Đang tải... (xem toàn văn)
bài giảng kết cấu nhà bê tông cốt thép chọn lọc. Nguyên lý cấu tạo và thiết kế.ví dụ tính toán chọn lọc. MỤC LỤC MỤC LỤC ..........................................................................................................................................1 CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) ..................4 I.1 Nguyên lý chung ............................................................................................................4 I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm .........................................................................................................4 I.1.2 Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu ........................................................................................4 I.1.3 Tính khả thi của phương án thiết kế .....................................................................................4 I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT .............................................................................................4 I.2.1 Các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật .....................................................................................5 I.2.2 Trình tự các bước thiết kế kết cấu BTCT .............................................................................5 I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT .......................................................................................8 I.2.4 Yêu cầu và quy định đối với bản vẽ kết cấu BTCT ..............................................................9 CHƯƠNG II. KẾT CẤU KHUNG BTCT ........................................................................................ 12 II.1 Hệ chịu lực của nhà khung BTCT toàn khối ....................................................................... 12 II.1.1. Khái niệm chung ............................................................................................................. 12 II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn ......................................................................................... 16 II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực của nhà khung ...................................................................................... 17 II.1.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện .................................................................... 17 II.1.5 Mặt bằng bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt bằng kc) ................................................. 18 II.2 Lập sơ đồ tính toán khung ....................................................................................................... 18 II.2.1 Sơ đồ hình học và mô hình kết cấu khung ........................................................................ 18 II.2.2 Xác đỊnh tả trọng đơn vị................................................................................................... 19 2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng.............................................................................................. 20 II.3 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực .......................................................................................... 23 II.3.1 Nội lực do từng trường hợp tải trọng ................................................................................ 23 2.3.2 Tổ hợp nội lực .................................................................................................................. 24 II.4 Tính toán và cấu tạo thép khung.............................................................................................. 24 II.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép dầm ....................................................................................... 24 II.4.2 Tính toán và bố trí cốt thép cột ......................................................................................... 25 II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối................................................................................................... 25 II.5 Các loại cầu thang và sơ đồ tính toán ...................................................................................... 32 II.5.1 Cấu tạo cầu thang ............................................................................................................. 32 II.5.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang ................................................................................ 34 CHƯƠNG 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP ............................................ 43 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDDCN_ĐHTL 2 III.1 Cấu tạo và hệ chịu lực của nhà khung lắp ghép ...................................................................... 43 III.1.1 Khái niệm chung ............................................................................................................ 43 III.1.2 Nguyên tắc tính toán và nguyên tắc truyền tải panel ........................................................ 43 III.2 Sơ đồ kết cấu khung lắp ghép và nửa lắp ghép, sơ đồ bố trí sàn, mái ...................................... 46 III.2.1 Sơ đồ khung lắp ghép ..................................................................................................... 46 III.2.2 Sơ đồ khung nửa lắp ghép ............................................................................................... 48 III.3 Cấu tạo mối nối ..................................................................................................................... 48 III.3.1. Phân loại mối liên kết: ................................................................................................... 48 III.3.2 Cấu tạo và tính toán mối nối ........................................................................................... 49 CHƯƠNG IV: KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BTCT ............................................. 53 IV.1 Khái niệm chung và sơ đồ kết cấu ......................................................................................... 53 IV.1.1 Khái niệm chung ............................................................................................................ 53 IV.1.2. Sơ đồ nhà, các bộ phận cơ bản của kết cấu nhà CN. ....................................................... 53 IV.1.3 Thiết bị vận chuyển theo phương thẳng đứng .................................................................. 54 IV.1.4. Bố trí mặt bằng nhà: ...................................................................................................... 55 IV.1.5. Mặt cắt ngang công trình: .............................................................................................. 56 IV.2. Cấu tạo cột ........................................................................................................................... 57 IV.2.1. Cấu tạo chung................................................................................................................ 57 IV.2.2. Cấu tạo vai cột ............................................................................................................... 58 IV.3. Tính toán khung ngang ......................................................................................................... 58 IV.3.1. Khái quát chung, sơ đồ tính ........................................................................................... 58 IV.3.2. Xác định tải trọng .......................................................................................................... 59 IV.3.3. Sự làm việc của khung ngang ........................................................................................ 62 IV.3.4. Xác định nội lực và tổ hợp nội lực trong khung .............................................................. 62 a. Xác định nội lực .................................................................................................................... 62 b. Tổ hợp nội lực ....................................................................................................................... 65 IV.3.5. Tính toán cốt thép .......................................................................................................... 66 IV.3.6 Tính toán vai cột và kiểm tra một số điều kiện khác ........................................................ 66 a. Tính toán vai cột ................................................................................................................ 66 b. Kiểm tra một số điều kiện khác: ............................................................................................ 67 IV.4. Các bộ phận khác của kết cấu nhà ........................................................................................ 68 IV.4.1 Hệ giằng ......................................................................................................................... 68 IV.4.2 Dầm cầu trục: ................................................................................................................. 70 IV.5. Khái niệm, cấu tạo kết cấu mái BTCT, các thành phần chính hệ mái .................................... 70 IV.5.1. Dầm mái........................................................................................................................ 71 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDDCN_ĐHTL 3 a. Cấu tạo : ................................................................................................................................ 71 b. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc : .................................................................................... 72 c. Tính toán tiết diện:................................................................................................................. 72 IV.5.2. Dàn mái......................................................................................................................... 74 a. Cấu tạo chung:....................................................................................................................... 74 b. Tính toán dàn mái:................................................................................................................. 76 IV.5.3.Vòm mái ........................................................................................................................ 76 a. Đặc điểm cấu tạo : ................................................................................................................ 76 b. Nguyên tắc tính toán vòm ...................................................................................................... 77 CHƯƠNG V: MÓNG BÊ TÔNG CỐT THÉP................................................................................... 80 V.1. Một số vấn đề cơ bản trong thiết kế nền móng ....................................................................... 80 V.1.1. Các khái niệm cơ bản ...................................................................................................... 80 V.1.2. Phân loại móng BTCT và phạm vi sử dụng ..................................................................... 81 V.1.3. Khái niệm về tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn ............................................... 83 V.1.4. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng ............................................................................... 84 V.1.5. Các tài liệu cần thiết để thiết kế nền móng....................................................................... 86 V.1.6 Đề xuất so sánh và chọn phương án móng ........................................................................ 87 V.2. Các loại móng bê tông cốt thép .............................................................................................. 90 V.2.1 Móng đơn cấu tạo và tính toán ....................................................................................... 90 V.2.2 Móng băng, cấu tạo và tính toán....................................................................................... 97 V.2.3 Móng cọc, cấu tạo và tính toán ....................................................................................... 100 V.2.4 Móng bè BTCT, móng khối hộp, tường vây ................................................................... 113 CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT ................................................................... 116 VI.1. Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế và tải trọng.................................................................. 116 VI.1.1 Khái nhiệm chung ........................................................................................................ 116 VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng ...................................................................... 117 VI.1.3 Đặc điểm về tải trọng đối với nhà nhiều tầng ................................................................ 117 VI.2. Các hệ KC chịu lực và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng: .................................................. 118 VI.2.1. Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng: ...................................................... 118 VI.2.2. Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: ........................................................... 120 VI.2.3. Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: ......................................................................... 121 VI.3. Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính toán và cấu tạo : .............................................................. 124 VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : ............................................................................................ 124 VI.3.2. Các đặc điểm tính toán: ............................................................................................... 125 VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: .....................................................................................................
MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) I.1 Nguyên lý chung I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm .4 I.1.2 Quan hệ kiến trúc kết cấu I.1.3 Tính khả thi phương án thiết kế .4 I.2 I.2.1 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT .4 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật .5 I.2.2 Trình tự bước thiết kế kết cấu BTCT .5 I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT .8 I.2.4 Yêu cầu quy định vẽ kết cấu BTCT CHƯƠNG II. KẾT CẤU KHUNG BTCT 12 II.1 Hệ chịu lực nhà khung BTCT toàn khối . 12 II.1.1. Khái niệm chung . 12 II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn . 16 II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực nhà khung 17 II.1.4 Lựa chọn sơ kích thước tiết diện cấu kiện 17 II.1.5 Mặt bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt kc) . 18 II.2 Lập sơ đồ tính toán khung . 18 II.2.1 Sơ đồ hình học mô hình kết cấu khung 18 II.2.2 Xác đỊnh tả trọng đơn vị .19 2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng 20 II.3 Xác định nội lực tổ hợp nội lực 23 II.3.1 Nội lực trường hợp tải trọng 23 2.3.2 Tổ hợp nội lực 24 II.4 Tính toán cấu tạo thép khung 24 II.4.1 Tính toán bố trí cốt thép dầm . 24 II.4.2 Tính toán bố trí cốt thép cột . 25 II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối .25 II.5 Các loại cầu thang sơ đồ tính toán 32 II.5.1 Cấu tạo cầu thang . 32 II.5.2 Tính toán phận cầu thang 34 CHƯƠNG 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP 43 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 1- III.1 Cấu tạo hệ chịu lực nhà khung lắp ghép 43 III.1.1 Khái niệm chung 43 III.1.2 Nguyên tắc tính toán nguyên tắc truyền tải panel 43 III.2 Sơ đồ kết cấu khung lắp ghép nửa lắp ghép, sơ đồ bố trí sàn, mái 46 III.2.1 Sơ đồ khung lắp ghép .46 III.2.2 Sơ đồ khung nửa lắp ghép . 48 III.3 Cấu tạo mối nối . 48 III.3.1. Phân loại mối liên kết: .48 III.3.2 Cấu tạo tính toán mối nối . 49 CHƯƠNG IV: KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BTCT . 53 IV.1 Khái niệm chung sơ đồ kết cấu . 53 IV.1.1 Khái niệm chung 53 IV.1.2. Sơ đồ nhà, phận kết cấu nhà CN. . 53 IV.1.3 Thiết bị vận chuyển theo phương thẳng đứng 54 IV.1.4. Bố trí mặt nhà: 55 IV.1.5. Mặt cắt ngang công trình: 56 IV.2. Cấu tạo cột . 57 IV.2.1. Cấu tạo chung 57 IV.2.2. Cấu tạo vai cột . 58 IV.3. Tính toán khung ngang . 58 IV.3.1. Khái quát chung, sơ đồ tính . 58 IV.3.2. Xác định tải trọng 59 IV.3.3. Sự làm việc khung ngang 62 IV.3.4. Xác định nội lực tổ hợp nội lực khung 62 a. Xác định nội lực 62 b. Tổ hợp nội lực . 65 IV.3.5. Tính toán cốt thép 66 IV.3.6 Tính toán vai cột kiểm tra số điều kiện khác 66 a. Tính toán vai cột 66 b. Kiểm tra số điều kiện khác: 67 IV.4. Các phận khác kết cấu nhà 68 IV.4.1 Hệ giằng . 68 IV.4.2 Dầm cầu trục: . 70 IV.5. Khái niệm, cấu tạo kết cấu mái BTCT, thành phần hệ mái 70 IV.5.1. Dầm mái 71 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 2- a. Cấu tạo : 71 b. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc : 72 c. Tính toán tiết diện: . 72 IV.5.2. Dàn mái . 74 a. Cấu tạo chung: . 74 b. Tính toán dàn mái: . 76 IV.5.3.Vòm mái 76 a. Đặc điểm cấu tạo : 76 b. Nguyên tắc tính toán vòm 77 CHƯƠNG V: MÓNG BÊ TÔNG CỐT THÉP . 80 V.1. Một số vấn đề thiết kế móng . 80 V.1.1. Các khái niệm 80 V.1.2. Phân loại móng BTCT phạm vi sử dụng .81 V.1.3. Khái niệm tính toán móng theo trạng thái giới hạn . 83 V.1.4. Các loại tải trọng tổ hợp tải trọng . 84 V.1.5. Các tài liệu cần thiết để thiết kế móng . 86 V.1.6 Đề xuất so sánh chọn phương án móng 87 V.2. Các loại móng bê tông cốt thép 90 V.2.1 Móng đơn - cấu tạo tính toán . 90 V.2.2 Móng băng, cấu tạo tính toán . 97 V.2.3 Móng cọc, cấu tạo tính toán . 100 V.2.4 Móng bè BTCT, móng khối hộp, tường vây . 113 CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT . 116 VI.1. Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế tải trọng 116 VI.1.1 Khái nhiệm chung 116 VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng 117 VI.1.3 Đặc điểm tải trọng nhà nhiều tầng 117 VI.2. Các hệ KC chịu lực sơ đồ làm việc nhà nhiều tầng: 118 VI.2.1. Các hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: 118 VI.2.2. Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: . 120 VI.2.3. Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: . 121 VI.3. Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính toán cấu tạo : 124 VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : 124 VI.3.2. Các đặc điểm tính toán: . 125 VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: . 125 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 3- CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) I.1Nguyên lý chung I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm Thiết kế kết cấu bao gồm: Tính toán thể kết cấu vẽ. Sản phẩm thiết kế hồ sơ thiết kế dùng phục vụ cho thi công Hồ sơ thiết kế bao gồm: Các vẽ, thuyết minh tính toán dự toán công trình Nguyên lý chung: Thiết kế kết cấu BTCT thiết kế phận chịu lực nhà bao gồm: Cột, dầm, sàn, vách… Thiết kế kết cấu phải: Dựa thiết kế kiến trúc: đảm bảo hình khối không gian công trình Dựa tiêu chuẩn hành nhà nước thiết kế công trình Thiết kế phải có tính khả thi (phải thi công kết cấu đó) I.1.2 Quan hệ kiến trúc kết cấu Kiến trúc kết cấu có mối quan hệ mật thiết hữu cơ, tách rời - Bất kỳ hình khối không gian kiến trúc hình thành từ hệ kết cấu đó, ví dụ: + Các không gian đơn giản tạo nên từ hệ khung, tường, sàn theo lưới cột ô vuông chữ nhật; + Các không gian lớn, có hình dạng phức tạp tạo nên từ hệ kết cấu dàn, vòm, vỏ mỏng không gian .v.v. - Phương án kết cấu phải đáp ứng tốt yêu cầu chịu lực mà phải phù hợp với hình khối không gian kiến trúc Bởi thiết kế kiến trúc từ sơ phác mặt công trình, phải nghĩ đến khả chịu tải trọng (gồm tải trọng đứng, ngang, gió, độngđất v.v.) tác động khác xảy biến thiên nhiệt độ độ lún lệch. Nói cách khác phương án kiến trúc khả thi phải chứa đựng nội dung phương án kết cấu khả thi I.1.3 Tính khả thi phương án thiết kế Một phương án thiết kế coi khả thi đảm bảo hai yêu cầu: + Thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sử dụng lâu dài, thoả mãn yêu cầu bền vững phù hợp với niên hạn sử dụng, thoả mãn yêu cầu phòng chống cháy điều kiện thiết bị kỹ thuật thi công: thi công điều kiện kỹ thuật cho phép; + Giá thành công trình không vượt kinh phí đầu tư Như vậy, thiết kế công trình, vào nhiệm vụ thiết kế, cần phải tạo dựng số phương án. Thông qua việc so sánh phương án với mặt kỹ thuật kinh tế chọn phương án đáp ứng tốt nhiệm vụ thiết kế. Việc thiết kế chi tiết tiến hành với phương án chọn. I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 4- I.2.1 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật Yêu cầu kỹ thuật: Kết cấu phải đáp ứng yêu cầu hình khối không gian kiến trúc; Kết cấu thiết kế phải đảm bảo bền, cứng, ổn định, biến dạng bé (nứt, võng), tuổi thọ cao,… Kết cấu phải tính toán thiết kế với tải trọng tác động xảy trình sử dụng trình thi công có số trường hợp nội lực xuất trình thi công lớn nội lực giai đoạn sử dụng cách đáng kể. Phương án chọn phải phù hợp với khả kỹ thuật thi công có có, cần lưu ý phương án kết cấu khó thi công thường khó đảm bảo yêu cầu chất lượng kỹ thuật. Khi chọn phương án kết cấu thi công thường phải cân nhắc đến kết cấu toàn khối (đổ chỗ), kết cấu lắp ghép kết cấu nửa lắp ghép Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh làm việc thực tế kết cấu; Không nên chọn phương án kết cấu có sơ đồ dễ tính toán nội lực mà không thỏa mãn độ cứng điều kiện thi công, phải thiên tính hợp lý phân phối nội lực kết cấu. Nên sử dụng kết cấu siêu tĩnh so với kết cấu tĩnh định Vật liệu lựa chọn theo điều kiện thực tế yêu cầu cụ thể công trình thiết kế, ưu tiên sử dụng loại vật liệu có cường độ cao, bê tông ứng suất trước,… Cần chọn phương án kết cấu hợp lý cho tất yêu cầu kỹ thuật trên: phương án chịu lực tốt, độ cứng cao, có tính khả thi cho phép thi công nhanh, tuổi thọ cao. Yêu cầu kinh tế Kết cấu phải có giá thành hợp lý. Giá thành công trình cấu thành từ tiền vật liệu, tiền thuê khấu hao máy thi công (bao gồm lượng tiêu hao), tiền nhân công v.v . Đối với công trình thông thường, tiền vật liệu chiếm tỷ trọng lớn cả. Khi cần phải chọn phương án kết cấu có chi phí vật liệu thấp nhất: sử dụng vật liệu hợp lý, tiết kiệm hiệu quả: Tuy có công trình mà tiền thuê máy móc thi công nhân công chiếm phần lớn, việc tiết kiệm chút vật liệu ý nghĩa so với việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kết cấu giai đoạn thi công sử dụng. Kết cấu phải thiết kế cho tiến độ thi công bảo đảm. Vì việc đưa công trình vào sử dụng hạn có ý nghĩ kinh tế - xã hội to lớn không công trình công nghiệp mà công trình dân dụng quốc phòng. Do vậy, để đảm bảo tiêu kinh tế hợp lý cho công trình cần phải gắn liền việc thiết kế kết cấu với việc thiết kế biện pháp tổ chức thi công. I.2.2 Trình tự bước thiết kế kết cấu BTCT Thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc là: Tính toán, cấu tạo hình thành vẽ. Bước 1. Chọn phương án kết cấu Căn không gian hình khối kiến trúc, điều kiện địa chất, thủy văn, điều kiện thi công để lập phương án kết cấu, chọn sơ đồ kết cấu hợp lý, nhằm đạt hiệu kinh tế. Lựa chọn vật liệu sử dụng: Cấp độ bền bê tông, cốt thép,… Bước 2. Tính toán sơ kích thước tiết diện cấu kiện chịu lực: Căn sơ đồ kết cấu, tải trọng, tính gần nội lực số tiết diện từ tính toán, lựa chọn sơ kích thước tiết diện, dựa vào kinh nghiệm, vào thiết kế có sẵn để chọn. Bước 3. Tính toán tải trọng tác động: Căn TCVN 2737-95 Việc xác định loại tải trọng phụ thuộc nhiều vào sơ đồ kết cấu, bao gồm: Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 5- Tĩnh tải: Là tải trọng có vị trí, điểm đặt, phương chiều không thay đổi trình sử dụng xác định theo yêu cầu cấu tạo sổ tay kết cấu. Gồm có trọng lượng thân kết cấu, lớp cấu tạo kiến trúc, tường ngăn cố định… (tác dụng theo phương đứng) Hoạt tải: Là tải trọng thay đổi điểm đặt, trị số, phương chiều tác dụng, có hai thành phần: Ngắn hạn dài hạn (tác dụng theo phương ngang phương đứng) Tải trọng gió: Tải trọng gió tĩnh gió động phụ thuộc vào vị trí xây dựng Tải trọng đặc biệt: Là tải trọng xảy gồm có tải trọng động đất (lực quán tính tác dụng vào công trình), lún không đều, thay đổi nhiệt độ bên bên kết cấu, tải trọng nổ… Về mặt trị số: Tải trọng tiêu chuẩn (P c): Còn gọi giá trị tiêu chuẩn tải trọng, trị số lấy giá trị thường gặp trình sử dụng công trình xác định theo kết thống kê. Tải trọng tính toán (P): P= γPc γ- Hệ số độ tin cậy tải trọng, xác định theo xác suất đảm bảo quy định để kể đến tình bất ngờ, đột xuất mà tải trọng vượt trị số tiêu chuẩn. Theo TCVN 2737-1995: 1,2 ÷ 1,4 Đối với tải trọng tạm thời; γ= 1,1 ÷ 1,3 Đối với tải trọng thường xuyên; 0,8 ÷ 0,9 Nếu tải trọng giảm gây bất lợi cho kết cấu(Ví dụ: Tính đối trọng cho công xôn) (Chú ý: Tổ hợp tải trọng: Tiêu chuẩn nước ngoài) Các tác động: Gồm tác dụng móng lún không thay đổi nhiệt độ Bước 4. Tính toán nội lực tổ hợp nội lực Có hai cách: Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo (phương pháp cân giới hạn) a a c b Sơ đồ đàn hồi a>b c c Sơ đồ khớp dẻo: Huy động hết khả làm việc vật liệu: có phân phối lại nội lực: tiết kiệm tận dụng hợp lý làm việc vật liệu nhiên góc xoay lớn gây võng nứt 4.1 Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi: Giả thiết vật liệu đàn hồi, đồng chất đẳng hướng, bê tông cốt thép vật liệu đàn hồi dẻo, biến dạng kết cấu không tỷ lệ bậc với tải trọng, độ cứng cấu kiện thay đổi đáng kể kích thước tiết diện không thay đổi dọc theo trục nó…. Mặc dù có nhiều điều không phù hợp phương pháp sử dụng thiên an toàn, hay sử dụng bảng tính sẵn, công thức sẵn chương trình để giải toán tìm nội lực Cách thức: Dùng phương pháp lý thuyết đàn hồi, sức bền vật liệu, học kết cấu để tìm trường ứng suất nội lực kết cấu, tìm nội lực trường hợp tải (có nhiều Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 6- trường hợp tác dụng hoạt tải) sau tiến hành cộng đại số để tìm nội lực lớn nhất, nguy hiểm nhất. 4.2 Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo: (Đọc sách) Khái niệm khớp dẻo: (xem lại BT1) Tổ hợp nội lực: Tìm cặp nội lực nguy hiểm cho cấu kiện Cấu kiện chịu uốn: (N≤0,1ARb) với N lực dọc; A diện tích tiết diện ngang, Rb: Cường độ chịu nén tính toán bê tông chọn cặp nội lực: Cặp 1: Mmax; Cặp 2: Mmin; Cặp 3: Qmax Trong phần tử (1 đoạn xà ngang) phải tổ hợp cho đoạn tiết diện đặc trưng: đầu, giữa, cuối. Với kết cấu có M, N, Q lớn phải tính cho kết cấu chịu kéo-nén uốn Bước 5. Kiểm tra lại kích thước tiết diện chọn Căn vào nội lực lớn tiết diện nguy hiểm cấu kiện yêu cầu cường độ, biến dạng, khe nứt để xét tính hợp lý việc lựa chọn tiết diện. Nếu cần phải thay đổi, thay đổi lớn phải tính lại nội lực. Lấy mô men số tiết diện để kiểm tra lại Điều kiện kiểm tra: Kích thước giả thiết bgtxhgt phải gần kích thước tính toán h ≥2 M R b htt=h0+a ≈ hgt Nếu mô men quán tính tiết diện kiểm tra nhỏ lần mômen quán tính tiết diện chọn sơ cho lấy kích thước giả thiết để tính toán b gtxhgt Igt≈2Itt Bước . Tính toán, chọn bố trí cốt thép Nếu chọn kích thước tiết diện hợp lý tính toán cốt thép chịu lực, chọn đường kính, số lượng bố trí cốt thép. Chú ý kiểm tra hàm lượng cốt thép nằm phạm vi cho phép tiêu chuẩn qui định. Bước 7. Kiểm tra, tính toán số điều kiện khác Kiểm tra điều kiện sử dụng bình thường: Võng, bề rộng vết nứt, vận chuyển cẩu lắp. Đối với kết cấu toàn khối, yêu cầu chống thấm, không nằm môi trường xâm thực, kích thước tiết diện đủ lớn đảm bảo yêu cầu cấu tạo thông thường không cần kiểm tra võng nứt Kiểm tra nén cục Điều kiện chọc thủng Kiểm tra giật đứt Đối với kết cấu lắp ghép: Ngoài tính toán cần phải kiểm tra cường độ bề rộng khe nứt giai đoạn chế tạo, vận chuyển, lắp dựng, tính toán vị trí móc cẩu, tính mối nối, liên kết lắp ghép Trong số trường hợp cần kiểm tra thêm giai đoạn sửa chữa cải tạo Bố trí cốt thép kiểm tra hợp lý việc bố trí cách sử dụng biểu đồ bao vật liệu Bước 8. Thể vẽ Kết tính toán cần thể vẽ để phục vụ thi công. Bản vẽ phải ghi đầy đủ kích thước, chủng loại thép, ghi cần thiết (về vật liệu, thi công) thống kê vật liệu. Xem yêu cầu vẽ kết cấu BTCT yêu cầu cấu tạo để thể hoàn thiện vẽ cách đầy đủ, xác chi tiết Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 7- Hồ sơ thiết kế: Bao gồm: Thuyết minh tính toán, vẽ dự toán Thuyết minh tính toán: Trình bày nhiệm vụ thiết kế, phương án so sánh phương chọn, phần tính toán cấu tạo trình bày cách xác, rõ ràng đầy đủ ngắn gọn súc tích thể cách khoa học nghiêm túc Bản vẽ: Là hồ sơ quan trọng nhất, thể nội dung tính toán, bố trí cốt thép phù hợp với cấu kiện quy định hành. Dự toán: Xác định khối lượng, đánh giá tính toán, giải pháp thi công cho phù hợp yêu cầu địa phương, loại công trình Yêu cầu: Hồ sơ kiểm định để đánh giá lại trình tính toán để xem có phù hợp với quy định không I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT Khái quát: Tiết diện, cốt thép vật liệu vấn đề lớn kết cấu đòi hỏi xác hợp lý. Những yêu cầu cấu tạo phải thỏa mãn lực, truyền lực phận, ổn định, cho phép hay không cho phép nứt, chống hư hỏng môi trường phù hợp với thi công tiết kiệm vật liệu Nội dung: - Chọn hình dạng, kích thước tiết diện ngang cấu kiện hợp lý, làm tăng khả chịu lực, tiết kiệm vật liệu, đảm bảo mỹ quan cho công trình. Việc lựa chọn cần xuất phát từ điều kiện thi công thực tế, yêu cầu chống thấm, tác động môi trường, cần chọn loại bê tông cốt thép thích hợp. Kích thước tiết diện phải phù hợp với việc định hình hoá ván khuôn. - Cốt thép phải bố trí thỏa mãn yêu cầu cấu tạo số lượng, đường kính, khoảng cách tối thiểu, tối đa;, neo, uốn, nối ., nhằm dễ thi công, đảm bảo lực dính, giảm khe nứt. Bố trí cốt thép cần đảm bảo lớp bảo vệ, khoảng cách thép: bố trí vùng chịu kéo nên bố trí theo quỹ đạo ứng suất kéo - Đặt cốt thép cấu tạo để chịu nội lực xuất sai lệch sơ đồ thực sơ đồ tính, sai lệch dạng tải trọng đưa vào tính toán dạng tải trọng thật, tác động bất thường, chênh lệch nhiệt độ, co ngót, lún lệch, ứng suất co ngót bê tông, thay đổi nhiệt độ mà tính toán không kể đến. Cốt thép cấu tạo đặt vào nơi mà trạng thái ứng suất phức tạp, khó khảo sát cách chắn, xử lý kinh nghiệm hay thí nghiệm mô hình. - Mối nối: Phải đảm bảo quy định neo, uốn, nối cốt thép, khoảng cách cốt đai khu vực mối nối. Các chi tiết mối nối nghiên cứu thận trọng để đảm bảo dễ thi công, dễ đổ bê tông dễ đảm bảo chất lượng. Bố trí khe biến dạng: Gồm khe nhiệt độ khe lún: - Bố trí khe nhiệt độ: Chiều dài kết cấu chênh lệch nhiệt độ lớn nội lực phát sinh lớn (kết cấu siêu tĩnh). Khoảng cách khe nhiệt độ tùy thuộc vào độ cứng nhà mức độ tiếp xúc nhà với khí quyển, khe bố trí từ mặt móng trở lên, bề rộng từ 3cm. - Khe lún: Do đất không đồng nhất, nhà lệch tầng, tải trọng phân bố không mặt bằng, để tránh nứt nẻ, phá họai cục bộ, cần tách nhà thành khối riêng từ móng đến mái. Bề rộng khe lún từ - 3cm Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 8- a) b) c) d) L/5 3L/5 L L/5 Hình 1.1. Khe lún khe nhiệt độ – khe nhiệt độ; – cột đôi; – khe lún; – dầm gánh I.2.4 Yêu cầu quy định vẽ kết cấu BTCT Yêu cầu: Đối với vẽ BTCT đầy đủ, rõ ràng, xác quy cách, ký hiệu qui định, thống cân đối; giúp cho người thi công hiểu rõ thi công thiết kế. Cần thể đầy đủ chi tiết kết cấu công trình gồm mặt bằng, mặt cắt chi tiết kết cấu Bản vẽ phải thể rõ ràng đủ thông tin, dễ hiểu tránh hiểu nhầm Các vẽ phải có ghi chi tiết phần, nội dung hình vẽ Có loại: Bản vẽ tổng thể vẽ chi tiết Bản vẽ tổng thể: Thường thể mặt kết cấu, mặt móng, mặt lưới côt,…. + Thể đầy đủ kích thước nhịp, bước cột… ; tên phận chịu lực công trình khung, dầm, tường BTCT… ; + Ghi điều cần thiết (nếu có) ; + Khung tên. Giới thiệu tổng quát kết cấu có kích thước bước cột theo hai phương, cao trình, khoảng cách chúng, kích thước tiết diện, sơ đồ tính toán, sơ đồ tải trọng thống kê vật liệu cấu kiện cho kết cấu mà vẽ thể Tác dụng: Cho phép giới thiệu phương án hệ chịu lực kết cấu Biết số lượng kết cấu mặt cao trình kích thước vị trí kết cấu Biết phương án thi công yêu cầu cấu tạo vị trí đặc biệt Phương pháp lập mặt kết cấu: Căn vào mặt kiến trúc giải pháp kết cấu Bản vẽ chi tiết: Thể phận kết cấu công trình (Hình dáng, kích thước bố trí cốt thép) gồm: + Hình chiếu đứng - Đối với khung, dầm, cột tường BTCT…; + Mặt bố trí cốt thép - Đối với bản, dầm cong…; + Các mặt cắt; + Các chi tiết: Nút giao nhiều cấu kiện, chi tiết đặt sẵn, chiều dày lớp BT bảo vệ…; + Bảng thống kê cốt thép; + Ghi chú: Nêu điều cần thiết hình vẽ mác BT; nhóm thép; loại que hàn (nếu nối hàn); biện pháp bảo vệ kết cấu chống lại xâm thực môi trường (nếu cần). Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 9- Đối với kết cấu lắp ghép cần ghi rõ thời gian xuất xưởng; kích thước nhỏ gối kê ; vị trí điểm kê, móc cẩu ; trình tự lắp ghép… ; + Khung tên. (Đối với kết cấu nhỏ, ghép chung phần tổng thể với phần chi tiết vẽ). Yêu cầu: Chính xác, rõ ràng, đầy đủ, thống nhất, cân đối quy cách Nguyên tắc chung: Coi bê tông vật liệu suốt, thể đường bao cốt thép cấu kiện * Quy định khác: Ở nút giao nhiều cấu kiện, vẽ cốt thép cấu kiện thể hiện, không vẽ cốt thép cấu kiện cắt qua (Trừ hình vẽ chi tiết). Trên mặt cắt, vẽ có trực tiếp mặt cắt ; - Cách ghi kích thước: Trên hình vẽ mặt bằng, mặt đứng mặt cắt phải ghi đầy đủ kích thước kết cấu; kích thước xác định vị trí kết cấu; kích thước xác định vị trí có thay đổi cốt thép (vị trí cắt, uốn cốt dọc)… ; Kích thước phải xác định theo trục định vị công trình. Cách ghi ký hiệu thép: Để thể ký hiệu thép, thường dùng số đặt vòng tròn, số dùng để nhiều thép giống (cùng nhóm thép, đường kính, hình dạng kích thước tương ứng). Cách gắn số hiệu vào hình vẽ thể giải thích qua ví dụ: 1-1 2-2 3-3 Líp b¶o vÖ 1-1 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 10- C1, C2 - Khoảng cách mặt từ mép cột đến mép đáy tháp đâm thủng, hình 5.31; RK - Cường độ tính toán chịu kéo bê tông; α 1, α - Các hệ số tính theo công thức (5.48). h 1 1,5 C1 h 1,5 C2 Cần kiểm tra khả đâm thủng qua mép (so với vị trí cột) cọc đặt gần cột, sau kiểm tra khả đâm thủng qua mép cột xa hơn. h0 h0 1 1 C C Khi C1>h0 C2>h0 phải lấy để tính, tức coi tháp đâm thủng có góc nghiêng 450, α1 α2=2,12. Khi C1100T, chọn bề dày khoảng (1/8÷1/10) bước cột; chiều cao sườn lấy từ 1/6÷/8 bước cột Khi thiết kế móng bè cần bố trí cho tổng hợp lực toàn công trình qua trọng tâm móng nhằm làm cho áp lực đế móng phân bố tương đối khu vực Việc tính toán móng bè cách tương đối xác phải dựa lý thuyết tính đàn hồi có xét tới độ cứng sườn Cách tính đơn giản coi áp lực đế móng phân bố tính sàn lật ngược, móng cứng kết gần với thực tế Móng hộp: Móng hộp BTCT thường áp dụng cho nhà có tầng hầm Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 114- Câu hỏi tập ôn tập chương Câu 1: Chọn chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào yếu tố Câu 2: Phân biệt móng cứng móng mềm Câu3: Vì thiết kế móng cọc khoảng cách cọc từ 3D-6D Câu 4: Vẽ hình nêu yêu cầu cấu tạo đài móng cọc đài thấp, giải thích Câu 5: Chọn số lượng cọc bố trí cọc cách hợp lý kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc theo điều kiện SCT cọc sử dụng. Biết: Tải trọng tính toán đáy đài N=120T, M=30Tm SCT cọc 30x30x12m [P]=20T Câu 6: Xác định số lượng cọc bố trí cọc đài móng cọc đài thấp. Biết tải trọng tính toán chân cột N=220T, M=25Tm, Q=8T biết đáy đài cách mặt đất 2m, cọc BTCT tiết diện 30x30 cm có sức chịu tải 40T Câu 7: Xác định chiều cao diện tích cốt thép cho đài móng cọc đài thấp biết cột tiết diện 30x30cm (60x40cm), cọc tiết diện 30x30 cm gồm (8)cọc bố trí cách 90cm. Đài cọc BTCT mác 250 có Rn=1100T/m2, Rk=88T/m2 thép AII có Ra=27000T/m2 Tải trọng tính toán tác dụng lên cọc 35T Câu 8: Kiểm tra kích thước chiều cao cốt thép móng băng tường chịu lực BTCT Biết: Tường dày 20cm, chịu tải Nn=30T/m M0=2,5 Tm/m Qn=0,5T/m Móng Mác BT 250; bxh=2x0,4 m, chiều dài L=20m Cốt thép Fa gồm 10 ø12/m Ra=27000T/m2 Lớp bảo vệ cốt thép đáy móng 5cm Câu 9: Móng nông cột: Cho tải tính toán chân cột: Ntt=120T, Mtt=8Tm, Qtt=5T, Nền có khả chịu tải 34T/m2 Chọn chiều sâu chôn móng 0,7m; Fm=1,8 x 2,4m. Kiểm tra sức chịu tải nền, kiểm tra điều kiện chọc N =120T M =20T thủng cột xuống móng tính toán bố trí cốt thép cho móng tt 800 800 2000 Câu 11: Tính toán kiểm tra chiều cao (chọc thủng+tiết diện nghiêng)và cốt thép cho đài móng cọc đài thấp. Lớp bảo vệ cốt thép đáy móng 10cm; Đài cọc bê tông cốt thép B15 có Rn=1100T/m2, Rk=88T/m2 thép AII có Ra=28000T/m2 1500 800 Câu 10: Móng băng BTCT tường biết bt=200mm, , chịu tải Ntc=30T/m Mtc=4 Tm/m; Qtc=3T/m, cho phản lực đất [P]=22T/m2, kích thước móng băng h=0,6m, b=2,5m; lớp bảo vệ cốt thép móng đáy móng 5cm. Kiểm tra điều kiện chọc thủng tt 800 800 Câu 12: Cho đoạn cọc BTCT dài 14m, tiết diện ngang 40x40 cm thi công phương pháp đóng. Bê tông B30, cốt thép dọc AII - Xác định vị trí móc cẩu vận chuyển - Xác định vị trí buộc cáp cẩu lắp - Tính cốt thép dọc để chịu tải trọng vận chuyển, cẩu lắp Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 115- CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT VI.1. Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế tải trọng VI.1.1 Khái nhiệm chung a. Định nghĩa Cùng với phát triển Khoa học kỹ thuật, gia tăng dân số, giá đất tăng nhanh, nhà nhiều tầng ngày xây dựng nhiều. Ở số nước nhà nhiều tầng chiếm khoảng 30-50% tổng khối lượng xây dựng nói chung. Nhà nhiều tầng dùng làm nhà ở, văn phòng, khách sạn sản xuất công nghiệp dệt, hóa chất . Việc phân loại nhà nhiều tầng mang tính chất tương đối tùy theo nước, gắn liền với điều kiện kinh tế, kỹ thuật xã hội riêng biệt. * Trong hội thảo Quốc tế 1971 Moxkva, nhà khoa học tạm phân loại: + Nhà nhiều tầng loại I : - 16 tầng ( 50m) + Nhà nhiều tầng loại II : 17 - 25 tầng ( 75m) + Nhà nhiều tầng loại III : 26 - 40 tầng ( 100m) + Nhà siêu cao ( chọc trời) : 40 tầng ( 100m) * Một khái niệm đưa nhà cao tầng mang tính khoa học hơn: Nhà nhiều tầng nhà mà chiều cao ảnh hưởng tới ý đồ cách thức thiết kế khác với nhà thông thường. Ngoài chiều cao nhà ảnh hưởng đến quy hoạch, thi công sử dụng. Về mặt thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng xuất đề phức tạp móng, kết cấu chịu lực ngang, ổn định tổng thể dao động công trình * Ở Trung Quốc, nhà dân dụng ≥8 tầng xem nhà cao tầng, thiết kế kết cấu phải tuân theo qui định có liên quan thiết kế nhà cao tầng. Nhà 30 tầng (haytrên 100m) nhà siêu cao. Những nhà cao giới Sears Tower, Chicago (72/74), 110 tầng, 443m; tháp đôi Petronas - Malaysia 452m ( 1997), 88 tầng; Taipei 101 - Taiwan (2004), 101 tầng . Ở Dubai xây dựng tháp BURJ DUBAI dự kiến cao đến 800m Ở nước ta, có số nhà cao 20- 30 tầng Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh. Hiện có dự án xây dựng nhà siêu cao 50 – 60 - 75 tầng b. Phân loại nhà nhiều tầng: Được phân theo nhiều cách sau: 1. Theo mục đích sử dụng : - Nhà ở, - Nhà làm việc dịch vụ khác, - Khách sạn. 2. Theo hình dạng : Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 116- - Nhà dạng tháp, - Nhà dạng thanh. 3. Theo vật liệu dùng để thi công kết cấu chịu lực : - Nhà BTCT, - Nhà thép, - Nhà hỗn hợp thép BTCT. Theo thống kê 10 nhà cao 300m, có nhà KC thép, nhà BTCT. Trong 100 nhà nhiều tầng xây dựng năm 1991, có 54 nhà thép, 19 nhà BTCT, 27 nhà hỗn hợp. 4. Theo sơ đồ kết cấu : - Nhà khung, - Nhà tấm, - Nhà hệ lõi, - Nhà hệ hộp. - Nhà hỗn hợp, VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng - Tải trọng ngang nhân tố chủ yếu kết cấu - Hạn chế chuyển vị ngang: kết cấu nhà nhiều tầng phải đảm bảo độ cứng để khống chế chuyển vị ngang. Độ cao công trình tăng, chuyển vị ngang tăng nhanh so với tăng cường độ - Yêu cầu thiết kế chống động đất cao: Khi kết cấu công trình chịu động đất cần phải có tính dẻo định để khiến cho kết cấu tác động tải trọng động đất mạnh phận rơi vào trạng thái giới hạn lực biến hình đàn hồi. thông qua biến hình đàn hồi kết cấu thi hút lượng động đất sinh khiến cho kết cấu tri fmootj lực hciuj tải định - Độ bền vững - Giảm nhẹ trọng lượng thân kết cấu có vai trò quan trọng VI.1.3 Đặc điểm tải trọng nhà nhiều tầng - Trọng lượng thân nhà lớn dần theo số tầng gây khó khăn cho việc xử lý móng - Khả chất đầy hoạt tải tầng giảm số tầng tăng lên, việc tính toán giảm tải theo TCVN 2737:1995 có ý nghĩa so với nhà tầng. - Nhiều khả phải kể đến thành phần động tải trọng gió, tổng tải trọng gió tăng lên - Do tính chất quan trọng công trình cần phải xét đến tải tọng động đất Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 117- Như tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng yếu tố ảnh hưởng định đến hệ kết cấu nhà VI.2. Các hệ KC chịu lực sơ đồ làm việc nhà nhiều tầng: VI.2.1. Các hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: a. Các cấu kiện chịu lực : Các cấu kiện chịu lực nhà gồm: - Cấu kiện dạng như: Cột, dầm - Cấu kiện phẳng: Tường, hệ lưới dạng dàn phẳng, sàn phẳng có sườn - Cấu kiện không gian: Lõi cứng, lưới hộp gồm cấu kiện phẳng ghép lại. Hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng phận chủ yếu công trình, tiếp nhận loại tải trọng truyền xuống đất. Nó tạo thành từ nhiều lọai cấu kiện trên. Trong nhà cao tầng tải trọng ngang yếu tố chủ yếu thiết kế kết cấu, việc hạn chế chuyển vị ngang cần thiết, đòi hỏi kết cấu phải có độ cứng lớn bố trí hợp lý. Yêu cầu hệ chịu lực nhà là: - Mỗi cấu kiện phải đủ khả chịu lực, có biến dạng dao động không lớn. - Hệ kết cấu phải đảm bảo ổn định tổng thể b. Các hệ kết cấu chịu lực nhà gồm: - Hệ khung chịu lực: Được tạo thành từ cấu kiện dạng cột theo phương đứng, dầm theo phương ngang liên kết cứng. Các khung phẳng liên kết với qua ngang tạo thành khối khung không gian có mặt vuông, chữ nhật, đa giác, . Để tăng độ cứng ngang khung bố trí thêm xiên số nhịp suốt chiều cao nhà, thêm số dàn ngang tầng số tầng trung gian, liên kết khung với kết cấu dàn đứng nầy hiệu chịu lực hệ tăng thêm 30%. Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 118- - Hệ tường (vách cứng) chịu lực: Các cấu kiện thẳng đứng chịu lực nhà tường phẳng. Theo cách bố trí tường có sơ đồ sau: Tường dọc chịu lực, tường ngang chịu lực, tường ngang tường dọc chịu lực. Tường chịu tải trọng ngang tải trọng đứng * Tải trọng ngang truyền đến tường chịu tải thông qua sàn ( xem tuyệt đối cứng mặt phẳng chúng). Do vách cứng làm việc công xon có chiều cao tiết diện lớn. Khả chịu tải vách cứng phụ thuộc phần lớn vào hình dạng tiết diện ngang chúng ( tuỳ theo cấu tạo có dạng chữ nhật, chữ I, chữ T hay chữ C). * Hiện VLXD đa dạng, nên cấu trúc tường đa dạng. Ngoài việc xây gạch đá, hệ lưới tạo thành từ cột đặt gần liên kết qua dầm ngang, xiên xem loại kết cấu nầy. * Hệ tường chịu lực thích hợp cho loại nhà cần phân chia không gian bên ( nhà ở, làm việc, khách sạn, .), cao đến 20 tầng. - Hệ lõi chịu lực: Lõi có dạng hộp rỗng, tiết diện kín hở, tiếp nhận loại tải trọng truyền xuống đất. Phần không gian bên lõi thường bố trí thang máy, khu WC, đường ống kỹ thuật. Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 119- - Hệ hộp chịu lực: Ở hệ nầy, sàn gối lên kết cấu chịu tải nằm mặt phẳng tường mà không cần gối trung gian khác bên trong. * Có nhiều giải pháp kết cấu khác cho tường chịu tải hệ hộp. * Hệ hộp với giải pháp lưới không gian có chéo thường dùng cho nhà có chiều cao cực lớn. - Hệ hỗn hợp: Các hệ hỗn hợp tạo thành từ kết hợp hai nhiều hệ kể trên: VI.2.2. Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: a. Nhà có sơ đồ khung: - Kết cấu chịu lực khung, tường có tác dụng bao che, phân chia không gian tự chịu lực. Tùy thuộc mặt công trình bố trí khung phẳng hay khung không gian. - Ưu điểm: Kết cấu rõ ràng. Bố trí mặt linh hoạt, dễ tạo không gian lớn. - Nhược điểm: Chưa tận dụng khả chịu lực tường, độ cứng ngang nhỏ , Với nhà cao tầng kích thước cột dầm lớn, ảnh hưởng đến sử dụng, thẩm mỹ, . Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 120- b. Nhà có sơ đồ vách cứng - Kết cấu chịu lực vách cứng (tường). Sàn chịu tải trọng đứng truyền lên tường. - Ưu điểm: Các tường vừa có tác dụng chịu lực, vừa bao che vách ngăn; Có khả giới hóa cao thi công xây dựng. - Nhược điểm: Bố trí mặt không linh hoạt; Khó tạo không gian lớn. c. Nhà có sơ đồ kết hợp khung - vách Sử dụng sơ đồ nhà kết hợp dựa vào làm việc hợp lí kết cấu Kết hợp theo phương đứng: Hệ thống khung không gian lớn tầng đỡ vách cứng bên trên, biện pháp đáp ứng yêu cầu không gian tương đối lớn tầng dưới: nhà ăn, cửa hàng ., đồng thời khả chịu tải trọng ngang lớn. Kết hợp theo phương ngang: Bố trí mặt gồm khung vách cứng, vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang. Biện pháp lấy lợi bổ sung cho kia, công trình vừa có không gian theo yêu cầu vừa có khả chịu tải trọng cao. Tùy theo cách làm việc hệ, có hai dạng nhà kết hợp theo phương ngang: Nhà có sơ đồ giằng: Khi khung chịu phần tải trọng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, toàn tải trọng ngang phần tải trọng đứng lại vách cứngchịu. Trong sơ đồ tất nút khung có cấu tạo khớp, cột có độ cứng chống uốn vô bé. Nhà có sơ đồ khung giằng: Khung tham gia chịu tải trọng đứng tải trọng ngang với vách cứng. Khung có liên kết cứng nút. VI.2.3. Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: a. Tải trọng thẳng đứng: + Tỉnh tải: Trọng lượng công trình, lấy theo cấu tạo cụ thể. Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 121- + Hoạt tải: Tải trọng sử dụng sàn, lấy theo qui phạm. Bởi xác suất xuất đồng thời tải trọng sử dụng tất sàn giảm tăng số tầng nhà, nên tiêu chuẩn thiết kế đưa hệ số giảm tải tính cấu kiện thẳng đứng chịu lực (phụ thuộc số tầng diện tích sàn tính, xem tiêu chuẩn thiết kế “tải trọng tác động” TCVN 2737-95). b. Tải trọng gió: Sự phân bố áp lực gió lên bề mặt công trình không (phía đón gió áp lực lớn trục giữa, phía gió hút áp lực lớn mép, góc kết cấu bao che), kiểm tra nội lực chuyển vị tổng thể, cần kiểm tra cấu kiện cục chịu áp lực gió tăng cục bộ. Lực gió tác động lên bề mặt công trình có tính chất đợt, thay đổi mạnh yếu theo thời gian làm cho công trình chấn động, tác động gió gồm hai thành phần tĩnh động. Theo TCVN 2737-95, tính toán nhà nhiều tầng cao 40m, nhà công nghiệp tầng cao < 36m với tỷ số độ cao nhịp (H/B) < 1,5, không cần xét đến thành phần động . * Thành phần tĩnh (trị số tiêu chuẩn) tải trọng gió độ cao Z so với cốt chuẩn: W = W0.k.c Trong đó: W 0- giá trị áp lực gió lấy theo đồ phân vùng (TCVN 2737-95). k - hệ số tính đến thay đổi độ cao dạng địa hình. c - hệ số khí động. * Thành phần động tải trọng gió độ cao z xác định : a) Đối với công trình phận kết cấu có tần số dao động riêng f1(Hz) lớn tần số dao động riêng fL quy định: WP = W.ζ.ν Trong đó:W giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió ζ hệ số áp lực động tải trọng gió độ cao z . ν hệ số tương quan không gian áp lực động tải trọng gió, lấy theo bề mặt tính toán (gồm bề mặt đón gió, khuất gió, tường bên, mái .mà qua áp lực gió truyền lên kết cấu chịu lực) b) Đối với nhà có mặt đối xứng có f1 < fL công trình có f1 < fL < f2 (f2 tần số dao động riêng thứ công trình): WP = m.ξ.ψ.y m - khối lượng phần công trình mà trọng tâm có độ cao z; ξ - hệ số động lực xác định đồ thị. y - dịch chuyển ngang công trình độ cao z ứng với dạng dao động riêng thứ ψ - hệ số xác định cách chia công trình thành r phần, phần tải trọng gió không đổi: ψ= ∑ ∑ . . Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 122- Mk - khối lượng phần thứ k công trình; yk - dịch chuyển ngang trọng tâm phần thư k ứng với dao động riêng thứ nhất; Wpk- Thành phần động phân bố tải trọng gió phần thứ k công trình, xác định theo trường hợp a. c) Đối với nhà nhiều tầng có độ cứng, khối lượng bề rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao: = 1,4 Wph- giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió độ cao H đỉnh công trình, xác định theo công thức trường hợp a. Các công trình có fs < fL cần tính toán động lực có kể đến s dạng dao động đầu tiên, s xác định sau: fs < fL < fs+1 . c. Tải trọng động đất: Động đất hay địa chấn rung động vỏ trái đất (do hoạt động kiến tạo vụ nổ), diễn bất ngờ không kéo dài, làm phát sinh lực quán tính phận công trình. Cấu tạo tính toán kháng chấn để công trình chịu trận động đất yếu thường xảy ra, với động đất mạnh công trình bị hư hỏng không bị sụp đổ để đảm bảo an toàn tính mạng người sử dụng. Hiện việc xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình cách xác khó khăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tính chất chuyển động địa chấn, tính chất động học công trình, đất, .). Có thể tính toán công trình chịu động đất theo hai phương pháp sau : - Phương pháp động lực: Xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - chuyển vị kết cấu chịu tải từ gia tốc đồ ghi lại chuyển động đất động đất xãy ra. - Phương pháp tĩnh lực: Thay lực động đất thực tác dụng lên công trình lực tĩnh ảo có hiệu ứng tương đương (phương pháp tải trọng ngang thay thế). Theo phương pháp toàn công trình xem vật rắn tuyệt đối đặt đất, lực động đất tác dụng lên công trình theo phương ngang, tích khối lượng công trình với gia tốc. * Ưu điểm : tính toán đơn giản, áp dụng cho công trình có hình dáng bất kỳ. * Nhược điểm: không phản ánh trạng thái chịu lực thực. Tuy phương pháp động lực cho kết xác tính toán phức tạp đòi hỏi phải có số liệu thực tế phổ biến tính toán theo phương pháp tĩnh lực . Tính theo phương pháp phổ phản ứng theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCXDVN 375:2007 Tiêu chuẩn UBC Mỹ, 1979 (Uniform Building Code): Tiêu chuẩn kháng chấn số nước khác qui định xác định lực cắt ngang chân công trình trước sau phân phối lên tầng. Theo UBC, lực cắt cực đại chân công trình với dạng dao động thứ i: Fi = Ci.Q Trong Q - trọng lượng toàn công trình; Ci - hệ số địa chấn dạng thứ i: Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 123- Ci = Z.I.K.C.S Z - hệ số cường độ địa chấn Z=3/16÷=1 I - hệ số tầm quan trọng công trình I=1÷1,5 K - hệ số giảm chấnK = 0,7 cho kết cấu dẻo, K = 0,8 cho hệ khung giằng, K = 1,3 cho hệ kết cấu hỗn hợp, K =1 cho loại kết cấu khác. C - hệ số động lực, = ≤ 0,12 S - hệ số cộng hưởng đất - kết cấu, =1+ − 0,5( ) ≥ ℎ = 1,2 − 0,6 ≤1 − 0,3( ) > ℎ >1 T chu kỳ dao động đặc trưng nền. * Một số dạng tác động khác lên nhà cao tầng: - Tác động co ngót, từ biến bêtông. - Ảnh hưởng lún không đều. - Do ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ, độ ẩm môi trường. - Do sai lệch thi công, thi công công trình lân cận. - Do khai thác khoáng sản, nước ngầm nhà, . VI.3. Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính toán cấu tạo : VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : Thiết kế nhà nhiều tầng, vấn đề kết cấu chiếm vai trò quan trọng. Việc chọn hệ kết cấu khác nhau, trực tiếp ảnh hưởng đến vấn đề bố trí mặt bằng, hình khối, độ cao tầng, thiết bị điện, đường ống kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật, tiến độ thi công, giá thành công trình. Các đặc điểm chủ yếu cần lưu ý là: a. Tải trọng ngang nhân tố chủ yếu thiết kế kết cấu. Trong kết cấu nhà thấp tầng, ảnh hưởng tải trọng ngang sinh nhỏ, chủ yếu tải trọng đứng. Theo gia tăng chiều cao, nội lực chuyển vị tải trọng ngang sinh tăng lên nhanh. Nếu xem công trình ngàm : * Tải phân bố tam giác : = ; = Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 124- * Tải phân bố chữ nhật: = ; = b. Hạn chế chuyển vị ngang: Theo tăng chiều cao, chuyển vị ngang tăng nhanh, thiết kế không yêu cầu kết cấu đủ cường độ, mà phải đủ độ cứng để chống lực ngang, hạn chế chuyển vị ngang phạm vi định . Nếu chuyển vị ngang lớn làm tăng thêm nội lực phụ, độ lệch tâm tăng nhanh, làm cho người cảm thấy khó chịu sụp đổ công trình. Chuyển vị lớn làm cho tường, chi tiết trang trí, ốp lát, hệ thống điện nước nứt, hư hỏng, ray thang máy biến dạng . c. Yêu cầu thiết kế chống động đất cao. Ở vùng có động đất, việc tính đến tải trọng đứng, tải trọng gió làm cho kết cấu có tính chống động đất tốt, để không bị hư hại có động đất nhỏ, gặp động đất tương đương cấp thiết kế qua sửa chữa bình thường sử dụng được. Còn gặp động đất lớn có hư hại không nguy hiểm cho tính mạng người thiết bị sản xuất quan trọng, nứt không sụp đổ. d. Giảm nhẹ trọng lượng thân Có ý nghĩa công trình bình thường. Cùng điều kiện đất, giảm trọng lượng thân xây dựng nhiều tầng hơn. Hiệu ứng động đất tỷ lệ thuận với trọng lượng công trình, giảm nhẹ trọng lượng thân giảm nội lực cấu kiện, tiết kiệm vật liệu, hạ giá thành. VI.3.2. Các đặc điểm tính toán: - Tính toán nội lực tác dụng tải trọng đứng: Nói chung không cần tiến hành tính toán vị trí bất lợi hoạt tải. Vì nhà nhiều tầng thường kết cấu không gian ba chiều, nhiều tầng nhiều nhịp, khả bố trí hoạt tải nhiều, tính toán trường hợp một. Mặc khác, nhà nhiều tầng, trọng lượng thân kết cấu chiếm tỷ lệ lớn (#1500kg/m2) so với hoạt tải (200-300kg/m2) vị trí bất lợi hoạt tải ảnh hưởng tới nội lực nhỏ. Khi hoạt tải tương đối lớn, mômem nhịp dầm có ảnh hưởng bất lợi, nên mômen nhịp nhân với hệ số 1,1 - 1,2. - Các cấu kiện thẳng đứng chịu tải công trình liên kết với thành hệ không gian. Nhưng việc tính toán thực dạng toán phẳng tiến hành việc phân phối tải trọng ngang theo độ cứng tương đối cấu kiện chịu tải. - Đối với nhà nhiều tầng việc tính toán với tải trọng động chủ yếu tập trung vào việc xác định chu kỳ dạng dao động chúng. Từ cho phép xác định tải trọng tác dụng tiếp xác định trạng thái ứng suất theo phương pháp tĩnh học thông thường. VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: a. Dạng công trình: Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 125- - Hình dạng mặt nhà: Cần đơn giản (vuông, tròn tốt nhất), gọn có độ cứng chống xoắn lớn (tâm cứng trùng với trọng tâm). Nếu mặt phức tạp, trải dài cần cấu tạo khe kháng chấn. - Hình dạng theo chiều cao: Theo phương đứng nhà phải đơn điệu liên tục, cân đối, tránh thay đổi đột ngột hình dạng theo chiều cao nhà. Cân đối tỷ lệ chiều cao bề rộng nhà. b. Độ cứng, cường độ : - Theo phương đứng: Nên tránh thay đổi đột ngột phân bố độ cứng cường độ chiều cao nhà. Nếu công trình có tầng mềm biến dạng có khuynh hướng tập trung tầng dễ gây sụy đổ toàn công trình. - Theo phương ngang: Nếu tầng có cột dài lẫn cột ngắn, lực cắt tập trung cột ngắn cứng hơn, bị phá hoại trước cột dài, điều nầy tương tự dầm. Trường hợp nầy nên tách kết cấu tự mang (vách ngăn, .) khỏi kết cấu chịu lực, giảm bớt chiều cao tiết diện cấu kiện ngắn. c. Bậc siêu tĩnh: Ở nhà chịu ứng suất phát sinh chênh lệch nhiệt độ, lún không số bậc siêu tĩnh nên thấp. Nhưng ngược lại chịu tải trọng ngang bậc siêu tĩnh phải cao để tránh cho công trình không bị đổ có phận bị phá hoại trước. d. Tương quan độ cứng cột dầm: Thông thường phải thiết kế cho khớp dẻo dầm xuất trước sau cột. Hay nói cách khác, thiết kế cột dầm, an toàn công trình tận dụng khả làm việc phận công trình. e. Lựa chọn vật liệu loại nhà. - Có thể lựa chọn vật liệu làm kết cấu chịu lực thép, bêtông cốt thép hay hỗn hợp cho phù hợp. - Có thể lựa chọn nhà khung, nhà tấm, nhà kết hợp, Câu hỏi tập ôn tập chươ ng VI Câu 1: Tính tóan thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng cần ý đặc điểm Câu 2: Khi cần tình tóan tải trọng gió động Câu 3: Pân biệt nhà có sơ đồ kết cấu giằng, khung giằng Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 126- [...]... nhiệt độ) Câu 2: Tác dụng của cốt thép cấu tạo Câu 3: Nêu trình tự các bước thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Câu 4: Vì sao phải neo cốt thép, xác định chiều dài neo Câu 5: Phân biệt tính tóan nội lực theo sơ đồ khớp dẻo và sơ đồ đàn hồi Câu 6: Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 11- CHƯƠNG II KẾT CẤU KHUNG BTCT II.1Hệ chịu lực của nhà khung BTCT toàn khối II.1.1... trình bài toán tính cốt thép dầm: Từ cấp độ bền bê tông tra bảng Rb và Rbt Từ nhóm thép của cốt thép dọc, cốt đai tra bảng ra Rs và Rsc, Rsw Từ bê tông và nhóm thép của thép dọc tra bảng ra R và R Tính cốt thép dọc chịu mô men âm Tính cốt thép dọc chịu mô men dương (đổ toàn khối tiết diện dầm là chữ T) Tĩnh toán và bố trí cốt đai Chọn và bố trí cốt thép dầm Cần thỏa mãn các yêu cầu về chịu lực, cấu. .. nên người ta có thể đặt cốt thép mềm với hàm lượng cao hơn (>3%) hoặc đặt cốt cứng Hàm lượng cốt thép mềm tối đa phụ thuộc vào cường độ bê tông, cường độ cốt thép, biến dạng của bê tông, môđun đàn hồi của cốt thép cũng như các biện pháp cấu tạo nhằm tăng cường sức chịu lực giữa bê tông và cốt thép Cốt thép dọc trong cột có thể đạt tới hàm lượng từ 6 đến 8% hoặc lớn hơn, khi đó cốt đai phải đặt dày hơn... cùng của cấu kiện bê tông cốt thép Tuy vậy do lực dính giữa bê tông và cốt cứng kém hơn so với cốt mềm, đặc biệt là cốt có gờ, nên để hạn chế khe nứt người ta thường giảm bớt ứng suất tính toán cho phép của cốt thép tuỳ thuộc vào tỷ lệ cốt thép cứng được dùng trong tổng số cốt thép của cấu kiện Dùng càng nhiều cốt cứng thì ứng suất tính toán cho phép càng giảm nhiều Cấu tạo nút khung: Đối với kết cấu khung,... cốt thép và đổ bê tông khi thi công Hệ khung sàn không dầm còn mở ra khả năng dùng các vách ngăn di động để tạo nên các phòng theo các yêu cầu sử dụng khác nhau trong một thời gian ngắn mà không bị hệ dầm gây khó khăn Hình 2.2 Sơ đồ khung BTCT toàn khối Phân loại - Theo sơ đồ kết cấu: Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 12- Khung bê tông cốt thép nhà một tầng, một nhịp Khung bê tông cốt. .. chính để bố trí cốt thép trong nút khung Tuy vậy khung bê Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 26- tông cốt thép là vật liệu phức hợp, không đồng chất và đẳng hướng nên trạng thái ứng suất của nút khung lại phụ thuộc vào việc bố trí cốt thép trong nút khung đó, cho nên người ta phải tiến hành thí nghiệm nhiều mẫu nút khung bằng chính vật liệu bê tông cốt thép để rút ra những cấu tạo hợp lý... tránh hiện tượng tách bóc bê tông khỏi thép Nếu cần hàm lượng bê tông lớn hơn nữa thì chỉ coi bê tông như lớp vỏ bóc không chịu lực Theo những kết quả nghiên cứu thực nghiệm thì đối với những cấu kiện cốt cứng được thiết kế đúng, cốt cứng có thể cùng là việc với bê tông cho đến khi cùng bị phá hoại, ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy Ứng suất ban đầu trong cốt thép xuất hiện trong quá trình... XDDD&CN_ĐHTL - 12- Khung bê tông cốt thép nhà một tầng, một nhịp Khung bê tông cốt thép nhà một tầng, nhiều nhịp Khung bê tông cốt thép nhà một nhịp, nhiều tầng Khung bê tông cốt thép nhà nhiều nhịp, nhiều tầng Hình 2.3 Phân loại khung BTCT - Theo phương pháp thi công: Khung bê tông cốt thép thi công toàn khối: dùng phổ biến trong nhà dân dụng, Ưu điểm: Độ cứng toàn khung lớn, dễ chế tạo nút cứng, chịu tải... dọc trục cột còn trên tiết diện cột thì các cốt thép dọc đều phải giằng lại với nhau bằng cốt đai hoặc thanh giằng để hạn chế sự nở ngang của bê tông như vẽ: Hình 2.11 Bố trí cốt thép cột Bố trí cốt thép trong cột khi hàm lượng thép dọc >6% Cốt thép cứng đặt trong dầm và cột khung nhà cao tầng có tác dụng làm giảm kích thước tiết diện bê tông và làm kết cấu đỡ ván khuôn (do đó không cần cột chống)... càng lớn thể hiện mô men càng lớn thì cốt thép càng cần phải neo sâu Mômen lớn, cốt thép chịu kéo nhiều, không được cắt tất cả cốt thép ở cùng một tiết diện để tránh sự tập trung ứng suất Khi ≤ 0,25 Cốt thép cột phải đi qua mép dưới của xà ngang ≥25Ø, cốt thép dầm phải neo sâu vào cột và cách đỉnh cột một đoạn lneo, bán kính cong của thép ≥10Ø Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 27- 0,25 . Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN _ĐHTL - 1- MỤC LỤC MỤC LỤC 1 CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT). 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP 43 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN _ĐHTL - 2- III.1 Cấu tạo và hệ chịu lực của nhà khung lắp ghép 43 III.1.1 Khái niệm chung 43. thành phần chính hệ mái 70 IV.5.1. Dầm mái 71 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN _ĐHTL - 3- a. Cấu tạo : 71 b. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc : 72 c. Tính toán tiết diện: