CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ KHUNG
4.6.3. Tính thép cho vách
Vùng biên chịu moment :
Thông thường, các vách cứng dạng công xôn 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 4-11: Nội lực trong vách
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 dều trên toàn bộ chiều dài vách.
Giả thuyết tính toán
Ứng suất kéo do cốt thép chịu. Ứng suất nén do bê tông và cốt thép chịu.
Xét vách cứng chịu tải trọng N, M như sau
Quy trình tính toán Bước 1:
Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu Moment. Xét vách chịu lực dọc trục N và Moment uốn trong mặt phẳng M, Moment này tương đương với 1 cặp ngẫu lực đặt ờ hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên.
l,r b
l r
N M
P F
F L 0.5 B 0.5 B
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:
o b b s s
N (R A R A )
Trong đó:
Rb, Rs: Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép Ab, As: 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
1.028 0.0000288 2 0.0016
o min
l
i : độ mảnh của vách Với:
lo: chiều dài tính toán của vách
imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh
imin = 0.288b
Khi 28: bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy = 1.Thiên về an toàn lấy = 0.8
Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén:
b b
nen s
s
N R A
A 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:
keo s
s
A 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 vách.
- Khi tính ra As < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo. Theo TCXDVN 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.
Trong tính toán nội lực vách này ta chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Vùng biên: = 1%
Vùng giữa: = 0.6%
Bước 5:
Kiểm tra phần vách 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 toán cốt thép ngang trong vách được thực hiện tương tự như trong dầm.
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: s 1.5b
s 30 cm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo TCXD 198 : 1999 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 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).
+ Do Moment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên As = max (Askeo; Asnen).
Bảng 4-15: Nội lực và kết quả tính toán cốt thép của vách trục Story Pier
B_
biên (cm)
As_
biên (cm²)
μ_ biên
%
Cốt thép biên
Asc (cm²)
B- giữa (cm)
As_
giữa (cm²)
μ_
giữa
%
Cốt thép giữa STORY20 P1 44 4.30 0.33 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY19 P1 44 3.24 0.25 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY18 P1 44 2.76 0.21 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY17 P1 44 2.02 0.15 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY16 P1 44 1.21 0.09 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY15 P1 44 0.34 0.03 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY14 P1 44 -47.29 -3.58 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY13 P1 44 -45.45 -3.44 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY12 P1 44 -43.74 -3.31 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY11 P1 44 -42.09 -3.19 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY10 P1 44 -40.76 -3.09 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY9 P1 44 -39.19 -2.97 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY8 P1 44 -37.93 -2.87 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY7 P1 44 -36.87 -2.79 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY6 P1 44 -35.27 -2.67 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY5 P1 44 -33.61 -2.55 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY4 P1 44 -31.86 -2.41 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY3 P1 44 -30.11 -2.28 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY2 P1 44 -26.32 -1.99 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY1 P1 44 -22.20 -1.68 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY20 P2 44 5.93 0.45 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY19 P2 44 3.68 0.28 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200
STORY18 P2 44 3.23 0.24 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY17 P2 44 1.92 0.15 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY16 P2 44 0.64 0.05 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY15 P2 44 -47.19 -3.57 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY14 P2 44 -45.35 -3.44 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY13 P2 44 -43.52 -3.30 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY12 P2 44 -41.75 -3.16 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY11 P2 44 -39.88 -3.02 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY10 P2 44 -38.30 -2.90 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY9 P2 44 -36.56 -2.77 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY8 P2 44 -34.80 -2.64 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY7 P2 44 -32.63 -2.47 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY6 P2 44 -30.24 -2.29 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY5 P2 44 -28.00 -2.12 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY4 P2 44 -25.40 -1.92 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY3 P2 44 -22.33 -1.69 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY2 P2 44 -16.03 -1.21 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200 STORY1 P2 44 -10.96 -0.83 6ỉ14 9.23 132 Cautao Cautao ỉ14a200