CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU XÂY DỰNG BẰNG TẤM VẬT LIỆU 3D 1.1 Đặc tính kỹ thuật vật liệu 3D Các thành phần panel 3D gồm 3D lớp bê tông bên Tấm 3D gồm lớp EPS (Expanded Polystyrene) giữa, lớp lưới thép song song thép chéo hàn vào lưới thép dọc theo chiều dài Thép chéo đâm xuyên qua lớp EPS mạ để tránh ăn mịn Lưới thép phủ khơng cần phải mạ lớp bê tơng đủ dày Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Phân bố thép chéo lưới thép phủ 1.2 Kích thước tiêu chuẩn 3D Kích thước Panels: Chiều dài: Tối thiểu 2.0m, tăng dần bước 10 cm Tối đa 6.0m Theo lý thuyết sản xuất loại panel dài Chiều ngang: 1.2m (1.0m) EPS Độ nở polystyrene theo tiêu chuẩn ONORM B6050 phải có mật độ xấp xỉ 15kg/m3 Dày từ 40 đến 100mm, bước tăng giảm 10mm Lưới phủ: Đường kính: 3.0mm; cấp thép BST500 theo ONORM B4200, Khoảng cách ô lưới (e) 50 x 50mm Khoảng cách EPS lưới phủ (a): 13, 16 19mm, khoảng cách thường áp dụng 13mm Thép chéo: Đường kính: 3.8mm, thép mạ nhóm thép BST500 Tối đa 4.5mm Khoảng cách:100 200mm (=e1) Bước 100mm 200mm; tức 67-200 thép chéo 1m2 Độ chéo Độ nghiêng thép giàn tùy thuộc vào khoảng cách e2 e3 Trong sản xuất, gía trị e2 không thấp giá trị nhỏ Hiện panels sản xuất theo kiểu bố trí thép giàn Số lượng Bước [mm] e3 [mm] 100 200 60 200 100 40 Bảng 1.1 Bố trí thép chéo tiêu chuẩn Độ chéo góc thép giàn là: ⎛d + 2a ⎞ ⎜ EPS ⎟ α = arctan ⎜ ⎟ e ⎝ ⎠ Vì giá trị e3 khơng chắn, thay đổi vài milimeters Trong tính tốn kết cấu giá trị "a" lấy 20mm, khoảng cách lưới phủ EPS 1.3 Bê tông 1.3.1 Bê tông trộn công trường Tùy thuộc vào mác bê tông, trộn hỗn hợp vật liệu 3-4 phút với khoảng 300 kg xi măng số lượng nước theo yêu cầu máy trộn trước phun Mác bê tông thực tế tùy thuộc đường cong cấp phối vật liệu có qua thử nghiệm 1.3.2 Gradien giới hạn cốt liệu Biểu đồ 1.1 Gradien giới hạn Cấp phối xác khơng tạo bê tơng có chất lượng cao mà cịn định đến hiệu sử dụng máy phun Để phun được, cốt liệu phải chứa số lượng hạt nhuyễn nhỏ có đường kính 0,125mm Sau rây sàng 0,125mm, khối lượng lọt qua sàng 4-5% khơng q 8-9% Các hạt nhuyễn phải bảo đảm giữ lượng nước phun qua vịi bơm Nếu khơng đủ lượng hạt nhuyễn, phải thay vật liệu khác Trong trường hợp vật liệu lấy từ sơng, hồ gần khơng có hạt nhuyễn 1.3.3 Cỡ hạt Cỡ hạt thường dùng tùy thuộc vào cường độ hiệu suất máy phun Máy phun khô dễ dàng phun cỡ hạt tối đa mm, hạt dùng cho máy bơm vữa hồ lớn 4-5 mm Đối với tường, cường độ bê tông sau 10-15 N/mm2 (=fc), cỡ hạt lớn mm 1.3.4 Xi măng Xi măng bê tông phun khoảng 300 kg/m3 Giá trị đảm bảo cường độ lẫn khả bơm Nếu lượng xi măng lớn địi hỏi nhiều nước Lượng xi măng lớn bê tơng dễ bị co xuất vết nứt 1.3.5 Tỷ lệ nước/xi măng Tỷ lệ nước / xi măng ảnh hưởng đến khả thi cơng, mà cịn ảnh hưởng đến cường độ bảo vệ cốt thép khỏi rỉ sét Nếu lượng nuớc nhiều, lỗ rỗng xuất ảnh hưởng đến chất lượng bê tông Nên áp dụng tỷ lệ nước / xi măng 0,5 – 0,6 CHƯƠNG TÍNH TỐN TẤM 3D A TÍNH TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ NHẤT 2.1 u cầu tính tốn cấu kiện 3D theo khả chịu lực: Tính tốn tiến hành theo tiết diện thẳng góc với trục, theo tiết diện nghiêng Ngồi cần tiến hành tính tốn kiểm tra vùng chịu lực tác dụng cục Theo tiết diện thẳng góc tính tốn với tác dụng lực dọc N, moment uốn M tổ hợp gồm M N Tính tốn theo tiết diện nghiêng vùng cấu kiện chịu lực cắt Q tính với tác dụng Q M Cấu kiện chịu uốn, tính theo khả chịu lực tiết diện thẳng góc 2.2 Tính tốn cấu kiện chịu uốn: Về ngun tắc tính tốn sàn 3D giống tiêu chuẩn thiết kế sàn bê tông cốt thép thông thường Tất nguyên tắc tính tốn nội lực trạng thái chịu tải bê tơng cốt thép áp dụng cho 3D Tuy nhiên cần phải lưu ý giảm khả chịu lực EPS Thông thường sàn 3D xem làm việc theo sơ đồ dầm đơn giản dầm liên tục thép (thép phủ thép gia cường) chịu lực kéo lực nén, bê tông chịu nén Những thành phần thiết kế theo quy ước kết cấu bê tông cốt thép thông thường 2.2.1 Biểu đồ biến dạng ứng suất bê tông Biểu đồ biến dạng ứng suất bê tông đường cong không tuyến tính Hầu hết hình dạng tốn học thơng thường đường cong đường parabol bậc hai đạt cực đại biến dạng 0/00 Biểu đồ 2.1 Đồ thị điển hình biến dạng-ứng suất bê tông Trong hầu hết tiêu chuẩn, ứng suất nén không đổi vượt qua ứng suất giới hạn này, kết thử nghiệm cho thấy ứng suất nén giảm xuống vượt qua giới hạn 20/00 KHỐI ỨNG SUẤT NÉN Hình 2.1 Phân phối ứng suất theo lý thuyết Cường độ khối bê tông đạt sau 28 ngày, cường độ chịu nén theo lí thuyết tính sau: fc = 0.70 fW28 Trong fW28 cường độ khối bê tơng sau 28 ngày Đối với bê tông mác cao giảm hệ số xuống 0.55 Cường độ mác bê tơng tiêu chuẩn theo tính tốn là: Mác bê tông fc [kG/cm2] B15 105 B25 175 B35 230 B45 270 B55 300 Bảng 2.1 Mác bê tông [kG/cm2] Khi thiết kế mặt cắt 3D, khối ứng suất hình chữ nhật vùng chịu nén áp dụng cách tính gần theo Hình 2.1 Phương pháp giả định toàn vùng nén lý thuyết ấn định trước cho trục trung hồ không nằm vật liệu EPS Biến dạng giới hạn vượt qua ngồi phạm vi 20/00 không áp dụng cho 3D Khả chịu moment lớn phải lấy thấp giới hạn 2.2.2 Biểu đồ ứng suất-biến dạng thép Bề dày tồn vùng bê tơng chịu nén tính từ tỉ lệ biến dạng nén bê tông biến dạng thép Chúng phụ thuộc vào biến dạng thép thép đạt giới hạn dẻo Cả hai vật liệu có biến dạng giới hạn Đường cong ứng suất biến dạng thép lúc đầu xem thẳng (ES = 20.600 kN/cm2) Với module đàn hồi không đổi, giới hạn dẻo thép, loại 5000 kG/cm2 (thường thép panel) đạt biến dạng 2,430/00 Biểu đồ 2.2 Biểu đồ ứng suất-biến dạng thép Để tính toán cấu kiện chịu uốn, giới hạn sức căng thép 50/00 tính tốn biến dạng nén bê tông (giới hạn 3,50/00) Chiều cao vùng nén giới hạn Dựa tương quan này, tỉ lệ chiều cao vùng nén chiều cao ảnh hưởng tính tốn sau: Biến dạng giới hạn Giới hạn biến dạng chịu nén bê tông Biến dạng giới hạn thép Vùng nén/Chiều cao ảnh hưởng 3,50/00 5,00/00 41,20/00 Bảng 2.2 MƠ HÌNH TÍNH Hình 2.2 Khối ứng suất vùng chịu nén đường cong parabol đến 20/00 khối ứng suất hình chữ nhật 20/00 3,50/00 Tuỳ thuộc vào biến dạng nén, phương trình ứng suất nén cho phần parabol là: fcε = fc ε ε max (2 − ε ε max ) , với εmax = 20/00 Ứng suất nén cho không đổi biến dạng nén vượt qua 3.50/00 Biến dạng lớn thép theo tiêu chuẩn lấy 50/00 cho loại thép Tính tốn Moment max theo mơ hình trên: M max a 0.80t × 0.95 fc × (d − )b = 0.434 × t × fc × (d − a )b = 1.75 Trong đó: 1,75 : Hệ số an tồn chung t2 ≤ d x 0.416 a = t2 x 0.80 Diện tích cốt thép tính tốn theo cơng thức sau: As = 1.75 × M z × fy Trong đó: 1,75 : Hệ số an toàn chung M : Moment tối đa tải tác động z : Cánh tay đòn nội lực, xấp xỉ 0,9 d Phương pháp thiết kế tiêu chuẩn tính ứng suất biết đường cong ứng suất-biến dạng Muốn xác định biến dạng giới hạn phải xét đến tính chất địa phương đặc điểm kỹ thuật thép, hệ số an tồn bê tơng Các giả định trước biến dạng giới hạn: • Sức nén tối đa 20/00 ( đường cong parabol ứng suất - biến dạng) • Biến dạng dẻo thép 50/00 Điều dẫn đến hạn chế chiều cao vùng nén đạt 28,6% chiều cao ảnh hưởng thép đạt đến trạng thái ứng suất-biến dạng giới hạn (biến dạng dẻo thép) Sự hạn chế thiên an toàn cho kết cấu sau phân bố lại ứng suất từ biến bê tông, đảm bảo trục trung hồ phải luôn nằm lớp bê tơng phía (chịu nén) MƠ HÌNH THIẾT KẾ Hình 2.3 Mơ hình thiết kế uốn 3D Moment cho phép tải tác động (Hệ số an toàn chung 1,75) tính sau : M = 0,0972 × fc × b × d2 ≤ 0,3810 × fc × t2 × b × (d – 0,375 × t2 ) Trong bảng 2.3 , kích thước t2 (lớp bê tơng nén) dEPS tính mm moment Tm/m Các moment tính tải sinh hoạt bao gồm hệ số an toàn (=1,75) với cấp bê tông 175 kG/cm2 (=B25) Đối với cấp bê tông khác giá trị phải nhân với fc/175 kG/cm2 Khoảng cách cạnh EPS trọng tâm cốt thép 20mm Lớp bê tông (nén) mm Bề dày EPS [mm] 50 40 2,06 50 2,45 60 2,87 70 3,33 80 3,83 90 4,35 100 4,91 60 2,45 2,87 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 70 2,87 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 6,14 80 3,33 3,83 4,35 4,91 5,51 6,14 6,80 Bảng 2.3 Mô men M cho phép (T/m) fc=175 kG/cm2 Diện tích cốt thép cần thiết : AS = Trong : 1.75 × M z× fy 1,75 : Hệ số an toàn chung M : Moment tối đa tải tác động : cánh tay đòn nội lực, giá trị z xấp xỉ z = 0,9d 2.3 Tính tốn cấu kiện chịu cắt: Các thép chéo 3D chịu lực cắt Ứng suất cắt khả chịu lực thép chéo mối liên kết hàn Hình 2.4 Lực cắt cho phép mối hàn (đã nhân với hệ số an toàn) phải tương đương 30% cường độ chịu lực lớn mà chéo chịu Cường độ chịu lực lớn thép chéo giới hạn dẻo thép (fy) Lực giới hạn thép chéo tính theo cơng thức sau: FDIAG d ×π = 0.3 × fy × DIAG Tỉ lệ đường kính thép lưới phủ đường kính thép chéo không nên nhỏ 0.6 Độ mảnh thép chéo có chiều dài tính tốn 75% chiều dài thực thép chéo (chiều dài nằm lớp bê tơng) Hình 2.5 Đối với loại panel tiêu chuẩn, khoảng cách “a” lưới EPS 13,16 hay 19 mm Thường 13mm Khoảng EPS trọng tâm lớp cốt thép lấy 20mm Khoảng cách thực “e” thép chéo cách giá trị cho bảng khoảng vài mm Loại Panel Loại Loại Bước 100mm 200mm Thép chéo/m2 200 100 e [mm] 40 60 Bảng 2.4 Panel tiêu chuẩn Trong hầu hết trường hợp, panels loại sử dụng làm panel sàn tiêu chuẩn Tuy nhiên, theo phương ngang sàn 3D khơng chịu lực cắt Góc hợp lưới thép phủ thép chéo trường hợp 90o nên lực cắt moment không truyền qua Hình 2.6 Panel theo phương ngang Ở nằm ngang panels, thép chéo EPS tạo lớp trượt hai lớp bê tông Do độ bền cứng panel giảm đáng kể (theo phương ngang) Đối với sàn có lớp bê tông dày 50mm mặt EPS dày 100mm , moment quán tính theo phương 58,333 cm4 /m, theo phương ngang 2,083 cm4/m Vì vậy, xem sàn 3D cấu trúc dầm song song theo phương sàn mỏng theo phương cịn lại Hình 2.7 Mặt cắt tương đương gồm dầm theo phương sàn mỏng theo phương ngang Do thiết kế sàn hình vng sàn 3D làm việc phương 2.3.1 Tính tốn lực cho phép thép chéo (chịu lực cắt): Chiều dài tính toán (bằng 75% chiều dài thực) sử dụng để xác định tải trọng uốn dọc Chiều dài tính tốn uốn : lg e = 0,75 lg = 0.75 × λ= d EPS sin α lg e × lg e = r d DIAG Hệ số an toàn thép kν =1.70 Hệ số an toàn uốn dọc ⇒ f k, adm ν k =2.05 π2 E = 2× (Công thức Euler với λ ≥75) λ νk fk,adm ≤ 0,3 × fy Trong đó: lge : chiều dài tính toán (mm) lg : chiều dài théo chéo hai lớp bê tơng (mm) r: bán kính qn tính (mm) λ: Độ mảnh E: Module đàn hồi thép chéo (kN/mm2) dDIAG : Đường kính thép chéo (mm) dEPS : Bề dày EPS (mm) fk,adm : Ứng suất tới hạn (kN/mm2) Nếu khoảng cách hai mối hàn nhỏ tính tốn mặt cắt 3D, xem thép chéo làm việc giàn Tương tự tính tốn giàn, lực cắt V xem thành phần lực đứng thép chéo tính theo cơng thức sau :VDIAG = nR × FDIAG × sin α Trường hợp panel có 200 thép chéo/m2, lớp bê tơng phía dày 60 mm mối hàn gần với (max 10 mm), bỏ qua lớp bê tơng phí q trình tính tốn bù lại khoảng cách hai mối hàn xem chiều dài tính tốn an tồn Nếu khoảng cách lớn (như 200 mm) khả chịu tải thật khác nhiều Nếu sàn lắp đặt bới panel có khoảng cách thép chéo lớn cần phải kiểm tra kĩ Nếu khoảng cách điểm hàn lớn khơng thể xác định chắn điểm chịu lực cắt Trong đó, khoảng cách thép chéo nhỏ (bước 100 mm, 10 sàn không 40-50mm Thường thường bề dày bê tông mặt sàn từ 50 đến 60mm Nếu sàn tính tốn theo sơ đồ dầm liên tục (có xuất moment âm) bề dày lớp bê tơng bên tối thiểu phải 50mm Nếu lớp bê tông bên dày 40mm, sàn tính tốn theo sơ đồ dầm đơn giản Rất khó đặt sắt gia cố cho sàn lớp bê tơng mặt có 40mm Bê tơng mác B25 ( cường độ fc= 175 kG/cm2) Khi sử dụng loại bê tơng khơng cần gia cố nhiều cho sàn Lượng sắt gia gia cường yêu cầu tối thiểu theo công thức : μ = As k f = o r AcT fs As : Diện tích thép gia cường AcT : diện tích thép vùng bê tông chịu kéo K0 : 0.4 mặt cắt chịu uốn mặt cắt chịu kéo fr : cường độ phá hoại bê tông fr = 2.5 W282/3 [kG/cm2] với W28 cường độ khối bê tông sau 28 ngày fS : ứng suất hiệu thép Trị số fS tùy thuộc vào đường kính vị trí thép Cường độ sợi thép panels (∅ 3.0mm, ST500) ln có giá trị 4000 kG/cm2 Khi dùng thép ST500, giá trị fS không lớn 80% ứng suất đàn hồi Ứng suất fS tùy thuộc vào đường kính thép tra bảng 3.1.3 Tính thép gối Kích thước thực tế thép gia cường hình chữ U đặt gối Ít nửa lượng thép lớn sàn phải neo vào gối Nghĩa lượng thép gối phải nửa lượng thép nhịp Hình 3.3 thể lực xuất gối Thanh thép chéo chịu lực nén C theo góc 45o, lực kéo T với lực cắt V Sự làm việc giống làm việc 3D Do lượng thép phải tính tốn thiết kế chịu lực cắt V Hình 3.3 Sơ đồ truyền lực cắt Khi sàn chịu tải trọng nhỏ, lượng thép gối không nhỏ lượng thép tối thiểu (∅ 8mm, a=25 cm) 21 3.1.4 Tải trọng tập trung Nếu tải trọng tập trung tác động lên sàn 3D thiết kế sàn theo phương với bề rộng ảnh hưởng lấy theo bảng 3.1 Để thiết kế, cần phải tính nội lực tải trọng tập trung gây dựa nguyên tắc phân tích kết cấu thơng thường phân phối chúng lên bề rộng ảnh hưởng sàn Hình 3.4 Tấm sàn 3D với tải tập trung tải phân bố Diện tích chịu tải trọng tập trung tăng theo hình tháp tùy thuộc vào bề dày sàn Tuy nhiên, tính tốn tải tập trung bề dày sàn phụ thuộc vào bề dày lớp bê tông mặt không phụ thuộc vào tổng bề dày sàn Nếu nhiều tải trọng tập trung tác động lên bề rộng ảnh hưởng tính tốn cần phải cộng thêm nội lực diện tích ảnh hưởng phải chịu Giá trị bảng 3.1 bị giới hạn theo diện tích chịu tải trọng sau : Tải trọng tập trung: Bề rộng ảnh hưởng theo phương ngang tY ≤ 0,4 × lg Bề rộng ảnh hưởng theo phương dọc Tải trọng đường: tX ≤ 0,2 × lg Bề rộng ảnh hưởng theo phương ngang tY ≤ 0,2 × lg Bề rộng ảnh hưởng theo phương dọc tX ≤ 1.0 × lg Nếu vượt phạm vi diện tích chịu tải trọng, phải chia tải thành nhiều tải tập trung phải tính tốn theo phương pháp xác (phần tử hữu hạn) Chiều dài x bảng vị trí tải trọng tập trung Ngồi nội lực theo phương chịu lực sàn, cần phải xét theo phương ngang Trong trường hợp moment lực cắt xuất hiện, chúng tác động lên lớp bê tông mặt sàn Khi kiểm tra tính tốn nội lực theo phương ngang tính toán theo sơ đồ đơn giản Trong trường hợp sàn có hai đầu ngàm giá trị thiên an toàn 22 Bảng 3.1 Bề rộng ảnh hưởng tải trọng tập trung Đối với sàn làm việc theo sơ đồ đơn giản, moment theo phương ngang tính sau: Mt = F 10 Trong đó: Mt : Moment theo phương ngang F: Tải trọng tập trung Nếu tải trọng tập trung tác động mép tự sàn console cách đoạn lg/6 moment Mt phải lấy gấp đơi Moment theo phương ngang tác động lên bề rộng lg/3 Cốt thép gia cố cần thiết phải có chiều dài 2/3 nhịp tính tốn sàn cộâng thêm đoạn neo Đối với sàn console lấy chiều dài thép 4/3 chiều dài console theo phương ngang Ngồi ra, thép gia cố theo phương phải kéo dài thêm 1/3 nhịp console từ điểm đặt tải trọng neo thép chữ U đầu tự (xem hình 3.5, bên phải) Thép có sẵn panel chịu moment âm nhỏ theo phương ngang bỏ qua 23 Hình 3.5 Moment theo phương ngang Ứng suất cắt tải trọng tập trung tính tốn tháp xun Do đó, cần thiết phải đảm bảo an tồn chu vi cắt lớp bê tông mặt (lớp bê tông mặt không bị phá hoại chu vi cắt) Mối liên kết với lớp bê tông mặt sàn khơng đươc tính đến tính biến dạng bất lợi thép chéo Ứng suất cắt mép tải trọng tập trung phải tính tốn cho đảm bảo an tồn vùng khoanh Hình 3.6 Chu vi cắt Chu vi cắt chạy song song xung quanh diện tích chịu tải tập trung chu vi cắt có bán kính r = d2/2 góc (d2 chiều sâu ảnh hưởng lớp bê tông mặt sàn) Trong trường hợp chịu tải trọng lớn, khoảng cách 1,5 x d2 thêm vào chu vi cắt từ góc (xem hình 3.6) Hình 3.7 Nếu sử dụng panel có EPS mỏng diện tích chịu tải trọng tập trung, tải trọng tập trung cho phép tăng đáng kể Do hạn chế rủi ro bị thủng cách sử dụng panel mỏng hơn, tất nhiên lớp bê tơng phía dày Tấm sàn làm panel mỏng 24 3.1.5 Tải trọng đường tác động theo phương chịu lực Tương tự tải trọng tập trung, moment ngang tải trọng đường : Mt = q × lg 25 Trong đó: lg : Chiều dài nhịp q: Tải phân đường Nếu tải trọng đường tác động mép tự sàn console cách lg/6, moment Mt phải nhân đôi Moment ngang ảnh hưởng toàn nhịp sàn Giá trị moment theo phương ngang tăng đoạn ≤ 1g/6 chiều dài console tính từ mép tự Giống trường hợp tải trọng tập trung, cốt thép gia cố phải có chiều dài 2/3 nhịp tính tốn sàn cộng thêm chiều dài neo Đối với sàn console lấy chiều thép 4/3 chiều dài console theo phương ngang Hình 3.8 Ngồi ra, cần phải tính lực cắt theo phương ngang Cơng thức áp dụng q cho trọng tải đường thẳng : Vt = Trong đó: Vt : Lực cắt theo phương ngang q: lực phân bố đường thẳng Sau chiều dài lg/3 lực cắt giảm 10%, kết phạm vi lực cắt ngang giống moment ngang Tại mép ngồi sàn console, hai lần lực cắt tính chiều dài lg/6 Vì nên có dầm biên trường hợp nhà console chịu tải trọng tập trung Trong hầu hết trường hợp, giá trị thỏa Nếu sử dụng panel có EPS mỏng diện tích chịu tải trọng phân bố, tải trọng phân bố cho phép tăng đáng kể Do giải vấn đề cách sử dụng panel mỏng hơn, tất nhiên lớp bê tơng phía dày 25 3.1.6 Tải trọng đường theo phương ngang 3D Tải trọng phân bố theo phương ngang chiều dài nhỏ 0,4 lg phải thiết kế tải trọng tập trung Nếu lớn 0.4lg, tải trọng phải phân để tính tốn Trong trường hợp tải trọng phân bố kết cấu cứng tường 3D, tải đường chia làm đoạn để tính tốn kiểm tra, đầu mép tải đường, kiểm tra chịu tải tập trung với lực tập trung lấy q × 0,4 × lg phân nửa tổng tải đường thẳng (xem hình 3.9) Phần tải trọng lại xem tải phân bố liên tục Khi nội lực mặt cắt ngang tính tốn với hai tải trọng tập trung Hình 3.9 Tải trọng phân bố trực giao với hướng panel sàn 3.1.7 Các moment tập trung tác dụng lên sàn Bề rộng ảnh hưởng sàn tường phụ thuộc khơng vị trí điểm đặt lực mà trường hợp có nhiều moment, cịn phụ thuộc khoảng cách moment Hình 3.10 Tường chịu moment Bề rộng ảnh hưởng sàn moment đơn xác định theo công thức : b= ⎛ ⎛ e e ⎞ ⎛ y ⎞⎞ ⎟ × ⎜ b1 + h + ⎜ 0.3 − ⎟⎟ ×⎜2 − ⎜ 1.6 × lg ⎜ 1.6 × lg ⎟ ⎜ 2.5 × lg ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎝ ⎠⎠ (1) Trong đó: lg : Chiều dài nhịp 26 b1 : y: moment Bề rộng vùng chịu tải moment Khoảng cách gần từ moment đến mép tường mặt phẳng chứa b,h hình 3.10 Nếu e > 1,6 × lg giá trị b khơng thay đổi Bề rộng ảnh hưởng sàn đạt giá trị nhỏ moment đặt nhịp Nếu cắt bỏ khoảng vng EPS điểm đặt moment tương tự hình 8.1, bề rộng ảnh hưởng lấy hai lần giá trị b theo cơng thức (1) Do đó, trường hợp này, mặt cắt vng khơng có EPS phải tương đương với tổng bề rộng ảnh hưởng 3.2 Dầm 3.2.1 Thiết kế dầm 3D Hình 3.11 Cốt thép có sẵn panel nhỏ, sức căng nén bê tông 0,50/00 Để đơn giản, cong ứng suất sức căng thép xem tuyến tính Do an tồn đảm bảo bỏ qua việc kiểm tra tính tốn ứng suất kéo thép chéo Đối với mặt cắt thông thường, cốt thép panel tương đối nhỏ, áp dụng cách tính gần sau: x: tối đa 0,10 d z: khoảng 2/3 d Các giá trị dùng panel kéo dài hết vùng chịu kéo hồn toàn (dp ≈ dx) Giá trị x giảm bề rộng cung nén tăng cường độ bê tông tăng Giá trị 0,10 d áp dụng với bề rộng 20 cm cường độ bê tông 105 kG/cm2 cốt thép panel thơng thường (2 × 1,41 cm2/m ST500) × as × fy × d × me Moment cho phép tính theo cơng thức sau : M = 1.75 Dp/d me 0,9 0,30 0,8 0,30 0,7 0,30 0,6 0,29 0,5 0,27 0,4 0,25 0,3 0,21 0,2 0,16 0,1 0,09 Bảng 3.2 Hệ số moment me Nếu tỷ lệ dp/d > 0,9 me lấy 0.30 Các giá trị trung gian nội suy tuyến tính theo bảng Bảng 3.2 moment cho phép cốt thép gia cường cho 27 chiều cao lanh tô từ 30 đến 100 cm Chiều cao d phù hợp với hình 3.11 phụ thuộc chiều cao tính toán bề dày sàn 20 cm Nếu bề dày sàn nhỏ hơn, kết thiên an toàn d [cm] M[Tm] 30 0.16 40 0.348 50 0.584 60 0.870 70 1.184 80 1.547 90 1.958 100 2.417 Bảng 3.3 Moment cho phép dầm panel không cốt thép gia cường [Tm] Nếu vượt moment cho phép, cần sử dụng thêm cốt thép Tuy nhiên, kết nội lực giảm khả chịu tải thép panel nhỏ (vùng nén kéo dài = giới hạn vùng kéo) Không nên áp dụng biến dạng nén của bê tông (20/00) cho dầm Có thể sử dụng giá trị sau: • Biến dạng nén tối đa bê tơng 3.50/00 • Biến dạng kéo tối đa thép 50/00 Vùng chịu kéo giảm đến khoảng 60% chiều cao ảnh hưởng dầm Do đó, dp/d > 0,6 me lấy 0.29 Moment tính gần 2/3 moment cho bảng 3.2 3.3 Tuy nhiên, khả chống uốn thiết kế ứng suất cắt nằm dãy theo DIN 1045 (τ0 < τ012) Nghĩa ứng suất kéo tối đa bê tông B15 5.0 kG/cm2, B25 7.5 kG/cm2 Nếu ứng suất cắt lớn thép panel phải đủ khả chịu ứng suất Vì khả chịu moment nhỏ, dầm 3D khơng có cốt thép gia cường dùng hạn chế cho lanh tô cửa cửa sổ với tỉ lệ chiều cao chiều dài thích hợp Tuy nhiên tỉ lệ vượt giá trị cho bảng 3.4 khơng thể xem lanh tơ dầm mảnh Trong trường hợp này, phải tính tốn dầm cứng (dầm sâu) Dầm đơn dMAX = 0,5 x chiều dài Dầm liên tục (mép) dMAX = 0,4 x chiều dài Dầm liên tục (bên trong) dMAX = 0,3 x chiều dài Dầm console dMAX = 1,0 x chiều dài Bảng 3.4 Chiều cao thiết kế tối đa dầm 3D mảnh 3.2.2 Dầm sâu (cứng) Những dầm mảnh xem dầm cứng d/l0 vuợt giá trị 0,5 Trong trường hợp d chiều cao ảnh hưởng dầm cứng lo khoảng cách điểm moment tính tốn kết cấu thơng thường Tương tự, ta có bảng phân loại dầm sau: Dầm đơn d= ≥ 0,5 x chiều dài Dầm liên tục (mép) d= ≥ 0,4 x chiều dài Dầm liên tục (bên d= ≥ 0,3 x chiều dài 28 trong) d= ≥ 1,0 x chiều dài Dầm console Bảng 3.5 3.2.3 Thiết kế uốn Khi tính tốn thép chịu kéo phải ý đến cánh tay địn dầm cứng có hệ số nhỏ dầm mảnh Ngồi ra, sức căng tối đa thép 41,2 kN/cm2 Việc trở nên đặc biệt cần thiết dầm cứng, biến dạng mặt cắt nứt dẫn đến vết nứt rộng hơn, hệ việc sử dụng bị hạn chế Vì vậy, ứng suất nén ứng suất kéo, chiều cao vùng kéo, cánh tay đòn nội lực phải dựa mặt cắt không bị nứt Đối với dầm cứng, bỏ qua tính tốn kiểm tra ứng suất nén Bảng 3.6 nêu rõ cánh tay đòn nội lực cho loại dầm cứng khác Những giá trị dùng cho moment dương moment âm Cánh tay địn tính tốn cách giữ nguyên chiều cao ảnh hưởng d = 1,0 lg d = 2,0 lg (đối với phần console) Số liệu hàng thứ hai (dầm liên tục – biên) áp dụng cho moment âm gối thứ bên 0,5 < d/lg < 1,0 Nhịp đơn d/lg ≥ 1,0 Nhịp liên tục (biên) Nhịp liên tục (bên trong) Dầm console 0,4 < d/lg < 1,0 d/lg ≥ 1,0 0,3 < d/lg < 1,0 d/lg ≥ 1,0 0,1 < d/lg < 2,0 d/lg ≥ 2,0 Z= 0,3 d (3,0 – d/lg) Z= 0,60 lg Z= 0,5 d (1,9 – d/lg) Z= 0,45 lg Z= 0,5 d (1,8– d/lg) Z= 0,40 lg Z= 0,65 d + 0,10 d Z= 0,85 lg Bảng 3.6 Cánh tay đòn nội lực Do cốt thép gia cường cần thiết : AS = Trong : 1.75 × M MAX fy × z 1,75 : Hệ số an tồn fy : giới hạn dẻo tiêu chuẩn thép ≤ 41.2 kN/cm2 z: Cánh tay đòn theo bảng 11.5 3.2.4 Thiết kế cắt Phản lực gối đỡ dầm liên tục phải tăng 15% Khả chống cắt gối đỡ xác định ứng suất nén thép chéo Vì cách tính cốt thép chống cắt trường hợp dầm không cần thiết Ứng suất kéo thép chéo vùng gần gối đỡ phủ lưới thép tối thiểu Lưới thép tối thiểu nên bố trí bên 0,05% mặt cắt bê tông (hoặc tương ứng 1.5 29 cm2/m), tức xấp xỉ lưới thép phủ 3D Tuy nhiên, lý thuyết cần cốt thép nhiều cốt thép lưới có sẵn (0.15% bên) Theo giá trị này, diện tích cốt thép lưới cho tường lớp bê tông 50 mm 1,5 cm2/m Giá trị tương đương với hầu hết lưới thép phủ panel Nếu mặt cắt bê tơng, địi hỏi để chịu lực nén, vượt 50mm bên, tường panel phải thay tường bê tông thông thường Ứng suất p gối đỡ dầm cứng tính theo cơng thức đây: p= VMAX fc ≤ ( t + t ) × s 2.1 Trong : s: cạnh gối đỡ 2.1 : Chiều cao gối đỡ S phải chọn không 1/5 nhịp nhỏ Hệ số an tồn (bê tơng phá hoại) Ngồi ra, có tiêu chuẩn yêu cầu kiểm tra ứng suất kéo thép chéo ứng suất kéo không vượt giá trị tối đa ứng suất cắt cho phép mặt cắt cốt thép (= t03) Tương tự dầm, ứng suất kéo thép chéo chịu tải trọng phân bố : σ = × VMAX (t + t ) × d Trong : d ≤ lg 3.2.5 Bố trí cốt thép Bố trí cốt thép dầm cứng khác đáng kể so với bố trí cốt thép dầm bình thường Ngồi ra, cốt thép chịu uốn, cần sử dụng lưới thép gia cường tối thiểu mục 3.2.4 Bố trí cốt thép xem hình 3.12 hình 3.13 Lưới thép gia cường tối thiểu: • Đặt chồng lưới thép nối lên chỗ ghép nối panel Bề dài lưới chồng vị trí vùng kéo phải ô lưới, phần bên dầm cứng phải sử dụng lưới thép nối bề ngang 45 cm • Tải trọng treo mặt đáy phải đảm bảo cốt thép treo (cốt đai bò) Cốt thép phải mở rộng đến lg/2 từ mép phải neo hồn toàn Tĩnh tải tường đến độ cao coi tải trọng treo đáy Cốt thép mặt đáy : • Đặt tồn cốt thép đáy chiều cao 0,1 lg • Tại khu vực 0,1 lg 0,3 lg, thêm 50% cốt thép nhịp, bao gồm khu vực gia cố lưới thép tối thiểu • Đặt cốt thép tồn chiều dài neo vào gối đỡ Tại gối đỡ, nên sử dụng thép quai hình chữ U đặt ngang thay đặt đứng Phải thiết kế phủ lưới thép nối bên bên gối đỡ suốt chiều dài Cốt thép măt : 30 • Đặt tồn cốt thép mặt vùng 0,3 lg 0,7 lg mép tường • Tại phần sâu liên tục 50% cốt thép mặt đặt suốt chiều dài nhịp • Bố trí thêm 30% cốt thép mặt vùng 0,1 lg 3,0 lg, bao gồm ln khu vực gia cố luới thép tối thiểu Hình 3.12 Bố trí cốt thép dầm cứng Hình 3.13 Bố trí cốt thép mặt 3.2.6 Dầm chìm Sàn 3D làm việc theo phương cần thiết kế theo sơ đồ dầm liên tục Tại chỗ gối đỡ bị gián đoạn, thiết kế dầm Để tránh biến dạng lớn sàn theo phương dầm, chiều dài dầm nhỏ 15 lần chiều ngang sàn Trong trường hợp nhịp tính tốn lớn hơn, cần sử dụng dầm cao để tránh nứt tường tầng Có thể sử dụng dầm chìm 3D để truyền tải trọng tập trung Đặc biệt dầm hình chữ V hàn sẵn thích hợp cho việc gia cố chiều cao dầm vượt q 1/15 nhịp tính tốn 31 Dầm chìm thiết kế dầm hình chữ I, trường hợp bề dày sàn tương ứng với hai lớp bê tơng Một cách gần lấy bề rộng ảnh hưởng sàn theo hình 3.14 3.15 Ngồi ra, sàn 3D, bề rộng vùng có moment dương âm giống Bề rộng tính theo cơng thức : bM = bTường + × 0,1 × lg bV = bTường Trong : bTường : bề rộng tường Đối với dầm biên bM = bTường + 0,1 × lg Bề rộng tường sử dụng để thiết kế lực cắt Hình 3.14 Dầm chìm Bề rộng ảnh hưởng sàn dầm chìm theo phương chịu tải xác định theo cách tương tự Tuy nhiên, bề rộng dầm phải bề rộng tường Trong trường hợp bề rộng dầm lớn, giá trị bảng 3.1 khơng vượt qua mà khơng có tính tốn kiểm tra xác Trong hai trường hợp, mối nối chống cắt với lớp bê tông phải đảm bảo cách gia cường thêm cốt thép (như lưới nối) Hình 3.15 Dầm chìm 3.3 Thiết kế tường Các tường 3D Panels xác định tường chịu lực Điều kiện tường chịu lực 3D : • Độ mảnh λ khơng vượt q 70 • Mác bê tơng khoảng 300 kG/m3 32 • Các lớp bê tơng phải dày 40mm (mặt trong) 50 mm (mặt ngồi) Tường xem dầm đơn giản số trường hợp Mối nối tường với sàn thiết kế không chịu moment Mô men chống uốn tác động lên kết cấu khung cơng trình Tường 3D không thiết kế để chịu moment lớn Nếu chịu moment lớn phải đặt thêm thép cho 3D, điều làm tăng giá thành cơng trình Những moment nhỏ truyền theo thép có sẵn đến gối sàn gây thêm độ lệch tâm bổ sung cho tải trọng dọc trục 3.3.1 Xác định chiều dài tính tốn độ lệch tâm Điểm then chốt thiết kế tường xác định bề dài tính tốn (bề dài hiệu quả) Trong trường hợp tính tốn theo Euler xảy sơ đồ bản, sơ đồ xảy thực tế Thường áp dụng sơ đồ sơ đồ Hình 3.16 Sơ đồ tính tường Đối với tường 3D, sơ dồ sử dụng chủ yếu, chiều dài tính tốn lge sơ đồ : Sơ đồ : lge = 1,0 × lgU Sơ đồ : lge = 2,0 × lgU Đối với chiều dài tính tốn này, độ mảnh : λ = lge/r Giá trị r bán kính quán tính tường Phương pháp gần áp dụng trường hợp độ mảnh tường λ ≤ 70 Nếu độ mảnh thực tế lớn 70, có vài cách thiết kế để giải vấn đề mà không gia tăng bề dày 3D Độ lệch tâm e tham số khác để tra biểu đồ Độ lệch tâm khoảng cách điểm đặt tải trọng trọng tâm mặt cắt Độ lệch tâm bao gồm : • Các mơ men uốn mặt phẳng • Lực kéo giả định trước Có thể tính lực căng giả định trước với độ lệch tâm tối thiểu sau: * Tường bên ngồi : h/6 * Tường bên : h/8 33 Trong công thức h tổng bề dày tường Những tường cao 3,0 m, độ lệch tâm tăng theo tỷ lệ Vì hầu hết trường hợp lấy độ lệch tâm 30mm Đối với tường hình 3.17, tải trọng tác động xem đặt trọng tâm lớp bêtông chịu tải (hầu hết lớp trong) Trong trường hợp đặc biệt sử dụng có bề dày bê tơng khác khả chiïu tải tăng rõ rệt so sánh với bề dày Hình 3.17 Tường bên ngồi với lớp cách nhiệt liên tục Tải trọng sàn truyền tải qua lớp bê tông bên Dựa mô men M lực F độ lệch tâm eo : eo = M/F Có thể áp dụng phương pháp gần độ lệch tâm gần trọng tâm hai lớp bê tông 3.3.2 Liên kết cứng Nhờ mối liên kết cứng tường phận xung quanh (sàn móng) chiều dài tính tốn giảm 60 – 80% chiều cao tường Chiều dài tính tốn phụ thuộc độ cứng phận mà kết nối Chiều dài tính tốn lge 3D tính gần sau: Truờng hợp : Ngàm đầu lge = 0,9 x chiều dài tự Một tường có sàn 3D sàn bê tơng trên, chiều cao thơng tầng xem chiều dài tự Hình 3.18 Liên kết cứng tường 34 3.3.3 Tường giao Chiều dài tính tốn lge tường 3D giảm có tường cứng cắt ngang Những tường cứng phải xây dựng tường 3D hoậc tường bê tông, khoảng cách tối đa tường m, (hoặc 12 m có sàn 3D sàn bê tông cốt thép trên) Chiều dài tường cứng 1/5 chiều cao Ig e = Igu Ig e = Igu a Igu + a a Igu + (3a ) 2 Hình 3.19 Mặt cắt ngang tường cứng Trong hai trường hợp lgU chiều dài tự tường khơng có tường cứng cắt ngang Nếu có khoảng trống vượt 1/3 chiều cao tường (hình 3.20) tường phải xem khơng liên tục, chúng phải tính toán trường hợp tường tự đầu hình 3.19 (dưới) Hình 3.20 Tường có khoảng trống vượt 1/3 chiều cao tường 35 ... cắt) 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ NHÀ BẰNG TẤM VẬT LIỆU 3D 3 .1 Tính tốn sàn 3 .1. 1 Sơ đồ tính Sàn 3D thiết kế theo sơ đồ dầm đơn giản dầm liên tục, không làm việc theo phương Hình 3 .1 Sơ đồ tính sàn Vì 3D. .. 80 3,83 90 4,35 10 0 4, 91 60 2,45 2,87 3,33 3,83 4,35 4, 91 5, 51 70 2,87 3,33 3,83 4,35 4, 91 5, 51 6 ,14 80 3,33 3,83 4,35 4, 91 5, 51 6 ,14 6,80 Bảng 2.3 Mô men M cho phép (T/m) fc =17 5 kG/cm2 Diện... (a): 13 , 16 19 mm, khoảng cách thường áp dụng 13 mm Thép chéo: Đường kính: 3.8mm, thép mạ nhóm thép BST500 Tối đa 4.5mm Khoảng cách :10 0 200mm (=e1) Bước 10 0mm 200mm; tức 67-200 thép chéo 1m2 Độ