Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 1: Kết cấu sàn

1KẾT CẤU SÀN Môn học: KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ngành: Kiến Trúc & Quy hoạch KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM 2A. KHÁI NIỆM CHUNG 1 Khái niệm chung 1.1 Giới thiệu Sàn chịu lực trực tiếp tải trọng sử dụng truyền tải  dầm  cột  móng  nền. Ngoài ra, sàn còn đóng vai trò vách cứng ngang  tăng độ cứng và độ ổn định cần thiết theo phương ngang cho công trình. Ưu điểm. Nhược điểm. Phạm vi sử dụng. 31.2 Phân loại sàn Theo phương pháp thi công : sàn toàn khối sàn lắp ghép sàn bán lắp ghép Theo sơ đồ kết cấu Sàn sườn: - Sàn sườn có bản loại dầm - Sàn sườn có bản kê bốn cạnh - Sàn sườn kiểu ô cờ - Sàn gạch bộng (Hourdis) - Sàn panen lắp ghép A. KHÁI NIỆM CHUNG 4Sàn không sườn : - Sàn phẳng (flat slab): bản hoặc panen đặt trực tiếp lên cột, không có dầm. Flat-plate floor system A. KHÁI NIỆM CHUNG 5Slabs on beams A. KHÁI NIỆM CHUNG 6Flat plate Flat slab Slab on beams Waffle slab A. KHÁI NIỆM CHUNG 71.3 Phân biệt bản loại dầm và bản kê bốn cạnh Bản loại dầm : A. KHÁI NIỆM CHUNG 8Bản kê 4 cạnh : A. KHÁI NIỆM CHUNG 2 1 2  l l bản loại dầm, làm việc theo một phương (phương cạnh ngắn) 21 1 2  l l bản kê 4 cạnh, làm việc theo hai phương QUY ƯỚC 9EJ lqf 4 11 1 384 5 EJ lqf 4 22 2 384 5 q ll lq 4 2 4 1 4 2 1  qll lq 4 2 4 1 4 1 2  4 4 1 2 4 1 4 2 2 1     l l l l q q A. KHÁI NIỆM CHUNG Ta phải có f1= f2 q1 + q2 = q Phân phối tải trọng q trên ô bản cho dải bản theo phương ngắn (q1) và dải bản theo phương dài (q2) tải trọng chủ yếu truyền theo phương cạnh ngắn nếu hệ số  lớn 10 B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 2. Sàn sườn toàn khối có bản loại dầm 11 12 2.1 Sơ đồ kết cấu Khoảng cách giữa các trục dầm phụ l1=1,7  3m Khoảng cách giữa các trục dầm chính l2 = 4  7m Nhịp dầm chính (khoảng cách cột) L = 5  8m Chọn kích thước tiết diện các bộ phận Chiều dày bản sàn (hb) m = 30  35 đối với bản dầm D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng 1 7b Dh l cm m   B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 13 Chiều cao dầm Dầm phụ: Dầm chính: Chiều rộng dầm b = (0,3 0,5)h Nếu bản và dầm được kê lên tường chịu lực theo chu vi của sàn, thì đoạn kê lấy không nhỏ hơn 12cm đối với bản; 22cm đối với dầm phụ và 34cm đối với dầm chính. Có thể cấu tạo bổ trụ tại chỗ dầm gối vào tường gạch. 2 1 1 20 12dp h l     1 1 12 8dc h L     B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 14 Ghi chú : Khoảng cách từ gối tựa đến mút cốt thép mũ là vl (tùy tỷ số p/g): v = 1/4 khi p < 3g; v = 0,3 khi 3g  p  5g; v = 1/3 khi p > 5g . Chọn cốt thép cấu tạo Cốt thép phân bố ở phía dưới:  20% diện tích cốt thép chịu lực theo tính toán . Cốt thép để liên kết các cốt mũ: 6 a 250300 Cốt thép mũ đặt vuông góc với dầm chính và tường biên:  50% diện tích cốt thép chịu lực theo tính toán ở các gối giữa , và  6 a200 . B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 15 6a250-300 ĐẶT THÉP TRONG BẢN THEO CÁCH PHỐI HỢP 4 2 1 2 3 4 5 tường b tường 2 .. a .. hb .. a ..3 hb l .. a .. ĐẶT THÉP TRONG BẢN THEO CÁCH ĐƠN GIẢN .. a .. .. a .. 1 bl 1l 6 2 dầm phụ 32 / 6lb bvl 6 7 .. a .. l 1l l / 6 dpb vl .. a .... a .. .. a .. 1 bl l1 6 dầm phụ 4 / 6 bvl 6 .. a .. l 1l 7 dpb vl 5 5 5 5 ( l = nhịp tính toán của bản ) dầm chính .. a .. 5 5 6 l l1 7 l / 6l / 6 vl dpb vl .. a .. 5.. a .. 5 7 l / 6 vl l / 6 dpb vl .. a .. dầm phụ 5 7 vl dpb vl cấu tạo8 l / 4 dcb l / 4 dầm phụ Ví dụ bố trí cốt thép trong sàn sườn có bản dầm 16 CÁCH ĐẶT CỐT TREO a tr R PGF  S = bdp + 2(hdc – hdp) Số đai gia cường đnf FN tr Diện tích cốt treo dùng cốt vai bò lật ngược (uốn hình chữ V)dùng cốt đai đặt dày 17 C. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN KÊ BỐN CẠNH 3.Sàn sườn toàn khối có bản kê bốn cạnh 3.1 Sơ đồ kết cấu Sàn gồm có bản và hệ dầm đúc liền khối Bản làm việc theo hai phương, Chiều dày bản sàn Chiều cao dầm Chiều rộng dầm 21 1 2  l l 1 1 1 7 50 40b h l cm      lh     12 1 16 1 hb     3 2 3 1 18 3.2.Sự làm việc của bản kê bốn cạnh C. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN KÊ BỐN CẠNH Đường nứt ở bản kê bốn cạnh Mặt dưới bản Mặt trên bản tải trọng phá hoại và đặc tính phá hoại ứng với hai cách đặt thép là như nhau 19 D. SÀN PANEN LẮP GHÉP 4. Sàn panen lắp ghép 4.1 Khái quát 20 4.2 Các loại panen Tấm đặc Dày 815cm, nhịp nhỏ (hành lang, sàn nhà dân dụng với phòng nhỏ). Ưu điểm : chế tạo dễ, nhanh, liên kết đơn giản, chiều cao sàn thấp. Nhược điểm : cách âm kém, tốn nhiều bêtông. Panen lỗ (panen hộp) Panen có khoét lỗ hình thang, hình bầu dục, hình tròn,... một lỗ hoặc nhiều lỗ. Ưu điểm : cách âm cao, tiết kiệm vật liệu, tạo được mặt sàn phẳng. Khuyết điểm : chế tạo khó khăn. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP 21 D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Chiều rộng : -Loại một lỗ : B = 450, 600, 900 -Loại nhiều lỗ : B = 900 1500 (loại trung bình); B = 1500, 2400, 3000 (loại lớn)  Bề rộng cánh trên nhỏ hơn bề rộng cánh dưới.  Chiều dài : tuỳ bước cột l =3 ; 4,5 ; 6 ; 12m  Chiều cao : h = 160300 (h=160; 200; 250; 280; 300)  Chiều dày bản trên (cánh nén của tiết diện) : h’c  30 mm  Chiều dày bản dưới (làm trần) : hc  25 mm  Chiều dày sườn : bs  35 mm 22 Panen sườn D. SÀN PANEN LẮP GHÉP -Dài L = 4,5  6m -Rộng B = 600 1500mm -Cao H=180  300mm Dùng cho nhà công nghiệp, làm panen mái..., không đòi hỏi yêu cầu mỹ quan và cách âm, cách nhiệt 4.3 Khái niệm tính toán panen Tính uốn tổng thể Tính uốn cục bộ Biến dạng (độ võng, khe bề rộng khe nứt) Kiểm tra panen khi vận chuyển và cẩu lắp 23 D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Ví dụ tính uốn cho panen hộp 24 D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Ví dụ tính uốn cho panen sườn 25 D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Kiểm tra panen khi vận chuyển và cẩu lắp 26 SÀN BTCT KHÔNG DẦM Khái quát  Sàn không dầm gồm có bản sàn tựa trực tiếp lên cột. Xung quanh vùng sàn gối lên cột có thể loe rộng đầu cột ra thành mũ cột, hoặc tăng chiều dày bản sàn thành drop panel (hình 5.30). Mũ cột hoặc/và drop panel có một số tác dụng sau:  Làm cho liên kết cột-bản sàn được vững chắc.  Tăng cường khả năng chịu moment và lực cắt; giảm ứng suất cục bộ.  Chống lại hiện tượng xuyên thủng bản (flat slabs, flat plates) 27 SÀN BTCT KHÔNG DẦM 28  Phạm vi sử dụng Tấm phẳng:  Nhịp 6 ÷ 7.5m, hoạt tải 300 ÷ 500 kG/m2  Tiết kiệm chi phí ván khuôn, trần phẳng, thi công nhanh  Khả năng chống cắt và xuyên thủng khá thấp, độ cứng cũng không cao, có thể võng nhiều.  Dùng rộng rãi trong nhà cửa dưới dạng BTCT thường hay BTCT ứng suất trước (sàn căng sau) Sàn phẳng:  Nhịp 6 ÷ 9m, hoạt tải 400 ÷ 750 kG/m2.  Tốn nhiều ván khuôn hơn so với flat plate, đặt biệt ở vị trí mũ cột  Thường dùng drop panel không có mũ cột. SÀN BTCT KHÔNG DẦM 29 Nói chung, sàn không dầm có mặt dưới phẳng nên việc thông gió và chiếu sáng tốt hơn sàn có dầm; việc thoát nhiệt khi hỏa hoạn cũng thuận lợi hơn. Vách ngăn được bố trí linh hoạt trên sàn. Chiều cao tầng nhà có thể được giảm nhờ việc giảm chiều cao của hệ kết cấu sàn. SÀN BTCT KHÔNG DẦM 30  Có thể tham khảo hướng dẫn của tiêu chuẩn ACI (Mỹ) để chọn chiều dày cho sàn không dầm theo bảng dưới đây.  ln _ nhịp tính toán, tính từ mép cột (hoặc mũ cột) đến mép cột (hoặc mũ cột), nhưng không lấy nhỏ hơn 0,65l với l là khoảng cách giữa các trục cột CHIỀU DÀY TỐI THIỂU CHO SÀN KHÔNG DẦM Giới hạn chảy của thép fy (kG/cm2) Không Drop Panel Có Drop panels Ô sàn biên Ô sàn giữa Ô sàn biên Ô sàn giữaKhông có dầm biên Có dầm biên Không dầm biên Có dầm biên 2800 1/33ln 1/36 ln 1/36 ln 1/36 ln 1/40 ln 1/40 ln 4200 1/30 ln 1/33 ln 1/33 ln 1/33 ln 1/36 ln 1/36 ln 31  Cho lưới cột l1l2, tổng tải trọng phân bố đều trên sàn là q ( kể cả trọng lượng bản thân),kích thước mũ cột là cc.  Giả thiết mặt phá hoại nghiêng một góc 450, có dạng một hình tháp, thì lực gây xuyên thủng là P = q [ l1l2  (c +2h0)2 ) ]  Kích thước của bản sàn, mũ cột hoặc drop panel (nếu có) phải thỏa điều kiện chống xuyên thủng : P  0,75 Rk Btb h0 (*) trong đó : - h0 _ chiều dày hữu ích của bản - Btb chu vi trung bình của mặt đâm thủng Btb = 4(c + h0) - Rk _ cường độ chịu kéo tính toán của bêtông SÀN BTCT KHÔNG DẦM Khả năng chống xuyên thủng của sàn không dầm 32 Nếu điều kiện (*) không thỏa thì có thể khả năng chống xuyên thủng cho sàn bằng các chi tiết thép chịu cắt dưới dạng cốt vai bò hai phương, dầm tích hợp, thép hình, T-stud 33  Phân tích nội lực kết cấu sàn không dầm  Kết cấu sàn không dầm là hệ siêu tĩnh bậc cao, phân tích chính xác rất khó. Hai phương pháp tính đơn giản theo tiêu chuẩn ACI (Mỹ) là: - Phương pháp kinh nghiệm: pp thiết kế trực tiếp (direct design method) - Phương pháp chính xác hơn: pp khung tương đương (equivalent frame method) SÀN BTCT KHÔNG DẦM 34 SÀN CĂNG SAU (BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC, KHÔNG DẦM) 35 SÀN CĂNG SAU 36 SÀN CĂNG SAU Vùng neo 37 38  Những ưu điểm của sàn căng  Có thể giảm tỉ số chiều cao tiết diện / nhịp.  Ít tốn bêtông hơn so với sàn thường cùng nhịp.  Phần lớn tải trọng được chịu bởi thép ứng lực trước, do đó cốt thép được chuẩn hóa và đơn giản hóa.  Cho phép tháo dỡ cốppha sớm.  Ứng lực trước đã cân bằng với phần lớn tải trọng dài hạn, nên hạn chế tối đa độ võng và ứng suất kéo.  Ưùng suất trước sẽ triệt tiêu phần lớn ứng suất kéo gây ra nứt. 39 NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  Dựa trên nguyên lý cân bằng tải trọng.  phương trình đặt cáp :        2 4 l x L xhY 40 SÀN CĂNG SAU Vùng neo 41 SÀN CĂNG SAU 42 43 Lắp đặt neo và thép dự ứng lực 44 45 SÀN HỖN HỢP THÉP-BÊTÔNG Số tầng càng cao, BTCT thuần tuý rất nặng, xử lý móng phức tạp, tốn kém. Do vậy, kết cấu thép sẽ là hệ chịu lực thay thế. Kết cấu thép lại chịu lửa kém, cần được bảo vệ bằng bê tông, do vậy xuất hiện bê tông cốt cứng. Sàn thép ồn, rung, độ cứng kém, chi phí bảo trì, cao, cần được “ốp” bê tông, xuất hiện sàn BTCT liên hợp. Và kết cấu bê tông cốt cứng, sàn liên hợp, gọi chung là kết cấu liên hợp. Nhà cao tầng, có khẩu độ lớn, để dễ bố trí, kiến trúc nên dùng dầm BTCT DUL thì vẫn nặng. Dầm thép và sàn liên hợp sẽ là phương án tối ưu. Khẩu độ có khi vượt đến 20m. Một số trường hợp khác, hệ dầm thép còn được thay thế bằng hệ dàn thép, hay sử dụng dầm bê tông cốt cứng (dầm liên hợp). 46 Bản sàn: BTCT tòan khối Tấm BT đúc sẵn (dày 40÷50mm) làm coppha, lớp bêtông toàn khối phủ lên trên Tấm deck bằng thép + bản BTCT Dầm: Dầm thép Dàn thép Dầm bêtông cốt cứng Một số dạng Sàn thép –bêtông hỗn hợp 47 48 Bêtông mặt trên: đúc tại chỗ trên tấm deck bằng thép [đóng vai trò coppha + thép]  Cốt thép đặt thêm trong bêtông: chống nứt; lúc hỏa họan tấm deck không chịu lực  Thi công nhanh phổ biến. Nếu nhịp < 3.5m  có thể bỏ cây chống tạm 49 Showroom suzuki  tháng 05/2003 Sàn sử dụng kết cấu khơng gian thép ống Cơng ty XD số 3 Hải Phịng  tháng 06/2001 Sàn sử dụng kết cấu khơng gian thép ống