CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH CÁC DẠNG DAO ĐỘNG TỰ NHIÊN VÀ TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH
6.9. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU VÁCH KHUNG CHO CÔNG TRÌNH
6.9.1. Lý thuyết tính toán
6.9.1.1. Phương pháp vùng biên chịu môment
- 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
- Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ momen. Lực dọc trục được giả thiết là phân bố dều trên toàn bộ chiều dài vách.
6.9.1.2. Các giả thuyết 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
L
tw
M y Q x N
y
x
128 6.9.1.3. Các bước tính toán.
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 đặt ờ hai vùng biên của vách.
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
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:
0 n b a a
N (R F R F ) 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
1.028 0.0000288 2 0.0016
0 min
l
i : độ mảnh của cột
+ Với lo: chiều dài tính toán của cột
+ imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh
→ imin= 0.288b
Khi 14: bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy =1.Thiên về an toàn lấy φ=0.8 Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén:
vùng chiu kéo vùng chiu nén
N Mx
Bleft Bright
0,5L
129
n b nen
a
a
N R F
F 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:
nen a
a
F N
R
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.
Khi tính ra Fa< 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
Cốt thép ngang: hàm lượng 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:
Vùng giữa 0.6
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.
Tính cốt thép ngang
Tại tiết diện bất kỳ của vách, phải 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:
max 0 0 bt 0
Q Q k .R .b.h (1).
Khả năng chịu cắt của bêtông: Qmax Q1k .R .b.h1 bt 0(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:
bt 0 bt 0
tt ad d 2 max ct
8R bh 1.5R bh
u u R n F ; u u ; u u 20(cm)
Q Q
Bố trí cốt thép cho vách cứng .
130 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 30cm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo “TCXD 198:1997” 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 (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 môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên Fa = max (AkeoS ;AnenS ); cốt thép vùng giữa ASgiua.