KHÁI NIỆM VÁCH CỨNG

CHệễNG 5: THIEÁT KEÁ KHUNG TRUẽC 3

III. KHÁI NIỆM VÁCH CỨNG

Trong các nhà cao tầng tải trọng ngang tác động và gây ra nội lực rất lớn đối với công trình, vách cứng là một cấu kiện không thể thiếu, nó có tầm ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chụ lực cũng như độ ổn định của toàn bộ công trình.

Tải trọng ngang được truyền đến các vách thông qua hệ sàn sườn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng.

1. KÍCH THƯỚC VÁCH CỨNG.

Chiều dày của các vách cứng đã được chọn ở phần trên là 300mm, riêng lõi cầu thang máy có chiều dày vách là 200mm. Các vách có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó.

2. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CỦA VÁCH CỨNG:

 Nmax; MYtử.

 Nmin; MYtử.

 MYmax; Ntử.

 MYmin; Ntử.

3. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO VÁCH CỨNG

Biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách cứng (giả định vật liệu đàn hoài tuyeán tính).

Hình 7.3: Xác định ứng suất cho các vùng của tiết diện vách.

Chia vách cứng thành 5 vùng để tính toán và bố trí thép, được đánh số như hình vẽ.

Tieỏt dieọn moói vuứng (b x 0.2h).

Ứng suất trung bình của mỗi vùng tiết diện (b x 0,2h):

x i x

M

= N± .y ;(> 0,hay < 0)

F J



Với F: diện tích tiết diện ngang.

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 66

Mx: mômen tác dụng.

yi: khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm vùng i.

Ứng suất trung bình trong vùng 1 và 2.

x

i i

x

M

= N- .y ;(> 0,hay < 0)

F J

 với i = 1, 2

Ứng suất trung bình trong vùng 4 và 5.

x

i i

x

M

= N+ .y ;(> 0,hay < 0)

F J

 với i = 4, 5

Ứng suất trung bình trong vùng 3.

i

= N> 0

 F với i = 3

Lực kéo nén tại các vùng 1, 2, 3, 4, 5

i i

N = 0,2.b.h. (>0 hay <0) với i = 15.

Tính toán cốt thép cho các vùng 1, 2, 3, 4, 5. tính toán như cấu kiện chịu kéo nén đúng tâm:

Neỏu Ni > 0 (vuứng chũu keựo):

Sc i

Si R

A  N

Neỏu Ni < 0 (vuứng chũu neựn):

sc b i

Si R

h b R A N  . .0,2



Bố trí vách cứng theo sơ đồ:

Coỏt theựp cho vuứng 1, 5: AS = max (AS1,AS5)

Coỏt theựp cho vuứng 2, 3, 4: AS' = 2.max (AS2,AS4) + AS3 Toồng dieọn tớch coỏt theựp treõn tieỏt dieọn: 2.AS + AS' Các yêu cầu về cấu tạo theo TCVN 198-1997:

Cốt thép trong vách cứng được bố trí theo các yêu cầu sau:

+ Phải đặt 2 lớp lưới thép. Đường kính cốt thép chọn không < 10mm và không >

0.1b.

+ Hàm lượng thép thẳng đứng: 0.4% ≤ μ ≤ 3.5%.

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

300 mm).

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

Bảng 7.2: Các đặc trưng tính toán của vật liệu.

Beâtoâng B25 Theùp AIII

Rb (Mpa) Rbt (Mpa) Eb (Mpa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Ea (Mpa) R

14.5 1.05 30.103 365 365 20.104 0.563

4. NỘI LỰC TÍNH VÁCH.

Bảng 7.3: Các cặp nội lực tính toán Nmax – Mtư; Mmax – Ntư của vách

Story Pier Loc Nmax

(kN)

Mtu

(kN.m) TH Mmax

(kN.m) Ntu (kN) TH Vmax

(kN) TH story10 V Top -2563.2 -542.5 comb10 -542.504 -2563.16 comb10 573.99 comb14

story10 V Bottom -2602.4 475.474 comb9 514.987 -2796.31 comb14 474.23 comb14 story9 V Top -3133.1 -574.25 comb10 -574.253 -3133.12 comb10 567.88 comb14 story9 V Bottom -3118.1 478.394 comb4 514.985 -3355.28 comb14 446.36 comb14 story8 V Top -3652.2 -624.19 comb4 -604.223 -3696.21 comb5 581.03 comb14 story8 V Bottom -3611.6 506.565 comb4 540.699 -3891.4 comb14 437.7 comb14 story7 V Top -4134.3 -565.36 comb4 -565.355 -4134.25 comb4 590.4 comb14 story7 V Bottom -4085.6 550.426 comb4 581.617 -4407.67 comb14 427.1 comb14 story6 V Top -4589.8 -476.49 comb4 -476.485 -4589.75 comb4 586.61 comb14 story6 V Bottom -4546.1 597.792 comb4 626.627 -4909.53 comb14 402.89 comb14 story5 V Top -5036.9 -396.42 comb4 -396.416 -5036.91 comb4 601.44 comb14 story5 V Bottom -4982.2 674.334 comb4 701.151 -5386.4 comb14 397.55 comb14 story4 V Top -5459.2 -286.91 comb4 -286.914 -5459.22 comb4 613.32 comb14 story4 V Bottom -5394.8 771.236 comb4 795.718 -5839.38 comb14 389.84 comb14 story3 V Top -5852.8 -146.01 comb4 -146.01 -5852.79 comb4 618.35 comb14 story3 V Bottom -5785.5 884.65 comb4 907.089 -6269.34 comb14 376.2 comb14 story2 V Top -6226.2 3.956 comb4 3.956 -6226.21 comb4 658.68 comb14 story2 V Bottom -6135.5 1057.99 comb4 1105.87 -6661.4 comb14 361.24 comb14 story1 V Top -6616.7 237.17 comb4 237.17 -6616.66 comb4 595.61 comb14 story1 V Bottom -6536.1 946.185 comb4 946.185 -6536.11 comb4 156.99 comb14

Bảng 7.4: Các cặp nội lực tính toán Nmin – Mtư; Mmin – Ntư của vách.

Story Pier Loc Nmin

(kN)

Mtu

(kN.m) TH Mmin

(kN.m)

Ntu

(kN) TH Vmin

(kN) TH story10 V Top -2847 -687.99 comb11 -757.698 -2842.03 comb14 447.21 comb5 story10 V Bottom -2854.1 502.212 comb11 432.151 -2631.96 comb5 352.89 comb5 story9 V Top -3437.7 -679.07 comb11 -709.362 -3391.91 comb14 443.84 comb10 story9 V Bottom -3453.2 465.277 comb11 362.529 -3208.62 comb10 329.15 comb10 story8 V Top -4022.1 -677.06 comb11 -677.063 -4022.1 comb11 426.94 comb10 story8 V Bottom -4071.8 305.546 comb15 270.958 -3792.32 comb10 290.76 comb10 story7 V Top -4602.3 -676.01 comb11 -711.627 -4598.44 comb15 406.76 comb5 story7 V Bottom -4709.8 180.904 comb15 149.383 -4388.01 comb10 252.98 comb5 story6 V Top -5218.2 -782.85 comb15 -782.845 -5218.17 comb15 401.07 comb5 story6 V Bottom -5337.9 68.544 comb15 39.407 -4974.75 comb10 227.99 comb5 story5 V Top -5836.4 -860.09 comb15 -860.088 -5836.44 comb15 381.92 comb5 story5 V Bottom -5978.5 -71.382 comb15 -98.475 -5574.58 comb10 188.81 comb5 story4 V Top -6471.5 -968.36 comb15 -968.355 -6471.48 comb15 360.19 comb5 story4 V Bottom -6636.8 -243.96 comb15 -268.683 -6192.48 comb10 148.93 comb5 story3 V Top -7120.5 -1101.4 comb15 -1101.44 -7120.46 comb15 337.93 comb5 story3 V Bottom -7312.1 -437.87 comb15 -460.558 -6828.52 comb10 106.54 comb5 story2 V Top -7795.3 -1264.4 comb15 -1264.35 -7795.25 comb15 278.7 comb5 story2 V Bottom -8063.4 -687.12 comb15 -735.237 -7537.63 comb10 13.53 comb5 story1 V Top -8639 -1557.2 comb15 -1557.21 -8639.01 comb15 156.69 comb5 story1 V Bottom -8904.5 -1465.4 comb15 -1465.42 -8904.5 comb15 -239.7 comb5

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 68

5. KẾT QUẢ TÍNH THÉP VÁCH.

Vách. Bảng 7.7: Giá trị tính toán cốt thép vách V1 từ tầng 1– tầng 10.

NỘI

LỰC STORY B (m)

L (m)

J (m4)

N (kN)

M (kN.m)

AS1

(mm2) AS2

(mm2) AS3

(mm2) AS4

(mm2) AS5

(mm2) story10 0.3 3.35 0.94 -2563.2 -542.5 -7006 -6793 -6580 -6367.5 -6155 story10 0.3 3.35 0.94 -2602.4 475.47 -6186 -6372 -6559 -6745.6 -6932 story9 0.3 3.35 0.94 -3133.1 -574.3 -6719 -6494 -6268 -6042.8 -5817 story9 0.3 3.35 0.94 -3118.1 478.39 -5901 -6089 -6276 -6464.1 -6652 story8 0.3 3.35 0.94 -3652.2 -624.2 -6474 -6229 -5984 -5738.7 -5494 story8 0.3 3.35 0.94 -3611.6 506.57 -5608 -5807 -6006 -6204.8 -6404 story7 0.3 3.35 0.94 -4134.3 -565.4 -6163 -5941 -5720 -5497.7 -5276 story7 0.3 3.35 0.94 -4085.6 550.43 -5314 -5530 -5746 -5962.3 -6178 story6 0.3 3.35 0.94 -4589.8 -476.5 -5844 -5657 -5470 -5283 -5096 story6 0.3 3.35 0.94 -4546.1 597.79 -5025 -5259 -5494 -5728.5 -5963 story5 0.3 3.35 0.94 -5036.9 -396.4 -5536 -5381 -5225 -5069.4 -4914 story5 0.3 3.35 0.94 -4982.2 674.33 -4726 -4990 -5255 -5519.6 -5784 story4 0.3 3.35 0.94 -5459.2 -286.9 -5219 -5106 -4994 -4881 -4768 story4 0.3 3.35 0.94 -5394.8 771.24 -4423 -4726 -5029 -5331.6 -5634 story3 0.3 3.35 0.94 -5852.8 -146 -4893 -4835 -4778 -4720.6 -4663 story3 0.3 3.35 0.94 -5785.5 884.65 -4120 -4468 -4815 -5162 -5509 story2 0.3 3.35 0.94 -6226.2 3.956 -4570 -4572 -4573 -4574.9 -4576 story2 0.3 3.35 0.94 -6135.5 1058 -3793 -4208 -4623 -5038.3 -5454 story1 0.3 3.35 0.94 -6616.7 237.17 -4173 -4266 -4359 -4452.5 -4546 story1 0.3 3.35 0.94 -6536.1 946.19 -3661 -4032 -4404 -4774.9 -5146 story10 0.3 3.35 0.94 -2847 -688 -6965 -6695 -6425 -6154.9 -5885 story10 0.3 3.35 0.94 -2854.1 502.21 -6027 -6224 -6421 -6618.2 -6815 story9 0.3 3.35 0.94 -3437.7 -679.1 -6634 -6368 -6101 -5834.7 -5568 story9 0.3 3.35 0.94 -3453.2 465.28 -5728 -5910 -6093 -6275.4 -6458 story8 0.3 3.35 0.94 -4022.1 -677.1 -6313 -6047 -5781 -5515.3 -5250 story8 0.3 3.35 0.94 -4071.8 305.55 -5514 -5634 -5754 -5873.7 -5994 story7 0.3 3.35 0.94 -4602.3 -676 -5994 -5728 -5463 -5197.8 -4932 story7 0.3 3.35 0.94 -4709.8 180.9 -5262 -5333 -5404 -5475.2 -5546 story6 0.3 3.35 0.94 -5218.2 -782.8 -5740 -5433 -5126 -4818.4 -4511 story6 0.3 3.35 0.94 -5337.9 68.544 -5006 -5033 -5060 -5087 -5114 story5 0.3 3.35 0.94 -5836.4 -860.1 -5462 -5124 -4787 -4449.3 -4112 story5 0.3 3.35 0.94 -5978.5 -71.38 -4765 -4737 -4709 -4681 -4653 story4 0.3 3.35 0.94 -6471.5 -968.4 -5199 -4819 -4439 -4058.8 -3679 story4 0.3 3.35 0.94 -6636.8 -244 -4540 -4444 -4348 -4252.6 -4157 story3 0.3 3.35 0.94 -7120.5 -1101 -4948 -4516 -4083 -3651 -3219 story3 0.3 3.35 0.94 -7312.1 -437.9 -4322 -4150 -3978 -3806.4 -3635 story2 0.3 3.35 0.94 -7795.3 -1264 -4706 -4210 -3714 -3217.3 -2721 story2 0.3 3.35 0.94 -8063.4 -687.1 -4106 -3836 -3567 -3296.9 -3027 story1 0.3 3.35 0.94 -8639 -1557 -4474 -3862 -3251 -2640 -2029 story1 0.3 3.5 1.07 -8904.5 -1465 -4564 -4014 -3463 -2912.7 -2362 story10 0.3 3.35 0.94 -2563.2 -542.5 -7006 -6793 -6580 -6367.5 -6155 story10 0.3 3.35 0.94 -2796.3 514.99 -6048 -6251 -6453 -6654.8 -6857 story9 0.3 3.35 0.94 -3133.1 -574.3 -6719 -6494 -6268 -6042.8 -5817

story9 0.3 3.35 0.94 -3355.3 514.99 -5742 -5944 -6146 -6348.6 -6551 story8 0.3 3.35 0.94 -3696.2 -604.2 -6434 -6197 -5960 -5722.4 -5485 story8 0.3 3.35 0.94 -3891.4 540.7 -5428 -5640 -5853 -6064.9 -6277 story7 0.3 3.35 0.94 -4134.3 -565.4 -6163 -5941 -5720 -5497.7 -5276 story7 0.3 3.35 0.94 -4407.7 581.62 -5113 -5341 -5570 -5798.1 -6026 story6 0.3 3.35 0.94 -4589.8 -476.5 -5844 -5657 -5470 -5283 -5096 story6 0.3 3.35 0.94 -4909.5 626.63 -4803 -5049 -5295 -5540.7 -5787 story5 0.3 3.35 0.94 -5036.9 -396.4 -5536 -5381 -5225 -5069.4 -4914 story5 0.3 3.35 0.94 -5386.4 701.15 -4483 -4758 -5033 -5308.7 -5584 story4 0.3 3.35 0.94 -5459.2 -286.9 -5219 -5106 -4994 -4881 -4768 story4 0.3 3.35 0.94 -5839.4 795.72 -4161 -4473 -4785 -5097.6 -5410 story3 0.3 3.35 0.94 -5852.8 -146 -4893 -4835 -4778 -4720.6 -4663 story3 0.3 3.35 0.94 -6269.3 907.09 -3838 -4194 -4550 -4905.7 -5262 story2 0.3 3.35 0.94 -6226.2 3.956 -4570 -4572 -4573 -4574.9 -4576 story2 0.3 3.35 0.94 -6661.4 1105.9 -3467 -3901 -4335 -4768.9 -5203 story1 0.3 3.35 0.94 -6616.7 237.17 -4173 -4266 -4359 -4452.5 -4546 story1 0.3 3.35 0.94 -6536.1 946.19 -3661 -4032 -4404 -4774.9 -5146

story10 0.3 3.35 0.94 -2842 -757.7 -7022 -6725 -6428 -6130.3 -5833 story10 0.3 3.35 0.94 -2632 432.15 -6204 -6373 -6543 -6712.4 -6882 story9 0.3 3.35 0.94 -3391.9 -709.4 -6683 -6405 -6126 -5847.9 -5569 story9 0.3 3.35 0.94 -3208.6 362.53 -5942 -6084 -6227 -6369.1 -6511 story8 0.3 3.35 0.94 -4022.1 -677.1 -6313 -6047 -5781 -5515.3 -5250 story8 0.3 3.35 0.94 -3792.3 270.96 -5694 -5801 -5907 -6013.3 -6120 story7 0.3 3.35 0.94 -4598.4 -711.6 -6024 -5745 -5465 -5185.9 -4907 story7 0.3 3.35 0.94 -4388 149.38 -5463 -5522 -5581 -5639.2 -5698 story6 0.3 3.35 0.94 -5218.2 -782.8 -5740 -5433 -5126 -4818.4 -4511 story6 0.3 3.35 0.94 -4974.8 39.407 -5228 -5244 -5259 -5274.5 -5290 story5 0.3 3.35 0.94 -5836.4 -860.1 -5462 -5124 -4787 -4449.3 -4112 story5 0.3 3.35 0.94 -5574.6 -98.48 -5008 -4969 -4930 -4891.7 -4853 story4 0.3 3.35 0.94 -6471.5 -968.4 -5199 -4819 -4439 -4058.8 -3679 story4 0.3 3.35 0.94 -6192.5 -268.7 -4803 -4697 -4592 -4486.3 -4381 story3 0.3 3.35 0.94 -7120.5 -1101 -4948 -4516 -4083 -3651 -3219 story3 0.3 3.35 0.94 -6828.5 -460.6 -4605 -4424 -4243 -4062.5 -3882 story2 0.3 3.35 0.94 -7795.3 -1264 -4706 -4210 -3714 -3217.3 -2721 story2 0.3 3.35 0.94 -7537.6 -735.2 -4432 -4143 -3855 -3566.1 -3278 story1 0.3 3.35 0.94 -8639 -1557 -4474 -3862 -3251 -2640 -2029 story1 0.3 3.35 0.94 -8904.5 -1465 -4256 -3681 -3106 -2530.6 -1955

max 462.85 110.16 # 57.981 319.31

6. BỐ TRÍ THÉP CHO VÁCH.

Từ kết quả tính toán cốt thép được trình bày ở trên, cho thấy bố trí thép cho vách là thép cấu tạo (bêtông đảm bảo khả năng chịu lực). Cách bố trí thép cho vách như sau:

+ Trong 2 hai đoạn đầu chiều dài 0.2L bố trí thép 12a100;

+ Trong đoạn giữa chiều dài 0.6L bố trí thép 12a200;

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 70

+ Thông thường vách có khả năng chịu cắt rất tốt, vì thế ta chỉ cần đặt cốt thép cấu tạo và kiểm tra lại với lực cắt lớn nhất trong vách (Với tất cả các tầng).

- Chọn cốt thép ngang cấu tạo trong vách là 10a200,

- Tại 1 mặt cắt bất kỳ của vách, phải gia cường thép đai ở 2 đầu vách. Do ứng suất cục bộ (ứng suất tiếp và ứng suất pháp theo phương nằm trong mặt phẳng) thường phát sinh tại 2 đầu của vách (vị trí truyền lực sẽ lớn nhất, sau đó lan tỏa). Ta tiến hành gia cường 10a200 xen kẽ với cốt thép ngang của toàn vách.