Thiết kế cốt thép vách

3.5. Thiết kế cốt thép hệ khung tầng 16

3.5.3. Thiết kế cốt thép vách

Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi

Phương pháp này chia vách thành những phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm, coi nư ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử. Tính toán cốt thép cho từng phần tử.

Thực chất xem vách như những cột nhỏ chịu kéo hoặc nén đúng tâm.

Các giả thiết cơ bản:

- Vật liệu làm việc đàn hồi.

- Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.

Các bước tính toán:

- Bước 1: Xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm.

- Bước 2: Chia vách thành các phần tử nhỏ

Hình 3- 6:Chia vách thành các phần tử nhỏ

- Bước 3: Tính lực dọc tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và Moment trong mặt phẳng Mx gây ra.

- Bước 4: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.

- Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu A < 0, A > 0 thì đặt cốt thép cấu tạo.

Đặc điểm của phương pháp này là đơn giản dễ tính toán không chỉ đối với vách phẳng. Tuy nhiên, giả thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt đến giới hạn chảy trên toàn tiết diện vách là chưa chính xác. Chỉ tại những phần tử biên hai đầu vách, cốt thép có thể đạt đến giới hạn chảy, còn các phần tử giữa vách cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy.

Phương pháp vùng biên chịu moment

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 được giả thiết phân bố đều trên toàn chiều dài vách.

Các giả thiết cơ bản:

- Ứng suất kéo do cốt thép chịu.

- Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.

Các bước tính toán:

- Bước 1: Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu moment. Xét vách chịu lực dọc trục N và moment trong mặt phẳng Mx. Moment Mx tương đương với một cặp ngẫu lực đặt ở trọng tâm hai vùng biên.

- Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên

x

L,R b

1 r

M

P N A

A L 0.5B 0.5B

  

 

Trong đó:

 Ab: là diện tích vùng biên

 A: là diện tích mặt cắt vách

 L: là chiều dài vách

Hình 3- 7: Vùng biên chịu moment - Bước 3: Tính cốt thép chịu kéo nén.

- 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 của vùng biên có giá trị lớn nhất là L/2. Nếu vượt quá thì tăng bề dày vách.

- Bước 5: Kiểm tra phần vách còn lại giữa hai vùng biên như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm. Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu nén thì đặt thép cấu tạo.

Phương pháp này tương tự như phương pháp 1, chỉ khác ở chổ bố trí tập trung lượng cốt thép chịu toàn bộ mômen ở hai đầu vách. Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mômen khá thích hợp đối với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (bố trí cột ở hai đầu vách). Tuy nhiên, phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mômen của cốt thép.

Chọn phương pháp tính cốt thép cho vách đứng

Ta nhận thấy trong ba quan điểm tính toán trên có phương pháp giả thuyết vùng biên chịu moment là đơn giản hơn và có thể áp dụng rộng rãi; phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu moment của cốt thép. Ta lựa chọn phương pháp này để tính toán cho vách cứng trong công trình.

Vách được tính với trường hợp tải trọng (Nmax, Mtư);(Mmax;Ntư). Các cặp nội lực được lấy từ các tổ hợp tải trọng. Theo TCVN 198:1997, cốt thép trong vách cần có những yêu cầu sau:

Phải đặt 2 lớp lưới thép. Đường kính cốt thép (kể cả cốt thép thẳng đứng và cốt thép nằm ngang) chọn không nhỏ hơn 10 mm và không lớn hơn 0.1b. Hai lớp lõi thép này phải được liên kết với nhau bằng các móc đai hình chữ S với mật độ 4móc/m2.

Hàm lượng cốt thép thẳng đứng chọn ≥ 0.4% (đối với động đất yếu) và ≥ 0.6% (đối với động đất trung bình và mạnh) nhưng không lớn hơn 3.5%.

Khoảng cách giữa các cốt thép chọn ≤ 200mm (nếu b ≤ 300mm) và ≤ 2b/3 (nếu b >

300mm).

Cốt thép ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng ≤ 0.25%.

Riêng đối với động đất yếu cốt thép nằm ngang có thể cách nhau tới 250mm.

Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng ≤ 0.25% (đối với động đất yếu) và ≤ 0.4% (đối với động đất trung bình và mạnh).

Nếu vách có lỗ mở lớn, nên chọn giải pháp tăng độ dày thành vách quanh lỗ và cấu tạo thành vách dưới dạng dầm bao.

Các bước tiến hành như sau:

- Bước 1: Giả thiết chìu dài của vùng biên chịu moment B1 = Br = Tp

Suy ra Bm = Lp – B1 – Br

Diện tích của vách: A = Lp  Tp

Diện tích vùng biên trái: Aleft = B1  Tp

Diện tích vùng biên phải: Aright = Br  Tp

Diện tích vùng giữa vách: Amid = Bm  Tp

- Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên và vùng giữa

L left

p l r

R right

p l r

M mid

P M

P A

A L 0.5B 0.5B

P M

P A

A L 0.5B 0.5B

P P A

A

  

 

  

 

 

- Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo hoặc nén trong công thức:

Diện tích cốt thép cho cấu kiện chịu nén đúng tâm:

b b

s

sc b

P R A

A R R

 

 



Trong đó: hệ số  được xác định theo , với o min P

min

l ; r 0.288 T

  r  

Nếu  28 thì chọn  1

Nếu  28 thì chọn  1.028 0.0000288  2 0.0016

Diện tích cốt thép cho cấu kiện chịu nén đúng tâm:

keo s

s

A P

 R

- Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép, nếu hàm lượng cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén không thoả thì sẽ tăng bề rộng vùng biên. Điều kiện hàm lượng cốt thép:

st

t min t

% A 100; 2

  b h   



- Bước 5: Kiểm tra khả năng chịu nén của vùng giữa vách, nếu phần giữa đã đủ khả năng chịu lực thì tiến hành đặt cốt thép cấu tạo, nếu không đủ thì tính toán thép như cấu kiện chịu nén đúng tâm.

- Nội lực vách được thể hiện trong phụ lục 1

- Kết quả tính toán thép vách thể hiện trong phụ lục 1