CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 5 VÀ B
5.7 TÍNH THÉP CHO HỆ KHUNG
- Vì đây là hệ khung không gian, do đó có rất nhiều khung, theo sự chỉ định của giáo viên hướng dẫn chọn khung trục 5 vuông góc với trcj B để tính và bố trí thép. Từ kết quả xuất ra sau khi chạy chương trình ETABS ta lấy giá trị nội lực để tính thép.
Hình 5.5. Kí hiệu các dầm và vách Tính toán cốt thép cho dầm
- Đối với dầm chỉ cần tính thép ứng với trường hợp mômen nội lực lớn nhất. Từ kết quả giải nội lực trong ETABS, chọn trường hợp biểu đồ bao, khi đó nội lực là giá trị lớn nhất.
- Tính toán với các thông số :
Thép AIII : Rs = 365 MPa; Rsc = 365 MPa.
Bê tông B30 : Rb = 17 MPa ; Rbt = 1.2 MPa ho = hd – a
- Kiểm tra hàm lượng thép
αm = 2
n. . o
M
R bh ; 1 1 2. m ;
-
As =
0 b
s
Rbh R
μminμμmax Tính cốt đai cho dầm , thép gia cường
- Thép đai dầm :
Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt : Q ko.Rn.b.ho trong đó ko = 0.35
Tính toán và kiểm tra điều kiện : Q 0.6.Rbt.b.ho , nếu thỏa điều kiện này thì không cần tính toán cốt đai mà chỉ cần đặt theo cấu tạo , ngược lại nếu không thỏa thì phải tính toán cốt thép chịu lực cắt .
Lực cắt mà cốt đai phải chịu là : qđ =R nfad d
u ; chọn đường kính cốt đai và diện tích tiết Vách khung truc 5 va trục
3
0 min
b max
s
μ A bh
μ 0.05%
R 17
μ 0.59 2.75%
R 365
s
R
Khoảng cách tính toán của các cốt đai là : Utt =
2 0 2
8R bh R nfk ad d Q Khoảng cách cực đại giữa hai cốt đai là : Umax =
1.5. . .R b hk o2
Q
Khoảng cách cốt đai chọn không được vượt quá Utt và Umax ; đồng thời còn phải tuân theo yêu cầu về cấu tạo như sau :
Với h 45 cm thì Uct 2
h và 15 cm; Với h 50 cm thì Uct 3
h và 30 cm Qdb= 8R bh qk 02 d
Tính toán cốt thép vách
- Vách là một trong những kết cấu chịu lực quan trọng trong nhà cao tầng. Tuy nhiên việc tính toán cốt thép vẫn chưa được đề cập cụ thể trong tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam.Vì vậy trong phạm vi đồ án này sử dụng phương pháp “giả thiết vùng biên chịu môment” để tính toán cốt thép cho vách cứng.
- Nội dung của phương pháp ”giả thiết vùng biên chịu mômen”.
- Mô hình:
Thông thường, các vách cứng dạng côngxon phải chịu tổ hợp nội lực sau: N, Mx, My, Qx, Qy. Do vách cứng được bố trí trên mặt bằng để chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó (chủ yếu) nên bỏ qua khả năng chịu mô ment ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy, chỉ xét tổ hợp nội lực gồm: N, My, Qx.
Hình 5.6. Nội lực trong vách cứng
Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ moment. Lực dọc trục được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách.
Các giả thiết cơ bản:
- Ứng suất kéo do cốt thép chịu. Ứng suất nén do bêtông và cốt thép chịu.
- Xét vách cứng chịu tải trọng Nz, My, biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách cứng.
Các bước tính toán:
- 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
Hình 5.7. Phân chia vùng cho vách cứng - Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên.
- Trong đó:
F: Diện tích mặt cắt vách Fb: Diện tích vùng biên
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:
-
- Trong đó:
Rn, Ra: 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
- : 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
: độ mảnh của cột
Với: lo: chiều dài tính toán của cột
imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh => imin= 0.288 b Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén:
- 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:
éo 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.
, 0.5 0.5
l r b
l r
N M
P F
F L B B
0 ( n b a a)
N R F R F
1
1.028 0.0000288 2 0.0016
0 min
l
i
én n b
n a
a
N R F
F R
- Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo. Theo TCVN 5574-2012. Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình và mạnh.
- Cốt thộp đứng: hàm lượng e 0.6% ≤ à ≤ 3.5%
- Cốt thộp ngang: hàm lượng à≤ 0.4%nhưng khụng chọn ớt hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc.
- Trong tính toán nội lực vách này chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
- Vựng biờn: à = 1%; Vựng giữa à = 6%
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: Qmax < Qo = ko.Rn.bho (1).
+ Khả năng chịu cắt của bêtông: Qmax < Q1 = k1.Rk.bho (2) (với k1 = 0,8).
- Nếu thoả cả hai điều kiện (1) và (2) thì chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo.
- Điều kiện chiều dài bước đai:
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:
- Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo TCVN 5574:2012 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 thộp đứng chọn 0.6% ≤ à ≤ 3.5% (đối với động đất trung bỡnh 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 bỡnh và mạnh ). Dựng đai ỉ10, 2 nhỏnh (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 Fa=max ( ); cốt thép vùng giữa Fa’.
2 2
8 k
tt ad d
u u R xnxF R bh
Q
max 2
1.5R bhk
u u Q
ct 20
u u cm
1.5 30
s b
s cm
én, éo
n k
a a
F F
5.7.1 Nội lực tính toán