CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG CÔNG TRÌNH
6.7. Thiết kế thép vách lõi thang P1
6.7.1. Gán phần tử và lấy nội lực trong ETABS
– Trong ETABS người dùng có thể tổng hợp nội lực để tính toán vách lõi bằng cách gán thuộc tính Pier hay Spandrel cho các phần tử vách.
– Vách đứng gán Pier (P) lấy nội lực như cột, vách ngang gán Spandrel (S) lấy nội lực như dầm
– Vì tính toán lõi theo quan điểm các vách trong lõi làm việc chung với nhau nên sinh viên gán Pier và Spendral trong ETABS như sau:
Hình 6.13. Mặt bằng lõi thang
Hình 6.14. Mặt bằng kết quả gán phần tử
Hình 6.15. Mặt cắt kết quả gán phần tử 6.7.2. Cấu tạo của vách
– Để tính toán vách lõi, trước hết phải hiểu rõ cấu tạo và chức năng làm việc của thép trong vách lõi.
Hình 6.16. Cấu tạo vách
Bảng 6.15.Cấu tạo vách theo TCXDVN 375 - 2006 TCXDVN 375 - 2006
Thông số Thép dọc Thép ngang Điều
Hàm lượng thép min 0.4%Ac 0.4%A2 5.3.5.4.(13)P
Hàm lượng thép max 4%Ac 4%Ac 5.3.5.4.(13)P
Đường kính thép min 8(mm) 1 doc
4ỉ 5.3.5.4.(15)
Đường kính thép max 1 w
8b w
1b
8 5.3.5.4.(15)
Khoảng cách thép min 75(mm) 75(mm) 5.3.5.4.(15)
Khoảng cách thép max min(3bw; 400) min(3bw; 400) 5.3.5.4.(15) Hàm lượng thép gia
cường vùng biên ≥ 0.5% 4.3.4.2.(10)
– Ngoài ra, còn có thép đai phân bố được rải theo cấu tạo. Theo TCXDVN 375 - 2006 có thể dùng cốt đai chữ C hoặc chữ S, bố trí 4 móc trên 1(m2), khoảng cách lớn nhất theo phương đứng trong trường hợp cú khỏng chấn là min(16ỉdoc; 2bw), theo phương ngang là 2bw.
6.7.3. Quan niệm tính toán
– Thông thường, các vách cứng dạng consol 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 6.17. Nội lực vách cứng
– Hiện nay, có một số phương pháp tính toán cấu kiện vách như: phương pháp vùng biên chịu moment, phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi, phương pháp kiểm tra bằng biểu đồ tương tác. Sinh viên lựa chọn sử dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi để tính toán sơ bộ hàm lượng thép dọc.
6.7.4. Chia phần tử và phân phối nội lực
Hình 6.18. Phân chia phần tử vách lõi thang P1 Bảng 6.16.Thông số của vách lõi thang P1
Diện tích A 7410000 (mm2) Moment quán tính Ix 1.29E+13 (mm4) Moment quán tính Iy 8.10E+13 (mm4)
– Nội lực được phân phối như sau: x i y i i i
x y
P M M
y x N A
A I I
Trong đó: P là lực dọc Pier (kN)
Mx = M2; My = M3 là giá trị moment quay quanh trục X, Y tương ứng với trục 2, 3 trong ETABS (kN.m)
xi, yi là giá trị tọa độ trọng tâm phần tử so với trọng tâm lõi (mm) Ix, Iy là moment quán tính đối với trục X, Y của lõi (mm4)
Ai là diện tích tiết diện phần tử i (mm2) Ni là lực dọc tác dụng lên phần tử thứ i (kN)
– Quy ước dấu ứng suất: ứng suất dương (+) là nén, ứng suất âm (–) là kéo
6.7.5.1. Thông số tính toán phần tử 1
– Tiến hành lọc lại nội lực với các tổ hợp cơ bản để dễ dàng tính toán như sau:
Pmin, Mtương ứng
M2min, M3tương ứng, Ptương ứng
M2max, M3tương ứng, Ptương ứng
M3min, M2tương ứng, Ptương ứng
M3max, M2tương ứng, Ptương ứng
Bảng 6.17.Thông số tính toán phần tử 1
Phần tử b
(mm)
h (mm)
Xc
(mm)
Yc
(mm)
1 1100 300 256 1062
Bảng 6.18. Kết quả phân tích nội lực phần tử 1
Tổ hợp Vị trí P M2 M3 σ
(Mpa)
N
(N) Kéo/Nén Comb4 Pmin -4518.1 -71.692 -523.957 0.62 203704.90 Nén Comb11 M2min -8654.53 0.3487 1388.593 1.17 386882.21 Nén Comb12 M2max -6536.28 -77.5204 -1417.36 0.89 294673.70 Nén Comb8 M3min -6502.76 -54.5115 -8.547 0.88 291086.42 Nén Comb2 M3max -6017.1 6.2121 1890.931 0.82 270108.88 Nén 6.7.5.2. Tính toán thép dọc
– Thép dọc được sơ bộ như sau:
Phần tử chịu kéo: st
s
A N
R
Trong đó: Ast là diện tích thép chịu kéo (mm2) N là lực dọc của phần tử (kN)
Rs là cường độ chịu kéo của cốt thép (MPa)
Phần tử chịu nén: đặt thép cấu tạo và kiểm tra khả năng chịu nén:
N ≤ 0.85 × Ab × Rb + Asc× Rsc
Trong đó: Ab là diện tích tiết diện bê tông (mm2) Asc là diện tích thép chịu nén (mm2)
Rb là cường độ chịu nén của bê tông, Ab = 17(MPa) Rsc là cường độ chịu nén của cốt thép, Rsc = 365(MPa) – Tính toán cụ thể phần tử 1:
Phần tử 1 chịu nén nên ta đặt thép cấu tạo và kiểm tra lại khả năng chịu nén của phần tử.
Chọn thộp dọc cho phần tử 1: ỉ16a150 (As = 1050(mm2))
Kiểm tra hàm lượng cốt thép của phần tử: 1696.5
0.4% 0.514% 4%
1100 300
Kiểm tra khả năng chịu nén của phần tử:
N = 362258.8(N) ≤ 0.85 × Ab × Rb + Asc× Rsc = 0.85 × 330000 × 17 + 1696.5 × 365 = 5387722.5(N) Qua kiểm tra số liệu tính toán được, nhận thấy rằng tất cả phần tử đều chịu nén vì thế sẽ đặt
thép theo cấu tạo và kiểm tra lại khả năng chịu nén cho tất cả các phần tử.
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục.