.5% (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).
Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng nếu cần.
Do Moment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên Fa = max (Askeo; Asnen); cốt thép vùng giữa Asgiua
3.4.3.7. Tính toán cốt thép ngang cho vách cứng
Tính toán cốt ngang trong vách được thực hiện tương tự như trong dầm.
Điều kiện tính toán: b3(1+ + f n)γ R bh <Qb bt 0 max 0.3 wl b1 bγ R bhb 0 Trong đó:
b3 = 0.6: đối với bê tông nặng
f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén
n
b bt 0
0 1 N 0 5
. 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
n bt 0 sw sw
tt 2
max
2(1 )R bh R a s
Q
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
2
n bt 0
max
max
1.5(1 )R bh
s Q
Tuy nhiờn, vỡ lực cắt trong vỏch nhỏ nờn cốt đai cấu tạo: chọn ỉ = 12 mm, ỉ = 10 mm và bố trí đều hết cốt đai với khoảng s = 150 mm.
3.4.3.8. Kết quả tính toán cốt thép vách
Vách trục 1-A
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.34. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 m = 0.7369%
P02 73.218%
Biểu đồ tương tác vách 5-A (tầng 1-3)
Tầng 4 – tầng 6
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
LỰC DỌC (KN)
MOMENT (KN.M)
BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VÁCH PHẲNG
Bảng B.3.35. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 m = 0.6584%
P02 64.575%
Biểu đồ tương tác vách 5-A (tầng 4-6)
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.36. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 m = 0.6584%
P02 56.228%
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 1000 2000 3000 4000
LỰC DỌC (KN)
MOMENT (KN.M)
BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VÁCH PHẲNG
Biểu đồ tương tác vách 5-A (tầng 7-24)
Vách trục 1-B
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.37. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 25 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 2.762%
P03 93.959%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.38. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 22 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 2.271%
P03 88.817%
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 1000 2000 3000 4000
LỰC DỌC (KN)
MOMENT (KN.M)
BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VÁCH PHẲNG
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.39. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 20 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 1.977%
P03 80.547%
Vách trục 1-C
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.40. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 25 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 2.762%
P04 98.178%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.41. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 22 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 2.271%
P04 92.528%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.42. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.8 m Nf = 6 thộp biờn ỉ 20 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 6 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 1.977%
P04 83.843%
Vách trục A-1
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.43. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
P01 79.557%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.44. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
P01 69.417%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.45. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
P01 76.493%
Vách trục A-2
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.46. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 5 thộp biờn ỉ 25 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 5 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 2.1588%
P08 95.895%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.47. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 5 thộp biờn ỉ 22 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 5 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 1.7898%
P08 86.881%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.48. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 5 thộp biờn ỉ 20 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.5 m Nr = 5 thép giữa ỉ 20 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.5 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 1.57%
P08 76.5%
Vách trục A-3
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.49. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
P23 86.562%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.50. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.51. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 1.2 m Nf = 0 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0 m Nr = 0 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 7 à = 0.7815%
P23 66.401%
Vách trục A-3
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.52. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 0.7369%
P24 78.695%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.53. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 0.6584%
P24 70.831%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.54. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 2 m Nf = 3 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 0.4 m Nr = 3 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 0.4 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 5 à = 0.6584%
P24 61.987%
Vách lõi thang
Tầng 1 – tầng 3
Bảng B.3.55. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 7.3 m Nf = 12 thộp biờn ỉ 18 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 1.8 m Nr = 12 thép giữa ỉ 16 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 1.8 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 19 à = 0.9062%
P12 62.442%
Tầng 4 – tầng 6
Bảng B.3.56. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 7.3 m Nf = 12 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 1.8 m Nr = 12 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 1.8 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 19 à = 0.7074%
P12 53.93%
Tầng 7 – tầng 24
Bảng B.3.57. Thông số thiết kế vách
Vật liệu Tiết dện
Bờ tụng B25 Cốt thép AIII L = 7.3 m Nf = 12 thộp biờn ỉ 16 Rb(Mpa) 14.5 Rs(Mpa) 365 Lf = 1.8 m Nr = 12 thép giữa ỉ 14 Rbt(Mpa) 1.05 Rsc(Mpa) 365 Lr = 1.8 m Nw = 2 a = 30 mm
Eb(Mpa) 30000 Es(Mpa) 200000 tw = 0.3 m Nm = 19 à = 0.7074%
P12 44.517%