Bài giảng Bê tông cốt thép 2 - Chương 2: Kết cấu nhà dân dụng (Phần 2)

BÊ TÔNG CỐT THÉP 2 KẾT CẤU NHÀ DÂN DỤNG Bộ môn kỹ thuật xây dựng 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (1) 1. KHÁI NIỆM CHUNG Khung : cột + dầm , liên kết với nhau bằng mắt cứng hoặc khớp, cùng với sàn và mái tạo nên một kết cấu không gian có đ ộ cứng lớn. Khung không dầm : bản sàn + cột ; cho phép tạo trần phẳng, giảm chiều cao tầng, dễ làm ván khuôn, dễ đ ặt cốt thép và đ ổ bêtông 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (2) Nút khung: Cứng: đ ộ cứng của khung cao, biến dạng ít, moment uốn phân phối t ươ ng đ ối đ ều đ ặn h ơ n ở đ ầu mút và giữa các thanh làm việc hợp lý h ơ n, v ư ợt nhịp lớn h ơ n. Khớp: đ ộ cứng của khung giảm, tải trọng gây moment cho bộ phận chịu trực tiếp tác dụng của nó làm việc ít hợp lý. Khung là một hệ siêu tĩnh, chọn tỷ lệ đ ộ cứng hợp lý giữa các cấu kiện  phân phối nội lực hợp lý giữa các bộ phận  giảm biến dạng, bảo đ ảm bền vững. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (3) Phân loại khung Ph ươ ng pháp thi công : Khung toàn khối Khung lắp ghép Khung bán lắp ghép Số nhịp, số tầng : 1/ nhiều nhịp , 1/ nhiều tầng . Khung tĩnh đ ịnh và khung siêu tĩnh Khung phẳng và khung không gian Nhà khung và nhà kết hợp (vách, lõi cứng) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (4) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (5) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (6) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (7) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (8) Ảnh hưởng của độ cứng tương đối giữa các cấu kiện đến sự phân phối nội lực trong khung: Dầm 300x700 Cột 300x300 Dầm 300x700 Cột 300x400 Dầm 300x700 Cột 300x500 Dầm 300x900 Cột 300x300 Dầm 300x700 Cột 300x600 Dầm 300x700 Cột 300x700 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (9) S Ơ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG: Khung phẳng : Các bộ phận nằm trong cùng một mặt phẳng và các tải trọng tác dụng trong mặt phẳng đ ó Khung không gian : Các bộ phận không cùng nằm trong một mặt phẳng hoặc tuy cùng nằm trong một mặt phẳng nh ư ng có chịu tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng khung. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (10) Nhà khung : hệ khung chịu tải đ ứng và ngang Nhà kết hợp (với lõi cứng, vách cứng): khung chịu phần tải đ ứng trực tiếp truyền vào nó và phần tải trọng ngang đư ợc phân phối cho nó. *** Hệ khung là hệ không gian, nh ư ng sự làm việc và tính toán có thể theo s ơ đ ồ không gian hoặc s ơ đ ồ phẳng tùy tải trọng tác dụng và mức đ ộ gần đ úngchấp nhận đư ợc. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (11) Khung phaúng hay khung khoâng gian? KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (12) Khung phẳng hay khung không gian? KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG (GIÓ) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (13) 2. KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI Khung chịu cả tải ngang và tải đ ứng  cần cấu tạo nút cứng, cột ngàm với móng. Nếu có vách cứng, lõi cứng chịu tải ngang; khung chỉ chịu tải đ ứng  có thể cấu tạo nhiều nút khớp cho khung, xà ngang có thể làm giống nhau cho các tầng. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (14) CẤU TẠO CỘT VÀ XÀ NGANG  Xà ngang - thẳng : cấu tạo nh ư cấu kiện chịu uốn (N nhỏ, có thể bỏ qua) - cong,gãy khúc với đ ộ dốc lớn : cấu kiện chịu nén (hoặc kéo) lệch tâm (N đ áng kể ) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (15)  Cột - Chịu cả M, N, Q. Nếu lực nén N khá lớn thì tác dụng phá hoại của Q bị hạn chế  cấu tạo cột nh ư cấu kiện chịu nén lệch tâm. - Nếu cột chịu kéo LT thì cần quan tâm đ ến lực cắt. - Cốt thép dọc:  max = 3,5%  4% (một số tiêu chuẩn lấy  max đ ến 6%) Khi hàm l ư ợng cốt thép lớn  =6  8% (nhà nhiều tầng)  cần cốt đ ai dày h ơ n, trên tiết diện thì các cốt dọc phải đư ợc giằng lại bằng cốt đ ai hoặc các thanh giằng đ ể hạn chế sự nở ngang của BT.  Có thể dùng cốt cứng cho dầm và cột, lúc đ ó  cột, max < 15%. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (16) CỐT THÉP CỘT 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (17) CỐT THÉP CỘT 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (18) Khi chịu nén, cốt thép dọc có thể bị cong phá vỡ lớp bêtông bảo vệ . Cốt đ ai giữ cho cốt dọc không bị cong và bật ra ngoài cốt đ ai chịu kéo phải neo chắc chắn. Yêu cầu kháng chấn: đ ai dày h ơ n trong đ oạn gần sát nút khung.Đặt đ ai cột trong phạm vi nút khung khi nút khung có dầm liên kết từ 3 mặt bên trở xuống. CỐT THÉP CỘT 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (19) CẤU TẠO NÚT KHUNG (c) cột gối khớp vào móng (a), (b) nút khung BTCT toàn khối 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (20) N nhỏ, M lớn  đ ộ lệch tâm lớn, phải neo thép chịu kéo của dầm, cột thận trọng. Có thể tạo nách đ ể tránh ứng suất nén tập trung tại mắt, t ă ng khả n ă ng chịu momen của dầm. e 0 /h  0,25 0,25  e 0 /h  0,5 e 0 /h > 0,5 NÚT Ở GÓC 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (21) Khi cột có nhiều h ơ n 4 thanh cốt dọc thì không đư ợc nối thép tại một vị trí mà phải nối tại nhiều vị trí khác nhau. cốt đ ai gia c ư ờng tại đ oạn nối : u/2÷u/3. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (22) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (23) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (24) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (25) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (26) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (27) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (28) NÚT Ở BIÊN NÚT Ở GIỮA 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (29) Ở CHỖ XÀ NGANG GÃY KHÚC Tại chỗ gãy khúc , d ư ới tác dụng của momen d ươ ng , lực trong cốt thép chịu kéo và nén tạo hợp lực h ư ớng ra ngoài . Cần đ ặt cốt đ ai chịu những lực đ ó, α càng nhỏ thì hợp lực càng lớn . 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (30) Cốt đ ai đ óng vai trò giữ cốt dọc không tách khỏi bê tông . QP: Cốt đ ai phải đ ủ chịu 100% hợp lực của cốt thép không neo vào vùng nén ( α≥ 160 ) và đ ủ chịu 35% hợp lực của cốt thép đ ã neo vào vùng nén ( α <160 ). 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (31) 3.TÍNH TOÁN KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP QUAN NIỆM TÍNH TOÁN Với tải trọng thẳng đ ứng : Truyền theo một phu ơ ng hay hai ph ươ ng? Tính theo khung phẳng hay khung không gian, hoặc hai khung phẳng giao nhau? Khi phân phối tải thẳng đ ứng cho một khung phẳng, đư ợc phép bỏ qua tính liên tục của dầm dọc hoặc dầm ngang. Với tải trọng ngang : Tính theo một ph ươ ng hay hai ph ươ ng? Phân phối tải trọng ngang cho khung, t ư ờng cứng, lõi cứng? 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (32) TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN S ơ bộ chọn kích th ư ớc TD S ơ đ ồ tính Tải trọng Nội lực, tổ hợp kiểm tra kích th ư ớc TD Tính thép -kiểm tra đ ộ võng, khe nứt -Tính mối nối -Tính CK khi vận chuyển, sản xuất, lắp ghép CHỌN S Ơ BỘ KÍCH TH Ư ỚC TIẾT DIỆN, CHỌN VẬT LIỆU - So sánh, dựa vào các thiết kế t ươ ng tự, kinh nghiệm thiết kế - Tính toán s ơ bộ dựa vào nhịp, tải trọng, đ k sử dụng, yêu cầu kiến trúc, 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (33) CHỌN S Ơ BỘ KÍCH TH Ư ỚC TIẾT DIỆN a. Xà ngang: Cách xác đ ịnh 1: Hình daùng xaø ngang Heä soá m khi xaø ngang laø moät nhòp nhieàu nhòp 1. Thaúng 10  12 12  16 2. Gaõy khuùc - Khoâng coù thanh caêng 12  16 12  18 - coù thanh caêng 16  20 16  24 3. Cong - Khoâng coù thanh caêng 18  24 18  30 - coù thanh caêng 30  35 30  40 Chiều rộng b của xà ngang đ ảm bảo h=(2-4)b 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (34) Cách xác đ ịnh 2: Giả thiết tr ư ớc b theo yêu cầu cấu tạo, mỹ quan M = (0,6  0,7)M 0 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (35) b. Cột Các yêu cầu Kiến trúc: yêu cấu thẩm mỹ và sử dụng không gian Kết cấu: đ ộ bền (tính thép) và đ ộ ổn đ ịnh Ổn đ ịnh: hạn chế đ ộ mảnh (cột nhà có  gh =100) Thi công: b, h là bội số của 5cm hoặc 10cm Xác đ ịnh diện tích tiết diện cột s ơ bộ (A): Giảm khả n ă ng chịu lực của cột theo chiều cao: Giảm kích th ư ớc tiết diện Giảm cốt thép Giảm mác (cấp đ ộ bền) bêtông 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (36) - Sau khi xác đ ịnh diện tích tiết diện ngang của cột A theo công thức trên , xác đ ịnh kích thức tiết diện b x h của hình chử nhật hoặc đư ờng kính D của cột tiết diện tròn . - Chiều rộng b đư ợc chọn theo yêu cầu cấu tạo và đ ộ mảnh - Chiều cao h lấy theo cấu kiện chịu nén lệch tâm h = (1,5  3)b 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (37) TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG - TĨNH TẢI VÀ HOẠT TẢI SỬ DỤNG - HOẠT TẢI GIÓ Tác đ ộng của gió lên công trình phụ thuộc hai nhóm thông số: Các thông số của không khí: tốc đ ộ, áp lực, nhiệt đ ộ, sự biến đ ộng theo thời gian Các thông số của vật cản: hình dạng, kích th ư ớc, đ ộ nhám của bề mặt, h ư ớng của vật cản so với chiều gió và các vật cản kế cận. Tải trọng gió gồm hai thành phần (hiệu ứng) tĩnh và đ ộng. Theo TCVN 2737-1995 và TCXD 229:1999 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (38) Gió tĩnh Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió W j tại đ iểm j ứng với đ ộ cao z j so với mốc chuẩn W j = W 0 k(z j ) c Hệ số khí đ ộng c, nếu gộp chung phía đ ón gió và phía khuất gió, c = 0,8 + 0,6 = 1,4 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (39) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (40) LẬP S Ơ ĐỒ TÍNH KHUNG S ơ đ ồ tính phải phù hợp với làm việc thực tế của khung, phản ánh t ươ ng đ ối đ úng các liên kết tại mắt khung. Một số giả thiết đơ n giản hóa có thể chấp nhận đư ợc: Độ dốc của xà  1/8  xem nh ư xà nằm ngang Trong 1 nhịp xà có 5 tải trọng tập trung trở lên  đ ổi thành tải phân bố đ ều. Chiều dài nhịp khác nhau d ư ới 10%  tính khung đ ều nhịp Liên kết giữa thanh c ă ng với xà xem là khớp Nếu nhà cao h ơ n 40m, tĩnh tải lớn so với hoạt tải (g ≥ 2p)  gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tĩnh tải đ ể tính. (không cần xếp hoạt tải đ ứng cách tầng cách nhịp) vv, Các tr ư ờng hợp tải trọng cho khung phẳng?, Khung không gian? 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (41) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (41) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (43) TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC (hay Tổ hợp tải trọng Hệ siêu tĩnh bậc cao, liên tục, khung không gian 3-D Thiết kế: dùng phần mềm máy tính theo ph ươ ng pháp đ àn hồi, muốn tính toán có chính xác cách mấy vẫn không chính xác, vì: Các đ ặc tr ư ng của tiết diện là không chắc chắn, vì sự hình thành và mở rộng vết nứt Th ư ờng không kể ảnh h ư ởng của cốt thép vào đ ộ cứng của cấu kiện Từ biến, co ngót, lún lệch  biến dạng nội lực? Những vùng chịu ứng suất tập trung lớn sẽ ứng xử không đ àn hồi  xuất hiện khớp dẻo  phân phối lại nội lực ? Aûnh h ư ởng của các cấu kiện phi kết cấu (t ư ờng, vách ng ă n) ch ư a xét ? Bêtông không phải là vật liệu đ àn hồi tuyến tính 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (44) - Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tế cho thấy thiết kế đ àn hồi th ư ờng thiên về an toàn. Nếu thiết kế tốt, kết cấu siêu tĩnh nếu có đ ộ dẻo thì khi v ư ợt tải sẽ khó bị sụp đ ổ vì có sự chuyển dời nội lực sang những vùng có ứng suất nhỏ h ơ n. CỘT KHUNG PHẲNG Ở mỗi tiết diện (chân cột và đ ỉnh cột) cần tìm các cặp nội lực: (M max , N t ư ); (M min , N t ư ); (M t ư , N max ) Tại tiết diện nối cột với móng, còn phải xác đ ịnh lực cắt Q t ư CỘT KHUNG KHÔNG GIAN (cốt thép đ ối xứng) (M x max , M y t ư , N t ư ); (M x t ư , M y max , N t ư ); (M x t ư , M y t ư , N max ) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (45) DẦM Ở mỗi tiết diện (giữa nhịp và hai đ ầu) cần tìm các nội lực: M max , M min , Q max Với khung không gian, còn chú ý tới moment xoắn 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (46) TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN - Xem KC Bê tông cốt thép phần 1 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (47) Khe nhiệt đ ộ: Lý do: kc siêu tĩnh khi có nhiệt đ ộ thay đ ổi thì phát sinh nội lực  gây nứt cho công trình. Khắc phục: chia công trình ra làm nhiều phần với chiều dài ≤60m. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (48) Khe lún: bố trí khi: Cao trình đ áy móng đ ặt trên nền có sự thay đ ổi đ áng kể về tính chất c ơ lí. Công trình có mặt bằng đ ổi h ư ớng. Công trình có chiều cao thay đ ổi đ ột ngột. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (49) Khe kháng chấn: Bố trí khi công trình đư ợc xây dựng ở vùng đ ộng đ ất, thông th ư ờng khe kháng chấn lớn h ơ n khe lún, khe nhiệt đ ộ. Kết thúc phần 2