Bài giảng Kết cấu cầu thang bê tông cốt thép

1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 1 TÓM TẮT BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT 2 KẾT CẤU CẦU THANG BTCT TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN Thời lượng: 5 tiết TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
Bề rộng bản thang: đảm bảo yêu cầu đi lại, thoát hiểm; 1.1 ÷ 1.6 m, không nên nhỏ hơn 850 mm.
Chiều rộng bậc: 250 ÷ 300 mm.
Chiều cao bậc: 150 ÷190 mm.
Số bậc trong một vế: ≤ 12. KHÁI NIỆM CHUNG – PHÂN LOẠI 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 2 PHÂN LOẠI: 1. Theo hình dạng cầu thang 2. Theo sự làm việc của kết cấu cầu thang: - bản chịu lực theo phương dọc chiều dài thang - bản chịu lực theo phương ngang chiều rộng thang 3. Cũng theo sự làm việc của kết cấu cầu thang: - không có dầm limon (cầu thang dạng bản chịu lực) - có dầm limon KHÁI NIỆM CHUNG – PHÂN LOẠI KHÁI NIỆM CHUNG – PHÂN LOẠI 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 3 KHÁI NIỆM CHUNG – PHÂN LOẠI BẢN PHẲNG CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC Chú ý cấu tạo cốt thép tại các góc gãy 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 4 q1 q2 Một số sơ đồ cầu thang 2 vế thường gặp BẢN PHẲNG CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC BẢN PHẲNG CHỊU LỰC Một số trường hợp bố trí gối đặc biệt 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 5 BẢN PHẲNG CHỊU LỰC Cầu thang 3 vế: trường hợp bản chiếu nghỉ làm việc 2 phương Vế 1 & 3 Vế 2 Cốt thép vế 1 & 3 Cốt thép vế 2 BẢN PHẲNG CHỊU LỰC Cầu thang 3 vế: trường hợp bản chiếu nghỉ làm việc 2 phương 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 6 BẢN PHẲNG CHỊU LỰC Cầu thang 3 vế: thử đề xuất sơ đồ tính cho các trường hợp bố trí gối tựa cho cầu thang như hình vẽ? (Free-standing staircase, pliers-shaped staircase, jackknife staircase) Cầu thang làm việc như một cái ván nhún (ở bể bơi), bản chịu xoắn CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 7 MẶT BẰNG SƠ ĐỒ TÍNH ĐƠN GIẢN (SAP2000) CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO (1) Hoạt tải đặt ở bản thang trên và ½ chiếu nghỉ (2) Hoạt tải đặt ở bản thang dưới và ½ chiếu nghỉ Cần xét 3 trường hợp xếp hoạt tải: CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 8 CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO (3) Khi hoạt tải đặt ở cả 2 vế, thì tải trọng ở vế này sẽ gây xoắn ở vế kia. Cần bố trí cốt thép dọc 2 lớp (trên, dưới). Cốt ngang cũng bố trí 2 mặt, dưới dạng chữ U kép kín được nối chồng ở giữa chiều rộng bản. CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO Một số kết quả khảo sát các thông số ảnh hưởng đến nội lực cầu thang có chiếu nghỉ đứng tự do (ví dụ, hoạt tải ≈ 4.8 kPa): - (i) Chiều rộng vế thang: tăng chiều rộng từ 1.2m lên 3m thì moment xoắn dọc theo vế thang sẽ tăng 1400%, moment uốn tăng 450%. Do đó, nên hạn chế bề rộng vế thang trong khoảng 1.2-1.8m. - (ii) Nhịp thang L: khi L tăng từ 2.4m lên 4.8m thì lực cắt tăng 230% và moment uốn tăng 100-150%. - (iii) Chiều cao cầu thang: khi tăng từ 3m lên 4.8m thì lực cắt tăng 150% và moment uốn tăng 50-100%. - (iv) Chiều dày bản thang: khi tăng từ 150mm lên 250mm thì lực cắt tăng 20% và moment uốn tăng 25%. Khuyến cáo cho thiết kế thực tế: vế thang rộng 1.2-1.8m, nhịp thang dài 2.7-3.6m, chiều cao tầng 3.0-4.5m, bản thang dày 150-250mm. 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 9 CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO CẦU THANG CÓ CHIẾU NGHỈ TỰ DO 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 10 BẢN RĂNG CƯA, CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC •Chiều dày bản ngang và bản đứng thường lấy bằng nhau, vào khoảng 1/30- 1/25 nhịp bản. •Có thể xem tải trọng phân bố trên mỗi bậc thang được tập trung ở bản đứng. Với giả thiết này thì mỗi bản ngang có moment uốn thay đổi và lực cắt không đổi; còn mỗi bản đứng sẽ có momen không đổi và lực dọc (kéo hoặc nén) không đổi. •Cũng có thể đổi tải trọng trên cầu thang ra dạng phân bố đều tương đương. RUN-RISER STAIRS BẢN RĂNG CƯA, CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 11 BẢN RĂNG CƯA, CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC BẢN RĂNG CƯA, CHỊU LỰC THEO CHIỀU DỌC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 12 BẢN RĂNG CƯA, CHỊU LỰC THEO CHIỀU NGANG Ví dụ: bản thang dạng răng cưa được đỡ một bên hoặc cả hai bên, bởi tường hoặc dầm chạy dọc theo chiều dài thang.Bản thang làm việc như sàn một phương, theo phương ngang. Có thể thiết kế mỗi bậc (gồm bản đứng+ngang) như một dầm có tiết diện chữ Z CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC Tổng quát, tại mỗi tiết diện có moment phương đứng, moment phương ngang, moment xoắn, lực dọc, lực cắt theo chiều dày bản, lực cắt ngang hướng tâm. Cốt thép chủ chạy dọc theo bản thang, cốt thép ngang (hướng tâm) dạng kín chữ U được nối chồng ở khoảng giữa chiều rộng thang. 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 13 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 14 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến nội lực cầu thang xoắn dạng bản (giả thiết hoạt tải bằng 4.8 kPa): (i) Góc mở của cung tròn: khi góc mở tăng từ 2400 lên 3600 thì moment uốn theo phương đứng tăng khoảng 1200%. (ii) Chiều rộng vế thang: tăng từ 1.2m lên 2.4m thì moment xoắn tăng khoảng 700%. (iii) Bán kính trong Ri và ngoài Re: khi Re tăng từ 2.7m lên 3.6m, Ri từ 0.9m lên 1.8m, tỷ số Re/Ri thay đổi trong khoảng 3-2 thì moment uốn theo phương ngang tăng khoảng 230% (iv) Chiều dày bản thang: tăng từ 150mm lên 300mm thì moment uốn phương ngang tăng 70% và moment xoắn tăng 170% (v) Chiều cao cầu thang (chiều cao tầng): tăng từ 2.7m lên 4.5m thì moment phương ngang tăng 70%, moment xoắn tăng 40%, trong khi các thành phần nội lực khác thì giảm khoảng 80%. CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC Khuyến cáo cho thiết kế thực tế: góc mở 1200-3200, vế thang rộng 1.2- 1.8m, chiều cao tầng 3.0-4.5m, bản thang dày 150-250mm. 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 15 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 16 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 17 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 18 CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC CẦU THANG XOẮN DẠNG BẢN CHỊU LỰC 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 19 BẢN THANG CÓ DẦM LIMON (CỐN THANG) HAI BÊN Thử đề xuất sơ đồ tính cho bản, dầm của các cầu thang như hình vẽ? Dầm B Dầm E Dầm A Dầm D Dầm C 9 x 280 = 2520 mm (11 x 280) 3080 mm 1500 300 1800 300 300 300 1500 BẢN THANG CÓ LIMON GIỮA (XƯƠNG CÁ) 10 x 300 = 3000 mm900 1800 1800 6 x 300 = 1800 mm 1800 Dầm A Dầm A Dầm B 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 20 BẢN THANG CÓ LIMON GIỮA (XƯƠNG CÁ) Cầu thang xương cá với bản thang đúc sẵn, có thể liên kết với dầm qua bu lông neo. BẢN CÔNG XON GỐI VÀO DẦM/TƯỜNG Ở MỘT BÊN Từng bậc công-xon riêng lẻ (đúc sẵn) Bản công-xon gối vào tường hoặc dầm Bản công xon có bậc bằng BTCT 1/04/2015 Staircase Design v1_NgHuuAnhTuan 21