Đang tải... (xem toàn văn)
Một số lưu ý trong tính toán thiết kế kết cấu nhà (xưởng) Kinh nghiệm của dân trong nghề thiết kế kết cấu nhà× kinh nghiệm thiết kế kết cấu× thiết kế nhà xưởng× kinh nghiem cho dan xay dung× kinh nghiem trong nghe xay dung× tính toán thiết kế kết cấu
MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ ΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ ( Kinh nghiệm dân nghề - Thuatdv ) Việc thiết kế kết cấu nhà đơn giản hoá dựa kết phân tích mô hình kết cấu đàn hồi tuyến tính Điều áp dụng giai đoạn thiết kế ban đầu nước có động đất mạnh Với việc giả thiết mô hình kết cấu đơn giản ta hoàn toàn sử dụng nguyên lý cộng tác dụng trình phân tích nội lực kết cấu, tức việc tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực khác biệt Nhiệm vụ người thiết kế phải tìm trường hợp bất lợi cho vị trí mặt cắt cấu kiện kết cấu tác dụng ngoại lực xảy Hay nói cách khác phải xác định yêu cấu lớn có hàm lượng thép, bố trí thép, tiết diện mặt cắt cho cấu kiện Tác dụng dụng tải trọng thiết kế tĩnh tải, gió (gồm gió trái, phải, trước, sau), lực động đất tĩnh tương đương (theo phương từ trái, phải, trước, sau) lên công trình quy định có phân bố không thay đổi Do ta tìm trường hợp bất lợi cho loại tải trọng cách tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ Đối với hoạt tải việc tác dụng có nhiều trường hợp phân bố khác nhau, thực tế ta khó xét hết tất trường hợp xảy Quy định tiêu chuẩn chung chung, cụ thể cho trường hợp anh em kết cấu phải tự chủ động xử lý cho hợp lý Độ lớn hoạt tải, độ nhịp kết cấu, độ mạnh lực động đất (theo phương ngang) yếu tố để xem xét đến việc cần thiết chất hoạt tải lệch nhịp lêch tầng Ở Việt nam trường hợp công trình có giá trị hoạt tải nhỏ so với tĩnh tải (kể trọng lượng tường xây ngăn, ), nhịp kết cấu không lớn lắm, ta đơn giản xét đến một trường hợp hoạt tải tác dụng lên toàn công trình đồng thời sử dụng thêm hệ số sửa đổi để tăng giảm nội lực cấu kiện kết cấu Khi giá trị hoạt tải lớn so với tĩnh tải, nhịp kết cấu hoạt tải lại đồng thời lớn (chẳng hạn khu vực hội trường, sàn nhảy), ta cần phải xét đến số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp lệch tầng, thêm chất cách tầng Đối với nhà BTCT có nhịp kết cấu khoảng 7-8 m lớn Nếu nhịp kết cấu lên đến 9-10 m lại nhịp biên (thực tế có kết cấu nhà chung cư ta) cần phải xem xét thiết kế thật cẩn thận! MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ 10 Vì hệ kết cấu nhà thường bố trí đối xứng cấu kiện tầng lân cận thường thiết kế có kích thước bố trí thép giống nhau, nên số trường hợp hoạt tải chất lệch nhịp lệch tầng cần xem xét giảm nhiều Cái liên quan đến khả phân tích kết cấu người, khả "bốc thuốc" thiết kế kết cấu! 11 Để tính đầm ta quan tâm đến giá trị nội lực lớn Mmax Qmax Trong trường hợp dầm biên ta nên quan tâm đến giá trị Mxoắn Thường giá trị Mmax gối đầm có từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng lên toàn công trình, giá trị Mmax nhịp có từ tổ hợp có hoạt tải tác dụng cách nhịp cách tầng 12 Liên kết dầm cột thực tế có biến dạng so với mô hình ta hay giả thiết tính toán (liên kết không kích thước) Một số chương trình phân tích kết cấu có giả thiết liên kết dầm cột cứng cách mô tả thêm đoạng dầm cột có độ cứng lớn xung quanh nút khung, nói mômen gối dầm có xu hướng tăng lên chút mômen nhịp giảm chút so với kết tính theo mô hình ta hay sử dụng 13 Việc sử dụng giá trị nội lực mép dầm cột để (có thể lấy sâu vào chút) để tính toán thép kiểm tra tiết diện sát với thực tế Nhưng thực tế để thuận tiện ta hay giả thiết liên kết dầm cột không kích thước (có biến dạng lớn MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ so với thực tế) đồng thời ta sử dụng giá trị nội lực tâm dầm cột (lớn giá trị mép dầm cột) để tính toán, ta coi hai điều dẫn đến bù trừ cho nhau! 14 Việc hoạt tải chất lệch nhịp lệch tầng (ngoài việc làm thay đổi nội lực dầm) làm thay đổi nội lực M (theo phương x y) N cột, hay cụ thể làm thay đổi lượng thép yêu cầu cột 15 Khi tính toán tiết diện, cho cấu kiện cột, nên tính thép cho tất trường hợp tổ hợp theo nội lực hay theo tải trọng xem xét từ chọn lượng thép yêu cầu lớn (là mục tiêu cuối cùng) Tức không nên tính thép cho trường hợp khó đoán tổ hợp có nội lực M (theo phương x y) N cho hàm lượng thép yêu cầu lớn nhất, khối lượng cấu kiện tính toán lớn nhiều thời gian cho việc lựa chọn 16 Việc tính toán thép thực dễ dàng nhanh chóng sử dụng chương trình máy tính Ngoài để giảm bớt khối lượng in ấn thuận tiện cho việc kiểm tra, nên có chương trình máy tính để lọc trường hợp nội lực tương ứng với hàm lượng thép yêu cầu lớn cho cấu liện cột dầm khung, đồng thời nên rõ tên loại tổ hợp tương ứng 17 Nên thiết kế cho kết cấu cột theo xu hướng an toàn MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ (khoẻ hơn) so với kết cấu dầm, tránh tượng cột bị biến dạng dẻo hay chảy dẻo chịu tác dụng tải trọng động đất Không nên (không được) áp dụng việc tăng giảm mômen (phân phối lại mômen) tính toán hai đầu cột, chẳng hạn không tăng chút mômen đỉnh cột đồng thời giảm chút mômen chân cột! Một số tiêu chuẩn kháng chấn quy định mômen cột nên tăng thêm khoảng 20% (ACI), 30% (EC8), hay lớn (NZS), 18 Động đất Việt Nam không lớn nên cần tăng mômen cột, trừ chân cột tầng 1, khoảng 10-20% OK để đảm bảo chịu lực động đất lớn xảy đảm bảo yêu cầu kinh tế Thường liên kết chân cột tầng giả thiết ngàm mô hình tính toán kết cấu nên giá trị mômen theo tính toán có xu hướng lớn chút so với thực tế Dưới tác dụng lực động đất, mômen chân cột tầng thường lớn nhiều so với mômen đỉnh cột tầng cho dù mômen đỉnh cột có tăng thêm 20 hay 30% 19 Lực cắt để tính toán thép đai cột phải tăng lên tương ứng với mômen tính toán hai đầu cột, để nhằm đảm bảo cột không bị phá hoại cắt động đất xảy Ngoài kết cấu dầm cần thiết kế đảm bảo phá hoại cắt không xảy sau khớp dẻo xuất tác dụng lực động đất mạnh Hay nói cách khác thép đai dầm cần thiết kế để đảm bảo khả chịu cắt dầm lớn lực cắt tương ứng với mômen thiết kế hai đầu dầm Nói chung MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ phá hoại cắt kết cấu BTCT, đặc biệt kết cấu cột chịu lực dọc lớn, tác dụng lực động đất (có tính chất đổi chiều) thường kèm theo tượng giảm cường độ (trength deterioration) dẫn đến kết cấu bị sụp đổ nhanh chóng 20 Nên bố trí đầy đủ thép đai (inner ties) kết cấu cột có kích thước vừa lớn (ngay đặt theo cấu tạo) để nhằm mục đích tăng khả chịu cắt tăng độ dẻo (ductile capacity) kết cấu tác dụng lực động đất Ngoài nên đặt thép đai cho cột liên kết dầm cột (nút khung) 21 Đối với công trình yêu cầu thiết kế kháng chấn sau tính toán nội lực (theo mô hình đàn hồi tuyến tính), bố trí cốt thép xong, kiểm tra điều kiện biến dạng chuyển vị, vv nên có thêm bước phân tích tĩnh phi tuyến (nonlinear static analysis hay gọi tắt pushover analysis) tác dụng lực động đất tĩnh tương đương để phần kiểm tra khả chịu lực học phá hoại toàn hệ kết cấu 22 Bước phân tích tĩnh phi tuyến cần thiết anh em thiết kế nên bắt đầu làm quen tiến hành thực sớm tốt Để đơn giản cần mô hình kết cấu việc sử dụng lò xo (spring) phi tuyến Hơn để đơn giản cần kiểm tra cho số kết cấu khung phẳng đại diện theo hai phương x y 23 Khi thực thêm bước phân tích phi tuyến nên yêu cầu MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ chủ đầu tư tăng thêm tỷ lệ phần trăm kinh phí thiết kế kết cấu lên chút, gần sát với tỷ lệ phần trăm thiết kế mà số nước có động đất áp dụng! 24 Trong trường hợp lực cắt chân công trình (base shear) tải trọng gió động đất gây không chênh mấy, lực cắt tầng phía (upper stories) công trình tải trọng động đất gây có xu hướng lớn so với lực cắt tải trọng gió Hay nói cách khác trường hợp lượng thép yêu cầu cho cấu kiện kết cấu tầng phía tải trọng động đất lớn tải trọng gió 25 Trong trường hợp tải trọng động đất không lớn, yếu cầu cấu tạo chống động đất nên quan tâm Chẳng hạn không nên bố trí hệ kết cấu công trình cân xứng theo mặt mặt đứng không tốt để chịu lực động đất Ví dụ theo phương đứng công trình không nên thiết kế kết cấu có tầng mềm (soft story) so với tầng lân cận khác, tức không nên có trường hợp mà số cột hay tường BTCT chẳng hạn kéo dài thừ tầng mái đến tầng (tầng mục đích tạo không gian lớn để làm garage, sảnh, ) bị ngắt quãng tầng để tạo không gian làm hội trường Nhưng yêu cầu tránh kết cấu cần phải thiết kế đảm bảo thêm số yêu cầu khác (có thể tham khảo IBC, EC8, ) 26 Lượng thép (bottom reinforcement) dầm khung MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ vùng gối (vùng tiếp giáp với cột) nên thiết kế để đảm bảo đủ chịu lực động đất tác dụng (theo phương ngang) động đất xảy Thực tế động đất mạnh xảy công trình chủ yếu dao động theo phương ngang, tức toàn khối lượng (bao gồm phần hoạt tải) công trình tham gia để tạo lực quán tính theo phương ngang dẫn đến mômen (không mặt trên) mặt vùng gối dầm khung lớn 27 Ở nước có động đất mạnh (như Nhật bản) thép dầm khung thường thiết kế chạy suốt hai gối dầm khung (thường không cắt thép dầm khung) Lý trường hợp động đất mạnh nội lực mômen hai đầu dầm (cả mặt mặt dưới) lực động đất (theo phương ngang) gây lớn, lớn mô men nhịp dầm gây tổ hợp có hoạt tải chất lệch nhịp lệch tầng Hay nói cách khác, trường hợp động đất mạnh lượng thép thiết kế giũa nhịp dầm khung (bottom reinforcement at midspan of framed beam) lấy theo lượng thép thiết kế lớp gối dầm khung (bottom reinforcement at or near the support of framed beam) động đất gây Điều có nghĩa nhiều trường hợp công trình thiết kế chịu lực động đất mạnh việc chất hoạt tải lệch tầng lệch nhịp không cần thiết phải xem xét đến (chỉ cần xét đến trường hợp hoạt tải tác dụng lên toàn công trình nhà) 28 Vấn đề tầng yếu (weak story), hay kèm với vấn đề tầng MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ mềm (soft story), thường nguyên nhân dẫn đến công trình bị sụp đổ (story collapse) động đất xảy Tức trường hợp kết cấu cột tầng yếu bị chảy dẻo (yielding) kèm theo tượng tập trung lượng (tập trung biến dạng dẻo) 29 Đối với kết cấu khung BTCT có sử dụng tường gạch xây chèn (rất phổ biến Việt nam) nên có thêm giằng đứng, giằng ngang, thêm râu thép đặt bên tường gạch, đặc biệt vị trí bao xung quanh công trình động đất xảy hệ thống tường gạch dễ bị phá hoại rơi xuống đất làm chết người Ở Nhật kết cấu tường gạch không sử dụng để xây chèn nhà khung, trừ số công trình có sử dụng yêu cầu phải kèm thêm chi tiết thiết kế đặc biệt để đảm bảo cho hệ thống tường gạch kết cấu khung làm việc với Đối với VN ta việc đặt thêm giằng đứng, giằng ngang, đặc biệt râu thép tất khối tường gạch xây chèn khó thuyết phục làm tăng thêm giá thành xây dựng công trình (gồm vật liệu nhân công)! Nhưng khối tường gạch xây vị trí xung quanh nhà nên tối thiểu bố trí thêm số giằng đứng giằng ngang BTCT vv… 30 Thực tế có mặt khối tường xây chèn, đặc biệt gia cường thêm giằng đứng, giằng ngang, râu thép, kết cấu khung làm tăng đáng kể độ cứng công trình, hay làm giảm đáng kể chu kỳ dao động công trình so MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ với giá trị tính toán từ mô hình kết cấu thường giả thiết không kể đến ảnh hưởng tường xây chèn Điều có nghĩa có mặt khối tường xây chèn có xu huớng làm tăng lực động đất tác dụng vào công trình Hiện tượng tương tự nước có động đất mạnh, tất khối tường thiết kế sử dụng kết cấu BTCT 31 Công thức gần để tính toán chu kỳ dao động công trình quy định tiêu chuẩn thuờng cho giá trị nhỏ so với giá trị tính toán từ mô hình kết cấu mà thường hay giả thiết không kể đến có mặt kết cấu tường Chẳng hạn tiêu chuẩn Nhật quy định kết cấu khung BTCT chu kỳ dao động xác định gần theo công thức T=0.02H H tổng chiều cao công trình với đơn vị mét, thực tế giá trị thường nhỏ so với tính toán theo mô hình không kể đến kết cấu tường (vào khoảng 0.03H) 32 Hệ kết cấu BTCT gồm cột sàn không dầm (kết cấu sàn nấm) không tốt để chịu lực động đất (tác dụng theo phương ngang), trừ có đặt thêm cấu tạo vùng tiếp giáp cột sàn nấm để bảo đảm truyền lực chúng Ở nước có động đất mạnh Nhật hệ thống kết cấu không hay sử dụng Ở Việt nam trường hợp muốn sử dụng không gian thông thoáng lớn hay hạ thấp chiều cao tầng nên áp dụng giải pháp kết cấu khung dầm bẹt (dầm có kích thước bề rộng lớn chiều cao) 33 Khi tính toán thép kiểm tra cấu kiện theo tiêu chuẩn MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ 10 nước phải quy đổi đặc trưng vật liệu Viêt nam tương ứng với đặc trưng vật liệu nước Giá trị tải trọng thiết kế (hoạt tải, gió, động đất) nên lấy theo Việt nam! Những công trình Việt nam thiết kế theo tiêu chuẩn nước (Anh, Mỹ) thường cho lượng thép lớn thiết kế theo tiêu chuẩn Việt nam, hệ số tổ hợp tải trọng nước lớn quy định lượng thép tối thiểu họ lớn hơn, 34 Không nên (không cần thiết) sử dụng tổ hợp tải trọng hay nội lực có tải trọng động đất phần áp lực gió (chẳng hạn nói 25%), thực tế tải trọng động đất xảy Việt nam thời gian động đất xảy ngắn, vòng vài chục giây Hơn việc kể thêm tải trọng gió làm cho việc phân tich với tải động đất thêm phức tạp Ở nước có nhiều động đất họ không kể đến trường hợp có tải trọng động đất gió MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ 11 [...]... vật liệu của Viêt nam tương ứng với các đặc trưng vật liệu của nước ngoài Giá trị tải trọng thiết kế (hoạt tải, gió, động đất) nên lấy theo của Việt nam! Những công trình ở Việt nam thiết kế theo tiêu chuẩn của nước ngoài (Anh, Mỹ) thì thường cho lượng thép lớn hơn nếu thiết kế theo tiêu chuẩn Việt nam, vì hệ số tổ hợp tải trọng của nước ngoài lớn hơn và hơn nữa quy định lượng thép tối thiểu của họ cũng... trọng gió có thể làm cho việc phân tich với tải trong động đất thêm phức tạp Ở những nước có nhiều động đất họ cũng không kể đến trường hợp có cả tải trọng động đất và gió MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ 11 ... lớn hơn, 34 Không nên (không cần thiết) sử dụng tổ hợp tải trọng hay nội lực có cả tải trọng động đất và một phần áp lực gió (chẳng hạn ai đó nói là 25%), vì thực tế tải trọng động đất xảy ra ở Việt nam rất hiếm và thời gian động đất xảy ra cũng rất ngắn, chỉ trong vòng vài chục giây Hơn nữa việc kể thêm một ít tải trọng gió có thể làm cho việc phân tich với tải trong động đất thêm phức tạp Ở những ... kết cấu khoảng 7-8 m lớn Nếu nhịp kết cấu lên đến 9-10 m lại nhịp biên (thực tế có kết cấu nhà chung cư ta) cần phải xem xét thiết kế thật cẩn thận! MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT... dầm cần thiết kế để đảm bảo khả chịu cắt dầm lớn lực cắt tương ứng với mômen thiết kế hai đầu dầm Nói chung MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ phá hoại cắt kết cấu BTCT,... kết cấu cần phải thiết kế đảm bảo thêm số yêu cầu khác (có thể tham khảo IBC, EC8, ) 26 Lượng thép (bottom reinforcement) dầm khung MỘT SỐ LƯU Ý CƠ BẢN VỀ VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ